Введение

Инфракрасная термография (ИКТ) в отличие от многих других методов, используемых в медицине, не является системой визуализации анатомических структур. Инфракрасное тепловое изображение фиксирует инфракрасную энергию, излучаемую поверхностью кожи или любым другим объектом выше абсолютного нуля, обеспечивая изображение распределения температуры кожи тела, которое обусловлено микроциркуляторной, метаболической и вегетативной активностью [1, 2].

Весь спектральный диапазон инфракрасного излучения подразделяется на пять областей в зависимости от диапазона длин волн. Человек как биологическое тело, имеющее температуру в интервале 31—42°C, является источником преимущественно инфракрасного (ИК) излучения, причем собственное излучение кожи приходится на длинноволновой диапазон, соответствующий 8—14 мкм, поскольку его максимальная спектральная плотность составляет около 10 мкм. Излучательная способность человеческой кожи находится в диапазоне 0,98, что соответствует излучательной способности идеального черного тела. Следовательно, современный тепловизор с высокой чувствительностью к инфракрасному излучению может эффективно измерять температуру изображаемого объекта [3—5]. С помощью термографии можно увидеть объект в инфракрасном диапазоне целиком, распознавать и классифицировать его существенные признаки. У здорового человека тепловая картина относительно симметрична и постоянна, но при возникновении заболеваний возможны определенные изменения [6, 7].

Возобновившийся в настоящее время интерес к ИКТ обусловлен рядом преимуществ, и это позволяет активно внедрять данный метод для диагностики различных процессов и заболеваний как в профилактических и лечебных целях, так и для проведения научных исследований. В первую очередь следует отметить, что термография является безопасным методом, не имеет противопоказаний к применению и не представляет угрозы для человека вне зависимости от его возраста или состояния здоровья. Большим преимуществом можно считать неинвазивность и бесконтактность метода, что снимает все санитарно-эпидемические требования и ограничения. По мере развития технологий в области медицины создаются портативные медицинские диагностические ИК-системы, которые имеют невысокую стоимость реализации, низкие эксплуатационные расходы и отличаются большим удобством и оперативностью применения. Кроме того, с помощью ИКТ можно проводить исследования одномоментно или многократно в динамике наблюдения [8—10].

В настоящее время также существует большое количество специализированных программ для термографии, которые значительно расширяют возможности применения данного метода [11].

Однако метод ИКТ имеет и определенные недостатки: на результаты исследований может влиять ряд факторов, которые необходимо учитывать для стандартизации условий измерения, — это состояние окружающий среды, технические характеристики оборудования и индивидуальные особенности, влияющие на температуру кожи. Еще одним недостатком является отсутствие стандартизированных протоколов использования, что влияет на точность результатов и может привести к ошибочным данным, помимо этого существует проблема гипердиагностики [11—13].

Цель обзора — оценить возможности применения инфракрасной термографии в качестве диагностического и скринингового метода.

Материал и методы

В ходе работы проанализированы актуальные литературные источники российских и зарубежных авторов за период 2015—2021 гг., содержащие информацию о применении и перспективах медицинской термографии. Поиск литературы осуществляли в следующих базах данных: PubMed, eLibrary, CyberLeninka.

Результаты и обсуждение

Метод термографии удобен тем, что с его помощью можно быстро и без какого-либо вмешательства проводить обследование пациентов, в том числе скрининговое обследование населения для выявления определенного заболевания или факторов, способствующих развитию патологических процессов. В частности, имеются в виду онкологические, сердечно-сосудистые и эндокринные заболевания [14—16].

Наиболее широкое применение термография нашла именно в клинической онкологии. Использование данного метода основано на принципе, согласно которому метаболическая активность и сосудистое кровообращение как в предраковой ткани, так и в области, окружающей развивающийся злокачественный процесс, почти всегда выше, чем в нормальной ткани, следовательно, в проекции новообразования будет зарегистрировано увеличение ИК излучения [17, 18]. В настоящее время термография наиболее активно используется в диагностике ранних стадий рака молочной железы (РМЖ) [19, 20]. Несмотря на то что основным методом диагностики РМЖ на данный момент является маммография, все больше внимания исследователей привлекает альтернативный метод диагностики в связи с вероятностью получения ложноположительных результатов и воздействием рентгеновского излучения при традиционных методах исследования [21, 22]. По данным A. Lubkowska и M. Chudecka (2021), в здоровых тканях молочной железы происходит равномерное распределение температуры без явления температурной асимметрии, тогда как при злокачественном процессе отмечается асимметрия данных термометрии относительно здоровых тканей молочной железы [20]. По данным работы A.A. Khan и A.S. Arora (2021), термография имеет диагностическую точность, сравнимую с маммографией (96,57% и 98,11% соответственно) для дифференцирования злокачественного новообразования от здоровой ткани молочной железы [23]. Ряд исследований в данной области подтверждают чувствительность, специфичность и прогностическую значимость ИКТ в отношении диагностики РМЖ [24—28].

