Chcesz wydać pracę habilitacyjną, doktorską czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

Poniżej zamieściliśmy fragment artykułu. Informacja nt. dostępu do pełnej treści artykułu tutaj
© Borgis - Postępy Nauk Medycznych 3/2017, s. 135-139
*Joanna Mokrzecka, Marta Pietruszyńska, Irmina Jankowska, Iwona Grabska-Liberek
Termografia w okulistyce – pomiar temperatury powierzchni oka
Infrared thermography in the field of ophtalmology – measurement of ocular surface temperature
Klinika Okulistyki, Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego, Samodzielny Publiczny Szpital Kliniczny im. prof. W. Orłowskiego, Warszawa
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. med. Iwona Grabska-Liberek
Streszczenie
Termografia, zaliczana do technik diagnostyki obrazowej, wykorzystuje kamery termowizyjne do rejestracji promieniowania cieplnego emitowanego przez obiekty. Jako metoda całkowicie bezinwazyjna, bezpieczna zarówno dla osoby badanej, jak i badacza znajduje coraz to szersze zastosowanie w medycynie, w tym również okulistyce. Poniższy artykuł prezentuje pokrótce metodę termografii oraz możliwe zastosowania termografii w dziedzinie okulistyki na przykładzie wybranych publikacji.
Summary
Thermography is an imaging procedure used to record the thermal patterns using infrared camera. As a nonivasive method, safe both for examinator and examined person is widely used in medicine including also ophtalmology. The following article presents the main methodology and possible use of IR thermography in the field of ophtalmology based on selected publications.
Wstęp
Od dawna wiadomo, że temperatura żywego organizmu jest istotnym wskaźnikiem oceny jego stanu biologicznego, a jej zmiany mogą świadczyć o istniejącej patologii. Historia pomiaru temperatury ciała jako metody diagnostycznej sięga już czasów starożytnych, gdzie pierwsze próby pomiarów podejmował Hipokrates w 400 r. p.n.e., obserwując wysychanie mokrej gliny nałożonej na ciało pacjenta. Ilościowy pomiar temperatury był jednak możliwy dopiero w XVI wieku po wynalezieniu przez Galileusza urządzenia zwanego termoskopem. Kolejnym krokiem milowym było wprowadzenie do użytku powszechnego termometru rtęciowego, do niedawna szeroko stosowanego na całym świecie. Postęp nauki i techniki zaowocował wynalezieniem nowoczesnych metod pomiaru temperatury, do których zaliczamy technikę termografii.
Termografia
Termografia to nieinwazyjna i bezkontaktowa metoda obrazowania, umożliwiająca monitorowanie w czasie rzeczywistym zmian fizjologicznych oraz procesów metabolicznych poprzez pomiar rozkładu temperatury na badanej powierzchni. Emitowane przez badany obiekt promieniowanie cieplne (w paśmie podczerwieni) rejestrowane jest m.in. przez kamerę termowizyjną, a następnie przedstawiane za pomocą termogramu, najczęściej w postaci obrazu w skali szarości bądź modelu barwnego – RGB (ang. red, green, blue).
Termowizja, początkowo wykorzystywana w budownictwie, przemyśle oraz celach wojskowych, została wprowadzona do współczesnej medycyny przez kanadyjskiego lekarza Lawsona w latach 50. XX wieku, jako metoda służąca do diagnostyki oraz monitorowania zmian w przebiegu raka sutka (1, 2). Udoskonalana przez ponad ostatnie 50 lat metoda termografii obecnie wykorzystywana jest m.in. w kardiochirurgii (ocena ukrwienia w trakcie operacji na otwartym sercu), dermatologii (ocena aktywności zmian łuszczycowych), alergologii (diagnostyka alergii skórnych i wziewnych), reumatologii (ocena obecności oraz stopnia nasilenia stanu zapalnego), onkologii, a także w okulistyce (diagnostyka chorób oczu, ocena metod chirurgicznych).
