Тепловидение в медицине, неразрушающем контроле в промышленности, исследовании природных ресурсов и экологии

17–18 октября 2012 г. в Санкт-Петербурге в НПК “Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова” состоялись заседания научно-практической конференции “Тепловидение в медицине, промышленности и экологии” – секции № 4 Международной конференции “Прикладная оптика-2012” в рамках Международного оптического конгресса “Оптика ХХI век”, проводимого 15–19 октября 2012 г. в Санкт-Петербурге.
По инициативе ГОИ в России с 1971 года состоялось 17 научно-практических конференций по тепловидению и его применению в медицине, промышленности и экологии.
Доклады, представленные на этих конференциях, вызвали большой интерес и систематически публиковались в “Оптическом журнале”, издаваемом в России и США, Межвузовском сборнике научных трудов “Тепловидение” (Москва, МИРЭА), журналах “Дефектоскопия”, “Электронная промышленность” и др.
Успешное применение тепловидения в клинической практике подтверждается также и тем, что в конце 90-х годов в Советском Союзе работали 412 тепловизионных диагностических кабинетов в 350 городах страны, а ранняя тепловизионная диагностика была утверждена Минздравом СССР.
Все это стало возможным благодаря совместной работе ученых, инженеров и врачей в ведущих научных центрах, клиниках, конструкторских бюро и промышленных предприятиях страны.
В ГОИ тепловидение получило развитие уже в первые послевоенные годы по инициативе выдающегося оптика и электрофизика В.Г. Вафиади. Начатые им исследования и разработки были продолжены и развиты М.М. Мирошниковым в лаборатории “Тепловидение и иконика”, созданной в ГОИ в 1961 г.
Наряду с военными тепловизорами и приборами для промышленности, экологии и исследования природных ресурсов им и его сотрудниками (Р.Н. Иванова, Е.Н. Минеев, Г.М. Овчаренко, Е.Я. Кариженский, Н.Ф. Соболева, К.С. Карапетян и др.) совместно с ЦКБ “Геофизика” (В.А. Хрусталев, В.Л. Денисман, Ю.В. Крылов и др.) и Азовским оптико-механическим заводом (главный конструктор приборов Г.А. Падалко) были разработаны и освоены в опытном и серийном производстве медицинские тепловизоры “Филин”, “Рубин”, “Янтарь” и цифровой цветной тепловизор “Радуга”. Их внедрению в работу лечебных учреждений содействовала активная деятельность ученых и практических врачей Института питания АМН (М.А. Собакин), НИИ онкологии (Н.П. Напалков, М.Л. Гершанович, В.Б. Кондратьев и др.), НИИ скорой помощи Минздрава (Г.Д. Шушков, В.П. Мельникова, В.Ф. Сухарев и др.) и особенно – Ленинградского городского клинико-тепловизионного центра, руководимого профессором В.П. Мельниковой (с 1974 г. – ведущим научным сотрудником ГОИ).
В НПО “Исток” (г. Фрязино) под руководством академика Н.Д. Девяткова его сотрудниками А.Г. Жуковым, А.Н. Горюновым и др. было разработано семейство медицинских тепловизоров БТВ. В последних моделях этих приборов (БТВ-3, БТВ-4) используются цифровая обработка сигналов и система управления от персональных ЭВМ (IBM PC), что значительно расширяет их возможности. Серийный выпуск тепловизоров БТВ освоен ОКБ завода “Агат” (г. Кстово Нижегородской обл.). Разработка медицинской методики и апробация этих приборов осуществлялись в Нижегородском НИИ ортопедии и травматологии под руководством доктора мед. наук, профессора С.Н. Колесова.
В Московском институте радиотехники, электроники и автоматики МИРЭА (ректор академик РАН Н.Н. Евтихиев) под руководством профессора Н.Д. Куртева и в сотрудничестве с АМН СССР разработано семейство анализаторов тепловых полей – тепловизоров АТП, в том числе первые отечественные тепловизоры АТП-44М (1976 г.) с цифровой памятью и упавлением от персонального компьютера IBM PC. Цифровая обработка сигнала и использование компьютера значительно расшири возможности тепловизоров АТП (тепловизионный стандарт изобраджения, цветное изображение, термопрофили с абсолютным значением температуры и т.д.). Серийное производство тепловизоров АТП освоено опытным заводом ЦКБ АМН.

