Диагностика и контроль эффективности лечения заболеваний сосудов нижних конечностей с использованием матричных термовизионных систем

Актуальность проблемы. Сердечно-сосудистые заболевания (прежде всего, атеросклероз) являются одной из наиболее частых причин инвалидизации и, они же причина 39% летальности пациентов с окклюзией магистральных артерий нижних конечностей [50, 51, 199]. Среди больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями значительная часть (2−3% общей численности населения) страдает облитерирующим атеросклерозом аорты и артерий нижних конечностей [9, 17, 81]. Атеросклероз сосудов нижних конечностей считается заболеванием людей пожилого и старческого возраста, наблюдается среди лиц старше 65 лет в 35−50% случаев. Однако, отмечается тенденция к его омоложению, поражая от 0,6 до 6,9% мужчин в возрасте 40−59 лет [44, 93]. Ощутимы экономические потери, связанные с длительной временной нетрудоспособностью пациентов, страдающих облитерирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей. Возрастание числа больных трудоспособного возраста, ранняя их инвалидизация, значительная летальность и увеличивающаяся распространённость заставляют считать атеросклероз периферических сосудов нижних конечностей опасной и социально значимой болезнью [83, 136, 159, 194].

Хирургический метод является одним из основных способов лечения пациентов, страдающих облитерирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей. Используются различные виды реконструктивных операций: шунтирование (аорто-бедренное, аутовеной, синтетическими протезами), баллонная ангиопластика, стентирование, чрезпросветная атерэктомия. Однако, несмотря на значительные успехи в хирургическом лечении процент неудовлетворительных исходов достаточно высок [45, 82, 179]. Частота ранних послеоперационных тромбозов составляет 4−13%. В течение первых трех лет — более 30% реконструктивных операций заканчивается тромботической окклюзией реконструированных артерий или сосудистых протезов [13, 17, 41, 224, 225, 235]. Показанием к оперативному лечению считается окклюзия сосудов нижних конечностей стадий П-Б, III и IY. стадий. Консервативное лечение (периферическими вазодилататорами, спазмолитиками, антиагрегантами) показано при стадиях I и II—А, обеспечивая лишь некоторый положительный, но кратковременный эффект [128]. Для улучшения микроциркуляции используют реополиглюкин в комплексе с солькосерилом, но все эти консервативные методы практически не обеспечивают улучшения оксигенации тканей.

В последнее время для улучшения периферического кровообращения и восстановления микроциркуляции дистальных отделов нижних конечностей наряду с современной консервативной терапией стали применять искусственный газотранспортный кровезаменитель «Перфторан», обеспечивающий доставку кислорода в спазмированные капилляры, недоступные для эритроцитов, и улучшающий микроциркуляцию и реологические свойства крови. При этом спазмированные капилляры начинают раскрываться. Кроме того, частички перфторана являются сорбентом, что способствует очищению стенок микрососудов, увеличивая тем самым просвет русла капилляров [63, 99, 205].

Важной составной частью лечения является объективный контроль состояния сосудистой системы обеспечивающий возможность коррекции доз применяемых препаратов.

Варикозная болезнь — одно из самых распространенных заболеваний сосудистой системы, которое встречается у 20-—25% трудоспособного населения развитых стран. Во многих случаях варикозное расширение вен развивается практически без видимых проявлений на поверхности нижних конечностей [15, 16, 116 — 123, 237].

Метод матричной инфракрасной (ИК) термографии является одним из наиболее эффективных способов оценки состояния сосудов и микрокапилляров, позволяющих контролировать функциональные изменения в сосудах, связанные с их воспалением, окклюзией или спазмом. Метод выявляет начальные и развившиеся окклюзирующие поражения артерий нижних конечностей, протекающие субклинически. Поэтому совокупность применения газотранспортных заменителей крови (перфторана) и постоянного контроля за состоянием сосудов с помощью современной техники ИК-термографии может существенно увеличить эффективность диагностики и контроля качества лечения патологии сосудов нижних конечностей.

Исследования в области применения матричных ИК — термовизионных систем последнего поколения в биологии и медицине поддержаны Программой фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки — медицине» 2003;2006 годов по разделу «Разработка и усовершенствование методов и средств диагностики».

Цель исследования: усовершенствование методов и средств диагностики и контроля эффективности лечения заболеваний сосудов нижних конечностей с использованием матричных инфракрасных радиометрических систем высокого разрешения.