Przed zastosowaniem metody termowizji, pomiar temperatury powierzchni oka wymagał bezpośredniego kontaktu ostro zakończonej końcówki pomiarowej (tzw. needle probe) z powierzchnią rogówki. Była to nie tylko metoda inwazyjna i niekomfortowa dla pacjenta, ale też obarczona znacznym błędem – pomiar wymagał użycia miejscowego środka znieczulającego, który powodował obniżenie temperatury, natomiast samo ukłucie indukowało wzrost przepływu krwi, a tym samym wzrost temperatury nawet o 6°C. Metoda termowizji wprowadzona do okulistyki przez angielskiego okulistę Mapstona w 1968 roku umożliwiła nieinwazyjny, szybki oraz dokładny odczyt temperatury z powierzchni oka, która stała się głównym obiektem zainteresowania badaczy.
Zasady termografii ludzkiego oka
Podstawą fizyczną termografii jest teoria ciała doskonale czarnego, zgodnie z którą każde ciało o temperaturze wyższej od zera absolutnego (-273,15°C) emituje promieniowanie cieplne, a jego całkowitą moc przedstawia równanie:
(I)T = ε ? T4
gdzie ? – stała Stefana-Boltzmanna, ε – współczynnik emisji (określa energię wypromieniowaną przez dane ciało w stosunku do ciała idealnie czarnego o tej samej temperaturze, a jego wartość zależy od struktury powierzchni emitującej; dla tkanki biologicznej ε = 0,97-0,98).
W przeprowadzonych przez Hartridge’a i Hilla oraz Mapstone’a obserwacjach zauważono, że tkanki oka, ze względu na dużą zawartość wody, zachowują się w przybliżeniu jak ciała doskonale czarne, co oznacza, że fale emitowane przez tkanki położone głębiej są całkowicie absorbowane przez tkanki położone bardziej powierzchownie (3, 4). W kolejnych badaniach stwierdzono, że jeśli grubość filmu łzowego wyniesie 40 μm lub więcej, to transmisja promieniowania będzie bliska 0. Oznacza to, że rogówka nie będzie mieć wpływu na wielkość mierzonego promieniowania, a mierzona temperatura będzie w istocie temperaturą filmu łzowego (5). Purslow i Wolffsohn w swojej publikacji potwierdzają, że temperatura powierzchni oka zależy w głównej mierze od stabilności filmu łzowego, a nie od takich czynników jak grubość, krzywizna rogówki czy głębokość komory przedniej (6).
Metody pomiarów temperatury powierzchni oka
Termogram przedstawiający wartości oraz rozłożenie temperatury powierzchni oka może być zaprezentowany w postaci obrazu w skali szarości bądź modelu barwnego – RGB. Mimo że model RGB lepiej wizualizuje rozkład temperatury badanej powierzchni, termogram w skali szarości jest bardziej użyteczny do wykonania pomiarów ilościowych.
Manualne sposoby pomiaru
Efron i wsp. w swoich badaniach dokonywali pomiaru w 11 punktach rozmieszczonych od siebie w odległości 0,5 mm wzdłuż poziomej linii przechodzącej przez geometryczne centrum rogówki (7). Inny sposób pomiaru zastosowali Morgan i wsp., którzy wykreślili 5 pól o powierzchni ok. 1 mm2 wzdłuż poziomej linii przechodzącej przez ustalony środek rogówki, odpowiednio w centrum rogówki, w rąbku od strony nosa i od strony skroni oraz na spojówce 2 mm od rąbka (8-10). Metodologia pomiaru w badaniach Galassiego i wsp. przedstawia 5 punktów wykreślonych na poziomej linii przebiegającej przez centrum rogówki w miejscach: 1 – kąt przyśrodkowy, 2 – w połowie odległości pomiędzy kątem wewnętrznym a rąbkiem od strony nosa, 3 – centrum rogówki, 4 – w połowie odległości pomiędzy rąbkiem od strony skroni a kątem zewnętrznym, 5 – kąt zewnętrzny (11, 12). W kolejnych przeprowadzonych badaniach ilość, rozmieszczenie, powierzchnia oraz kształt obszaru pomiarowego różnią się od przedstawionych przykładów w zależności od badacza.
