Анализ термоструктур биологических систем методом матричной инфракрасной термографии

• Автор: Хижняк, Евгений Павлович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1 Исследовательские и диагностические возможности метода инфракрасной термографии

1.2 Утрированные недостатки и реальные достоинства

1.3 Физические и физиологические основы тепловидения

1.4 Медицинское применение метода ИК термографии

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Состояние проблемы

2.2 Физические условия возникновения конвекции

2.3 Роль температурных градиентов и конвективных процессов

в формировании биологических эффектов ЭМИ
2.4 Методика измерений с помощью матричных ИК систем
2.5 Калибровка ИК систем
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Термоструктуры в открытых поверхностных слоях жидких сред
3.2 Особенности разогрева моделей биологических тканей при действии электромагнитных излучений миллиметрового диапазона длин волн
3.2 Конвективные процессы в жидких средах при действии электромагнитных излучений миллиметрового диапазона
3.3 Количественный анализ термоструктуры тела человека
3.3.1 Термографические параметры в норме
3.3.2 Корреляционные соотношения между анатомической структурой сосудов и пространственным распределением поверхностных температур
3.3.3 Сравнение возможностей ИК систем диапазонов 3-5 и 8-12 мкм
3.3.4 Клиническая апробация диагностических возможностей матричных РЖ систем
Выводы
Список работ, опубликованных по теме диссертации
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Температура является одним из важнейших параметров состояния биологических систем. Пространственное распределение температур позволяет определить локализацию патологических процессов при решении задач медицинской диагностики, регистрировать распределение поглощения электромагнитных излучений и ультразвука в гетерогенных биологических системах, что является одной из важнейших задач при исследовании механизмов биологических эффектов неионизирующих излучений, анализировать тепловые паттерны на поверхности жидких сред, связанные с конвективными и диффузионными процессами.
Регистрации тепловых портретов биологических систем является одной из сложных методических задач. Использование контактных термометров имеет ряд ограничений из-за их инерционности и влияния на объект измерений. Они могут изменять температуру среды в области измерений и вносить дополнительные артефакты в условиях действия электромагнитных излучений за счет искажений картины распределения электромагнитных полей в области измерений и дополнительной гетерогенности теплоемкости.
Наиболее совершенным способом регистрации пространственного распределения температур является метод инфракрасной (ИК) термографии. Этот метод не вносит артефактов измерений в условиях действия электромагнитных излучений, поэтому может применяться для регистрации динамики разогрева биологических объектов непосредственно во время действия электромагнитных излучений. Метод ИК диагностики абсолютно безвреден для человека, так как в его основе лежит принцип регистрации температурных распределений по собственному тепловому излучению объектов. Поэтому он может без каких-либо ограничений использоваться для профилактических обследований пациентов с целью раннего выявления патологических процессов.
Несмотря на ряд совершенно очевидных преимуществ использования матричных ИК камер для измерения пространственного распределения температур, их применение в медицинской диагностике сдерживается до последнего времени по следующим причинам:
• Тепловизор регистрирует только поверхностную температуру, в то время как пораженные сосуды и другие патологические образования находятся на определенном расстоянии от поверхности кожи;
• Открытым остается вопрос о соотношении термографической картины на поверхности тела и анатомическими структурами, которые расположены на определенном расстоянии от поверхности кожи;
• Не решен вопрос о возможности количественных измерений абсолютных значений температур на поверхности кожи, поскольку изначально тепловизоры разрабатывались в основном для визуализации тепловых источников, а не для измерительных целей.
Более того, до недавнего времени бытовало мнение о проблематичности использования матричных ИК систем для медицинской диагностики из-за проблем с выравниванием чувствительности всех элементов матриц ИК фотоприемников и возможностью калибровки камер.
Актуальность разработки методов использования микроболометрических матричных ИК систем на диапазон 8-12 микрон для медицинской диагностики связана с тем, что большинство методических наработок по применению тепловизоров в медицине выполнены с использованием одноэлементных охлаждаемых ИК камер, работающих в диапазоне 3-5 мкм. Учитывая, что стоимость неохлаждаемых микроболометрических матричных ИК систем в 2-3 раза ниже по сравнению с охлаждаемыми ИК системами, представляется крайне целесообразным проведение сравнительных исследований диагностических возможностей ИК систем диапазонов 3-5 и 8-12 мкм с учетом параметров конкретных матричных модулей ИК фотоприемников. Диагностические комплексы на основе неохлаждаемых
Атеросклероз локализуется преимущественно в крупных сосудах (аорта, подвздошные артерии) или артериях среднего калибра (бедренные, подколенные) [29, 39, 80]. Приблизительно у трети больных с хронической артериальной недостаточностью нижних конечностей атеросклеротический окклюзирующий процесс локализуется в брюшном отделе аорты, а у 2/3 больных атеросклеротическая окклюзия развивается в бедренноподколенном сегменте [81-83, 156, 181, 186]. Атеросклеротические
изменения в аорто-подвздошном сегменте обычно имеют типичную картину. Атеросклеротические бляшки чаще всего обнаруживаются на задней стенке аорты и подвздошных артерий. Для атеросклероза этой локализации характерны частый кальциноз и пристеночный тромбоз.
Ориентируясь на симптомы ишемии, течение облитерирующего атеросклероза нижних конечностей подразделяется по Покровскому-Фонтейну на 4 стадии. При I стадии боль появляется в нижних конечностях только при большой физической нагрузке, например, при ходьбе на расстояние больше 1 км. При II стадии ишемии появляется боль при ходьбе на значительно меньшее расстояние. Расстояние 200 м принято за условный критерий. Если больной может без болей, обычным шагом (не медленно) пройти больше 200 м его состояние определяют как И-А стадию ишемии. Если при нормальной ходьбе боли возникают раньше, чем человек пройдёт 200 м, то это П-Б стадия ишемии. При болях в покое или при ходьбе меньше, чем на 25 м определяется III стадия ишемии. IV стадия ишемии характеризуется язвенно-некротическими изменениями тканей [81-83, 179, 193].
Классификация хронической артериальной недостаточности нижних конечностей по тяжести заболевания несколько модифицирована в отношении стадий III и IV: для стадии III-А характерно появление “боли покоя”, то есть боли, возникающей в горизонтальном положении, что вынуждает больного периодически опускать ногу вниз (до 3-4 раз за ночь);