Wärmebildtechnik (Thermografie)

1960 testete der Militäringenieur R. Lawson ein damals geheimes Nachtsichtgerät und richtete die Empfangslinse des Geräts versehentlich auf eine ihm gegenübersitzende Dame mit offenem Dekolleté. Auf dem Bildschirm des Geräts erschien ein Thermogramm der Brustdrüse. Dieses Phänomen interessierte den Major. Nachdem er die Aussichten dieser Richtung erkannt hatte, schied er aus dem Dienst aus und entwickelte bereits 1961 zusammen mit R. Barnes die erste Anlage für medizinische Thermografie, die er erfolgreich in der Praxis einsetzte.

Indikationen für das Verfahren

Die am häufigsten verwendeten Bereiche für die diagnostische Verwendung der Wärmebildgebung sind die folgenden.

• Erkennung von präkanzerösen und tumorösen Läsionen der Brustdrüsen, Schilddrüsen, Augenhöhlen und einiger Hautkrankheiten.
• Diagnose von Gelenkerkrankungen.
• Erkennung von Stenosen/Okklusionsläsionen der Halsschlagadern, Arteria subclavia, Arteria femoralis und Arteria poplitea im Anfangs- und/oder fortgeschrittenen Stadium.
• Diagnose einer venösen Durchblutung in den Gliedmaßen und im Hodensack.

Wie aus der obigen Liste hervorgeht, wird der „neurologische Aspekt“ der Untersuchungen ausschließlich durch die Erkennung einer Karotisinsuffizienz dargestellt. Ohne die Bedeutung der Erkennung von stenotischen/okklusiven Läsionen der Halsschlagadern, die bekanntermaßen oft asymptomatisch oder mit wenigen Symptomen verlaufen, in irgendeiner Weise zu schmälern, glauben wir, dass wir das Spektrum thermografischer Untersuchungen in der Neurologie deutlich erweitern können.

Es ist bekannt, dass die Klassiker der Neurologie es für zwingend hielten, den Patienten nackt zu untersuchen, um keine Hypotrophie, Dysraphie usw. zu übersehen.

So wie die Grundlage einer neurologischen Untersuchung die Feststellung verschiedener Asymmetrien in den Hirnnerven, der Motorik und/oder der Sensorik ist, ist die Identifizierung von Anisothermen in verschiedenen Bereichen des Körpers des Patienten das Wesentliche der Thermographie.

Wenn man berücksichtigt, dass die Thermografie eine äußerst empfindliche Methode (Messgenauigkeit bis zu 0,01 °C) mit einer relativ geringen Spezifität ist, wird die Analyse von Thermogrammen zu einem kreativen Prozess, der eine wesentliche klinische Analyse der Situation in jedem Einzelfall erfordert.

Beispielsweise kann eine orbitale Anisothermie durch ganz unterschiedliche Prozesse verursacht werden – vom Verschluss der Halsschlagader bis hin zu einem Tumor der Fissur orbitalis superior, vom Lagophthalmus bis zur Cluster-Migräne. Angesichts der Einfachheit, Kurzlebigkeit, Sicherheit, Schmerzlosigkeit und Verfügbarkeit der Wärmebildgebung halten Diagnostiker diese Methode für ideal für Massenstichprobenuntersuchungen der Bevölkerung, um frühe Stadien von onkologischen, vaskulären und entzündlichen Erkrankungen der Brust, der Schilddrüse, der Nieren, der Gelenke, des Hodensacks und der Gliedmaßen zu erkennen.

In diesem Fall wäre die hochempfindliche Körperthermografie für eine schnelle Vorauswahl der Patienten unverzichtbar: Bei einer Anisothermie des Kopfes handelt es sich höchstwahrscheinlich um Patienten eines Neurologen, Neurochirurgen, Augenarztes oder HNO-Arztes; bei einer Temperaturasymmetrie des Halses oder der Brustdrüsen werden die Patienten an einen Endokrinologen oder Onkologen überwiesen; und bei einer Anisothermie der Extremitäten handelt es sich höchstwahrscheinlich um Patienten eines Angiologen.

Methodik der Umsetzung

Thermografie ist die Erfassung unsichtbarer Infrarotstrahlung. Das Strahlungsmaximum liegt bei einer Wellenlänge von 9,5 Mikrometern. Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ist die abgegebene Energiemenge proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur: W=T ⁴.

Die Infrarotstrahlung der Haut ist unabhängig von Rasse, Pigmentierungsgrad und anderen individuellen Merkmalen. Die Temperatur der Körperoberfläche hängt von drei Hauptfaktoren ab: Gefäßeigenschaften, Stoffwechselprozessen und Unterschieden in der Wärmeleitfähigkeit.