В Институте радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН под руководством академика Ю.В. Гуляева разработаны методика и аппаратура для ранней медицинской диагностики на основе измерения излучений, возникающих вокруг организма человека, в том числе сканирующих тепловизоров ИРТИС-2000, серийно выпускаемых ООО "ИРТИС/IRTIS" (Москва). В частности, в середине 80-х гг. здесь получены важные результаты в области динамического тепловидения (Э.Э. Годик), когда информация извлекается из временной последовательности термограмм. Обработка серии тепловых изображений осуществляется персональным компьютером IBM PC АТ, что позволяет исслеовать реакции организма на изменение внешних условий, в том числе под действием функциональных проб. Это - дальнейшее существенное развитие исследований начала 60-х гг. ГОИ и Института питания АМН по динамике желудочного пищеварения.

К сожалению, в последние 20-25 лет развитие медицинской тепловизионной диагностики в России было практически приостановлено, что поределялось не только общей политической и экономической обстановкой, но и существовавшим в тот период мифом о присущих тепловидению большого числа ложноположительных ответов при диагностике онкологических заболеваний.

В настоящее время во всем мире неуклонно растут интерес к медицинскому тепловидению и потребность в тепловизионной диагностической аппаратуре. Это связано, в частности, с тем, что в отличие от средств лучевой диагностики (рентген, маммография, УЗИ, МРТ, лазерное и УФ облучение) тепловидение позволяет осуществлять диагностику сложных заболеваний не на основе анализа структурного строения тканей, а за счет функциональных особенностей организма. Миф о большом числе ложноположительных результатов, якобы присущих тепловидению, в настоящее время полностью развеян, поскольку ложноположительные результаты оказались очень ранней диагностикой, не доступной другим средствам. Однако, к сожалению, существующих сегодня творческих сил, еще сохранившихся в ГОИ, в нижегородском НИИ травматологии и ортопедии (Центр медицинского теплорадиовидения профессора С.Н. Колесова), Институте радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН (акад. Ю.В. Гуляев), отдельных творческих групп энтузиастов тепловидения в разных городах России (Санкт-Петербург, Москва, Архангельск, Новосибириск, Фрязино и др.) оказывается пока совершенно недостаточно, а государственных программ развития этого важного дополнительного метода диагностики не существует.

Современное здравоохранение - не только медико-профилактическая и лечебная отрасли, но и индустриальная экономика наукоемкого приборостроения, что, безусловно, должно привлекать к его модернизации не только врачей и инженеров, но и бизнес. Об этом свидетельствуют, в частности, и доклады, представленные на данную конференцию, в которых, наряду с научными и медико-техническими аспектами, активно обсуждаются вопросы организации и коммерциализации тепловизионных исследований. К ним прежде всего относится доклад группы ученых (В.Я. Беленький, И.С. Кудряшов, В.В. Ступак) Сибирских отделений РАМН и РАН.

Научные руководители 17-й конференции "Тепловидение в медицине, промышленности и экологии": член-корр. РАН, профессор М.М. Мирошников (ГОИ) и доктор мед. наук, профессор С.Н. Колесов (Нижегородский НИИ травматологии и ортопедии); ученый секретарь - Н.Ф. Соболева (ГОИ). Сопредседатели заседаний: профессор С.Н. Колесов, В.В. Коротаев (доктор техн. наук, профессор, декан факультета и зав. кафедрой НИУ ИТМО), В.А. Попов (доктор мед. наук, профессор Северного гос. мед. университета, Архангельск), Ю.И. Солдатов (канд. техн. наук, ГОИ), И.Д. Стулин (доктор мед. наук, профессор Московского гос. медико-стоматологического университета).

