Спосіб термографічної діагностики і контролю лікування захворювань шкіри

Реферат: Спосіб термографічної діагностики і контролю лікування захворювань шкіри включає послідовні операції калібування термографічної апаратури, маркування вибраної ділянки шкіри пацієнта з розташованим на ній новоутворенням, цифрового фотографування його разом з маркерними мітками. Термостимуляції цієї ділянки термічним елементом здійснюють шляхом охолодження. Здійснюють перетворення температур великої кількості точок на цій ділянці детектором в електричні сигнали через задані проміжки часу в динамічному режимі після припинення термостимуляції перетворення сигналів детектора в значення температури сигнальним процесором, з подальшою математичною обробкою даних розподілу температури. Термостимуляцію здійснюють термостабілізованим напівпровідниковим елементом Пельтьє, що покриває вибрану ділянку шкіри. Перетворення температур здійснюють детектором у вигляді матричного сканера, встановленого на вибраній ділянці і маючого масив контактних мікропроцесорних телеметричних перетворювачів "температура/цифровий код", об'єднаних спільною трипровідною шиною, за допомогою якої цифрові дані розподілу температури надходять до сигнального процесора. UA 91208 U (12) UA 91208 U UA 91208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі медицини, головним чином онкології, і може бути використана для підвищення вірогідності ранньої діагностики пухлинних захворювань шкіри разом із традиційними методиками діагностики і, незалежно, для маловитратного і нешкідливого масового скринінгу населення. Проблема передракової і злоякісної патології шкіри є одним із пріоритетних напрямків для наукових досліджень і практичної охорони здоров'я, що обумовлено повсюдним зростанням показників захворюваності новоутвореннями шкіри. За даними професора В.Степаненко, завідувача кафедри дерматології і венерології Національного медуніверситета ім. О.Богомольця, рівень злоякісних новоутворень (ЗН) шкіри у світі виріс майже на 600 % (http://health.union.net/rus/detail/220725 Г1]). Причиною росту є посилення впливу сонячної радіації через руйнування озонового шару, широке безконтрольне використання штучного ультрафіолетового опромінення й отрутохімікатів. Підвищена увага лікарів усіх спеціальностей до новоутворень шкіри пояснюється їхньою великою поширеністю, пізньою діагностикою, їх малігнезацією, відсутністю належної онкосторожкості як у лікарів, так і населення (Організаційна технологія взаємодії шкірновенерологічної й онкологічної служб по наданню спеціалізованої допомоги хворим із передпухлинною і злоякісною патологією шкіри - Методичні вказівки № 2003/ 60-М, 2003 [2]). Усього в Україні за станом на 2010 рік на диспансерному обліку із приводу раку будь-якої локалізації перебуває 972 667 людина, при цьому 220 795 (22,7 %) з них це пацієнти зі ЗН шкіри (Національний канцерреєстр. Рак в Україні 2009-2010, захворюваність, смертність, показники захворюваності [3]). Однієї з найбільш частих патологій шкіри є меланоцитарні новоутворення (Дубенский В.В Новообразования кожи в практике дерматовенеролога / В.В. Дубенский, Р.В. Редько, А.А. Гармонов // Тверь. - 2002. - 147 с. [4]). Меланоцитарні диспластичні невуси є попередниками меланоми, яка у свою чергу належить до розряду високозлоякісних пухлин. Особливу значимість проблема ранньої діагностики меланоми здобуває тому, що пігментні новоутворення шкіри, під клінічною маскою яких може ховатися меланома, зустрічаються приблизно в 80 % населення (Анисимов В.В. Меланома кожи / В.В. Анисимов, Р.И. Вагнер, А.С. Барчук // СПб.: Наука. - 1995. - 152 с. [5]). Меланома шкіри, як одна з найбільш злоякісних пухлин людини, в 80 % випадків є причиною смертей, що доводяться на всю групу ЗН шкіри, при цьому в структурі всіх ЗН шкіри меланома займає близько 10 % питомої ваги (Демидов Л.В., Харкевич Г.Ю., Маркина И.Т. и др. Меланома и другие злокачественные новообразования кожи / Энциклопедия клинической онкологии. Руководство для практических врачей / М.И.Давыдов и др. - М.: РЛС 2005. - C. 341-364 [6]). Кількість знову зареєстрованих випадків меланоми щорічно підвищується. По даним ВОЗ, щорічно в усьому світі реєструється приблизно 48 тис. смертей, пов'язаних з меланомою. По даним Національного канцерреєстра України, в 2011 році в країні зареєстровано 19.5 тис. випадків нових ЗН шкіри (42.9 випадків на 100 тис. населення), з них захворювань меланомою 3.2 тис. (7.1 випадків на 100 тис). "Рекордсменами" серед регіонів України по захворюваністю меланомою в 2011 році з'явилися М.