Use of thermal imager in complex diagnosis and treatment of musculoskeletal system diseases: literature review

Cover Page

Abstract


The experience of using thermal imager in diagnosis and treatment of musculoskeletal system diseases based on review of domestic and foreign literature is presented in the paper. Bibliographical method was applied. A short history of using thermovision in foreign and domestic practice is considered, the problem aspects of the offered technology are accentuated, the use of thermal imager in diagnosis and treatment of musculoskeletal system diseases is analyzed. The possible prospects for development of thermovision in domestic medical practice are determined.


Full Text

Введение

Тепловидение (название термина в отечественной практике) или термография (название термина в зарубежной практике) является неинвазивной бесконтактной технологией, позволяющей проводить диагностику на основе измерения и визуализации инфракрасного излучения. Основным условием, определяющим развитие медицинского тепловидения, является наличие соответствующей аппаратуры – тепловизоров. При осуществлении диагностики с помощью тепловизора использован физический принцип: температурное поле на поверхности любого тела (в том числе и на коже человека) отражает внутренние воспалительные процессы, происходящие в организме [1, 2].

Тем не менее, хотя существуют различные исследования, касающиеся применения инфракрасного теплового изображения в качестве диагностического инструмента в медицине, до настоящего времени нам не известно о каком-либо систематическом обзоре, исследующем его полезность в диагностике и лечении заболеваний опорно-двигательного аппарата. Осуществлен краткий анализ имеющихся исследований отечественных и зарубежных специалистов с целью определения возможности применения инфракрасного тепловидения и перспектив развития методики в травматологии и ортопедии.

История применения тепловизоров в медицинской практике и проблемы использования технологии

Методология тепловидения нашла применение в медицине с середины прошлого века. За рубежом первой публикацией по этому вопросу стало сообщение доктора R.N. Lawson из Канады о возможности диагностики рака молочной железы с помощью термографии [2]. Начиная с 60-х гг. XX в. число исследований и публикаций по использованию этого метода в медицине лавинообразно росло, а сама термография активно развивалась.

Первые тепловизоры в медицине появились благодаря разработкам военной техники. В Советском Союзе такие работы начались в 1950-е гг., а первой открытой публикацией по тепловидению стал доклад М.М. Мирошникова и соавт. [3] на XV Чтениях им. академика Д.С. Рождественского в 1961 г.

С начала 1960-х гг. началась серийная разработка, выпуск и усовершенствование тепловизоров, что позволило создать в СССР широкую сеть тепловизионных центров и кабинетов на базе различных медицинских учреждений. К концу ХХ в. тепловидение активно использовалось как в отечественной, так и в зарубежной медицинской диагностике и клинической практике. Но, необходимо отметить, что у данной технологии существует ряд ограничений и проблем, которые привели в дальнейшем к снижению интереса к тепловидению в научном сообществе и среди практикующих специалистов.

В значительном количестве случаев тепловидение дает важную, но только дополнительную информацию к клинико-рентгенологическим, лабораторным и другим данным. Ценность тепловизионных исследований при различных формах патологии неодинакова, так как степень теплового проявления патологических процессов у различных пациентов и при разнообразных диагнозах может значительно отличаться. Также в ряде случаев при явной патологии по данным нативного обследования не выявляются нарушения нормальной термотопографии исследуемой области. Объяснением этому факту служит то, что организм нивелирует возможные температурные нарушения. При тепловизионном исследовании регистрируется лишь термогенез самих поверхностных тканей, а глубинное «тепло» шунтируется и видоизменяется при прохождении через кожу, жировую клетчатку, связочный и костный аппарат.

Оценка информации исключительно статической нативной тепловой картины не только не приносит желаемых результатов распознавания различной патологии или клинических синдромов, но и дискредитирует тепловидение как функциональный метод инструментальной диагностики. Поэтому еще одной причиной спада интереса к тепловидению является переоценка и недоучет диагностических возможностей тепловидения. Вместе с тем существуют такие клинические ситуации, когда только на основании термограмм можно сделать верные заключения, то есть тепловидение несет новый вид информации, который присущ только этому методу, и может получить «вторую жизнь» в современных условиях развития медицинских технологий.

