CC BY
37
ЭКО. - 2012. - №10
БЕЛИЧЕНКО CA
О нелегком пути внедрения в практику нового перспективного прибора, разработанного Институтом физики полупроводников СО РАН и способного произвести переворот в диагностике и лечении.
Ключевые слова: инфракрасное тепловидение, Институт физики полупроводников СО РАН, диагностика, инновация
Новые горизонты тепловидения
Тепловидение - это получение видимого изображения объектов по их собственному либо отражённому от них тепловому (инфракрасному - ИК) излучению. Регистрация повышения либо понижения уровня ИК-излучения позволяет диагностировать широкий круг заболеваний.
Метод инфракрасного тепловидения (ИКТ) обладает большими возможностями, он помогает врачу не только оценить степень патологии, назначить правильное лечение и контролировать его на всех этапах, но и определить те или иные заболевания на стадии доклинической картины, что важно для принятия превентивных мер, проведения профилактического лечения, позволяющего предотвратить развитие болезни.
Новый тепловизионный прибор «СВИТ», разработанный в Институте физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН, в лаборатории физических основ интегральной микроэлектроники под руководством заместителя директора ИФП СО РАН, доктора физико-математических наук, проф. Г.Л. Курышева, является быстродействующим прибором, позволяющим получить высококонтрастные тепловые портреты участков кожи человека со скоростью 100 изображений в секунду с температурным разрешением не менее 0,025 градусов. Используя режим накопления, можно получить предельную разрешающую способность тепловизора на уровне 0,007 градусов. Важно отметить, что тепловизор имеет возможность в реальном времени записывать фильмы, что позволяет получать не только статические, но и динамические изображения, которые несут очень важную дополнительную информацию о состоянии пациента.
В первую очередь тепловизор «СВИТ» получил российский сертификат соответствия (№ РОСС RU^79.H15452) и прошел процедуру европейской сертификации (EC CERTIFICATE № 11 0176 QS/Nb) при посредничестве компании «Онко-сет» (Словакия). По словам Г.Л. Курышева, представители «Онкосет» вместе с врачами-практиками просмотрели ряд приборов и пришли к выводу, что именно «СВИТ» для них наиболее предпочтителен. «В числе отличительных особенностей нашего тепловизора - резкое, очень четкое изображение. Это обусловлено физикой чувствительных приемников, позволяющих регистрировать перепад температур от 0,007 градуса. Чувствительная к инфракрасному (тепловому) излучению матрица и вакуумный криостат разработаны и изготавливаются прямо здесь в институте, полупроводниковый материал (арсенид индия с уникальными свойствами) - тоже на российском предприятии (в Санкт-Петербурге).
Специальная кремневая схема, необходимая для обработки и вывода сигналов с матрицы, способная работать при температуре жидкого азота, изготавливается на НПП «Восток» в Новосибирске. Инфракрасный объектив также местного производства.
Сертификация производилась в Праге, однако после полученного разрешения разработку сибирских ученых можно использовать практически повсеместно. Для прохождения соответствующей процедуры понадобилось изготовить прибор, который в течение определенного времени проходил обкатку в нескольких европейских медицинских учреждениях, в итоге давших заключение о высоком качестве и возможностях медицинского применения тепловизора1.
Корреспондент ЭКО встретился с учёными и врачами, которые причастны к этой области исследований, и первый вопрос он задал коллеге профессора Г.Л. Курышева по проекту, доктору физико-математических наук А.П. КОВЧАВЦЕВУ, Институт физики полупроводников СО РАН.
- Анатолий Петрович, расскажите, как создавался тепловизор.
А.П. КОВЧАВЦЕВ: - Это длинная история. Новая модель «СВИТ» - итог многолетних научно-исследовательских и производственно-технических работ в нашем институте по закрытой тематике, заказанной Министерством обороны СССР. Основы технологии изготовления инфракрасных матриц заложены в 80-х гг. прошлого столетия. К 1990-м при поддержке прежнего директора Института член-корр. РАН К.К. Свиташева нами были разработаны гибридные микросхемы многоэлементных инфракрасных приёмников для гражданских применений. На основе одной из них в середине 1990-х создан модельный ряд тепловизоров «СВИТ», который претерпел несколько модификаций и в нулевых годах текущего столетия превратился в медицинский прибор.
Когда со времён перестройки все научные программы перестали финансироваться, а потом и разработки для военных полностью прекратились, вот тогда, собрав все наши результаты, мы решили сделать хотя бы один полезный прибор.
- У Вас есть собственное производство?
А.П. КОВЧАВЦЕВ: - Мы, как институт, взвалили на себя больше, чем нужно, задач и их решений по сравнению с зарубежными коллегами. В институте функционирует замкнутая технологическая линия по производству кристаллов матриц,
1 и^: http://academ.info/news/16759
изготовлению гибридных интегральных микросхем на основе матриц. Выполняются все необходимые операции тестирования на разных этапах изготовления микросхем, включая паспортизацию микросхемы. Изготовление криостата для установки гибридной схемы, установка схемы в криостат, изготовление и аттестация тепловизора - всё выполняется силами сотрудников института.
Среди возможных областей применения тепловизоров -медицинская. При этом, в отличие от ультразвукового или рентгеновского методов, организм не подвергается воздействию внешнего излучения, а фиксируется его собственное тепловое излучение.
Преимущества современных инфракрасных камер в том, что они обеспечивают очень высокую температурную чувствительность и точность измерения температуры. Использование портативных приборов нового поколения в кабинете врача, в палате, у постели больного, в операционной и даже в полевых условиях позволяет осуществлять динамическое инфракрасное термокартирование и анализ полученных термограмм в виде динамического тепловизионного фильма.
- Как началось применение в российском здравоохранении этих приборов?
А.П. КОВЧАВЦЕВ: - К медицинскому тепловидению можно отнести ещё работы профессора Н.Н. Красногорского (1942 г.), который исследовал ИК-излучение у здоровых и больных детей и его связь с вегетативными реакциями организма. В послевоенные годы после создания чувствительной аппаратуры канадский хирург доктор Лоусон (1956 г.) установил значение поверхностных температур в ранней диагностике раковой опухоли молочных желез у женщин. Применение тепловизионного метода показало обнадеживающие результаты. Достоверность определения рака молочной железы составила, особенно на ранней стадии, около 60-70%. Тепловидение позволяло выявлять группы риска при массовых обследованиях.
Одним из родоначальников медицинского ИК-теплови-дения в России является М.М. Мирошников (бывший директор Государственного оптического института (ГОИ) в Ленинграде. В начале 1960-х гг. М.М. Мирошниковым
совместно с профессором М.А. Собакиным впервые в отечественной и зарубежной физиологии были выполнены работы по визуализации ИК-излучения эпигастральной области и установлению зависимости их величин и распределения от функциональных состояний желудка. Работы проводились на отечественном тепловизоре с оптико-механическим сканированием, который позволял фиксировать перепад температур в 0,3 градуса. Цикл сканирования занимал 15 минут. В 60-70-х гг. был накоплен большой опыт работы по медицинской диагностике тепловизионных изображений на тепловизорах российского и зарубежного производства («Рубин-2», «Рубин-3», «Радуга», «ЯнтарьАГА-780» и др.). Несмотря на широкое распространение тепловидения в онкологии, в настоящее время всё ещё нет согласованного представления о точности термографической диагностики при патологиях. Наряду с отличными результатами правильного диагноза (9293% случаев), встречались и другие данные - 78,6% и 77%. Отмечался недостаток исследований, связанный с отсутствием данных у пациента в здоровом состоянии, поскольку теп-ловизионное изображение имеет индивидуальные особенности (возраст, пол, гормональный статус и пр.). Отмечается также влияние искусства оператора и опыт врача.
В дальнейшем, с развитием тепловизионной техники, стало возможным применять тепловизоры в нейрохирургии, терапии, сосудистой хирургии и многих других областях. Этот метод диагностики сочетает в себе высокую точность, абсолютную безвредность для больного и медицинского персонала, быстроту и простоту получения информации, дешевизну исследования, техническую и экономическую доступность, возможность неоднократных обследований. А также возможность ранней диагностики на доклинической стадии, мониторинга проводимого лечения (как хирургического, так и консервативного), получение достоверной информации по различным патологиям (по литературным данным, тепловизоры позволяют диагностировать более 150 болезней).
- Казалось бы, что это просто идеальная медицинская технология, основанная на инновационных приборах, должна использоваться повсеместно. Почему же такое перспективное направление не получило широкого применения до сегодняшнего
дня? Что-то или кто-то тормозит продвижение этой уникальной технологии?
- Продвижение тепловизоров поначалу тормозилось уровнем развития техники: не было матричных фотоприёмников, экранов высокого разрешения, невозможно было при печати точно и чётко визуализировать всю многоцветную палитру температурных градаций. Первые тепловизоры, совмещённые с ЭВМ, были гигантских размеров (к примеру, БСМ-6 занимала целую комнату), стоили очень дорого.
За 30 лет далеко вперед ушла микроэлектроника: уменьшились размеры фотоэлементов, повысилась фоточувствительность матрицы. Появилось пространственное разрешение изображения. Весь этот массив информации можно обрабатывать с помощью персональных компьютеров. Успехи развития компьютерной техники, программного обеспечения, микроэлектроники привели к появлению портативных приборов. Тепловизионные приборы легко интегрировать в рамках единой сети (для врача) для передачи и проведения online консультаций у специалистов разного профиля.
- А как к этому отнеслись врачи?
А.П. КОВЧАВЦЕВ: - Видите ли, медицина - самая консервативная наука, всё новое воспринимается очень медленно и недоверчиво. Испытания на животных, а потом и в клиниках занимают годы и десятилетия. Проблема в том, что врачи (не только отечественные), чтобы разобраться в этом методе, должны хорошо знать физическую природу явления, должны понимать, что же, в конце концов, мы видим на экране этих приборов. И как эту информацию применить при постановке диагноза, лечении и контрольном мониторинге. В медицинских вузах физику не изучают, там отсутствуют программы подготовки таких узких специалистов и нет кафедр или факультетов функциональной диагностики.
И это не только наша национальная проблема. Во всём мире тепловидению противостоит фармакологическое лобби в лице крупных фармкомпаний. Дело в том, что с помощью тепловизоров можно оперативно (хоть каждый час) определять результаты лечения теми или иными препаратами (такие работы и предложения были сделаны). А подобный тщательный и дешёвый мониторинг при применении медикаментозной
терапии этим фирмам нежелателен, потому что тепловизор видит побочные негативные реакции, в отличие от клинических или биохимических анализов.
Тем не менее интерес к медицинскому тепловидению растет во всех развитых странах - Германии, Норвегии, Швеции, Дании, Франции, Италии, США, Канаде, Японии, Китае, Южной Корее, Испании. Лидерами по производству тепловизи-онной техники являются США, Франция, Япония, Швеция и Россия. Россия в настоящее время заметно отстала в результате процессов, связанных с перестройкой и дальнейшим переворотом 1991 г., а точнее сказать, отброшена назад. Плюсом использования методики ИКТ для российских врачей является также тот факт, что созданы качественные российские приборы, более дешевые, чем импортные, но имеющие технические характеристики, позволяющие осуществить высокий уровень исследований. Так, в новосибирской последней модели фотоприёмным элементом тепловизора служит двумерная матрица полупроводниковых конденсаторов на основе арсенида индия (InAs), установленная в фокальной плоскости инфракрасного объектива. «СВИТ» показал хорошие результаты в диагностике ряда заболеваний. Сейчас тепловизоры «СВИТ» используются в клиниках нескольких российских городов, а также в Казахстане, Китае, Словакии. Следует особенно отметить удобную для работы дружественную программу, многократно согласованную с пожеланиями медицинских работников разных специализаций.
Мы обратились непосредственно к докторам и специалистам институтов химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и органической химии СО РАН, которые эти приборы уже применяют совместно с клиниками города. Вот их краткое резюме.
А.Г. ШУШАРИН: - Раннее выявление лиц с риском развития ишемической болезни сердца остаётся важной задачей медицины. С помощью тепловизора оценивают состояние сердца, сосудов, в частности, проводят диагностику инсультов.
Исследования с помощью современного портативного компьютерного термографа «ИРТИС» (Нижний Новгород) показали у пациентов термографические признаки остеохондроза при отсутствии таковых при рентгенологическом обследовании. Следовательно, метод ИКТ выявляет функциональные нарушения на ранней стадии заболевания, когда
ещё отсутствуют структурные изменения. Например, нейро-сосудистые нарушения видны ещё до появления клинической картины.
В.В. МОРОЗОВ: - В неонатологии (наука о новорожденных) была проведена оценка результатов использования ИКТ для исследования терморегуляции у новорождённых; метод выбран из-за полной его безопасности.
М.П. ПОЛОВИНКА: - Очень продуктивен тепловизорный метод в ранней диагностике заболеваний молочных желез. Важная задача медиков - прогнозирование развития злокачественных опухолей и раннее распознавание их метастазирования. «СВИТ» позволяет зафиксировать рак молочной железы в начальном состоянии, до того как диагноз подтверждается другими методами исследований, в частности таким распространенным, как маммография. Результаты, подтверждающие этот тезис, были доложены на конференции в Санкт-Петербурге в 2010 г. Диагностику проводили 5674 пациенткам.
- Хотя рак молочной железы занимает первое место среди причин смертности у женщин всего мира, тем не менее я нигде (по крайней мере, в нашем городе) не видел применения тепловизоров...
А.П. КОВЧАВЦЕВ: - Фактически изготовление тепловизоров для научных и частично медицинских задач финансово поддерживает только Сибирское отделение РАН. Мы столкнулись с отсутствием серьёзных потребителей тепловизионных технологий в медицине. Сегодня это удел одиночек-энтузиастов. Тепловизор есть в новосибирском НИИ патологии кровообращения (и то там закуплен зарубежный аналог), в одной из поликлиник Новосибирска, два закупил Центр новых медицинских технологий (они используются очень широко), один -в Новокузнецке, и еще один - в Междуреченске. Основная причина в том, что все дальнейшие разработки, документальное оформление и внедрение в практику могут быть продолжены не сизифовами усилиями одиночек, а только при наличии госбюджетных средств. Но все наши попытки получить что-то из бюджета потерпели фиаско.
В разговор вступает эксклюзивный представитель ИФК СО РАН, руководитель компании «ХЭЛС СЕРВИС» (известной на рынке аппаратов квантовой медицины), академик медико-технической академии РФ Валерий Яковлевич БЕЛЕНЬКИЙ.
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - Сейчас мы находимся на пороге огромного прорыва в этой области. Если в начале 1980-х гг. отставал технический уровень этих приборов, то сейчас при таком прогрессе в развитии информатики, появлении микросхем, всемирной сети Интернет, информационных всемирных банков, где используются серверы с очень большими скоростями и памятью, нужно только желание всех сторон. А если ИКТ сопоставлять с «золотыми стандартами» инструментального метода обследований: рентген, УЗИ, томография, которые фиксируют структурные изменения, то этот комплекс продвинет диагностику на совершенно иной уровень.
- При этом, очевидно, можно было бы вернуться к массовым обследованиям, проводимым дистанционно. Скажем, бригада врачей, оснащённая приборами, может выехать куда угодно, осмотреть жителей любого населённого пункта (что важно при эпидемиях) и полученную информацию переслать в любой диагностический центр.
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - И даже выезжать никуда не надо. Сейчас у каждого человека есть мобильный телефон с множеством встроенных функций. В том числе с фотоаппаратом. Скоро могут появиться новые модели со вторым, инфракрасным объективом. Аналогом тех самых наших приборов. Сейчас военнослужащие в США в своём смартфоне будут иметь ИК-видение. Тогда они в любой момент могут себя сфотографировать (скажем, на Новой Гвинее) и передать эту фотографию своему лечащему врачу (скажем, в Исландии). Врач, проанализировав эту картинку, может поставить диагноз. То есть благодаря синтезу технологий появляется телемедицина, где диагностический прибор - у каждого в руках.
- Каковы экономические параметры данного метода по сравнению с классическими видами диагностики?