Derzeit werden 3 Modifikationen zur Aufzeichnung der Infrarotstrahlung des Körpers verwendet.

• Die Thermographie zeichnet die Thermogenese der oberflächlichsten Hautschichten (0,5–1,5 mm) auf.
• Die Infrarotradiometrie im Zentimeter- und Dezimeterbereich (Wellenlänge 17 cm mit einem Frequenzband von 1,5–2,0 kHz) ermöglicht es, Informationen über die tiefen Strukturen des Körpers zu gewinnen.
• Die Filmthermografie mit Kontakt-Flüssigkristallstreifen zeichnet die Wärmestrahlung der äußeren Hautschichten mit einer Dicke von 0,3–0,8 mm auf.

Es gibt verschiedene Grundtypen von Wärmebildgeräten.

• Thermographen, die flüssigen Stickstoff zur Kühlung des temperaturempfindlichen Sensors verwenden. Diese Geräte ermöglichen die Fernaufnahme des Infrarotlichts des untersuchten Körperteils. Sie eignen sich gut für die Untersuchung geplanter Patienten im Krankenhaus und/oder in der Ambulanz, sind jedoch in der Notfallmedizin, insbesondere am Krankenbett, wenig nützlich. Eine wesentliche Einschränkung ist die ständige Verfügbarkeit des relativ knappen, leicht verdunstenden flüssigen Stickstoffs.
• Thermographen, die ohne flüssigen Stickstoff auskommen. Solche Geräte ermöglichen die berührungslose Anzeige der Infrarot-Aktivitätskarte des untersuchten Spektrums. Besonders praktisch sind tragbare Thermographen – universelle Geräte für die Notfallmedizin: Untersuchung zu Hause, im Krankenwagen, in der Aufnahmeabteilung, im Krankenhaus, in der Klinik, auf der Intensivstation und im Operationssaal. Diese Geräte sind tragbar, hochempfindlich und relativ wartungsfreundlich. Die Empfindlichkeit dieser Systeme ist recht hoch und erreicht Hundertstelgrade.
• Kontaktthermografie auf Basis von Flüssigkristallfilmen. Es gibt in- und ausländische Analoga. Vorteile: geringere Forschungskosten, kein Einsatz von flüssigem Stickstoff erforderlich. Nachteile: hoher Arbeitsaufwand, Möglichkeit der Anwendung nur auf einer ebenen Fläche, Notwendigkeit eines engen, gleichmäßigen Kontakts mit trockener Hautoberfläche, Schwierigkeit der Anwendung in der Notfallmedizin. Diese Modifikation der Wärmebildgebung weist eine geringere Empfindlichkeit auf – etwa 0,5 °C.
• Infrarotradiometrie oder Thermotomografie. Dieser Thermograf verfügt über eine spezielle Antenne, die ultrahohe Frequenzbereiche aufzeichnet und so die Temperatur von Körperstrukturen in bis zu 17 cm Tiefe mit einer Genauigkeit von 0,1 °C messen kann. Leider ist dieses Gerät sehr störungsempfindlich, sodass die Ergebnisse nur in einer speziell abgeschirmten Kammer zuverlässig sind.

Auswertung der Ergebnisse

Normalerweise ist die Temperaturverteilung identischer Körperbereiche streng gleichmäßig. Daher besteht das Wesen der medizinischen Thermografie im Wesentlichen darin, thermische Asymmetrien zu identifizieren, zu lokalisieren und deren Grad sowie deren klinische Bewertung zu bestimmen. Bei gesunden Menschen sind Merkmale einer symmetrischen Wärmeverteilung erkennbar. So sind die Augenhöhlen, die Gesichtshaut, die Lippen und der Hals in der Regel wärmer (erscheinen als helle Bereiche) als Nase, obere Stirn und äußere Gesichtspartien (dunkle Bereiche).

Parallel dazu werden die typischsten und konstantesten Temperaturgradienten der Thermogramme von Kopf und Extremitäten berücksichtigt.

• Horizontaler Orbitalgradient. Normalerweise ist bei gleichmäßiger Infrarotbeleuchtung der Augenhöhlen die Temperatur im inneren Augenwinkel um 0,3–0,7° höher als im äußeren.
• Längsgradient der oberen Extremitäten. Die Schulter ist meist 0,5–0,7° „wärmer“ als der Handrücken.
• Längsverlauf des Temperaturgradienten der unteren Extremitäten. Bei den meisten gesunden Menschen ist die Oberschenkeltemperatur um 0,6–1,1° höher als die Fußtemperatur.