Опыт применения тепловизора в диагностике и лечении заболеваний опорно-двигательной системы в зарубежной медицинской практике

Термография в зарубежной медицинской практике ортопедов получила применение при проведении обследований различных нарушений и травм костно-мышечной системы и соединительной ткани. Это объясняется тем, что диагностические тесты с использованием ионизирующего излучения могут привести к проблемам у пациентов, поэтому инфракрасное тепловидение незаменимо при диагностике различных повреждений костно-мышечной системы [4, 5].

Методика позволяет обнаруживать локальные колебания температуры, такие как те, которые возникают при воспалительных состояниях, связанных с различными патологическими нарушениями, включая травмы опорно-двигательного аппарата [6].

Например, китайские исследователи H.Y. Zhang, B.Y. Cho, H.S. Kim, Y.E. Cho в своей статье приводят положительные результаты использования термографической диагностики при травме шейного отдела позвоночника [7].

Американские исследователи M. Bernstein, G. Nichols, J. Blair успешно применили термографию для диагностики и последующего лечения травмы позвоночника тупым предметом, при которой отсутствовали внешние проявления [8].

K.B. Hosie, J. Wardrope, A.C. Crosby, D.G. Ferguson использовали термографию для диагностики переломов лопаточной кости [9].

Положительно оценивают результаты применения термографии при диагностике и лечении различных повреждений костно-мышечной системы B.B. Lahiri, S. Bagavathiappan, T. Jayakumar, J. Philip [10]. Вместе с тем E. Sanchis-Sanchez, C. Vergara-Hernandez, R.M. Cibrian, R. Salvador, E. Sanchis, P. Codoñer-Franch, проведя обзор результатов различных медицинских исследований с помощью термографии в диагностике костно-мышечных травм, делают вывод об отсутствии диагностической точности инфракрасного теплового изображения у пациентов с травмой опорно-двигательного аппарата [11].

Во многом данная ситуация определяется недостатками используемой аппаратуры и ее ограничениями, что влияет на качество проведения процедуры. Например, K. Ammer [1] отмечает, что при применении метода термографии на точность ортопедической диагностики влияет качество технического обеспечения процедуры, используемое оборудование и возможности обработки изображений.

Начавшееся несколько лет назад внедрение недорогих камер может повысить доступность термографии для широкого круга пациентов, которая до сих пор была возможна только в специализированных медицинских учреждениях. Подобные устройства имеют тепловое разрешение 0,1 °C, что является приемлемым для медицинского применения и, несмотря на определенные ограничения, может найти широкое применение в повседневной клинической практике [12].

Развитие информационных технологий и мобильных приложений позволяет сделать термографию не только недорогой процедурой, но также быстрой и удобной в использовании. На это указывают T. Kanazawa et al. [13], оценивающие положительно применение смартфона в мобильной термографии для оценки субклинического течения воспаления.

Использование тепловидения в диагностике и лечении заболеваний опорно-двигательной системы в российской практике

В отечественной медицинской практике в ходе различных клинических исследований были установлены отклонения от температурных норм и термотопологии при различных заболеваниях позвоночника.

По мнению ряда авторов [14–16], тепловидение значительно расширяет возможности диагностики, его следует использовать как дополнительное исследование при болях в спине и суставах, что дополняет традиционные методы диагностики. При проведении исследований позвоночного столба с помощью тепловизора можно выявить функциональные нарушения на ранней стадии заболевания, когда еще отсутствуют структурные изменения. Например, В.И. Виноградов и соавт. [17] указывают, что при обследовании пациентов с остеохондрозом позвоночника термографические признаки остеохондроза выявлялись при отсутствии таковых на рентгенограммах. Термографическая визуализация позволила исследователям выявить различные нейрососудистые нарушения еще до появления клинической картины. И.А. Жарова [18] отмечает положительный эффект использования тепловидения у больных остеохондрозом и плоскостопием для оцен- ки функционального состояния опорно-двигательной системы до и после проведения курса физической реабилитации.

Тепловидение нашло свое применение в ряде крупных медицинских учреждений Российской Федерации. Например, метод функционального тепловидения широко используется в Нижегородском НИИ травматологии и ортопедии с 1977 г. На сегодняшний день разработаны оригинальные методики обследований и диагностические критерии оценки исследуемой патологии, многие из которых имеют мировую новизну и защищены патентами, в том числе и в области ортопедии. Например, при остеохондрозе различных отделов позвоночника проводится диагностика вертебрального и различных клинических вариантов экстравертебральных синдромов (мышечно-тонические, нейродистрофические, нейрососудистые, корешковые расстройства). Другое направление предусматривает проведение контроля эффективности различных методов лечения, что вызывает все больший интерес, так как высокая информативность тепловидения при отсутствии противопоказаний делает возможным многократное проведение обследования на протяжении всего периода лечения больного. Например, разработан способ прогнозирования эффективности лечения больных с корешковыми и рефлекторными синдромами поясничного остеохондроза радоновыми ваннами [19].