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - ИКТ, конечно, на порядки дешевле! Если в прошлом компьютеры стоили дорого, то теперь они доступны всем. Средний УЗИ-аппарат стоит 100-150 тыс. долл., томографы - 1 млн долл., а тепловизор в РФ - десятки тыс. долл. Но сейчас всё так быстро меняется, и я уверен, что через несколько лет эта цена упадёт до 3 тыс. долл.
А.П. КОВЧАВЦЕВ: - У нас полный пакет, включая всю тепловизионную установку и CD-Rom с описанием правил работы и методики, стоит 30000 евро. Наши продажи носят пока точечный характер. А на всю великую Россию подобные приборы изготавливают только в Нижнем Новгороде.
- Представим себе, что потребность в ваших приборах стала расти в арифметической прогрессии. Сколько вы можете их выпускать?
A.П. КОВЧАВЦЕВ: - Однозначного ответа, увы, нет. Потому что силами лаборатории я могу спокойно делать 5-10 штук. Если поставят задачу - двадцать, лаборатория захлебнётся. Чтобы мне увеличить количество до ста, надо полностью перестраивать весь институт, включая в работу мощь всех лабораторий. Но для этой перестройки я должен видеть реальный портфель заказов или поддержанный государством финансируемый проект. А в настоящее время серьёзных заказов нет...
- Значит, основное предназначение ИКТ - доступное, дешёвое, качественное, достоверное обследование, в результате которого врач мгновенно получает диагноз и может провести лечение?
B.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - Да, но этим его роль не ограничивается. Учёные из Университета Ноттингема (Великобритания) предложили технологию ИКТ для борьбы с ожирением2. Профессор физиологии из Школы клинических наук М. Симондс и его коллеги впервые использовали тепловидение, чтобы определить, сколько в организме человека так называемого бурого жира, который считается «хорошим», поскольку бурая жировая ткань контролирует, насколько быстро наш организм сжигает полученные с пищей калории: чем больше у человека бурого жира, тем меньше возможность того, что избыточные калории будут накапливаться у него в виде белого жира.
А ожирение является одной из критических проблем населения Европы и США. В одной только Великобритании к 1990 г. число детей с ожирением практически удвоилось. Во всём же мире же в настоящее время от ожирения страдают порядка 155 млн детей.
2 Эта методика описана в: Journal of Pediatrics. - 2012. - Vol. 156, Issue 3. - P. A1-A20, 377-576. URL: www.Univadis.ru
Авторы инновации считают, что разработанная ими технология - принципиально новый подход в борьбе с ожирением. Детально изучив функцию бурого жира с помощью тепловизоров, в дальнейшем можно будет размещать на этикетках пищевых продуктов их термальный индекс, который показывает, повышает или понижает этот продукт выделение тепла бурым жиром, то есть замедлит он или ускорит сжигание нашим организмом лишних калорий. То есть, потребителю станет известно, что можно употреблять без последствий, а что сделает его толстяком.
- Это впечатляет. А где вся эта фантастическая аппаратура изготавливается?
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - Во многих странах, причём производство растет лавинообразно. Сейчас это направление широко применяется в разных областях человеческой деятельности. Многие фирмы поняли, что это выгодный бизнес, и начали туда инвестировать средства. У нас ряд НИИ, СКБ и фирм делают приборы ночного видения. По мнению разработчиков этих приборов, рынок у них очень ограниченный - армия, флот, авиация, полиция. У всех этих средств широкое будущее только в медицине и здравоохранении.
- Значит, дело не только в деньгах, но и в тотальной неграмотности?
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - На Всемирном конгрессе по тепловидению президент Российской ассоциации тепловидения М.М. Мирошников сообщил о таком парадоксальном факте: учёные отправили письмо в Минздравсоцразвития РФ, чтобы ИКТ включили в список диагностических методов. А кто-то из чиновников ответил: «Мы исключаем этот метод потому, что это опасно для здоровья наших соотечественников!». Кто там работает? Это менеджеры, которые не имеют понятия об основах естественных наук.
- Что же делать, чтобы превратить тепловидение - «золушку» медицины, в королеву диагностики?
А.П. КОВЧАВЦЕВ: - Я и мои коллеги единодушно считаем, что выход из этой патовой ситуации - создание на федеральном уровне специальной программы медицинского тепловидения или обязательное включение его, к примеру,
в государственную «Программу создания стандартов лечения» (разработка типовых схем терапии для всего населения РФ).
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - Мы, заинтересованные профессионалы из разных сфер и часть бизнесменов, делаем всё, чтобы ситуация, по крайней мере, в России, не была такой удручающей. В тесном сотрудничестве с авторами этой инновации разработан проект «Сеть диагностических кабинетов на основе термографии». В основе проекта - уверенность, что такую сеть вполне возможно сделать на всей территории страны, с затратами, несравнимыми с проектами олимпиад, расширения площади Москвы и прочими амбициозными решениями правительства.
- Будьте добры, поподробнее.
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - Говоря пафосными словами, миссией этого проекта является обеспечение мирового рынка инновационной услугой и инструментальными средствами функциональной диагностики на основе метода медицинской термографии. Предусматривается создание сети диагностических кабинетов, программно-аппаратного комплекса для работы с пациентом, информационные и обучающие порталы, аккумулирующие экспертные знания, методики и практики, формирующие экспертные сообщества, с перспективой создания диагностических экспертных систем. Области применения мы достаточно чётко определили. А потребителями могут быть как частные лица, так и поликлиники, больницы, другие лечебные учреждения, косметологические кабинеты и т. д.
- Это грандиозный проект. Какова его конечная цель?
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - Прежде всего нас, как и всех, пугает значительный рост числа онкологических больных. Вы знаете, что по оценкам экспертов ВОЗ, к 2030 г. ежегодно будут выявлять 26,5 млн новых случаев, а 17 млн людей будет умирать от этого страшного недуга. Самое значимое увеличение этих показателей ожидается в Китае, России и Индии, с ежегодным приростом на 1% в год. В целом рынок IVD (In Vitro Diagnostic, то есть неинвазивных диагностик) к 2014 г. составит 60 млрд долл., с ежегодным ростом на 6-7%, по данным центра Kalorama Information3. Основная же
3 Подробнее см.: URL: caloramainformation.com
цель нашего проекта - создание высокорентабельного, высо-кокапитализированного бизнеса, а это миллиарды рублей, с перспективой выхода на мировой рынок. Прежде всего, в Китай, Индию и другие страны.
- Но потребуются очень большие финансовые средства. Вас не пугают цифры стартового капитала, и где вы его возьмёте, если государственное финансирование здравоохранения так скромно?
В.Я. БЕЛЕНЬКИЙ: - Безусловно, это возможно и при государственной поддержке, совместно с инвестициями частного бизнеса. Посмотрите на расчёты. Услуга оказывается с помощью специализированного программно-аппаратного комплекса «Медицинская термография». Длительность определения диагноза - 20 минут. Стоимость на сегодня - 1000 руб. Для организации одного кабинета требуется площадь 20-25 м2. Персонал: один-два врача, медсестра, сам комплекс, компьютерное обеспечение. Инвестиции в один кабинет нами оцениваются в 1,5 млн руб. Развёртывание кабинета занимает два месяца, куда входит приобретение оборудования, оснащение, набор и обучение персонала, реклама. И такой кабинет окупается за 12-15 месяцев. Сеть из 250 кабинетов будет строиться как централизованная, с единой системой управления, продвижения и развития.
Сам комплекс состоит из телевизионной камеры, связанной с видеокамерой, и специализированного программного обеспечения. Цена одного комплекса - 850 тыс. руб. Методи-ко-аналитический центр компетенций с функциями обработки статистической информации строится как интерет-портал. Центр продаёт франшизы (лицензии) на год диагностическим кабинетам и специализированным центрам, обеспечивает им методическую и информационную поддержку, экспертные диагностики и консультации.
- Большое спасибо! Будем считать, всё, что Вы нам рассказали, ценной информацией для размышления врачам, учёным и, прежде всего, коммерсантам.
С.А. БЕЛИЧЕНКО, Новосибирск