Półautomatyczne i automatyczne sposoby pomiaru
Dua i wsp. wykorzystali w swoich badaniach półautomatyczną metodę oceny temperatury powierzchni oka. Termogram w postaci pliku jpg przed zastosowaniem algorytmu wykrywającego pozycję rogówki musiał być manualnie „przycięty” przez badającego do prostokątnego obszaru obejmującego obraz oka o standardowym wymiarze 400 x 200 pikseli. Algorytm „SNAKE” z funkcją śledzenia celu wprowadzony przez Tan'a umożliwił lokalizację oka i rogówki na termogramie w sposób całkowicie zautomatyzowany (13).
Zastosowanie termografii w badaniach klinicznych
Od czasu wprowadzenia termografii do okulistyki w latach 50. XX wieku przeprowadzono liczne badania wykorzystujące metodę termowizji do oceny fizjologii i patofizjologii oka, diagnostyki chorób oczu czy oceny metod chirurgicznych.
W swoich badaniach Mapstone określił średnią temperaturę rogówki zdrowego oka na 34,8°C (32,2-36,0°C) oraz przedstawił i poddał ocenie czynniki mające wpływ na temperaturę powierzchni oka, takie jak: temperatura otoczenia, zamknięcie oraz otwarcie powiek, mruganie, film łzowy, zapalenie przedniego odcinka błony naczyniowej, stenoza tętnicy szyjnej, nowotwory tylnego odcinka oka (4, 14).
W badaniu przeprowadzonym przez Efrona i wsp. poddano dokładnej ocenie rozłożenie izoterm na powierzchni zdrowych oczu, stwierdzając, że średnia różnica pomiędzy geometrycznym środkiem rogówki a rąbkiem wynosi 0,45°C (7). Kilka lat później Morgan i wsp. w swoich badaniach zauważyli, że u 95% badanych zdrowych oczu różnica pomiędzy temperaturą centrum rogówki między okiem prawym a lewym wynosi 0,6°C lub mniej (8). Doniesienia z literatury jednoznacznie wskazują, że istnieje negatywna korelacja pomiędzy temperaturą powierzchni oka a wiekiem (15, 16), natomiast nie zaobserwowano istotnych różnic w odniesieniu do płci czy rasy (8, 16). Na wartości temperatury powierzchni oka ma natomiast wpływ temperatura otoczenia, gdzie wzrost temperatury środowiska o 1°C powoduje wzrost temperatury powierzchni oka o 0,15-0,2°C (14, 17) oraz temperatura ciała (8, 14, 18). Zauważono również, że temperatura powierzchni oka zmienia się w ciągu dnia, nawet jeśli temperatura otoczenie jest stała, co tłumaczone jest dobowymi wahaniami temperatury ciała (19).
Poza określeniem wzorca termogramu zdrowego oka, zaczęto poszukiwać możliwości dla termografii jako badania diagnostycznego w chorobach oczu. Głównym tematem zainteresowania badaczy stały się patologie dotyczące przedniego odcinka oka, takie jak zespół suchego oka (ZSO) czy stany o etiologii zapalnej. Badania z użyciem termografii przeprowadzono również w diagnostyce chorób, takich jak: zakrzep żyły środkowej siatkówki (ang. central retinal vein occlusion – CRVO), retinopatia cukrzycowa, jaskra, orbitopatia związana z chorobą Gravesa-Basedowa, nowotwory czy stenoza aortalna. Wykonując pomiary termograficzne, poddano również ocenie metody chirurgiczne, w tym operacje przeciwjaskrowe, techniki fakoemulsyfikacji czy keratektomii.

Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.

Płatny dostęp

Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu oraz innych artykułów Czytelni, należy wprowadzić kod:

Kod (cena 20 zł za 30 dni dostępu) mogą Państwo uzyskać, przechodząc na tę stronę.
Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.

Piśmiennictwo
1. Lawson RN: Implications of surface temperature in the diagnosis of breast cancer. Can Med Assoc J 1956; 75: 309-310.
2. Lawson RN: Thermography: a new tool in the investigation of breast lesion. Can Serv Med J 1957; 13: 517.
3. Hartridge H, Hill AV: The transmission of infra-red rays by the media of the eye and the transmission of radiant energy by Crookes and other glasses. Proc Roy Soc 1915; 89: 58-76.
4. Mapstone R: Measurement of corneal temperature. Exp Eye Res 1968; 7: 237-243.
5. Hamano H, Minami S, Sugimori Y: Experiments in thermometry of the anterior portion of the eye wearing a contact lens by means of infra-red thermometer. Cont Lens & Ant Eye 1969; 13: 12-22.
6. Purslow C, Wolffsohn JS: The relation between physical properties of the anterior eye and ocular surface temperature. Optom Vis Sci 2007; 84: 197-201.
7. Efron N, Young G, Brenan N: Ocular surface temperature. Curr Eye Res 1989; 8(9): 901-906.
8. Morgan PB, Soh MP, Efron N: Potential Application of Ocular Thermography. Optom Vis Sci 1993; 70: 568-576.
9. Morgan PB, Tullo AB, Efron N: Infrared thermography of the tear film in dry eye. Eye 1995; 9: 615-618.
10. Morgan PB, Smyth JV, Tullo AB, Efron N: Ocular temperature in carotid artery stenosis. Optom Vis Sci 1999; 72: 850-854.
11. Galassi F, Giambee B, Corvi A, Falaschi G: Evaluation of ocular surface temperature and retrobulbar hemodynamics by infrared thermography and colour Doppler imaging in patient with glaucoma. Br J Ophthalmol 2007; 91: 878-881.
12. Galassi F, Giambee B, Corvi A et al.: Retrobulbar hemodynamics and corneal surface temperature in glaucoma surgery. Int Ophthalmol 2008; 28: 399-405.
13. Dua S, Acharya UR, Ng EYK: Computational Analysis of the human eye with applications. World Scientific Publishing Co Pte Ltd, Singapore 2011: 267-271.
14. Mapstone R: Determinants of corneal temperature. Brit J Ophthal 1968; 52: 729-741.
15. Acharya UR, Ng EYK, Gerk CY, Tan JH: Analysis of normal human eye with different age groups using infrared images. J Med Sys 2008; 33: 207-213.
16. Alio J, Padron M: Influence of age on the temperature of the anterior segment of the eye. Ophtalmic Res 1982; 14: 153-159.
17. Morgan PB: Ocular thermography in health and disease. The University of Manchester 1994.
18. Girardin F, Orgul S, Erb C, Flammer J: Relationship between the corneal temperature and finger temperature. Arch Ophtalmol 1999; 117(2): 166-169.
19. Kocak I, Orgul S, Flammer J: Variability in the measurement of corneal temperature using a noncontact infrared thermometer. Ophtalmologica 1999; 213(6): 345-349.
20. Żelichowska B, Różycki R, Tłustochowicz M et al.: The usefulness of thermography in the diagnostics of dry eye syndrome. Klin Oczna 2005; 107(7-9): 483-487.
21. Sodi A, Giambene B, Falashi G: Ocular surface temperature in patient with central retinal vein occlusion: preliminary data. Eur J Ophthalmol 2007; 17(5): 755-759.
22. Sodi A, Giambene B, Falashi G: Ocular surface temperature in diabetic retinopathy: a pilot study by infrared thermography. Eur J Ophthalmol 2009; 19: 1004-1008.
23. Shih S-R, Li H-Y, Hsiao Y-L, Chang T-C: The application of temperature measurement of the eyes by digital infrared thermal imaging as a prognostic factor of methylprednisolone pulse therapy for Graves’ ophthalmopathy. Acta Ophthalmol 2010; 88: 154-159.
24. Kawali AA: Thermography in ocular inflammation. Indian J Radiol Imaging 2013; 23: 281-283.
25. Hara Y, Shiraishi A, Yamaguchi M et al.: Evaluation of allergic conjunctivitis by thermography. Ophthalmic Res 2014; 51: 161-166.
26. Kawasaki S, Mizoue S, Yamaguchi M et al.: Evaluation on filtering bleb function by thermography. Br J Ophthalmol 2009; 93: 1331-1336.
27. Klamann M, Maier A-K, Gonnermann J et al.: Thermography: a new option to monitor filtering bleb function. J Glaucoma 2015; 24: 272-277.
28. Kamao T, Yamaguchi M, Kawasaki S et al.: Screening for a dry eye with newly developed ocular surface thermographer, Am J Ophtalmol 2011; 151: 782-791.
29. Jun B, Berdahl JP, Kim T: Thermal study of longitudinal and torsional ultrasound phacoemulsification: tracking the temperature of corneal surface, incision and handpiece. J Cataract Refract Surg 2010; 36(5): 832-837.
30. Maldonado-Codina C, Morgan PB, Efron N: Thermal consequences of photorefractive keratectomy. Cornea 2001; 20: 509-515.
31. Śniegowski M, Erlanger M, Valez-Montoya R et al.: Difference in ocular surface temperature by infrared thermography in phakic and pseudophakic patients. Clin Ophtalmol 2015; 9: 461-466.
otrzymano: 2017-02-08
zaakceptowano do druku: 2017-02-28

Adres do korespondencji:
*Joanna Mokrzecka
Klinika Okulistyki CMKP SPSK im. prof. W. Orłowskiego
ul. Czerniakowska 231, 00-416 Warszawa
tel./fax +48 (22) 584-11-85
kl.okulistyki@szpital-orlowskiego.pl

Postępy Nauk Medycznych 3/2017
Strona internetowa czasopisma Postępy Nauk Medycznych