radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2024-27-5-77-90radioelectronics-934Research ArticleПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛНMEASURING SYSTEMS AND INSTRUMENTS BASED ON ACOUSTIC, OPTICAL AND RADIO WAVESМногофункциональный тепловизионный комплекс для медицинской диагностикиMultifunctional Thermal Imaging Complex for Medical Diagnosticshttps://orcid.org/0000-0001-8806-0603ПотраховН. Н.PotrakhovN. N.

Потрахов Николай Николаевич – доктор технических наук (2009), доцент (2021), заведующий кафедрой электронных приборов и устройств.

Ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022

Potrakhov Nikolay Nikolaevich – Dr Sci. (2009), Head of the Department of Electronic Instruments and Devices.

5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022

nnpotrahov@etu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3377-3179РостачевС. А.RostachevS. A.

Ростачев Сергей Александрович – специалист по направлению "Физика" (1976, Уральский государственный университет им. А. М. Горького), инженер кафедры электронных приборов и устройств Санкт-Петербургского ГЭУ "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина).

Ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022

Rostachev Sergey Aleksandrovich – Specialist in physics (1976, Ural State University), Engineer of the Department of Electronic Instruments and Devices of Saint Petersburg Electrotechnical University. The author of 9 scientific publications.

5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022

rsaserge@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6084-7030Ладожская-ГапеенкоЕ. Е.Ladozhskaya-GapeenkoE. E.

Ладожская-Гапеенко Екатерина Евгеньевна – кандидат медицинских наук (2023), младший научный сотрудник НКЦ анестезиологии и реаниматологии, анестезиолог-реаниматолог АиР № 2.

Ул. Льва Толстого, д. 6/8, Санкт-Петербург, 197022

Ekaterina E. Ladozhskaya-Gapeenko - Cand. Sci. (Med.) (2023), Junior Researcher of Scientific and Clinical Center of Anesthesiology and Resuscitation, Anesthesiologist-Resuscitator of the A&R Department no. 2 of the Academician I. P. Pavlov First Saint Petersburg State Medical University.

6/8, Lev Tolstoy St., St Petersburg 197022

ulfkote@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4968-7857ГукК. К.GukK. K.

Гук Карина Константиновна – кандидат технических наук (2016), доцент кафедры электронных приборов и устройств.

Ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022

Guk Karina Konstantinovna – Cand. Sci. (2016), Associate Professor of the Department of Electronic Instruments and Devices.

5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022

kkguk@etu.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical UniversityRussian FederationПервый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. ПавловаРоссияAcademician I.P. Pavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityRussian Federation2024221120242757790Copyright © Потрахов Н.Н., Ростачев С.А., Ладожская-Гапеенко Е.Е., Гук К.К., 20242024Потрахов Н.Н., Ростачев С.А., Ладожская-Гапеенко Е.Е., Гук К.К.Potrakhov N.N., Rostachev S.A., Ladozhskaya-Gapeenko E.E., Guk K.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/934Введение

Введение. Быстрое развитие тепловизионной техники и наличие определенного опыта инструментального анализа тепловых процессов в теле пациента с целью определения его состояния создают предпосылки к разработке перспективного современного медицинского тепловизионного комплекса (тепловизора).

Цель работы

Цель работы. Создание отечественного "малобюджетного" медицинского тепловизионного комплекса для медицинской диагностики с расширенными функциональными возможностями.

Материалы и методы

Материалы и методы. Распределение температуры на поверхности тела человека зависит от его внутреннего состояния и внешней среды. Для каждого человека это распределение имеет свои физиологические особенности, изучение и интерпретация которых могут быть значимыми для диагностики конкретных патологий или оценки общего (психофизического) состояния. Результаты анализа температурных полей на поверхности тела человека позволяют диагностировать различные патологические процессы, которые проявляются в виде локальных изменений температуры на отдельных его участках. Предлагаемая методика термодиагностики предполагает измерение температуры в каждой точке такого участка одномоментно (в статике) или на протяжении некоторого времени (в динамике). В отличие от традиционного подхода для этой цели используется два тепловизионных датчика: матричный малоформатный, а потому "малобюджетный", и точечный. Такая комбинация датчиков при съемке с уменьшенного в разы, по сравнению с традиционным подходом, расстояния обеспечивает необходимую дискретизацию картины температурного поля даже больших по площади участков поверхности тела человека.