Севастополь (13 випадків на 100 тис), АР Крим (9.8), м. Київ (9.4). Велика захворюваність меланомоюі у промислових областях України Донецькій, Дніпропетровській, Запорізькій, Харківській і Луганській. Меланома приблизно в 50 % випадків виникає на тлі мелоницетарних невусов, які відзначаються у % представників європеоїдної раси і є доброякісними пухлинами меланогенної системи. Лише деякі з них трансформуються в меланому (меланомонебезпечні невуси) або є маркером підвищеного ризику її розвитку. Виявлення їх з метою профілактики розвитку меланоми має винятково важливе значення для лікарів усіх спеціальностей (Мартынюк В.В. Роль пигментных невусов в развитии меланомы кожи. / В.В. Мартынюк // Экспериментальная клиническая дерматокосметология. - 2005. - № 3. - C. 4-9 [7]). В останні роки здійснюється активний пошук ефективних неінвазивних методів ранньої діагностики меланоми шкіри й диспластичних невусів, до яких належать: епілюмінісцентна мікроскопія (дерматоскопія), інфрачервона спектроскопія, конфокальна лазерна мікроскопія, високочастотний ультразвук, оптична когерентна томографія, флуоресцентна діагностика, локальна термографія (Мерабишвили В.Н. Злокачественная меланома - современные тенденции (заболеваемость, смертность, диагностика, морфологическая верификация) / В.М. Мерабишвили // Вопросы онкологии. - 2006. - т. 52. - № 3. - C. 275-287 [8]). З перерахованих методів широке застосування в клінічній практиці знайшло лише їх обмежене число. У цей час основним прогресивним інструментальним методом діагностики є дерматоскопия. Це неінвазивний, високочутливий і високоспецифічний метод, що дозволяє in vivo розпізнати дрібні структури епідермісу й сосочкового шару дерми, нерозрізнені 1 UA 91208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 неозброєним оком. Метод простий у застосуванні й дозволяє зберігати інформацію в електронній базі даних і стежити за динамікою розвитку новоутворень. У розвинених країнах цей метод використовується два десятиліття, в Україні - тільки останні кілька років. Згідно даним огляду (Д.В. Соколов, Л.В. Демидов, Н.Н. Потекаев, Т.С. Белышева, А.Н. Махсон, Г.Н. Ворожцов, С.Г. Кузьмин, В.В. Соколов "Методы неинвазивнои диагностики меланомы кожи". Klin Dermatol Venerol-2008; 4; p. 6-9 [9]) при комплексному використанні цифрової світлини й дерматоскопії досягаються чутливість і специфічність 87 і 79 %, відповідно. Можливо, поступове повільне зниження частки занедбаних (III-IV стадії) випадків розпізнання меланоми в Україні (2008 р. - 32 %, 2011 р. - 25 %, 2012 р. - 18 %) зв'язане саме із впровадженням дерматоскопії. Однієї із причин, що стримують впровадження дерматоскопів, є їхня висока вартість. Так, сучасні цифрові прилади з великими моніторами коштують десятки тисяч гривень. Інші інструментальні методи діагностики мають другорядне значення й не можуть бути впроваджені в широку практику через радіаційне навантаження на пацієнта, високу вартість устаткування, труднощі інтерпретації отриманих даних [9]. У той же час, комбінація декількох методик підвищує точність діагностики ЗН шкіри й, зокрема, меланоми [9]. Ці факти змушують більш заглиблено вивчати неінвазивні діагностичні прийоми і методи з метою пошуку найбільш надійних і постійних ознак злоякісного процесу, що дозволяє уже на ранніх стадіях установити правильний діагноз і стадію процесу. Термометрія і термографія також є неінвазивними інструментальними способами діагностики, але на відміну від усіх вищерозглянутих методів фіксують не структурні зміни тканини, а термофізіологічні зміни, що супроводжують розвиток новоутворення. Вони реєструють локальні зміни температури шкіри в зоні патологічного процесу (як поверхневого, так і глибинного), обумовлені посиленим метаболізмом і ангіогенезом. Такі зміни вдається зареєструвати часто раніше, чим будуть відзначені клінічні прояви. Ці методи знайшли найбільший розвиток у мамології. Значні успіхи термографічної діагностики захворювань молочних залоз підсумовані в огляді (The Biomedical Engineering Handbook-Third Edition-Medical Devices and Systems, Chapter 25-Infrared Imaging of Breast.-2006. - CRC Press; www.breastthermography.com/ articles/BT%20Overview%20Chap%2025.pdf). [10]). Відома ціла низка температурних засобів діагностики ЗН шкіри. Диференційні термометричні засоби базуються на вимірюванні температури шкіри в невеликій кількості точок, як безпосередньо в області новоутворення, так і поблизу нього на ділянках шкіри, візуально визнаних здоровими. Вимірювання температури в кожній окремій точці також проводяться або контактним електротермометром, або дистанційним інфрачервоним (ІЧ) термометром (Г.