Die obigen Gradienten sind relativ. Wenn die orbitale Anisothermie am konstantesten ist, ist die Anisothermie der Gliedmaßen variabel. Dies gilt insbesondere für die Hände – den wichtigsten „Wärmetauscher“ des Körpers. Die Thermogenese der Hände ist am anfälligsten für Schwankungen aufgrund von Innervation, psychoemotionalen, medizinischen und Kälteeffekten.

Eine Reihe pathologischer Zustände, die Veränderungen der Infrarotaktivität verschiedener Körperteile des Patienten verursachen.

Ein Verschluss der A. carotis interna oder eine Stenose von mehr als 70 % geht üblicherweise mit einer Hypothermie der Orbita auf der Seite des Verschlusses mit einem thermischen Gradienten von 1,5–2,7° einher. Bei der Karotisendarteriektomie besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der „Leuchtkraft“ der Orbita und der Superciliarregion (Vaskularisationszonen der Arteria angularis und supratrochlearis) und dem Grad der Verengung des Lumens der Halsschlagader. Bei einer Verengung des Lumens der A. carotis interna von mehr als 60 % wird eine Abnahme der Infrarotstrahlung der Orbitaregion homolateral zur Stenose festgestellt.

E. Wood zeigte mithilfe einer Kombination aus Thermografie und Angiografie, dass in Fällen, in denen die homolaterale Arteria carotis externa als Kollateral für die verschlossene Arteria carotis interna dient, ihre kurzfristige Kompression die „Abkühlung“ der Augenhöhle auf der Seite der betroffenen Arterie weiter verstärkt.

Bei der Untersuchung während einer Exazerbation zeigt sich bei Cluster-Kopfschmerzen eine ausgeprägte Lumineszenzzunahme von bis zu 1,5–2,0° auf der Seite der „Schmerzcluster“.

Im Gegensatz dazu kommt es bei einer seltenen, aber pathogenetisch äußerst interessanten Kältemigräne (Ace-Creme-Kopfschmerz), die als Folge eines nachgewiesenen Krampfes des Siphons der inneren Halsschlagader entsteht, zu einer ausgeprägten vorübergehenden Hypothermie der Augenhöhle auf der Schmerzseite.

Bei einer Arteriitis temporalis wird in der Regel eine „schwere“ Hyperthermie in der Projektion der Arteria temporalis superficialis festgestellt.

Charakteristisch für das Barraquer-Simons-Syndrom ist eine anhaltende, schwere Hypothermie vom Typ der Harlekin-Maske.

Bei venöser zerebraler Zirkulation werden charakteristische Veränderungen im Thermogramm des Kopfes beobachtet - pulsierender Exophthalmus, Tolosa-Hunt-Syndrom und Melkersson-Rosenthal-Syndrom. Im letzteren Fall führt eine Hyperämie der Lippen und der Zunge während einer Verschlimmerung des Ödemsyndroms zu einer deutlichen Hyperthermie, die durch eine pathogenetische Therapie ausgeglichen wird.

Die häufigsten Formen von Gesichtsschäden sind Prosopoparese und Trigeminusneuralgie. Sie weisen vage thermografische Anzeichen auf – von ausgeprägter lokaler Hyperthermie im Augenbrauenbereich bei Verschlimmerung der Neuralgie des ersten Trigeminusastes bis hin zu relativer Hypothermie auf der Schmerzseite des zweiten und dritten Astes. Prosopoparese führt meist nicht zu einer signifikanten Gesichtsanisothermie.

Bei Patienten mit einer Verschlimmerung des Vertebralarteriensyndroms werden Hyperthermiebereiche am häufigsten in der paravertebralen Zone C4 _– C5 _auf der Seite des Schmerzsyndroms festgestellt.

Bei der Untersuchung von Thermogrammen der Extremitäten bei Patienten mit akutem Schlaganfall fiel uns zunächst eine ausgeprägte frühe Hypothermie in den linken Extremitäten bei Patienten mit rechtsseitigen Hemisphärenblutungen auf. Dieses Phänomen lässt einerseits auf eine wahrscheinliche Lokalisation des Hämatoms im Falle eines tiefen Komas schließen, bestätigt andererseits aber die bekannte These über die funktionelle Asymmetrie der Hemisphären mit der Dominanz der Zentren der vegetativen Regulation in der rechten Hemisphäre.

Bei einigen Beobachtungen von Patienten mit der hinteren Hornhautform der Syringomyelie konnten wir erstmals eine Anisothermie des Rumpfes in Form einer Halbjacke feststellen, was eine segmental dissoziierte Sensibilitätsstörung bei dieser Erkrankung bestätigt.