Еще одним направлением выступает применение тепловизионных исследований в ходе оперативных вмешательств. Мировую научную новизну проблемы обеспечили исследования последних лет, касающиеся операций на позвоночнике по поводу грыж межпозвонковых дисков и опухолей спинного мозга. Ценность получаемой информации стала причиной того, что в настоящее время тепловидение регулярно используется в ходе подобных оперативных вмешательств для решения различных диагностических, тактических и прогностических задач. Например, на сегодняшний день разработаны:

– способ оценки нарушений нервной проводимости спинномозговых корешков, компримированных грыжей межпозвонкового диска;

– способ прогнозирования восстановления нарушенных функций после декомпрессии корешков конского хвоста;

– способ интраоперационной диагностики боковой локализации грыжи поясничного межпозвонкового диска [20–22].

И.С. Кожевникова [20], проведя обзор литературы о применении тепловидения в современной медицине, отмечает, что недостаток в объективности данных анализа термограмм можно нивелировать, основываясь на применении унифицированных автоматических программ для обработки термоизображений.

На сегодняшний день автоматические методы анализа только разрабатываются, лишь частично внедряются в практику медицинских исследований, но в научной среде уже давно говорят о необходимости расширения практики применения автоматического анализа термограмм.

Выводы

Проведенный обзор позволяет сделать вывод о том, что использование термографии в клинической практике в настоящее время носит прогрессирующий характер. Тепловидение как метод медицинской диагностики имеет высокий потенциал в ортопедии, так как различные патологии дают изотермические изменения, которые возможно регистрировать на термограммах. Рассматриваемая методика позволяет проводить мониторинг лечения (как хирургического, так и консервативного), повторять исследование в динамике, предоставляет дополнительную диагностическую информацию по ряду различных патологий. Преимуществом методики выступает ее абсолютная неинвазивность, универсальность, простота в выполнении и безопасность как для врача, так и для пациента.

В то же время широкого применения в клинической практике тепловидение не получило из-за недостатка в объективности данных анализа термограмм. Изменить ситуацию возможно на основе применения современных тепловизоров, имеющих высокое разрешение, а также использования унифицированных автоматических программ для обработки термоизображений [20, 22].

Несмотря на определенные ограничения, тепловидение может найти свое место в клинической практике, а с широким распространением небольших и недорогих инфракрасных камер, возможно, станет частью обычной диагностической оценки. Следует полагать, что со временем тепловидение станет обязательным методом в комплексе интраоперационной диагностики в травматологии и ортопедии при лечении заболеваний опорно-двигательной системы.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

M. E. Vinderlikh

Mari State University

Author for correspondence.
Email: nb_sh@mail.ru

Russian Federation, Yoshkar-Ola

Candidate of Medical Sciences, traumatologist-orthopedist, Senior Lecturer

N. B. Schekolova

E.A. Vagner Perm State Medical University

Email: nb_sh@mail.ru

Russian Federation, Perm

MD, PhD, Professor, Department of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery

References

  1. Ring E.F.J., Ammer K. Infrared thermal imaging in medicine. Physiol Meas 2012; 33: 33–46.
  2. Lawson R.N. Implications of surface temperatures in the diagnosis of breast cancer. Canad Med Assoc J 1956; 4 (75): 309–310.
  3. Miroshnikov M.M., Kolesov S.N., Stulin I.D., Pertsov O.L., Sobolev N.F. Medical thermal imaging: history, current status, development pro-spects. Thermal imaging in medicine – SB RAS, available at: http://bibl.laser.nsc.ru/download/ 2006/PO_sec4.pdf (in Russian).
  4. Mettler F.A., Bhargavan M., Faulkner K. Radiologic and nuclear medicine studies in the United States and worldwide: frequency, radiation dose, and comparison with other radiation sources 1950–2007. Radiology 2009; 253: 520–531.
  5. Hall E.J., Brenner D.J. Cancer risks from diagnostic radiology: the impact of new epidemiological data. Br J Radiol 2012; 85: 1316–1317.
  6. Fitzgerald A., Berentson-Shaw J. Thermography as a screening and diagnostic tool: a systematic review. N Z Med J 2012; 125: 80–91.
  7. Zhang H.Y., Cho B.Y., Kim H.S., Cho Y.E. Thermo-graphic diagnosis of whiplash injury with/without radiculopathy. Key Eng Mater 2006; 845: 321–323.
  8. Bernstein M., Nichols G., Blair J. The use of black and white infrared photography for recording blunt force injury. Clin Anat 2013; 26: 339–346.
  9. Hosie K.B., Wardrope J., Crosby A.C., Ferguson D.G. Liquid crystal thermography in the diagnosis of scaphoid fractures. Arch Emerg Med 1987; 4: 117–120.
  10. Lahiri B.B., Bagavathiappan S., Jayakumar T., Philip J. Medical applications of infrared thermography: a review. Infrared Phys Technol 2012; 55: 221–235.
  11. Sanchis-Sánchez E., Vergara-Hernández C., Cibrián R.M., Salvador R., Sanchis E., Codoñer-Franch P. Infrared Thermal Imaging in the Diagnosis of Musculoskeletal Injuries: A Systematic Review and Meta-Analysis. American Journal of Roentgenology 2014; 203: 875–882.
  12. Ammer K. Repeatability of identification of hot spots in thermal images is influenced by image processing. Thermology Int 2011; 21: 40–46.
  13. Kanazawa T., Nakagami G., Goto T. Use of smartphone attached mobile thermography assessing subclinical inflammation: a pilot study. J Wound Care 2016; 25: 177–180.
  14. Dekhtyarev YU.P., Nechiporuk V.I., Mironenko S.A., Venger E.F., Dunayevskiy V.I., Kotovskiy V I., Solov′yev E. The use of remote infrared thermography in the diagnosis of diseases and the effects of injuries in athletes. Elektronika i svyaz′. Tematicheskiy vypusk «Elektronika i nanotekhnologii» 2009; 1: 220–223 (in Russian).
  15. Dekhtyarev YU.P., Nechiporuk V.I., Mironenko S.A., Koval′chuk I.S., Venger E.F., Dunayevskiy V.I., Kotovskiy V.I. Infrared remote thermography as an auxiliary method in the diagnosis and treatment of vertebrogenic pain in athletes. Elektronika i svyaz′. Tematicheskiy vypusk «Elektronika i nanotekhnologii» 2010; 3: 122–125 (in Russian).
  16. Dekhtyarev YU.P., Nechiporuk V.I., Mironenko S.A., Koval′chuk I.S., Venger E.F., Dunayevskiy V I., Kotovskiy V.I. The place and role of remote infrared thermography among modern diagnostic methods. Elektronika i svyaz′. Tematicheskiy vypusk «Elektronika i nanotekhnologii» 2010; 2: 192–196 (in Russian).
  17. Vinogradov V.I., Veretenov I.S., Sledko V.N. Some aspects of the use of thermography in the rehabilitation of patients with impaired musculoskeletal and nervous systems. Funktsional′naya diagnostika 2005; 3: 72–78 (in Russian).
  18. Zharova I.A. Thermography indices in patients with osteochondrosis and flat feet before and after a course of physical rehabilitation. Fizicheskoye vospitaniye studentov tvorcheskikh spetsial′nostey 2005; 2: 66–73 (in Russian).
  19. Kolesov S.N., Volovik M.T., Priluchnyy M.N., Abyzova N.E., Muravina N.L., Legurova S.V. The main results of the use of thermal imaging in the Nizhny Novgorod Research Institute of Traumatology and Orthopedics. Teplovideniye v meditsine – SO RAN. [Elektronnyy resurs] – Rezhim dostupa: http://bibl.laser.nsc.ru/download/2006/PO_sec4.pdf (in Russian).
  20. Kozhevnikova I.S. The use of infrared thermography in modern medicine (literature review). Ekologiya cheloveka 2017; 2: 39–46 (in Russian).
  21. Lakusta V.N., Moraru A.T. Thermography and cryotherapy in vertebro-neurology. Kishinev 2005; 190 (in Russian).
  22. Vorob′yev L.P., Shestakov V.A., Egil′skaya V.I. Thermal imaging in medicine M.: Znaniye 1985; 64 (in Russian).

Statistics

Views

Abstract - 9

PDF (Russian) - 3

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX


Copyright (c) 2020 Vinderlikh M.E., Schekolova N.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies