Инженеры-биомедики из Технологического института Джорджии разработали инновационную систему сбора и обработки тепловых изображений, которая открывает новые возможности для раннего выявления и диагностики заболеваний. Эта система позволяет проводить детальное измерение жизненно важных показателей, таких как частота сердечных сокращений, дыхание и температура тела, без необходимости контакта с пациентом.
Исследователи преодолели спектральную неоднозначность, характерную для традиционных тепловизионных изображений, улучшив текстуру и детализацию получаемых данных. Они также устранили влияние окружающей среды на результаты измерений, что позволило повысить точность и эффективность диагностики. Результаты работы опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.
Дингдинг Хан, ведущий автор исследования и научный сотрудник Школы машиностроения Вудраффа, подчеркнул важность новой технологии: «Это может стать краеугольным камнем для будущей широкой биомедицинской диагностики. С помощью этой термографической технологии phasor мы можем повысить точность и эффективность тепловизионных изображений для обнаружения аномалий».
Одной из ключевых проблем традиционных тепловизионных систем является их неспособность различать резкие колебания температуры. Высокая температура окружающей среды может привести к зашумленности изображений, что затрудняет точное измерение физиологических сигналов. Однако новая система, разработанная в Технологическом институте Джорджии, решает эту проблему.
Исследователи использовали серию фильтров для получения десяти изображений различных частей инфракрасного спектра. Эти изображения затем были обработаны с помощью мощного математического инструмента — термического фазорного анализа. Алгоритмы позволили различать текстуры в трех измерениях размером менее миллиметра, что позволило эффективно фиксировать тонкие температурные колебания.
Новая система термографии может быть легко интегрирована в существующие медицинские учреждения. Она способна измерять частоту сердечных сокращений, дыхания и температуру тела в различных частях тела, включая сцены с участием нескольких людей. Инструмент также эффективно фиксирует изменения частоты дыхания до и после физической нагрузки.
Дингдинг Хан и его команда разработали систему, используя обычное тепловизионное оборудование и фильтры для получения гиперспектральных изображений. Это делает технологию масштабируемой и применимой в различных медицинских учреждениях.
Одной из перспективных областей применения новой системы является раннее выявление рака. Дингдинг Хан отметил, что термография может неинвазивно обнаруживать аномальную клеточную активность, что указывает на раннюю стадию заболевания. Например, опухолевым клеткам требуется больше кислорода для размножения, что приводит к повышению их температуры по сравнению с нормальной тканью.
В настоящее время Дингдинг Хан и его коллеги работают над дальнейшим развитием прототипа системы. Они сотрудничают с врачами для применения технологии в диагностике рака молочной железы.
«Это может стать первым шагом к биомедицинской термографии следующего поколения», — подчеркнул Дингдинг Хан.
Литература:
Dingding Han et al, Hyperspectral phasor thermography, Cell Reports Physical Science (2025). DOI: 10.1016/j.xcrp.2025.102501
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
