ТЕПЛОВИЗОР: ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ И ДРУГИХ ОТРАСЛЯХ, ОБНАРУЖЕНИЕ СКРЫТЫХ ПРОБЛЕМ И КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

THERMAL IMAGER: APPLICATION IN MEDICINE AND OTHER FIELDS, DETECTION OF HIDDEN PROBLEMS AND TEMPERATURE CONTROL

Leisan Chernova

Student, First Moscow State Medical University named after I.M. Sechenov,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В настоящее время медицинская отрасль постоянно развивается. Расширяются не только методы лечения, знания специалистов, но и диагностика. Она расширяет свои возможности за счет постоянного развития технических и инструментальных методов сбора данных о функционировании и характеристиках исследуемого объекта.

В данной статья я рассмотрела тепловизионный метод определения температур, который выделяется среди других подходов благодаря заметному сочетанию высокого пространственного, температурного и временного разрешения.

ABSTRACT

Currently, the medical industry is continuously advancing. Not only are the knowledge and treatment methods of specialists expanding, but so is diagnostics. It is broadening its capabilities due to the continuous development of technical and instrumental methods for gathering data about the functioning and characteristics of the subject under study.

In this article, I have explored the thermal vision method for temperature determination, which stands out from other approaches thanks to its notable combination of high spatial, temperature, and temporal resolutions.

Ключевые слова: температура тела, диагностика, градусник, температурная константа, кожа, терморегуляция, терморецепторы, инфракрасное излучение, тепловидение, тепловизор, чувствительность.

Keywords: body temperature, diagnostics, thermometer, temperature constant, skin, thermoregulation, thermoreceptors, infrared radiation, thermal imaging, thermal imager, sensitivity.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА

На начальной стадии исследования, мы будем изучать температуру тела человека. Чтобы получить эту важную диагностическую информацию, необходимо поместить градусник в подмышечную впадину и измерить физическую величину, которая является основой для определения состояния организма. Однако этот метод не является оптимальным для получения диагностической информации. Вместе с этими данными, информацию о температуре также можно получить путем бесконтактного и контактного измерения локальных значений температуры, и эти данные будут более ценными.

Все привыкли, что температура человека должна быть ровно 36,6. Считается, что именно при такой температуре наш организм находится в нормальном, физиологическом состоянии, где не протекает никаких воспалений, то есть температуру тела – считают постоянной величиной. Однако на самом деле, температура тела может меняться в различных частях тела в зависимости от состояния человека.

Для более корректного объяснения мы делим организм на 2 части: глубокая часть (внутренние органы) и внешняя часть (кожа). Увеличение температуры в глубинных слоях и снижение температуры в поверхностной части помогают поддерживать постоянную температуру. Взаимосвязь между этими двумя частями очень сложная и регулируется различными органами и системами.

Самое важное в этом процессе - поддержание гомеостаза во внутренней части организма, и поэтому внешняя часть играет особую роль в поддержании постоянной температуры. Кожа – самый большой орган человеческого организма, играет ключевую роль в этом процессе, выполняя функцию терморегуляции. Чувствительной частью кожи являются терморецепторы, а исполнительными органами – железы, мышцы и сосуды.

С помощью тепловидения можно измерить и визуализировать инфракрасное, тепловое излучение, которое испускают все нагретые тела. Человеческий организм не является исключением, он также испускает тепловое излучение, которое может различаться в разных его частях. Именно эта особенность помогает диагностировать различные патологии.

Пространственно-временная динамика температуры в ответ на воздействующие факторы обладает высокой чувствительностью, что определяет широкие возможности диагностических методов, основанных на тепловизионных измерениях.

Впервые это удалось талантливому английскому астроному и физику Фридриху Вильгельму Гершелю в 1800 году. Во время изучения солнечного света, он заметил, что тот не однороден, тогда ученный пропустил солнечный свет через стеклянную призму, разложив его на составляющие. Далее Гершель решил исследовать их температуру. В результате он выявил, что температура синего, желтого, красного цвета разная, и повышается от синего к красному.  И тогда он решил измерить температуру за пределами диапазона красного, в той области, где солнечный свет уже невидим. Ученый обнаружил, что там она оказалась самая высокая. Таким образом, он доказал, что существует свет, невидимый для человеческого глаза, позже он получил название «инфракрасный».

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ ЧЕРЕЗ ТЕПЛОВИЗОР

Чтобы увидеть мир в инфракрасном, тепловом свете нужен специальный прибор – тепловизор. Можно сказать, что он видит не свет от лампы, а ее тепло, ведь световое и тепловое излучение очень близки и термограммы (тепловые картины) по форме повторяют то, что видит глаз человека, но есть в них и то, что невооружённому глазу не обнаружить. По своему внешнему виду, большинство тепловизоров похожи на обычную камеру, и по принципу действия они тоже схожи.

