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案例 | 借助热成像技术,LUMC研究通过电磁感应对抗关节置换术中的感染病菌

供稿:菲力尔FLIR中国公司总部 2018/6/7 10:52:44

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  • 关键词: 菲力尔FLIR 热成像技术
  • 摘要:在关节置换术中,由植入物引起的感染是一项主要问题。全世界范围内,每年由于关节受关节炎或创伤严重影响的患者需要植入2.500.000个全髋关节和全膝关节假体。到2030年,髋关节假体数量将增加一倍,并且由于我们社会的老龄化和肥胖人群日益增加,膝关节假体数量将增加六倍。这种类型植入物失败的主要原因是感染,感染难以治疗,尤其由于更多的细菌菌株对抗生素产生抗药性。对关节进行加热会消除细菌和酵母菌,但这能通过非侵入式方式实现吗?来自莱顿大学医学中心(LUMC)整形外科部的Bart Pijls医学博士认为,实现的解决方案可能是电磁感应。他正在与医学中心的微生物学部门合作,借助热成像技术研究电磁感应。

LUMC研究通过电磁感应

治疗受感染的关节置换

在关节置换术中,由植入物引起的感染是一项主要问题。全世界范围内,每年由于关节受关节炎或创伤严重影响的患者需要植入2.500.000个全髋关节和全膝关节假体。到2030年,髋关节假体数量将增加一倍,并且由于我们社会的老龄化和肥胖人群日益增加,膝关节假体数量将增加六倍。这种类型植入物失败的主要原因是感染,感染难以治疗,尤其由于更多的细菌菌株对抗生素产生抗药性。对关节进行加热会消除细菌和酵母菌,但这能通过非侵入式方式实现吗?来自莱顿大学医学中心(LUMC)整形外科部的Bart Pijls医学博士认为,实现的解决方案可能是电磁感应。他正在与医学中心的微生物学部门合作,借助热成像技术研究电磁感应。

FLIR T540红外热像仪具有超过160,000个温度测量点、微距模式的精确细节

LUMC是荷兰的一所现代化大学医学中心,专门从事研究、教育和病人护理,知名度高,科学定位强。Bart Pijls目前完成了其成为整形外科医生的训练,正在开发一种解决方案,以更好地治疗受感染的关节置换。“在诊所接受培训期间,我亲眼所见受感染的全关节置换对患者及其家属造成的影响,”Pijls解释说。这促使他有兴趣寻找一种方法来根除感染而不损伤金属关节周围的肌肉、肌腱和韧带。

全关节置换阐述

正常关节中的骨骼表面光滑,关节两端由一种称为关节软骨的物质组成,这种物质可以让一根骨头易于滑向另一根骨头。关节通过一层薄薄的流体进行润滑,这种流体的作用类似于发动机中的机油,以保持部件顺畅滑动。关节软骨磨损、损伤或关节液异常时,就会出现问题,关节常常变得僵硬和疼痛。这时则需要全关节置换才能恢复完整无痛的功能。关节置换发生感染时,患者通常需要经历另一次手术甚至另一次置换手术。

电磁感应加热设置

使用热成像技术进行导引

该项初步研究的目标是调查金属植入物感染的非侵入式治疗。Pijls研究的方法使用电磁感应来加热实验室中的关节并消除细菌和酵母菌。电磁感应仅能加热金属关节而不会直接加热其周围的组织。但这仍然会导致传导性加热,因此需要采取措施来缓解这些影响。

这项研究的一个重要部分是找到功效与损害之间的平衡点。有效杀死细菌而不会造成(太多)损害的理想温度是多少?植入物上是否存在过热或欠热区域?是否可选择性地加热植入物的一部分?如果可以,热量如何在金属植入物进行分布?

加热线圈中的细微热量差异

“在研究的早期阶段,我使用红外测温仪来测量温度,但这并没有获得我需要的所有信息。因此,我寻找另一种解决方案,实际上第一次时使用FLIR ONE与我的智能手机进行热成像测试,”Pijls说。这款热像仪虽然不错,但精确度不够,无法提供Pijls需要的数据。于是他又选择了FLIR T540红外热像仪。

“现在,将FLIR T540与ResearchIR软件结合使用,对加速研究和收集数据确实产生了影响。”Pijls说。“ResearchIR使我能同时测量和分析关节不同部位的温度,并将其转换为原始数据。加热过程的热成像非常有助于可视化我正在进行的工作。”

温度挑战

物体上测得的温度受多个因素影响,包括目标材料的发射率属性。该属性是材料发射或辐射热能的相对等级。一些材料比其他材料发射的热能更大;光泽材料或反射材料(如金属)往往是不良的发射体。为了确保收集正确的热数据,Pijls用哑光漆对金属关节进行了喷涂。由此产生的测量更加均匀可靠。

涂层对图像质量和可靠性(发射率)的影响

研究持续

LUMC最近获得了一笔拨款,继续进行Pijl的研究。美国和台湾的研究小组也发表了关于用于感染的电磁感应的研究,强调了这一研究的重要性,

“热成像技术的使用在这部分研究中发挥了重要作用。很高兴能够继续进行这项研究并进入研究的下一个阶段。如果不采用热成像技术,这项研究无疑会更加困难并且需要更多的时间。”Pijls总结说。

FLIR T540专业红外热像仪可提供有助于研究人员深入了解目标的热行为所需的高清晰图像及温度精度。FLIR T540具有超过160,000个温度测量点、微距模式的精确细节以及有用的功能,如单触式电平/跨度,有助于快速测试并提供精确结果。

FLIR T540专业红外热像仪可提供高清晰图像及温度精度。

FLIR T540具有能检测温差小于0.03°C的灵敏度,使研究人员能发现缺陷并追踪较小的热梯度。这款热像仪提供较宽的温度范围,可用于量化高达1500°C的热生成和热耗散。测量精确达到±2%,有助于印刷电路板和其他产品的质量保证和工厂验收。

借助Wi-Fi或USB上的数据流以及增强的数据采集,使用FLIR Tools™或FLIR ResearchIR软件解决方案进行分析和共享,FLIR T540针对严苛的实验室环境进行了优化。

审核编辑(王静)
更多内容请访问 菲力尔FLIR中国公司总部(http://c.gongkong.com/?cid=50198)

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