Ю. Курников Инфракрасная термометрия в дифференциальной диагностике доброкачественных и злокачественных новообразований кожи. / Современная техника в медицине, СТМ - 2010, № 3. - С. 77-79 [11]). Згідно з методикою, що наведена в [11], за допомогою ІЧ термометра вимірювалась температура Т новоутворення, а також температури на відстані 1 см від нього в чотирьох точках: зверху - T1 , знизу - T2 , праворуч - T3 , ліворуч - T4 . Розраховувалась середня температура за формулою: Tсер  (Т1  Т 2  Т 3  Т 4 ) / 4 та різниця Т  Т  Tсер . Згідно з цією методикою, за ознаку злоякісного розвитку бралося значення Т  0,6  С . Близький до вищенаведеного спосіб (www.medmoon.ru/plastic/ diagnostika_melanomy_kozhi.html [12]) передбачає вимірювання температур електричним термометром в 10 точках, причому за критерій злоякісності вибрана різниця температур, більша 1 °C. В літературі описаний спосіб термометричної діагностики з використанням ІЧ датчика температури шкіри радіотермометричного комплекса РТМ-01-РЭС, в якому також порівнювались температури досліджуваних точок з температурою оточуючих тканин (http://onkogram.ru/view_page.php?page=116 [13]), причому на ділянках меланоми були зареєстровані перевищення температур до 3 °C. Термометричним способам, незважаючи на їх відносну простоту, притаманні суттєві недоліки, головним з яких є довільний вибір точок в диференційній методиці, від якого може критично залежати результат. Через це вони не знайшли широкого застосування в дерматології. Значно більше розповсюджені способи діагностики ЗН шкіри, що базуються на ІЧ дистанційній термографії, тобто на візуалізації температурних карт поверхні тіла за допомогою ІЧ тепловізорів. Ці способи застосовуються в медицині, починаючи з другої половини XX сторіччя; їх результативність значно виросла з розвитком технічної бази під час переходу від аналогових теплові зорів перших поколінь до сучасних цифрових матричних теплові зорів з 2 UA 91208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 високою температурною та просторовою розподільною здатністю. Приклади сучасних тепловізіиних способів діагностики можна знайти в роботах ([9]; Novak O.P., Bilyns'kyi В.Т. Thermography in the complex examination of patients with skin melanoma, Likarska Sprava, 1992, № 11-12, p.p.66-69 [14]; D.Mikylska. Thermographic examination of cutaneous melanocitic nevi. Ann. Acad. Stetin, 2009, v.55(l), pp.31-38 [15]; A.L. Shada, L.T. Dengel, G.R. Petroni, M.E. Smolkin, S. Acton, C.L. Slingluff. Infrared Thermography of cutaneous melanoma metastases. J. Surg. Res. № 182, 2013, E9-E14 [16]). Під час проведення такої статичної діагностики захворювань шкіри за допомогою 14 тепловізорів виконується стандартний набір послідовних дій: Перед термографуванням в приміщенні встановлюється стабільна комфортна температура 22…25 °C та екрануються всі джерела ІЧ випромінювання - нагрівачі, потужні лампи розжарювання, пряме сонячне світло, усуваються протяги. Пацієнт звільняє від одягу ділянки тіла, що обстежуються, щоб встановити рівноваговий розподіл температури на шкірі. Ця процедура триває 15…20 хвилин. ІЧ-камера тепловізора встановлюється фронтально по відношенню до досліджуваної ділянки тіла і проводиться експонування. Вихідний сигнал тепловізора обробляється (оцифровується) за допомогою сигнального процесора, за який частіше за все виступає персональний комп'ютер. Температурна мапа відображається на моніторі і вивчається лікарем-діагностом. У ряді випадків для порівняння з температурною мапою залучаються цифрові фотографії тієї ж ділянки тіла. В результаті таких досліджень були якісно класифіковані теплові зображення новоутворень: Теплове ІЧ зображення новоутворення за розміром і формою співпадає із зображенням у білому світлі на цифровій фотографії. При цьому воно може бути гіпотермічним, ізотермічним або гіпертермічним, в залежності від виду патології. Розмір ІЧ гіпертермічного зображення перевищує розмір новоутворення практично рівномірно (ізотропно) по всіх напрямках. Іноді в центральній частині спостерігається гіпотермія. Гіпертермічний процес розповсюджено в деяких напрямках у вигляді тяжів далеко за видимі межі новоутворення, тобто він дуже анізотропний. За даними [9], середня гіпертермія у хворих на меланому дорівнює AT=2.5 °C, а у пацієнтів з доброякісними пухлинами шкіри - 1 °C. Величина перегріву корелює з глибиною інвазії пухлини у підшкірні тканини. Гіпертермія з анізотропним розподілом температури прогнозово несприятлива. Спостережений розподіл температури може братися до уваги при плануванні операції. В роботі [15] у 245 пацієнтів було проведено порівняння результатів діагностики за допомогою дерматоскопа і ІЧ тепловізора. Зроблено висновок, що термографія може доповнювати дерматоскопію при діагностиці новоутворювань шкіри. Середня гіпертермія дорівнює T  1.1 0.3 C для доброякісних невусів, 1.39±0.28 °C для атипових невусів і 1.6±0.4 °C для злоякісних меланом.