Задачи исследования:

1. Обоснование методики применения принципиально новых матричных ИК — систем для диагностики и контроля эффективности лечения поражений сосудов нижних конечностей и нарушений микрокапиллярного кровотока;

2. Разработка методов измерений распределения поверхностных температур биологических тканей и способов калибровки матричных ИК-камер, обеспечивающих измерение абсолютных значений температур;

3. Определение корреляционных соотношений между анатомической структурой сосудов и пространственным распределением поверхностных температур;

4. Определение соотношений между пространственным распределением поверхностных температур в норме и при различных сосудистых патологиях;

5. Проверка надежности диагностических (клинических и термовизионных) критериев на примере использования газопереносящего заменителя крови типа «перфторан» при консервативном и хирургическом лечении облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей- 6. Изучение динамики клинических и термовизионных критериев улучшения состояния сосудов нижних конечностей при хирургическом лечении варикозного расширения вен.

Научная новизна.

Разработаны теоретические и экспериментальные основы применения матричной ИК — термографии высокого разрешения для диагностики облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей и варикозного расширения вен, а также — проведен сравнительный анализ диагностических возможностей ИК — систем диапазонов 3−5 и 8−12 мкм.

Разработаны методы применения матричных ИК-термовизионных систем для контроля эффективности хирургического и терапевтического лечения облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей и варикозного расширения вен.

Объективно и количественно показано значительное улучшение микроциркуляции в области пальцев стопы пораженных конечностей при применении искусственного газопереносящего препарата перфторан в сочетании с традиционным консервативным лечением.

Впервые показано, что неохлаждаемые матричные ИК — системы диапазона 8−12 мкм могут с успехом применяться для диагностики сосудистых заболеваний нижних конечностей.

Выводы:

1. Метод матричной ИК-термографии значим для диагностики и контроля эффективности лечения варикозного расширения вен и облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей. Перепад температуры между пальцами стопы и голенью пораженной ноги в 3−5°С (область пальцев холоднее области голени) может рассматриваться как критерий нарушений периферического кровотока нижних конечностей.

2. Неохлаждаемые ИК-системы на основе матриц микроболометров на спектральный диапазон чувствительности 8−12 мкм могут с успехом применяться для диагностики сосудистых патологий наряду с охлаждаемыми ИК-системами диапазона 3−5 мкм.

3. Доказано, что возможность измерения абсолютных значений перепадов температур между пораженными и здоровыми областями нижних конечностей является одним из важнейших требований применения матричных ИК-камер для медицинской диагностики. Для надежной регистрации начальных фаз сосудистых патологий и диагностики нарушений капиллярного кровотока необходимо, чтобы температурный эквивалент шума ИК-систем не превышал 0,1°С.

4. Температура в области глаз, измеренная с помощью ИК-систем, эквивалентна температуре тела, измеренной стандартным медицинским ушным ИК-термометром, что может использоваться для расчета абсолютных значений температур при проведении термографических обследований.

5. Проведение регулярных сравнительных ИК-термографических обследований может применяться для контроля эффективности лечения сосудистых заболеваний, как с использованием перфторана, так и стандартных терапевтических и хирургических методов лечения. Включение в стандартную схему фармакотерапии перфторана позволяет значительно повысить уровень клинического и гемодинамического успеха проводимого лечения, тем самым снизить количество производимых ампутаций.

6. Применение нагрузочной пробы для пациентов, страдающих нарушениями сосудистого кровотока, резко повышает дифференциальную диагностическую способность ИК-термографии, а изменение температурного контраста после нагрузочной пробы и параметры нагрузки, соответствующие заданным пороговым значениям изменения температурного контраста, могут использоваться в качестве диагностических критериев сосудистых патологий.

7. Получены предварительные данные о возможности использования метода ИК-термографии для оценки функционального состояния сосудистых шунтов нижних конечностей.

Практические рекомендации.

1. Рекомендовать включить в систему профилактических обследований с целью раннего выявления сосудистых заболеваний применение матричных ИК-систем.

2. Для удешевления диагностических ИК-систем целесообразна разработка медицинских комплексов на основе микроболометрических матричных камер диапазона 8−12 мкм, оснащенных системой калибровки для измерения абсолютных значений температур.