В организацию Конгресса и входящих в него конференций наибольший вклад внесли Санкт-Петербургский национальный университет информационных технологий, механики и оптики (НИУ ИТМО), Оптическое общество им. Д.С. Рождественского (ООР), Научно-производственная корпорация “Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова” (НПК ГОИ).
Большое значение имела активная работа председателей и членов Программных и Организационных комитетов Конгресса и конференций, творческий вклад председателей и секретарей заседаний и всех их участников.
Настоящий выпуск”Оптического журнала” с согласия главного редактора А.С. Тибилова включает избранные доклады, представленные на конференцию “Тепловидение в медицине, промышленности и экологии-2012”. Публикация докладов предваряется в рубрике выпускающих редакторов принятой на конференции “Хартией”.
На заседаниях тепловизионной конференции 17 и 18 октября 2012 присутствовали специалисты из разных регионов России: Москва, Московская обл., Санкт-Петербург, Ленинградская обл., Нижний Новгород, Новосибирск, Архангельск и др.
К большому сожалению, в работе конференции по гражданскому тепловидению систематически не принимают участие сотрудники Государственного
института прикладной оптики (ГИПО, г. Казань) – головной научной организации по тепловидению в стране, ответственной за метрологическое обеспечение всех работ по технике ИК лучей.
Было заслушано и обсуждено более 30 докладов и выступлений по различным аспектам применения тепловидения в медицинской диагностике, неразрушающем контроле в промышленности и исследованиях природных ресурсов.
Основная часть докладов имела высокий научный уровень, что позволяет рассчитывать на интенсивное развитие новых возможностей тепловизионных методов диагностики и контроля. Особенное значение придавалось докладчиками вопросам органического сочетания параметров и конструкции тепловизионных приборов с методическими рекомендациями, направленными на интенсификацию тепловизионных изображений за счет медикаментозных мероприятий и функциональных проб в медицине, контроля динамики наблюдаемых процессов и их нестационарности.
Отмечалось широкое использование цифровых методов обработки сигналов, возможностей современных компьютеров и максимальное использование профессиональных знаний и опыта врачей. Любые методы автоматизации процессов улучшения качества и распознавания изображений предлагалось осуществлять прежде всего для упрощения и облегчения работы врача-тепловизионного оператора, увеличения вероятности принятия им правильных решений.
В тепловизионных и многоспектральных системах, предназначенных для исследования природных ресурсов, основная ориентация разработчиков аппаратуры связана с использованием современных быстродействующих фурье-гиперспектрометров. В этих случаях число спектральных каналов (от УФ до ИК спектров) чрезвычайно возрастает, тогда как в обычной практике медицинской диагностики вполне достаточно трехспектральных приборов. Всеми разработчиками и операторами медицинских тепловизоров отмечается необходимость измерения абсолютных температур элементов исследуемой поверхности тела.
Все это детально рассматривается в публикуемых далее докладах.

ХАРТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ТЕРМОГРАФИИ (ТЕПЛОВИДЕНИЯ)

Основой медицинского тепловидения является глубокая связь температурных градиентов на коже человека с процессами, происходящими в организме. Суть тепловизионного метода состоит в предъявлении человеку (врачу) визуализированного инфракрасного изображения, создаваемого на поверхности тела за счет работы вегетативной нервной системы, вызывающей изменение кровенаполнения в подкожной сосудистой сети в местах (рефлексогенных зонах), соответствующих тому или иному внутреннему органу. Следовательно, осуществляется визуализация не структурных особенностей внутренних органов человека, как это имеет место при ультразвуковых, рентгеновских и других методах активной лучевой диагностики, а функциональных изменений, которые и несут информацию о любых нормальных и патологических процессах в организме. Это определяет причину ранней диагностики сложных заболеваний в онкологии (рак молочный железы), хирургии (заболевания артерий и вен, органов брюшной полости и т. д.), других направлениях медицины.