Зроблено висновок, що невуси з T  1.4  C потребують хірургічного втручання. В роботі [16] визначені параметри чутливості і специфічності при діагностуванні на злоякісність пігментних новоутворень різних розмірів. Так, для розмірів 0….5мм ці діагностичні параметри дорівнювали, відповідно, 39 і 100 %; для розмірів 5…15 мм - 58 і 98 %; 15…30 мм 95 і 100 %; більше 30 мм - 78 і 89 %. Зроблено висновок, що великі злоякісні новоутворення діагностуються від доброякісних дуже добре, а ІЧ термографія придатна для діагностики в умовах клінічних установ. Тим не менш, статичній тепловізійній діагностиці ЗН шкіри притаманні значні недоліки. Викладені вище високі вимоги до приміщення ускладнюють застосування термографічної діагностики, а вимоги до підготовки пацієнта знижують її продуктивність. Найбільше ці недоліки ускладнюють проведення масового скринінгу. Розробки останнього десятиріччя були направлені на підвищення специфічності та чутливості ІЧ термографічної методики шляхом залучення кількісних характеристик при діагностуванні. В роботі (T.M.Burug, S.Schumann, L.Pfaffmann, U.Rainhold, J.Ruhlmann. Scintumor classification with functional infrared imaging. Proc. Eight IASTED Int. Conf. SIGNAL AND IMAGING PROCESSING, Aug. 14-16, 2006, Honolulu, USA, p.p.313-322 [17]) запропоновано застосовувати в дерматологічних тепловізійних дослідженнях функціональну діагностику з охолоджуванням досліджуваної ділянки та подальшим її відігрівом (динамічний спосіб ІЧ діагностики). Такий спосіб раніше неодноразово застосовувався в мамологічній практиці [10], але не отримав широкого розповсюдження через неможливість однорідного охолодження великої поверхні молочних залоз. Оскільки теплове випромінювання є переважаючим 3 UA 91208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 механізмом теплообміну між тілом людини і оточуючим середовищем (до 80 %), то тепловий контраст на температурній мапі посилюється при зростанні різниці температур між тілом і оточуючим середовищем (і значно зменшується, якщо оточуюча температура наближається до температури тіла). Крім того, охолодження є і фізіологічним провокуючим фактором, підкреслюючим температурний контраст ділянок тіла з різним ступенем кровообігу. В способі [17] охолодження вибраної ділянки тіла 10 см × 10 см відбувалось за допомогою охолодженого до 20 °C пакета з водним гелем. Потім проводилось періодичне експонування протягом 5 хвилин і формувалися залежності температури новоутворення і температури оточуючої здорової шкіри від часу. Показано, що по вигляду цих залежностей в функціональній (динамічній) методиці можна класифікувати деякі види пухлин. Виявилось, що температура базаліоми (базально-клітинної карциноми) при відігріві підвищується повільніше, ніж температура оточуючої здорової шкіри; різниця температур сягає -2 °C. Пояснення цьому полягає у фізіологічних характеристиках базаліоми, а саме в утворенні ізолюючого шару. Для диспластичного невусу, який було признано гістологічно напівзлоякісним, спостерігалась протилежна картина, тобто температура новоутворення була трошки вища за температуру оточуючих тканин, приблизно на 0,3 °C. Верифіковані ЗН в роботі [17] не досліджувались. Іншим динамічним термографічним аналогом запропонованого в даній корисній моделі способу діагностики є спосіб (патент US 2011/0230942А1 High-resolution infrared imaging for enhanced detection, diagnosis, and treatment of cutanious lesions. Cila Herman, Rhoda Alani, Muge Pirtini Cetingul.-22 Sept. 2011 [18]). В ньому ділянка поверхні тіла з підозрілим новоутворенням охолоджується холодним повітрям або холодною водою, або льодом, або попередньо охолодженою пластиною. Дистанційна ІЧ детектуюча система, за яку може виступати ІЧ тепловізор або конфокальний мікроскоп, реєструє випромінювання від вибраної ділянки тіла, але, разом з ним, паразитне випромінювання від оточуючого середовища, оптики приладу і атмосфери. Виміряне детектором ІЧ випромінювання в подальшому перетворюється в температуру сигнальним процесором. Для виключення похибок за рахунок перших двох заважаючих факторів підтримується строго постійна температура оточення камери. Для зменшення впливу атмосфери відстань до камери обирається короткою. Крім того, ця відстань і положення камери підтримуються строго незмінними. Проводиться повірка комплекса апаратури по абсолютно чорному тілу з однорідною температурою поверхні. Після охолодження температура шкіри поступово повертається до свого початкового значення. Реєстрація ІЧ випромінювання від об'єкта здійснюється в динаміці послідовно через задані проміжки часу в процесі відігріву шкіри. Найбільший температурний контраст спостерігається протягом перших кількох хвилин після припинення охолодження, потім контраст зменшується. Сигнальний процесор перетворює сигнал детектора в локальні значення