Для тепловой оптики справедливы те же законы, что и для обычной, вот только стекла здесь разные. Линзы в тепловизоре сделаны из редкоземельного метала германия, они свободно пропускают инфракрасные волны, в то время как обычные, кремневые стекла их задерживают.

Чувствительность тепловизора может достигать сотых долей градуса, это позволяет видеть не только тепловой след на поверхности, но и узнать, что происходит внутри.  Это и называется – неразрушающий контроль.

Тепловизоры работают на основе общего принципа, согласно которому инфракрасное излучение сначала проходит через систему линз и попадает на фотоприемник. Фотоприемник способен реагировать только на определенную длину волны инфракрасного спектра, поэтому излучение, попадающее на него, влияет на его электрические характеристики. Это изменение регистрируется и усиливается электронной схемой.  Полученный сигнал затем обрабатывается и отображается на экране. В блоке отображения используется цветовая палитра, где каждый сигнал имеет свой цвет. Таким образом, инфракрасное излучение, зарегистрированное фотоприемником, представляется на экране в виде цветной точки, соответствующей его численному значению. Система, включающая зеркало, или матрицу называется сканирующей, она проводит поэтапный обход всех точек в пределах поля видимости прибора. И как результат – это видимая картина инфракрасного излучения объекта.

Тепловизор предоставляет возможность просматривать внутренние структуры предметов без их физического контакта, что является уникальным преимуществом этого метода диагностики. Тепловизор широко применяется не только в медицине, но и в энергетике и строительстве. Были случаи, когда пожарные смогли обнаружить людей, находящихся без сознания в дыму, благодаря использованию тепловизора.

После получения термограмм специалист проводит их обработку, включая визуализацию, сохранение тепловизионных кадров, регулирование скорости записи при необходимости, а также распределение цветовой палитры для отображения температурного диапазона объектов, находящихся в поле зрения тепловизора. Кроме того, проводится количественный анализ и корректировка температуры в соответствии с параметрами окружающей среды, такими как влажность, температура окружающих предметов и воздуха, которые могут влиять на фоновое излучение.

Для врачей диагностика на основе единственного снимка, аналогично рентгеновскому изображению, является более удобной и привычной, чем анализ временных изменений температуры на динамических термограммах.

Анализ асимметрии тепловых картин контралатеральных участков тела активно применяется для обнаружения неправильного распределения температуры и может помочь выявить такие патологии, как варикоз и рак молочной железы.

Для реабилитологов и тренеров количественная оценка пространственной неоднородности распределения температур также может быть полезна. Изменения температуры тела и однородности ее распределения во время физических нагрузок позволяют изучить реакцию организма на различные степени нагрузки.

Динамическая тепловизионная диагностика в сочетании с оценкой пространственной неоднородности распределения температуры также может быть эффективна при исследовании патологий глаза и изучении процессов потовыделения, терморегуляции при занятиях спортом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение, стоит отметить, что тепловизор предоставляет возможность неразрушающего контроля температуры тела человека. Он позволяет визуализировать инфракрасное, тепловое излучение, которое испускает организм. Таким образом, тепловизор помогает диагностировать различные патологии и отслеживать изменения температуры в разных частях тела. Этот метод диагностики широко применяется в медицине, энергетике и строительстве. Он также может быть полезен для реабилитологов и тренеров при изучении реакции организма на физические нагрузки. Тепловизор является продвинутым и развивающимся методом диагностики, который находит применение во многих областях.

Список литературы:

1. Копылова О.Н., Круглякова А.А., Батищев П.Е. Медицинское тепловидение: история развития и современное состояние. Биомедицинская инженерия и электроника. 2016: 24-29.
2. Литвинов А.В., Лебедева О.И., Федоров М.С. Применение методов тепловизионной диагностики в клинической практике. Клиницист. 2017: 50-58.
3. Иванова Е.И., Гузик А.Л. Тепловизионная диагностика в неврологии. Журнал неврологии и психиатрии. 2014: 36-40.
4. Морозова О.Е., Кугамбаев А.В. Применение тепловизионной диагностики в оценке состояния здоровья человека. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2018: 61-66.
5. Романюк Е.В., Черных А.Н. Тепловизионная диагностика в неврологии и нейрохирургии: состояние, перспективы и возможности. Вестник инновационной медицины. 2017: 7-12.