Маркетинговые исследования с углубленным товароведческим анализом медицинской аппаратуры

2.2 Биофизические основы медицинского тепловидения

 

Одним их перспективных применений тепловизоров является их использование в медицинской термографии – методе пассивной диагностики заболеваний. Температурная реакция (изменение температуры) на заболевание или воспалительный процесс свойственна всем органам, поэтому теплограмма обладает достаточным информационным объемом, необходимым при диагностике заболеваний в различных областях медицины.

Медицинская термография позволяет обнаружить и распознать патологические изменения внутри организма на ранней, доклинической стадии. При комплексной диагностике заболевания термография обеспечивает дополнительную ценную информацию о наличии и тяжести воспалительного процесса и позволяет оценить эффективность консервативного лечения.

С биофизической точки зрения дело обстоит следующим образом. Максимум излучения живых тканей, имеющих температуру около 37°С, расположен вблизи длины волны 10 мкм, т.е. в невидимой области спектра. Поэтому информация, видимая в ИК-диапазоне при использовании тепловизоров, существенно превосходит по диагностической значимости ту информацию, которую мы видим в оптическом диапазоне. Оптический диапазон – очень узкая часть всего спектра ЭМ-волн, большая же часть мира для нашего восприятия закрыта, т.е. мы получаем через глаза лишь очень малую часть информации об окружающем мире. Что же касается излучений, исходящих от человека, то наибольшая часть, около 70% испускаемого от него спектра электромагнитных излучений, приходится на зону ИК-излучения(рис. 3) . Значение этого факта для оценки диагностической значимости ИК-излучения в медицине трудно переоценить. Фактически, тепловизор намного больше «видит» человека, чем человеческий глаз.

Интенсивность

излучения

                                                                                      Частоты

Рис. 3 Типичное распределение интенсивности излучения человеческого тела по частотам.

 

При температурах, характерных для биообъектов, максимум излучения приходится на область частот 1013 Гц, что соответствует длине волны 10 микрон, т.е. инфракрасным лучам. Интенсивность теплового излучения поверхности тела зависит от активности сосудистых реакций, характера общих и местных обменных процессов, анатомических особенностей участков тела и других факторов. Другими словами, ИК- излучение различных областей человеческого тела находится в прямой зависимости от их кровенаполнения. Поэтому любой патологический процесс, так или иначе вовлекающий сосудистую систему, находит свое отражение на термограммах. Тепловизионная картина той или иной области тела зависит от функционального состояния артерий, вен. При наличии какого-либо патологического процесса, сопровождающегося воспалительными реакциями, нарушениями кровообращения, обмена веществ, происходит изменение нормальной картины распределения температуры по поверхности тела, что и фиксируется в виде температурной асимметрии.

На термограммах патологическая термоасимметрия определяется зонами повышенного или пониженного теплового излучения. Величина температурного перепада при патологии обычно превышает 0.5°С и может достигать 2-3° С и более. Примеры термограмм некоторых пациентов приведены на рис. 4,5

 

Рис.4. Липома на уровне остистого отростка L.3 позвонка. Очаг гипотермии в проекции липомы на фоне поясничного остеохондроза.

Рис.5. Опоясывающий лишай. Мелкоточечная гипертермия в проекции очага поражения вдоль левого реберного края.

диагностический тепловидение медицинский

Противопоказаний к термографии не существует. Исследования можно повторять многократно. Современную термографию проводят бесконтактным способом. Бесконтактное исследование может быть выполнено как термоскопия (визуализация теплового поля тела или его части на экране тепловизора), термометрия (измерение температуры поверхности тела с помощью градуированной шкалы и эталонного излучателя) и термография (регистрация теплового поля на электронных и бумажных носителях в виде цветной термограммы). При уменьшении температуры каких-либо участков тела изменяется величина потока излучения и воспроизводится на экране дисплея в виде цветного изображения — термограммы. При этом обычно аномально холодные зоны визуализируются в черно- синих тонах, аномально горячие - в красных и оранжевых тонах, нормальные- в виде зеленых и желтых тонов (рис. 6).

 

Рис. 6. Примеры визуализации термограмм.

 

Метод ИК-термографии обладает следующими особенностями:

1. Пассивность измерения - метод измерения не воздействует на объект измерения. Инфракрасная термография является бесконтактным методом и не оказывает никакого воздействия на исследуемый объект – т.е. абсолютно безопасной диагностики.

2. Неспецифичность – метод анализирует состояние наиболее универсального физиологического параметра. Температура является одним из самых универсальных проявлений физиологических функций организма, соответственно, обладает необходимой неспецифичностью.

3. Воспроизводимость –  при повторных измерениях, проведенных  в некотором промежутке времени, метод исследования должен давать возможно более близкие результаты. Термографические исследования хорошо воспроизводятся.

4. Техническая простота  исполнения – аппаратура для  проведения диагностической методики  может быть доступна для широкого круга врачей, а методика проста и понятна в исполнении. Термография является простым методом исследования.

 

Глава 3. Маркетинговые исследования рынка тепловизоров

 

3.1 Направления медицинской диагностики тепловидения

 

Первые тепловизионные системы были созданы в конце 30-х гг. 20 в. Наиболее ценную информацию содержат термограммы человеческого тела, т.е., распределение температуры по его поверхности. Визуализированные температурные поля позволяют судить о состоянии периферийного кровотока и получать информацию о глубинных процессах, протекающих в организме. Тепловизионные системы на современном уровне нашли применение и широко апробированы в следующих направлениях медицинской диагностики:

1. Онкология (опухоли молочных желез, щитовидной железы, лимфатических узлов, костей и т.д.).