Die auffälligsten Veränderungen in den Thermogrammen wurden bei metastasierten Läsionen festgestellt.

Das Raynaud-Syndrom führt zu ausgeprägten asymmetrischen Veränderungen im Thermogramm der Hände, insbesondere nach einem Abkühlungstest, bei dem sich die Hände nach einem 10-minütigen Eintauchen in kaltes Wasser nicht schnell erwärmen, sondern die Finger sich nicht normal erwärmen (aufgrund der schnellen Öffnung der arteriovenösen Shunts), sondern lange Zeit unterkühlt bleiben.

Für die meisten Patienten mit Vibrationskrankheit ist im Gegensatz zum Raynaud-Syndrom eher eine symmetrische Hypothermie der Hände charakteristisch, bis hin zur „thermischen Amputation“ im Schub.

Wie bereits erwähnt, ist die Thermogenese der Hände dynamisch. Der wichtigste Aspekt der Hand-Wärmebildgebung ist in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, dynamische Thermografie und Ultraschall in der Anti-Nikotin-Propaganda einzusetzen.

Heiße Füße sind typisch für Patienten mit Erythromelalgie. Die Thermographie ist bei der dynamischen Beobachtung von Patienten mit Angiopathien der distalen Teile der unteren Extremitäten unterschiedlicher Genese sehr aufschlussreich und zeigt die Wirksamkeit oder das Versagen einer medikamentösen und/oder medikamentösen Behandlung.

Die folgenden zwei Aspekte der Wärmebildgebung sind nicht nur für die Notfallneurologie, sondern auch für die Notfallmedizin allgemein wichtig. Erstens geht es um die Möglichkeit der nicht-invasiven Diagnostik subklinischer Stadien einer iatrogenen Thrombophlebitis. Dynamische Wärmebildgebung und Ultraschall-Duplex-Überwachung einer katheterisierten Vene zeigten, dass bei 50 % der Patienten am zweiten Tag der kontinuierlichen Katheterisierung eine Phlebitis nach Injektion auftritt. Im Thermogramm aufgezeichnete Hyperthermiebereiche entlang der katheterisierten Vene sowie ein beeinträchtigter venöser Abfluss laut Ultraschall-Duplex-Untersuchung deuten auf die Entwicklung einer iatrogenen Phlebitis hin. Eine rechtzeitige Behandlung hilft, die weitere Entwicklung einer Phlebothrombose zu verhindern, und wiederholte Wärmebildkontrollen helfen, die Wirksamkeit der vorbeugenden Behandlung zu beurteilen.

Nicht weniger wichtig ist die dynamische Wärmebildgebung und Ultraschallüberwachung des venösen Kreislaufs in den unteren Extremitäten von Patienten mit Hemiplegie. Studien, die durch Ultraschall-Dopplerographie, Duplexuntersuchungen und Gerinnungstests ergänzt wurden, haben gezeigt, dass 60 % der Patienten mit Hemiplegie schon am zweiten oder dritten Tag nach dem Schlaganfall einen präthrombotischen Zustand entwickeln und in den gelähmten unteren Extremitäten sechsmal häufiger. Das ist verständlich, denn bei neurologischen Patienten ist die klinische Erkennung einer Phlebopathie aufgrund sensorischer und motorischer Störungen schwierig. Außerdem geht diese oft mit einer Sprachstörung einher. Daher klagen neurologische Patienten im Gegensatz zu Patienten in therapeutischen und chirurgischen Abteilungen in der Regel nicht über alarmierende Schwellungen, Schmerzen oder ähnliche Missempfindungen. Wenn also mithilfe dynamischer Thermographie und Ultraschall auch nur die ersten Anzeichen einer venösen Abflussstörung erkannt werden, ist eine dringende vorbeugende Behandlung erforderlich, um die Entwicklung einer so schwerwiegenden Komplikation der Notfallmedizin wie einer Lungenembolie zu verhindern.

Die Forschung der letzten Jahre hat überzeugend gezeigt, dass, wenn der Tod eines Menschen als Individuum, aber nicht als Organismus, untrennbar mit dem Tod des Gehirns verbunden ist, dann ist der Hirntod vollständig mit der Beendigung des intrazerebralen Blutflusses und der Registrierung des sogenannten Stopp-Phänomens verbunden, das bisher nur mit Hilfe der Kontrast -Zerebralangiographie festgestellt wurde. Offensichtlich ist ein solch unsicheres und schwer durchzuführendes Verfahren für schwerkranke Patienten nicht akzeptabel.

Nicht-invasive Ultraschallmethoden und Thermographie sind offensichtlich ethischer, zugänglicher und informativer.

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