температури і будує температурну мапу вибраної ділянки шкіри, а також розраховує діагностичні параметри, які аналізуються лікарем-діагностом. Спосіб призначений для реєстрації проліферативних процесів при онкологічних захворюваннях, васкулярних порушень, запальних захворювань, аутоімунних, інфекційних захворювань та старечих захворювань шкіри. Слід зазначити, що охолодження ділянки тіла знижує вплив температури приміщення на тепловий контраст, тобто поліпшує відтворення, а також дозволяє скоротити час підготовки пацієнта до 1…2 хвилин замість 15…20, необхідних в статичній методиці для адаптації до кімнатної температури. Найбільш аналогом корисної моделі, що співпадає з ним за призначенням і рядом ознак, є спосіб, описаний в огляді (C.Herman. The Role of Dynamic Infrared Imaging in Melanoma Diagnosis. Expert Rev Dermatol, 2013, V.8(2),p.p. 177-184 [19]). Спосіб є результатом узагальнення попередніх досліджень, наприклад, (C.Herman, M.P.Cetingul. Quantative Visualisation and Detection of Skin Cancer Usung Dynamic Thermal Imaging. J.Vis.Ex. 2011, V.51, 26-79 [20]; Herman.C. Emerging technologies for the detection of melanoma: achieved better outcomes. Clin Cosmet Investing Dermatol, 2012, №5, 195-2012 [21]). В аналогу [19] в процесі проведення діагностики проводиться маркування ділянки тіла наклеєною прямокутною рамкою з тонкого відбиваючого матеріалу і далі проводиться цифрове фотографування новоутворення разом з таким маркером. Потім здійснюється охолодження вибраної ділянки тіла до 10…15 °C одним з методів, що вже були наведені вище для аналога [18]. Після зняття охолоджувачого пристрою в процесі відігріву через задані проміжки часу проводиться реєстрація розподілу температури ІЧ детектуючим пристроєм. В якості процесора виступає персональний комп'ютер. Для кількісної оцінки результатів дослідження використовуються залежності від часу температур новоутворення і вибраних точок на здорових ділянках шкіри. Показано, що такий діагностичний параметр, як різниця цих температур, сягає 4 UA 91208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 максимума через кілька хвилин після припинення охолодження. Показано також, що ця автоматична кількісна оцінка гіпо- або гіпертермії новоутворення стає практично неможливою через мимовільні рухи пацієнта в процесі послідовної ІЧ зйомки. Тому проводиться комп'ютерна корекція рухів пацієнта, яка спирається на зображення маркерної рамки, видиме також на ІЧ знімках. В цьому сенсі аналог-прототип [19] є подальшим удосконаленням способа [18]. Найближчому аналогу [19] притаманний ряд суттєвих недоліків. Хоча завдяки попередньому охолодженню шкіри знижується вплив оточуючого середовища на розподіл температури на вибраній ділянці і підвищується чутливість за рахунок підвищення теплового контрасту, всі недоліки дистанційного термографування залишаються. По-перше, здійснюється складна процедура комп'ютерної корекції похибок перетворювання температури, які виникають завдяки перешкодам від оточення, лінз ІЧ детектора та впливу проміжного середовища (атмосфери). Така корекція ефективна тільки при достатньо стабільній температурі приміщення. По-друге, ІЧ візуалізація є непрямою, тому обов'язкова повірка по абсолютно чорному тілу. По-третє, необхідна складна комп'ютерна програма для корекції рухів пацієнта під час послідовної зйомки в динамічному режимі. За умов виконання всіх корекцій в аналогу [19] вдалося підвищити чутливість в порівнянні із статичними методами. Наприклад, для меланоми діаметром 2 мм і висотою 0.4 мм була зареєстрована різниця температур біля 3 °C (фіг. 3Е аналога [19], в той час як доброякісне пігментне новоутворення не показало температурних відмін від здорових тканин. Проте, запропоновані варіанти маркування і охолодження незручні в клінічній практиці і знижують продуктивність діагностичного процесу. Крім того, дорожнеча ІЧ теплові зорів, високі вимоги щодо приміщення і професіоналізму обслуговуючого персоналу також заважають широкому використанню дистанційної термографії, особливо для масштабного скринінгу. Спільними ознаками найближчого аналога [19] і корисної моделі, що заявляється, стосовно до задачі діагностики захворювань шкіри, зокрема найбільш злоякісного новоутворення меланоми, є: Вимірювання температури великої кількості точок на вибраній ділянці шкіри з новоутворенням. Отримання температурних мап цієї ділянки шкіри. Попереднє охолодження ділянки шкіри для посилення теплового контрасту і підвищення продуктивності при обстеженні. Зіставлення температурних мап з цифровим фотографічним зображенням за допомогою попереднього маркування ділянки. Отримання кількісних термофізіологічних і геометричних характеристик новоутворення. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб динамічної термографічної діагностики захворювань шкіри з для наближення до клінічної практики при одночасному здешевленні. Поставлена задача вирішується тим, що у способі термографічної діагностики і контролю лікування захворювань шкіри, що включає послідовні операції калібрування термографічної апаратури, маркування вибраної ділянки шкіри пацієнта з розташованим на ній новоутворенням, цифрового фотографування його разом з маркерними мітками, термостимуляції цієї ділянки термічним елементом шляхом охолодження, перетворення температур великої кількості точок на цій ділянці детектором в електричні сигнали через задані проміжки часу в динамічному режимі після припинення термостимуляції перетворення сигналів детектора в значення температури сигнальним процесором з подальшою математичною обробкою даних розподілу температури, згідно з корисною моделлю, термостимуляцію здійснюють термостабілізованим напівпровідниковим елементом Пельтьє, що покриває вибрану ділянку шкіри, перетворення температур здійснюють детектором у вигляді матричного сканера, встановленого на вибраній ділянці і маючого масив контактних мікропроцесорних телеметричних перетворювачів "температура/цифровий код", об'єднаних спільною трипровідною шиною, за допомогою якої цифрові дані розподілу температури надходять до сигнального процесора. Охолодження ділянки шкіри пропонується здійснювати за допомогою напівпровідникового елемента Пельтьє, що покриває вибрану ділянку. Такий сучасний метод охолодження є дуже зручним, оскільки не потрібні ніякі холодоагенти - рідинні або газоподібні. Тепловий потік, що відводиться від шкіри, пропорційний електричному струму, який проходить крізь елемент. Завдяки цьому легко керувати процесами охолодження і стабілізації температури звичайними схемо-технічними методами. Також просто досягається однорідність температури поверхні, що 5 UA 91208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 охолоджується. Відповідний охолоджуючий пристрій є мало інерційним, легким, компактним і простим в обслуговуванні. Пропонується застосовувати для вимірювання температури великої кількості точок на поверхні шкіри з новоутворенням сучасні системи електронної цифрової контактної термографії на базі мініатюрних телеметричних мікропроцесорних датчиків температури, що являють собою перетворювачі "температура/цифровий код". Ці перетворювачі компонуються в матричний сканер і через загальну трипровідну шину з'єднуються з сигнальним процесором персональним комп'ютером, з яким вони обмінюються інформацією. Така система термографування має ряд переваг в порівнянні з ІЧ тепловізійною: Вимірювання температури в кожній точці проводиться прямим контактним способом, завдяки чому усувається вплив перешкод від оточення і атмосфери. В результаті при використанні контактної термографії в динамічному режимі з охолодженням об'єкта зникають вимоги до приміщення щодо екранування теплових випромінювань і стабільності температури повітря, що важливо для застосувань в умовах клініки. Також легко реалізувати мобільний варіант пристрою для профогляду. Мікропроцесорні перетворювачі мають стабільні метрологічні характеристики. Усувається потреба періодичної повірки термографічної апаратури по абсолютно чорному тілу в процесі діагностики. Здійснюється лише швидка калібрування для вирівнювання характеристик перетворювачів. Відповідні сканери мають малі габарити, а сам термограф простий в експлуатації. Вартість контактного термографа значно нижча за вартість тепловізійного. Система електронної контактної термографії, що пропонується, вже з успіхом застосовується в мамологічній практиці при діагностиці пухлинних і запальних захворювань (Приходченко В.В., Приходченко О.В., Белошенко В.А., Дорошев В.Д., Карначёв А.С. Повышение эффективности отборочного этапа селективного скрининга заболеваний молочной железы. - Медико-соціальні проблеми сім'ї, 2009, т. 14, № 4, с. 20-25 [22]). Інша важлива перевага витікає з контактного способу реєстрації температур. Відразу після зняття охолоджуючого пристрою сканер з контактними датчиками притискається оператором до охолодженої ділянки і його положення відносно тіла не змінюється впродовж послідовних опитувань датчиків за командами сигнального процесора. З цієї причини відпадає необхідність в компенсації рухів пацієнта, що у випадку ІЧ термографування в аналогу [19] потребувало застосування складної комп'ютерної програми. Відповідно, підвищується достовірність диференційної діагностики, що базується на порівнянні температур новоутворення і здорової шкіри. Наявність інформації безпосередньо в цифровому вигляді, без використання аналогоцифрових перетворювачів, полегшує процес візуалізації розподілу температури, тобто побудови