3. Применение ИК-термовизионных систем рекомендовать для точной локализации ультразвуковых датчиков при проведении доплерографических обследований сосудов нижних конечностей, для планирования и контроля эффективности хирургических операций при варикозном расширении вен, а также для контроля эффективности лечения сосудистых заболеваний с применением терапевтических методов, включая индивидуальный подбор и дозировку наиболее эффективных лекарственных препаратов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Г. Р. Иваницкий, Е. П. Хижняк, А. А. Деев, Л. Н. Хижняк. «Тепловидение в медицине: сравнительная оценка инфракрасных систем диапазонов длин волн 3−5 и 8−12 мкм для диагностических целей», ДАН, 2006, том 407, № 2 стр. 1−5.

2. Г. Р. Иваницкий, А. А. Деев, И. Б. Крестьева, Л. Н. Хижняк, Е. П. Хижняк. «Может ли ритм дыхания изменить температурный портрет лица человека?», ДАН, 2006, том 406, № 6, стр. 1−5.

3. Г. Р. Иваницкий, А. А. Деев, Е. И. Маевский, Е. П. Хижняк, Л. Н. Хижняк. «Возможности термографии в современной медицине: исследование пространственного изменения температуры кожи человека при введении перфторана», ДАН, 2003, 393, N3. стр. 419−423.

4. Г. Р. Иваницкий, Л. Н. Хижняк, Е. И. Маевский, А. А. Деев, Е. П. Хижняк. «Тепловидение и механизмы улучшения микроциркуляции крови с помощью перфторана». XIII Международная конференция «Перфторуглероды в биологии и медицине», Пущино, 2003.

5. Г. Р. Иваницкий, А. А. Деев, Е. И. Маевский, Е. П. Хижняк, Т. Н. Пашовкин, Л. Н. Хижняк. Возможности термографии в современной медицине: Исследование пространственного изменения температуры кожи человека при сосудистых патологиях. Материалы конференции «Фундаментальные науки — медицине», РАН, Москва, 2003, стр. 66−67.

6. Г. Р. Иваницкий, А. А. Деев, Е. И. Маевский, И. С. Прокопенко, А. И. Романов, Е. П. Хижняк, Л. Н. Хижняк. «Исследование микроциркуляции крови с помощью современных методов термографии при введении перфторана». В сб: «Перфторуглеродные соединения в медицине и биологии» (под ред. Г. Р. Иваницкого, Е. Б. Жибурта, Е.И.Маевского). Пущино, 2004, с. 10−17.

7. Г. Р. Иваницкий, Л. Н. Хижняк, А. А. Деев, И. Б. Крестьева, Е. П. Хижняк. «Особенности температурных распределений в области глаз». ДАН, 2004, т. 3 98, № 5, стр. 709−714.

8. Г. Р. Иваницкий, Л. Н. Хижняк, А. А. Деев, И. Б. Крестьева, Е. П. Хижняк, А. И. Романов, И. С. Прокопенко, «Новое в прецизионной биомедицинской термографии (что демонстрируют изображения поверхности тела в инфракрасном диапазоне при высоком пространственно-временном разрешении)», Материалы V Международной конференции по реабилитологии, 6−8 декабря 2004 г. Центр реабилитации Управления делами Президента РФ, Санаторий им. А. И. Герцена, Кубинка.

9. Г. Р. Иваницкий, Л. Н. Хижняк, А. А. Деев, И. Б. Крестьева, Е. П. Хижняк. «Разработка методов неинвазивной диагностики функционального состояния сосудов и микрокапилляров с применением принципиально новых матричных инфракрастных термовизионных систем высокого разрешения». Материалы конференции «Фундаментальные наукимедицине», РАН, Москва Фирма Слово, 2004, стр.66−67.

10. Г. Р. Иваницкий, Л. Н. Хижняк, А. А. Деев, И. Б. Крестьева, Е. П. Хижняк. «Нас ждёт переворот в диагностике и лечении сосудистых заболеваний». Вестник Российской академии наук, 2004, том74, № 2, стр. 121−122.

11. Г. Р. Иваницкий, Е. П. Хижняк, А. А. Деев, Л. Н. Хижняк. «Разработка новых методов тестирования и оценка функционального состояния сосудов с применением современных матричных инфракрасных термовизионных систем высокого разрешения». Материалы конференции «Фундаментальные науки — медицине», РАН, Москва, 2005, Фирма Слово, стр. 100−102.