Тема 7. Фізика людини й медична діагностика

Сучасна медицина для потреб діагностування використовує засоби фізичного дослідження. До таких засобів відноситься, наприклад, томографи та ультразвукові сканери, які дозволяють бачити внутрішні структури організму та їх стан. Інші методи на основі реєстрації фізичних величин визначають функціональній стан організму, наприклад серця і мозку, що також дуже важливо для правильного планування подальшого лікування[29].

Розглянемо більш детально застосування сучасних методів вимірювання температури в медицині, зокрема, в медичній діагностиці.

Значення температури тіла необхідно, так як температура є одним з найважливіших показників стану здоров'я людини. Температура тіла важлива для діагностування того чи іншого захворювання. Наприклад, висока температура тіл служить складовою частиною реакції організму на збудників будь якої патології. Виявленої і прийнятою нормою температури тіла людини є відмітка 36,6 градусів. Однак у кожної людини є своя температура, яка може трохи відходити від прийнятої норми. Крім того, температура тіла людини може змінюватися в залежності навіть від часу доби[6].

Для зняття показників температури тіла використовуються спеціальні пристрої, іменовані термометрами. Сучасні термометри бувають різних видів. Залежно від виду термометра визначається і схема його використання. Основні види термометрів - ртутні, електронні та інфрачервоні.

Саме ртутні термометри донедавна були найпоширенішим видом термометрів серед населення нашої країни. Тим часом, ртуть являє собою небезпечне і шкідливе для здоров'я людини хімічна сполука, унаслідок чого від ртутних градусників вже давно відмовилися в багатьох країнах. Небезпека ртутного градусника полягає в тому, що його дуже легко розбити, і в такому випадку ртуть витече назовні.

Рис. 2. Ртутний термометр

Ртутний термометр і сьогодні залишається найбільш поширеним приладом для вимірювання температури тіла[25]. Він точніше за решту термометрів вимірює температуру, доступний за ціною практично будь-якому споживачу, допускає дезінфекцію з повним зануренням в дезінфікуючий розчин, тому підходить для медичних установ. Незручність у тому, що для вимірювання температури потрібно не менше 10 хвилин. Але головний недолік звичного для нас термометра в тому, що він містить небезпечну для здоров'я ртуть (близько 2 грамів) .

Електронні термометри використовуються для зняття показників температури тіла кількома способами - пахвою, орально або через анальний отвір. Багато хто вважає, що електронні термометри не дають точних показань, як ртутні, проте це не так. Завжди варто пам'ятати, що температура тіла у однієї людини коливається протягом однієї доби, тобто, вранці може бути одна, а ввечері трохи інша. Крім того, необхідно дотримуватися правил при використанні електронного термометра, які виробник неодмінно вкаже на упаковці або в інструкції до застосування.

Без термометра в домашній аптечці, як без рук. Але градусники бувають різними. Головний аргумент на користь сучасних електронних в тому, що вони не містять отруйної та небезпечної ртуті. Це перший плюс.

Другий: корпус у них із пластику, а не з крихкого скла, що б'ється. Правда, упускати їх теж не варто, тому як струс може порушити роботу електроніки. І тоді про точність вимірювання можна забути. Крім того, електронні термометри бояться вібрації, прямих променів сонця і близького контакту з потужними побутовими електроприладами.

Рис. 3. Електронний термометр

Третій безсумнівний плюс: свідчення можна бачити на рідкокристалічному дисплеї, що набагато простіше читається і зручніше, особливо для людей зі слабким зором. До того ж результат останнього виміру приладу залишається в його пам'яті і висвічується сам при новому включенні про це навіть повідомляє сонник.

При знятті показань температури оральним способом необхідно щільно затиснути градусник губами, тому що в противному випадку показники температури будуть неадекватно знижені. Перевагами електронного термометру є - його безпеку і нешкідливість, що дозволяє міряти температуру навіть при дуже поганому самопочутті. Електронні термометри є дуже міцними і водонепроникними, що дає можливість використовувати їх, де це буде необхідно. Крім того, температура вимірюється такими градусниками як за Цельсієм, так і за Фаренгейтом.

