Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» разработали первый полностью отечественный компактный тепловизор, предназначенный для медицинской диагностики. Этот новый прибор отличается простотой использования и позволяет точно измерять локальную температуру поверхности тела пациента в любой точке. Разработка уже запатентована и проходит испытания в клинической практике, в частности, для наблюдения за кровотоком во время удаления опухолей и оценки степени обморожений.
Изменения температуры в той или иной области тела – значимые признаки, указывающие на потенциальные проблемы со здоровьем, такие как инфекции, онкологические заболевания или другие патологии. Для отслеживания температурных изменений на поверхности тела (без инвазивного вмешательства) используют термографию – метод регистрации инфракрасного теплового излучения, исходящего от организма. В медицинских целях применяются универсальные тепловизоры высокого качества, которые адаптируются для работы с медицинскими задачами и дополняются специализированным программным обеспечением. Однако применение этих приборов в клинической практике имеет ограничения: для обеспечения достаточной точности получаемых данных требуется их сложная математическая обработка и интерпретация с учетом конкретных обстоятельств.
Разработанный в ЛЭТИ бюджетный тепловизионный комплекс представляет собой значительный шаг вперед в медицинской термографии. Он позволяет отображать не только разницу температур, но и их точные локализованные значения с разрешением до отдельного пикселя изображения.
Как сообщил корреспонденту «Научной России», заведующий кафедрой электронных приборов и устройств СПбГЭТУ «ЛЭТИ», профессор Николай Николаевич Потрахов.
Тепловизор оснащен двумя датчиками: малоформатной матрицей и точечным сенсором. Благодаря их совместной работе устройство способно с высокой точностью определять температурные изменения на близком расстоянии и отображать абсолютные значения температуры практически на любой области тела.
«Это уникальная технология. Матричный датчик обеспечивает получение тепловой карты определенной области кожи человека. Однако из-за технических ограничений он не позволяет достаточно точно измерять температуру в каждом пикселе, — объяснил Н.Н. Потрахов. — В то же время, точечные датчики предназначены для оценки температуры в конкретной точке с высокой точностью – до 0,1 °C. Сначала мы формируем общее представление, а затем детализируем его с помощью точечного датчика. Это позволяет нам предложить экономичный способ решения сложной технологической задачи».
Новое устройство отличается доступной ценой и удобством использования, превосходя зарубежные аналоги: для работы с ним не нужна специальная подготовка. Для диагностики достаточно приложить тепловизор к исследуемой области тела. Полученные данные отображаются на экране компьютера в виде тепловизиограммы с наложенной координатной сеткой.
Специальное программное обеспечение расширяет функциональность тепловизора. В частности, врач может выделить на теплограмме конкретный участок, где отобразится температура каждого пикселя, а встроенный дальномер позволит определить размеры выбранной области. Программа также предоставляет возможность выделения зон с отклонениями температуры, основываясь на заданном диапазоне показателей. Собираемые данные сохраняются в системе, что позволяет отслеживать график изменения температуры в режиме реального времени и сопоставлять несколько последовательных тепловизионных снимков для анализа тенденций. Программный комплекс обеспечивает ведение «медицинской карты», включающей имя пациента, дату и время проведения измерений, изображения с указанием расстояния до исследуемой области, а также комментарии специалиста.
«Все медицинские разработки, осуществляемые на нашей кафедре, создаются в сотрудничестве с заказчиками: практикующими врачами, инженерами и технологами. Данная технология стала результатом детального обсуждения с медицинскими научными работниками, которые искали новые методики и применения [термографии]. Они поставили перед нами задачу создания экономичного, доступного и простого в эксплуатации комплекса, — поделился Н.Н. Потрахов. — Разработка этого устройства ведется на протяжении нескольких лет. Пробные образцы комплекса проходят испытания в крупных клиниках нашего города. Программное обеспечение играет важную роль в новом тепловизоре, поскольку обработка получаемой информации имеет принципиальное значение. Недостаточно просто измерить температуру — необходимо корректно интерпретировать результаты и правильно применять информацию в реальных клинических ситуациях. Поэтому разработка качественной программы для тепловизора, недавно прошедшей регистрацию, потребовала нескольких лет».
Эта специализированная модификация нового устройства представляет собой первый в России портативный прибор, предназначенный для мониторинга кровотока во время хирургического удаления опухолей. Данная технология проходит испытания в Российском научно-исследовательском нейрохирургическом институте имени А.Л. Поленова. В состав этого комплекса входят два точечных датчика: один отслеживает изменения кровотока в области злокачественной опухоли, а другой регистрирует аналогичные данные в здоровой ткани. Кроме того, устройство оснащено кардиографом.
«Медицинские исследования показывают, что злокачественные опухоли оказывают значительное воздействие на кровообращение в области их расположения. Поэтому, оценка разницы температур между пораженным и здоровым участком предоставляет дополнительную информацию, важную для оценки эффективности хирургического вмешательства и последующего восстановления. «Поэтому наш прибор является важным инструментом, помогающим хирургу при удалении злокачественных опухолей», — отметил Н.Н. Потрахов.
В ряде ведущих медицинских центров Санкт-Петербурга была проведена опытная проверка технологии.
«В ряде клиник города, включая Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова, ведется пробная эксплуатация комплекса. По результатам этой эксплуатации врачи уточняют возможности применения прибора и методику его использования. В первую очередь, наше устройство, безусловно, будет востребовано в онкологии, где оно может использоваться для диагностики и оценки эффективности лечения пациентов», — пояснил Н.Н. Потрахов.
Тепловизионный комплекс проходил испытания в ряде других медицинских учреждений, включая Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова и Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья имени П.Ф. Лесгафта. Применение устройства было различным: оно использовалось не только для оценки кровотока, но и, к примеру, для определения степени ожогов и измерения температуры кожи у пациентов с сепсисом.
Н.Н. Потрахов добавил, что технология нашла применение и в области военной медицины — здесь прибор можно применять для оперативной диагностики термических повреждений, таких как отморожения стоп и кистей рук: «Сейчас мы проводим такие работы совместно с Военно-медицинской академией им. С.М. Кирова, куда также был отправлен на эксплуатацию один из наших приборов».
Новый тепловизионный комплекс продемонстрировал широкие возможности в ходе испытаний.
«В настоящее время идет процесс всесторонних испытаний прототипа. Важно осознавать, что это изделие пока не является финальным. Для получения готового продукта необходимо провести обширный цикл клинических испытаний и внести коррективы на основе отзывов врачей, — подытожил Н.Н. Потрахов. — Поскольку новая технология всегда вызывает большой интерес, сейчас активно разрабатывается общая концепция комплекса. Однако, скорее всего, прибор не будет представлен в единичной модификации. В настоящее время мы изучаем как минимум две версии устройства – с двумя и с тремя датчиками – чтобы в максимальной степени учитывать потребности врачей. Вероятно, будет создана целая линейка приборов. Я полагаю, что в течение года мы завершим основные клинические испытания и получим отзывы, которые будут учтены при дальнейшей доработке. Помимо этого, мы планируем привлекать финансирование для проведения дорогостоящих испытаний, необходимых для получения регистрационного удостоверения и организации серийного производства. В целом, предстоит большая работа, но мы уверены в решении поставленных задач».
Новость создана при содействии Министерства науки и высшего образования РФ
Фотография на превью: Евгения Захарова / Центр научных коммуникаций ЛЭТИ
Фотография на странице: Евгения Захарова / Центр научных коммуникаций ЛЭТИ; Отдел по связям с общественностью ЛЭТИ.