2. Неврология (патология  периферических нервов конечностей, неврологические синдромы остеохондроза  различных отделов позвоночника).

3. Ангиология (различные заболевания магистральных артерий и вен конечностей).

4. Травматология и ортопедия, в том числе гнойная остеология и комбустиология (сколиозы, неосложненные и осложненные переломы позвоночника, деформирующие артрозы крупных суставов, остеомиелиты длинных трубчатых костей на этапах лечения, ранняя диагностика глубины ожогового поражения и т.д.)

5. Общая хирургия (острая воспалительная патология брюшной полости, особенно у детей).

6. Реконструктивно-восстановительная хирургия (диагностика жизнеспособности пересаженных и реимплантированных сегментов, трансплантатов, филатовского стебля).

7. Артрология (заболевания  крупных и мелких суставов  конечностей различного генеза).

8. Оториноларингология (воспалительные  заболевания придаточных пазух).

9. Эндокринология (заболевания  щитовидной железы, сосудистые и  невральные осложнения сахарного  диабета). (22)

Начало развития тепловизионной техники было положено в начале 60-х гг. XX столетия исследованиями и разработкой приборов по двум основным направлениям:

• с использованием дискретных приемников излучения совместно с

системами сканирования (развертки) изображения;                                      • с использованием аппаратуры без механического сканирования на базе двумерных ИК-приемников.

Сегодня можно условно выделить четыре поколения развития такой техники.

Нулевое поколение основано на применении единичных охлаждаемых приемников и двумерной (строчной и кадровой) развертки с помощью сканирующей оптико-механической системы;

Первое поколение - на применении строчных линеек приемников и упрощенной кадровой развертки;

Второе поколение - на использовании сгруппированных нескольких линеек (с временной задержкой и накоплением) и низкоскоростной системой развертки. Ко второму поколению относят вакуумные приборы с электронным сканированием приемной мишени –пироконы.

Принципиально новое третье поколение основано на применении «одновременно смотрящих» - фокально-плоскостных (FPA - Focal Plate Area) и двумерных твердотельных многоэлементных (матричных) приемников излучения (МПИ), то есть без использования оптико-механических систем развертки.

 

3.2 Мировой рынок некоторых видов тепловизоров. Цена

 

Медицинский пирометр СEM® ThermoDiagnostics

 

Рис. 7. Внешний вид медицинского пирометра СEM® ThermoDiagnostics

 

Прибор СEM® ThermoDiagnostics предназначен для дистанционного контроля температуры кожи в одной точке за одно измерение. Результаты измерения показываются на экране прибора, связь с компьютером не предусмотрена. Простейший вариант для тепловизионного исследования.

Конструкция и внешний вид пирометра в упаковке приведены на рис. 8

 

 

Рис. 8. Внешний вид пирометра CEM® ThermoDiagnostics в упаковке и схема его конструкции.

 

Цена прибора около 2000 р.

Основные достоинства:

• Чрезвычайно низкая цена
• Компактность
• Независимость от компьютера

Основные недостатки

• Сравнительно низкая точность измерений
• Отсутствие возможности строить картину теплового поля
• Отсутствие возможности автоматизированной постобработки полученных данных

 

Пирометр СEM® ThermoDiagnostics

Рис. 9. Внешний вид медицинского пирометра СEM® ThermoDiagnostics с визуализацией температурного поля

 

С точки зрения конструкции измерительного тракта – аналог рассмотренного в предыдущем пункте медицинского пирометра СEM® ThermoDiagnostics. Однако, в отличие от последнего, в данный прибор добавлен функционал для связи с компьютером, что существенно расширяет его возможности. Реализована функция визуализации температурного поля по нескольким значениям температуры, есть возможность сохранять и анализировать полученные данные.

Цена прибора около 15 000 р.

Основные достоинства:

• Возможность визуализации температурных полей
• Возможность сохранения и анализа полученных данных
• Сравнительная дешевизна
• Малые габариты и масса

Основные недостатки:

• Сравнительно низкая точность измерений
• Низкое быстродействие
• Визуализация теплового поля за счет аппроксимации малого количества измерений
• Медицинский тепловизор Pergamed (FLIR A300, A310)

 

Рис. 10. Внешний вид тепловизора FLIR A300

 

Окна программы, работающей с тепловизором FLIR A300 приведен на рис.21.

 

Рис. 11. Главное окно программы Pergamed, работающей с камерой FLIR A300.

 

Цена тепловизора этой марки около 300 000 р.

Основные преимущества:

• Высокая разрешающая способность по температуре
• Высокое пространственное разрешение
• Простота обслуживания (нет работы с жидким азотом)
• Малые габариты
• Высокий уровень автоматизации

Основные недостатки:

• Сравнительно высокая цена
• Заявленное разрешение по температуре достигается программными средствами, единичный датчик не способен обеспечить такую точность без охлаждения до сверхнизких температур.
• Сравнительно низкая частота кадров (3-9 кадров в секунду)

Медицинский азотоналивной тепловизор ТВ-04 "Кст".

 

Рис. 12. Внешний вид тепловизора ТВ-04 "Кст"

 

В данной модели тепловизоров используется охлаждение чувствительного элемента жидким азотом, что существенно снижает уровень собственных тепловых шумов и позволяет достичь высокого разрешения по температуре.

Пример термограммы, полученной с помощью тепловизора ТВ-04 "Кст" приведен на рис.13.

 

 

Рис. 13. Тепловая картина после холодовой пробы у пациента с сахарным диабетом с макроангиопатией левой голени