температурних мап. Також полегшується розрахунок кількісних статистичних температурних параметрів (гіпо- або гіпертермія), та геометричних параметрів (розміри температурних зон). Недоліком контактної термографії з мікропроцесорними датчиками є менша просторова розподільна здатність в порівнянні з сучасною ІЧ термографією. Мініатюрні корпусні датчики мають розміри 3 × 3 мм, без корпусні - близько 1 мм. При кроці квадратної решітки датчиків 4…5 мм просторова розподільна здатність інтерпольованих термограм дорівнює 2….2,5 мм. Для ранньої діагностики меланоми актуальним є дослідження невусів діаметром від 3 мм. Щоб не пропустити гіпертермічний невус, в корисній моделі пропонується позиціонувати сканер таким чином, коли один з датчиків розташовується безпосередньо над невусом, що досліджується. Бажано, щоб цей датчик був центральним датчиком сканера. Тому пропонується застосовувати матричний сканер, квадратна матриця якого має непарну кількість датчиків, наприклад, 5 × 5, 7 × 7, 9 × 9 і т.д. При застосуванні контактної термографії спрощується також процес маркування ділянки шкіри. Відпадає необхідність наклеювання прямокутних відбиваючих рамок, які було б видно на 14 зображенні. Достатньо проводити маркування крапками або лініями за допомогою хірургічного маркера. Пропонується для маркування застосовувати прозорий трафарет з товстої полімерної плівки, на якому лініями нанесено перехрестя і зроблено чотири отвори в позиціях, відповідаючих кутам корпуса сканера (внутрішній квадрат) та чотири отвори в позиціях, відповідаючи кутам елемента Пельтьє (зовнішній квадрат). В процесі маркування перехрестя суміщають з центром новоутворення, а крізь отвори маркером наносять 8 крапкових міток. При позиціонуванні під час термографування елемент Пельтьє або сканер встановлюють таким чином, щоб їх кути потрапляли на відповідні крапкові мітки. Тоді невус невеликих розмірів буде знаходитись в центрі зони охолоджування, а під час термографування над невусом буде 6 UA 91208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розміщатися центральний датчик сканера. Ті ж мітки буде видно і на цифрових фотографіях новоутворення, що дозволяє простими програмними операціями погодити їх масштаби з масштабами температурних мап. Таке погодження необхідне, наприклад, при плануванні операцій з урахуванням розповсюдження зони гіпертермії за видимі оком межі новоутворення. Суть запропонованого способу діагностики, що вирішує поставлені задачі, полягає в наступній послідовності операцій: Один раз, на початку робочої зміни, здійснюють калібрування сканера, метою якого є перевірка працездатності усіх датчиків і вирівнювання їх передаточних характеристик з точністю до одиниці дискретності вимірювання температури (наприклад, для датчиків фірми Dallas Semiconductor типу DS18B20U це 0,06 °C). З цією метою сигнальний процесор опитує всі датчики сканера, який знаходиться в ізотермічному термостаті, і вносить індивідуальні поправки, розраховані відносно середньої температури всієї матриці. Процедура триває не більше двох хвилин. Проводять маркування вибраної ділянки шкіри з підозрілим новоутворенням. На цю ділянку накладають трафарет таким чином, щоб перехрестя на ньому співпало з центром новоутворення. Крізь 8 отворів трафарету наносять на шкіру мітки - чотири для елемента Пельтьє і чотири для матричного сканера. Здійснюють цифрове фотографування ділянки шкіри з новоутворенням та нанесеними маркерними мітками. Охолоджують розмічену ділянку шкіри елементом Пельтьє, який позиціонують по зовнішніх маркерних крапках. Величиною температури елемента, її стабілізацією і тривалістю охолодження керує сигнальний процесор. Температуру задають в діапазоні 10…15 °C, тривалість охолодження - в межах 1…2 хвилин. Знімають елемент Пельтьє і до охолодженої ділянки прикладають з легким притисканням матричний сканер з непарною кількістю датчиків, позиціонування якого проводять по внутрішнім маркерним міткам. Сигнальний процесор через задані інтервали часу (від 5 до 30 секунд) опитує всі датчики сканера під час відігріву і масиви значень температури заносить до своєї оперативної пам'яті. Далі процесор проводить математичну обробку результатів динамічного термографування. Оператор виводить на екран монітора температурні мапи в чорно-білій або кольоровій палітрі для кожного моменту опитування датчиків сканера. Передбачені мапи трьох видів: мозаїчна, де кожний елемент відображає у вибраній палітрі температуру індивідуального датчика сканера; інтерпольована (лінійна або сплацн-інтерполяція), яка дозволяє розгледіти дрібні особливості температурного розподілу; зонна, на якій різними кольорами представлені температурні зони через заданий інтервал температур від 0,2 до 0,5 °C, починаючи з