Інфрачервоні термометри є найсучаснішими приладами для вимірювання температури тіла. Вони знімають показання в мить ока, за кілька секунд. У свою чергу інфрачервоні термометри діляться на - безконтактні, вушні і лобові, а також термометри-соски для маленьких дітей. За допомогою безконтактного інфрачервоного градусника, що не торкаючись до тіла, можна швидко виміряти температуру, направивши датчик до людини. Через кілька секунд градусник покаже показники температури. Проте таким градусником не можна виміряти базальну температуру, так як точність показань може коливатися на незначну кількість градусів. А при знятті показань базальної температури навіть 0,1 градуса дуже важливі.

Радіаційні термометри (або пірометри) представляють собою неконтактні температурні датчики, дія яких заснована на залежності температури від кількості теплового електромагнітного випромінювання, отриманого від об'єкта вимірювання[14]. Це ціла група приладів, яка включає як прилади, що вимірюють температуру точки на об'єкті, області на об'єкті, або дозволяють отримати картину одновимірного і навіть двовимірного розподіл температури на заданій площі вимірювання. Радіаційні термометри дуже широко використовуються в різних галузях промисловості: металургії, виробництві скла і кераміки, напівпровідників, пластику, паперу і т.д. Радіаційні термометри використовуються також у медицині, криміналістиці, системах порятунку людей і охорони.

Рис. 4.Радіаційний термометр.

Головна складність полягає у вимірюванні температури тіла, випромінювальна здатність якого невідома. Об'єкт вимірювання найчастіше далекий від абсолютно чорного тіла, це може бути окислена поверхня, напівпрозоре скло, дзеркальна поверхня і т.д. Крім того, виникають труднощі обліку випромінювання, що випускаються прилеглою областю і випромінювання відбитого від сусідніх об'єктів.

Не має значення, який вид термометра використовує людина для того, щоб дізнатися температуру. Головне - не міряти температуру різними термометрами протягом одного циклу, так як показники можуть трохи змінюватися, відображаючи необ'єктивну картину стану здоров'я людини.

Термографія в медицині - метод реєстрації інфрачервоного випромінювання тіла людини з метою діагностики різних захворювань. У нормі кожна область поверхні людського тіла має характерну термографічні картину. Так, в області голови і шиї у здорової людини виділяються зони більш високої температури над великими кровоносними судинами (наприклад, в надключичній області), в ротовій області, в області чола і очниць; температура на поверхні повік, кінчика носа, вушної раковини, очних яблук , над бровами і волосистої частини голови нижче.

Протипоказань до термографії не існує, дослідження можна повторювати багато разів.

Термографію проводять безконтактним і контактним способами. Для проведення безконтактної термографії використовують спеціальні прилади - тепловізори або термографи, що сприймають та реєструючі теплове випромінювання тіла в інфрачервоній області спектру. Контактну (рідкокристалічну) термографію проводять за допомогою рідких кристалів, що володіють оптичною анізотропією і змінюють колір залежно від температури . Контактні термограмми отримують шляхом прикладання до поверхні тіла досліджуваної області плівки або паст з рідкокристалічним з'єднанням .

Тепловізор (інфрачервона камера) — оптико-електронний прилад для візуалізації температурних полів та вимірювання температури[15].

Рис. 5. Портативний тепловізор для медичної діагностики.

Рис. 6. Зображення, зроблене тепловізором

У найбільш бюджетних моделях тепловізорів, інформація записується в пам'ять пристрою і може бути прочитана через інтерфейс підключення до комп'ютера. Такі тепловізори зазвичай застосовують в парі з ноутбуком або персональним комп'ютером та програмним забезпеченням, що дозволяє приймати дані з тепловізора в режимі реального часу[12].

Розрізняють тепловізори для спостереження та вимірювальні. Перші просто роблять зображення в інфрачервоних променях . Вимірювальні тепловізори, крім того, присвоюють значенням цифрового сигналу кожного пікселя відповідну температуру, в результаті чого виходить картина розподілу температур.