Результаты

Результаты. Разработаны принципиальная электрическая схема и конструкция современного тепловизионного комплекса. Оценены его преимущества перед аналогичными устройствами. Предложена и апробирована методика регистрации и анализа температуры в точке, а также температурного поля как отдельного участка, так и больших по площади областей на поверхности тела человека.

Заключение

Заключение. Апробация материального макета тепловизионного комплекса на базе крупных медицинских учреждений Санкт-Петербурга показала его широкие функциональные возможности при простоте и удобстве эксплуатации.

Introduction

Introduction. Recent developments in the field of thermal imaging technology and the accumulated experience in instrumental analysis of thermal processes in the patient’s body indicate the prospects of developing new medical thermal imaging systems (thermal imagers).

Aim

Aim. Creation of a low-budget domestic thermal imaging system for medical diagnostics with expanded functionality.

Materials and methods

Materials and methods. The distribution of temperature over the surface of the human body depends on its internal state and external environment. For each person, this distribution has its own physiological characteristics, the study and interpretation of which can be significant for diagnosing specific pathologies or assessing the general (psychophysical) state of the patient. Analysis of temperature fields on the surface of the human body makes it possible to diagnose various pathological processes manifested in the form of local temperature changes in individual areas. The proposed method for thermal diagnostics involves measuring the temperature at each point of such an area simultaneously (statically) or over a period of time (dynamically). In comparison with conventional approaches, two thermal imaging sensors are used for this purpose. These include a small-sized matrix (thus being low cost) and a point sensor. Such a combination of sensors provides for the necessary discretization of the temperature field image of sufficiently large areas of the surface of the human body, when shooting from a distance significantly reduced compared to the conventional approach.

Results

Results. A conceptual electrical circuit and a layout of a modern thermal imaging system are developed. The advantages of the proposed thermal imager over similar devices are assessed. A method for recording and analyzing temperature in a certain point and temperature fields of both separate areas and large areas on the surface of the human body is proposed and tested.

Conclusion

Conclusion. The conducted testing of a material model of the proposed thermal imaging system using the facilities of large medical institutions in St. Petersburg showed its wide functionality along with simplicity and convenience.