Достаточно актуальными являются исследования возможности применения ИКТ в распознавании сосудистых новообразований. Так, Е.А. Шейко и соавт. (2010—2011) обследовали 200 детей с установленным диагнозом гемангиомы различной локализации. При проведении термометрии выявлено повышение температуры в изучаемой области опухоли. Локальное повышение температуры в гемангиомах контурировалось как гипертермический фокус с градиентом температур от +3,0°C до +0,2°C. Максимальная температура в опухоли составила 39,0°C. Во время роста и стабилизации процесса у большинства опухолей контуры на термограммах были четкие, при регрессе — размытые. У детей с вылеченными гемангиомами между симметричными зонами показатели теплового поля практически не отличались от нормальных, распределение температуры — от 35,9°C до 36,0°C с градиентом не выше 0,1°C [19]. Полученные результаты в данном исследовании свидетельствуют о возможности выявления состояния и определения этапа развития новообразования для выбора дальнейшей тактики лечения.

Термография представляет собой безопасный метод и не подвергает пациента лучевой нагрузке, поэтому можно проводить исследование в динамике, оценивать эффективность лечения, а также предупреждать ранние осложнения [4, 29]. Во время проведения химиотерапии экстравазация является одним из частых осложнений процедуры лечения. В данном случае ИКТ показала свою эффективность в отношении раннего обнаружения экстравазации — на термограмме данная область определяется как участок со сниженной температурой от края до центра [29].

Еще одной обширной областью медицины, в которой применяется метод ИКТ, является эндокринология [30, 31]. Ранняя диагностика сахарного диабета (СД) считается важным шагом для контроля распространенности данного заболевания [32]. В настоящее время диагностика и скрининг диабета опираются на инвазивный биохимический метод, для которого применяется рутинное инвазивное взятие крови. Следовательно, крайне необходим неинвазивный метод скрининга сахарного диабета, который бы позволил выявлять заболевание на ранних стадиях развития у большего количества людей. Согласно информации, предоставленной U. Thirunavukkarasu и соавт. (2020), для ранней диагностики СД можно применять ИКТ языка, поскольку температура его поверхности у людей с СД оказалась выше, чем у пациентов без установленного диагноза. Предполагается, что повышение измеренной температуры языка наблюдалось в связи с более низкой секрецией слюны и ксеростомией [30]. Основываясь на описанных выше данных, этот метод можно использовать в будущем в качестве прогностического инструмента для выявления сахарного диабета 2-го типа.

Опираясь на работы A. Ilo и соавт. (2020), можно сказать, что ИКТ является перспективным методом и для ранней диагностики осложнений сахарного диабета. С помощью ИКТ можно выявлять локальные перепады температур в области стоп у пациентов с СД, то есть определять на поверхности стоп участки с повышенной температурой, на которых существует большая вероятность возникновения язв, и проводить раннюю профилактику язв при синдроме диабетической стопы [33]. Помимо этого, R.F.M. van Doremalen и соавт. (2020) предложили использовать метод трехмерной (3D) термографии для лучшей визуализации, поскольку двухмерные изображения имеют существенные недостатки (например, при визуализации подошвенной стороны язвы, развивающиеся на дорсальной стороне, будут пропущены). 3D термометрия, напротив, обладает клиническими преимуществами в обнаружении воспаления для предотвращения язвы на медиальной, боковой и дорсальной сторонах [34].

Патология щитовидной железы занимает второе место по распространенности после СД среди всех эндокринопатий. Узловые новообразования щитовидной железы являются распространенной патологией [35, 36]. Клиническое значение диагностирования узлов щитовидной железы основано на исключении возможности развития онкологических новообразований, которые встречаются в 7—15% случаев. В связи с поверхностным расположением железы она легко доступна для нескольких методов диагностики, таких как сцинтиграфия, ультразвуковое исследование и термография [35, 37], но именно благодаря таким преимуществам, как неинвазивность и безболезненность, ИКТ является наиболее походящим методом для проведения массового скрининга населения.