мінімальної і закінчуючи максимальною температурою термограми. Оператор виводить також числові діагностичні параметри, такі як середня, мінімальна та максимальна температури, площі температурних зон, залежності температури від часу для новоутворень і здорової шкіри. На базі цих параметрів і виду температурних мап, масштаб яких погоджений з цифровою фотографією, оператор робить висновок про наявність чи відсутність патології, або про ефективність лікування захворювання. На фіг. 1-6 наведені приклади термограм і світлин новоутворень. Апробація комплексу проводилася в Міському клінічному шкірно-венерологічному диспансері № 1 м. Донецька як на первинному прийманні пацієнтів з пігментними новоутвореннями, так і пацієнтів з встановленим діагнозом "меланома". При цьому використовувалася динамічна методика термографування з термостимуляцією ділянки шкіри навколо новоутворення шляхом охолодження до температури 15 градусів Цельсія. Всього було обстежено близько 50 пацієнтів. На фіг. 1-3 наведені приклади термограм і світлин новоутворень в однаковому масштабі для трьох пацієнтів, у яких новоутворення є доброякісними. Чітко видно, що на термограмах в області новоутворень немає гіпертермічних зон, що свідчить про відсутність проліферативних процесів. На фіг. 4 наведена термограма пацієнта з істотною областю гіпертермії та діапазоном температур 3 градуса Цельсія. Пацієнт із підозрою на злоякісне переродження новоутворення спрямований на подальші дослідження традиційними методами. На фіг. 5, 6 наведені термограми двох пацієнтів з попередньо встановленим діагнозом "меланома". Чітко виражені зони гіпертермії з перевищенням температури над температурою ділянки здорової шкіри на 4 градуси Цельсія. 7 UA 91208 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 30 35 1. Спосіб термографічної діагностики і контролю лікування захворювань шкіри, що включає послідовні операції калібрування термографічної апаратури, маркування вибраної ділянки шкіри пацієнта з розташованим на ній новоутворенням, цифрового фотографування його разом з маркерними мітками, термостимуляції цієї ділянки термічним елементом шляхом охолодження, перетворення температур великої кількості точок на цій ділянці детектором в електричні сигнали через задані проміжки часу в динамічному режимі після припинення термостимуляції перетворення сигналів детектора в значення температури сигнальним процесором, з подальшою математичною обробкою даних розподілу температури, який відрізняється тим, що термостимуляцію здійснюють термостабілізованим напівпровідниковим елементом Пельтьє, що покриває вибрану ділянку шкіри, перетворення температур здійснюють детектором у вигляді матричного сканера, що встановлений на вибраній ділянці і має масив контактних мікропроцесорних телеметричних перетворювачів "температура/цифровий код", об'єднаних спільною трипровідною шиною, за допомогою якої цифрові дані розподілу температури надходять до сигнального процесора. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для калібування сканер витримують в ізотермічному термостаті до досягнення теплової рівноваги, після чого сигнальний процесор зчитує значення температур індивідуальних перетворювачів і вносить поправки, які вирівнюють їх характеристики з точністю до одиниці дискретності вимірювання температури. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що маркування вибраної ділянки шкіри здійснюють крапками хірургічним маркером крізь отвори у прозорому полімерному трафареті з метою точного позиціювання термічного елемента і матричного сканера. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сканер, являючи собою квадратну матрицю з непарною кількістю перетворювачів, встановлюють на новоутворення малих розмірів таким чином, щоб новоутворення знаходилось у тепловому контакті з центральним датчиком. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що математичну обробку розподілу температур здійснює сигнальний процесор - персональний комп'ютер зі спеціалізованим програмним забезпеченням, яке дозволяє відтворювати мозаїчні, зонні або інтерпольовані температурні мапи в кольоровій або чорно-білій палітрі для будь-якого вибраного моменту часу реєстрації розподілу температури після припинення термостимуляції, погоджувати по маркерних мітках масштаби температурних мап і цифрових фотографій, відтворювати залежності температури від часу для новоутворень і здорової шкіри, розраховувати числові діагностичні параметри, такі як мінімальні, максимальні та середні значення температур на мапі, гіпо- або гіпертермія новоутворення відносно здорової шкіри, а також керувати процесами термостимуляції і реєстрації розподілу температур. 8 UA 91208 U 9 UA 91208 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10