тепловизортермограмматемпературное полетепловизионный комплексмедицинская диагностикаthermal imagerthermogramtemperature fieldthermal imaging systemmedical diagnosticsReferencesРуководсво по применению фирмы Flir. 2015. URL: https://propribory.ru/static/upl/15-11-2019/uXmcDnOeRKyKUyiK/flir-e4-e5-e6-e8-e5xt-e6xt-e8xt-manual.pdf?ysclid=m2cbmv2rld295973901 (дата обращения 16.10.2024)Flir User Manual. Available at: https://propribory.ru/static/upl/15-11-2019/uXmcDnOeRKyKUyiK/flir-e4-e5e6-e8-e5xt-e6xt-e8xt-manual.pdf?ysclid=m2cbmv2rld295973901 (accessed 16.10.2024)Тепловидение в медицине: сравнительная оценка инфракрасных систем диапазонов длин волн 3–5 и 8–12 мкм для диагностических целей / Г. Р. Иваницкий, Е. П. Хижняк, A. A. Деев, Л. Н. Хижняк // Докл. Академии наук. 2006. Т. 407, № 2. С. 258–262.Ivanitsky G. R., Khizhnyak E. P., Deev A. A., Khizhnyak L. N. Thermal Imaging in Medicine: A Comparative Study of Infrared Systems Operating in Wavelength Ranges of 3–5 and 8–12 μm as Applied to Diagnosis. Doklady Biochemistry and Biophysics. 2006, vol. 407, pp. 59–63. doi: 10.1134/S1607672906020049Место и роль дистанционной инфракрасной термографии среди современных диагностических методов / Ю. П. Дехтярев, В. И. Нечипорук, С. А. Мироненко, И. С. Ковальчук, Е. Ф. Венгер, В. И. Дунаевский, В. И. Котовский // Электроника и связь. Тематический вып. "Электроника и нанотехнологии". 2010. № 2. С. 192–196.Dehtjarev Yu. P., Nechiporuk V. I., Mironenko S. A., Koval'chuk I. S., Venger E. F., Dunaevskij V. I., Kotovskij V. I. Mesto i rol' distancionnoj infrakrasnoj termografii sredi sovremennyh diagnosticheskih metodov [The Place and Role of Remote Infrared Thermography Among Modern Diagnostic Methods]. Elektronika i svjaz'. Tematicheskij vypusk "Elektronika i nanotehnologii". 2010, no. 2, pp. 192–196. (In Russ.)Методики и аппаратура неинвазивной оптической тканевой оксиметрии / А. И. Афанасьев, Д. А. Рогаткин, А. А. Сергиенко, В. И. Шумский // Материалы XXVI школы по когерентной оптике и голографии / под ред. проф. А. Н. Малова. Иркутск: Папирус, 2008. С. 505–513.Afanas'ev A. I., Rogatkin D. A., Sergienko A. A., Shumskii V. I. Metodiki i apparatura neinvazivnoi opticheskoi tkanevoi oksimetrii [Methods and Equipment for NonInvasive Optical Tissue Oximetry]. Ed. by Prof. A. N. Malov. Proc. of the XXVI School on Coherent Optics and Holography. Irkutsk, Papyrus, 2008, pp. 505–513. (In Russ.)Возможности медицинского тепловидения в обследовании и лечении пациентов с ожогами / М. Г. Воловик, И. М. Долгов, Ю. В. Карамышев, Ю. А. Лошенко, В. С. Коскин // Медицинский алфавит. 2023. № 22. С. 56–62. doi: 10.33667/2078-5631-2023-22-56-62Volovik M. G., Dolgov I. M., Karamyshev Yu. V., Loshenko I. A., Koskin V. S. Medical Thermography as a Method to Assessment of Burn Depth and Treatment Effectiveness in Patients with Burn Injury. Medical Alphabet. 2023, no. 22, pp. 56–62. (In Russ.) doi: 10.33667/2078-5631-2023-22-56-62Вайнер Б. Г. Матричное тепловидение в физиологии: исследование сосудистых реакций, перспирации и терморегуляции у человека. Новосибирск: Изд-во Сиб. отд-ния РАН, 2004. 96 с.Vajner B. G. Matrichnoe teplovidenie v fiziologii: issledovanie sosudistyh reakcij, perspiracii i termoreguljacii u cheloveka [Matrix Thermal Imaging in Physiology: Study of Vascular Reactions, Perspiration and Thermoregulation in Humans]. Novosibirsk, Izd-vo Sib. otd. RAN, 2004, 96 p. (In Russ.)Diakides N. A., Bronzino J. D. Medical Infrared Imaging. Boca Raton: CRC Press, 2008. 