Обычно щитовидная железа не отображается на термограмме, но легко обнаруживается через кожу при узловом или диффузном гиперметаболизме. Как показали исследования, выполненные C.P. Damião и соавт. (2021), при термографической оценке злокачественные узловые образования имеют более высокую температуру, чем доброкачественные [35].

Метод ИКТ можно применять для бесконтактного выявления на профилактических осмотрах такой патологии щитовидной железы, как гипотиреоз [36]. На термограмме пациентов с данным заболеванием наблюдаются снижение кровотока по сосудам верхней конечности, снижение иммунитета, гипорегуляция в области печени и поджелудочной железы, парадоксальные значения в области толстого и тонкого кишечника, а также термографическая жесткость в проекции измерения щитовидной железы, что указывает на ее гипофункцию [31]. В связи с этим можно предположить, что широкое применение ИКТ позволит ускорить и упростить диагностику патологии щитовидной железы.

ИКТ может быть перспективным и полезным методом в области диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, в частности для объективного выявления флебита на ранних стадиях [38]. В ходе исследования F. Doesburg и соавт. (2019) проводили измерение разницы температур (ΔT) между местом введения периферического венозного катетера и проксимальной контрольной точкой с помощью ИКТ у 128 пациентов. Результаты работы подтвердили предположение, что с помощью ИКТ можно выявить повышение температуры в месте введения лекарственных средств, указывающее на местную воспалительную реакцию, характерную для флебита. Увеличение ΔT, по мнению авторов, является фактором риска развития флебита [39]. Кроме того, ИКТ может заменить традиционное ультразвуковое обследование для выявления флебита, так как является бесконтактным способом, который позволяет избежать прикосновения к коже в месте введения и снизить риск контаминации, а также не причиняет пациенту излишний дискомфорт [40, 41].

Помимо этого, по данным литературы, ИКТ имеет высокую диагностическую ценность для раннего выявления такой сосудистой патологии, как тромбоз глубоких вен нижних конечностей [42], наиболее тяжелым и чаще всего летальным исходом данного заболевания является тромбоэмболия легочной артерии [43]. Исходя из этого, скрининг на наличие тромбоза глубоких вен нижних конечностей имеет весьма важное прогностическое значение. В ходе исследования, в котором приняли участие 64 пациента с диагнозом тромбоза глубоких вен, выявлена тесная взаимосвязь между температурой поверхности кожи нижних конечностей и объемом периферического сосудистого кровотока [44]. Заболевания периферических артерий обычно характеризуются ишемией. В отличие от этого механизма тромбоз глубоких вен нижних конечностей обусловлен застоем крови высокой вязкости, что приводит к отеку тканей и локальному увеличению тепла. В процессе тромбообразования высвобождаются вещества, которые могут служить одной из причин повышения температуры конечностей [45]. Таким образом, аномальная гипотермия обычно наблюдается у пациентов с заболеваниями периферических артерий, а локальная гипертермия выявляется при тромбозе глубоких вен нижних конечностей [3]. ИКТ отражает только характер кровообращения и по чувствительности уступает более сложным методам, таким как ультразвуковое ангиосканирование, доплерография, дуплексное сканирование, компьютерная томография. Однако данный метод является наиболее простым и быстрым способом скрининга пациентов с подозрением на тромбоз глубоких вен.

ИКТ имеет широкое потенциальное применение и в нейрохирургии. Ткани мозга характеризуются повышенной скоростью метаболизма с высоким потреблением глюкозы и кислорода, а также высокой активностью кровотока, что обусловливает высокую выработку тепла. При некоторых физиологических процессах отмечаются температурные колебания, а в случае патологических состояний, таких как опухоли, пороки развития коры головного мозга, инфекции, возникают различные термические реакции [46, 47]. На примере хирургического лечения очагов с аномальной электрической активностью необходимо отметить преимущества термографии в качестве интраоперационного контроля физиологической активности головного мозга в сравнении с магнитно-резонансной томографией, ультразвуковым исследованием, которые малоэффективны при оперативных вмешательствах при эпилепсии. В ряде исследований установлено‚ что очаги с измененным церебральным метаболизмом, имеющие более низкую температуру, коррелируют с эпилептогенной активностью. В данном случае ИКТ картирование коры головного мозга позволяет определять области с различными температурными градиентами в режиме реального времени в момент хирургического вмешательства для сохранения нормальной ткани и достижения лучших результатов с точки зрения контроля приступов и безопасности при хирургическом лечении эпилепсии [48—50].