450 p.Diakides N. A., Bronzino J. D. Medical Infrared Imaging. Boca Raton, CRC Press, 2008, 450 p.Хижняк Л. Н., Хижняк Е. П., Маевский Е. И. Возможность применения миниатюрных инфракрасных камер нового поколения в медицинской диагностике // Вестн. новых медицинских технологий. 2018. Т. 25, № 4. С. 101–109. doi: 10.24411/1609-2163-2018-16279Khizhnyak L. N., Khizhnyak E. P., Maevsky E. I. The Possibilities of Using Miniature Infrared Cameras a New Generation for Medical Diagnostics. J. of New Medical Technologies 2018, vol. 25, no. 4, pp. 101 – 109. doi: 10.24411/1609-2163-2018-16279 (In Russ.)Murthy R., Pavlidis I., Tsiamyrtzis P. Touchless monitoring of breathing function // Proc. of the 26th IEEE EMBS Annual Intern. Conf., San Francisco, USA, 01–05 Sept. 2004. IEEE, 2004. P. 228–231. doi: 10.1109/IEMBS.2004.1403382Murthy R., Pavlidis I., Tsiamyrtzis P. Touchless Monitoring of Breathing Function. Proc. of the 26th IEEE EMBS Annual Intern. Conf., San Francisco, USA. 01–05 Sept. 2004. IEEE, 2004, pp. 228–231. doi: 10.1109/IEMBS.2004.1403382Anbar M. Quantitative dynamic telethermometry in medical diagnosis and management. Boca Raton: CRC Press, 1994. 272 p.Anbar M. Quantitative Dynamic Telethermometry in Medical Diagnosis And Management. Boca Raton, CRC Press, 1994, 272 p.Sun N., Pavlidis I. Counting heartbeats at a distance // Proc. of the 28th IEEE EMBS Annual Intern. Conf., New York, USA, 30 Aug. –03 Sept. 2006. IEEE, 2006. P. 228–231. doi: 10.1109/IEMBS.2006.260596Sun N., Pavlidis I. Counting Heartbeats at a Distance. Proc. of the 28th IEEE EMBS Annual Intern. Conf., New York, USA. 30 Aug. –03 Sept. 2006. IEEE, 2006, pp. 228–231. doi: 10.1109/IEMBS.2006.260596StressCam: non-contact measurements of users’ emotional states through thermal imaging / C. A. Puri, L. Olson, I. Pavlidis, J. Levine, J. Starren // Conf. for computer–human interaction (CHI), Portland, Oregon, USA, 2–7 Apr. 2005. P. 1725–1728. doi: 10.1145/1056808.1057007Puri C. A., Olson L., Pavlidis I., Levine J., Starren J. StressCam: Non-Contact Measurements of Users’ Emotional States through Thermal Imaging. Conf. for Computer–Human Interaction (CHI), Portland, Oregon, USA. 2–7 Apr. 2005, pp. 1725–1728. doi: 10.1145/1056808.1057007Pavlidis I., Levine J. Monitoring of periorbital blood flow rate through thermal image analysis and its applications to polygraph testing // Conf. Proc. of the 23rd Annual Intern. Conf. of the IEEE Eng. in Medicine and Biology Society. Istanbul, Turkey, 25–28 Oct. 2001. IEEE, 2001. Vol. 3. P. 2826–2829. doi: 10.1109/IEMBS.2001.1017374Pavlidis I., Levine J. Monitoring of Periorbital Blood Flow Rate Through Thermal Image Analysis and Its Applications to Polygraph Testing. Conf. Proc. of the 23rd Annual Intern. Conf. of the IEEE Eng. in Medicine and Biology Society. Istanbul, Turkey. 25–28 Oct. 2001. IEEE, 2001, vol. 3, pp. 2826–2829. doi: 10.1109IEMBS.2001.1017374Stroop J. R. Studies of interference in serial verbal reactions // J. of Experimental Psychology. 1992. Vol. 121, iss. 1. P. 15–23. doi: 10.1037/0096-3445.121.1.15Stroop J. R. Studies of Interference in Serial Verbal Reactions. J. of Experimental Psychology. 1992, vol. 121, iss. 1, pp. 15–23. doi: 10.1037/0096-3445.121.1.15Воловик М. Г., Долгов И. М. Современные возможности и перспективы развития медицинского тепловидения // Медицинский алфавит. 2018. Т. 3, № 25. С. 45–51.Volovik M. G., Dolgov I. M. Current Status and Perspectives for the Development of Medical Thermal Imaging. Medical Alphabet.. 2018, vol. 3, no. 25, pp. 45–51. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.