Термография может играть большую роль в визуализации и оценке внутрисосудистого кровотока и перфузии коры головного мозга во время проведения сосудистых нейрохирургических операций. Исходя из того, что ИКТ является достаточно чувствительным методом в отношении ишемии, это дает возможность использовать термографию в качестве интраоперационного мониторинга как при преходящем, так и при окончательном отсечении сосудистых структур в виде аневризм. В клиническом примере, описанном E. de Font-Réaulx Rojas и соавт. (2018), 64-летнему мужчине проведена операция по поводу случайно диагностированной неразрывной аневризмы передней соединительной артерии. Посредством термографии во время операции осуществлялся контроль температуры коры головного мозга в критические моменты, когда на мозговое кровообращение и метаболизм могло повлиять размещение временных зажимов и окончательного зажима. В ходе исследования не было никаких значительных изменений в кровотоке или метаболизме головного мозга, которые могли бы стать причиной охлаждения коры головного мозга при гипоперфузии. Это доказывает возможность применения ИКТ для регистрации областей с различными температурными градиентами, предотвращения вторичного и необратимого ишемического повреждения тканей мозга [51].

В периоды эпидемий инфекционных заболеваний инфракрасные термографы применяют для скрининга лихорадки в режиме реального времени. В частности, метод ИКТ помогает быстро и неинвазивно, без риска заражения оценить температуру тела [52]. Чувствительность инфракрасных термометров варьирует в пределах 40—89,4% при различных условиях и зависит от соблюдения ряда принципов [53]. Данный метод помогает предотвратить распространение инфекции в коллективе, особенно в периоды повышенной заболеваемости.

Авторы, изучающие возможности использования ИКТ в других областях медицины, утверждают, что данный метод имеет огромные перспективы, но в то же время требуется большое количество крупномасштабных исследований, которые смогли бы подтвердить эффективность метода. Так, перспективным применением ИКТ представляется определение гипоксии плода во внутриутробном периоде и в момент родов [54]. Результаты исследования N.A. Urakova и A.L. Urakov (2017) показали, что значения локальной температуры кожи в теменной части волосистой части головы живых плодов во время родов и сразу после них составляют 31,6—36,1°C. При отсутствии гипоксии плода температура родничка в среднем на 2,8±0,21°C больше температуры кожи черепа, а при тяжелой гипоксии — в среднем на 1,5°C больше [55]. Выявление участков локальной гипотермии кожи в области родничков может говорить об ухудшении кровообращения и уменьшении поступления кислорода к коре головного мозга плода, что свидетельствует о гипоксии или ишемии головного мозга у плода [56]. Дальнейшие исследования в данной области смогут снизить младенческую смертность во время родов и улучшить здоровье новорожденных.

На основании проведенного анализа опубликованных медицинских исследований следует отметить, что ИКТ — метод с большими возможностями применения в качестве инструмента скрининга и диагностики в клинических и неклинических условиях, имеется несомненная перспектива к совершенствованию данной технологии в будущем. Несмотря на использование других высокотехнологичных методов исследования, таких как магнитно-резонансная томография, ультразвуковое исследование, рентгенография и множество других, ИКТ оставляет за собой некоторые преимущества, поскольку является неинвазивным, бесконтактным, наиболее быстрым и удобным методом, определяющим те или иные заболевания на стадии доклинической картины, что важно для принятия превентивных мер.

Заключение

С появлением инфракрасных детекторов нового поколения термография становится более точным альтернативным медицинским диагностическим инструментом для измерения аномальной температуры тканей организма, что является наиболее актуальным в области исследования онкологических, сердечно-сосудистых, эндокринных, и ряда других заболеваний. В ближайшие годы использование инфракрасной термографии в медицинской сфере, вероятно, будет возрастать, поскольку существует тенденция к увеличению интереса исследователей к данному методу.

В современной медицине существует огромное разнообразие высокоточных инструментов диагностики заболеваний. Однако инфракрасная термография благодаря своим преимуществам, таким как высокая эффективность, бесконтактность и неинвазивность, может быть применена не только в индивидуальной диагностике, но и при массовом скрининге населения. Исследования в данной области являются весьма актуальными, так как изучение инфракрасной термографии позволит не только увеличить частоту выявления заболеваний на ранних стадиях, но и избежать возможного развития осложнений, вплоть до летальных исходов.

Участие авторов: концепция и дизайн работы, редактирование — А.Н. Сергеев; сбор и обработка материала — М.А. Беляк; статистическая обработка данных — Ю.О. Чарыев; написание текста — А.М. Морозов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.