Диагностика и лечение эндокринной офтальмопатии

Особенности МКП

Уникальность МКП состоит в том, что в единую компактную конструкцию в виде пластины объединено огромное число (несколько миллионов) регулярно размещенных и практически идентичных по геометрии и вторичноэмиссионным свойствам микроканальных усилителей. МКП, в целом, характеризуется высокой детектирующей и усилительной способностью, высоким пространственным разрешением (определяемым шагом каналов), высоким быстродействием, самонасыщенем усиления, удобством управления усилением, магнитоустойчивостью (благодаря малым скоростям и коротким траекториям электронов) и др.

Teledyne DALSA Calibir GXM

Инфракрасные камеры Calibir GXM оснащены новейшим микроболометрическим датчиком от компании Teledyne. Обладая высокой чувствительностью в длинноволновом инфракрасном диапазоне (8-14 мкм), камеры имеют как затворную, так и беззатворную технологию, компактные размеры (29 мм х 37 мм х 59 мм), небольшой вес и низкое энергопотребление. Усовершенствованный 21-разрядный АЦП обеспечивает широкий динамический диапазон с регистрацией температур от -40°C до 600°C.


  • Gigabit Ethernet, протокол IEEE1588-2008 PTP или интерфейс MIPI-CSI2
  • Болометр 17 мкм с встроенным механическим затвором для удаленной калибровки
  • Адаптивное улучшение изображения
  • Визуализация псевдоцвета, метаданные
  • Расширенный рабочий диапазон от -40°C до 65°C
  • Эквивалентная шуму разность температур <50 мК

Диагностика

Основное, но не абсолютное значение имеет сопутствующая БГ, значительно реже аутоиммунный тиреоидит. В этом случае наличие у пациента характерного двустороннего процесса практически верифицирует диагноз. Реже приходится проводить УЗИ орбит, которое позволяет выявить характерное утолщение глазодвигательных мышц (рис. 1). 

Рис. 1. Утолщение глазодвигательных мышц орбит при эндокринной офтальмопатии по данным УЗИ

В ряде случаев это исследование проводится с целью активной диагностики клинически невыраженной ЭОП, выявление которой позволяет установить диагноз БГ, в тех случаях, когда последнюю сложно дифференцировать от других заболеваний, протекающих с тиреотоксикозом. С этой целью может быть предпринята МРТ, которая является более дорогим, но более информативным исследованием. Важным показанием для нее является выявление у пациента одностороннего экзофтальма (особенно при отсутствии воспалительных изменений и других глазных симптомов) с целью исключения ретробульбарной опухоли. 

Важным вопросом диагностики ЭОП, ответ на который необходим для решения вопроса о назначении лечения, является установление активности ЭОП. Для этого, как правило, используются данные клинической картины и анамнеза (наблюдения в динамике). Их суммирует шкала клинической активности ЭОП, представленная в табл. 1. 

Таблица 1  Шкала клинической активности ЭОП 

1. Спонтанная ретробульбарная болезненность (болезненное чувство давления за глазами в течение последних 4 недель) 2. Боль при движениях глаз (при попытках посмотреть вверх, в стороны или вниз в течение последних 4 недель) 3. Покраснение (эритема) век 4. Отек век 5. Инъекция конъюнктивы (диффузное покраснение конъюнктивы, покрывающее, по меньшей мере, один квадрант) 6. Хемоз 7. Отек карункулы
1 балл соответствует 1 признаку общий счет варьирует от 0 (нет активности) до 7 (выраженная) ЭОП считается активной при более чем 4 баллах

Конструкция

Конструкция простейшего ЭОП

Простейший ЭОП представляет собой короткий стеклянный цилиндр. На одном его торце изнутри напылён фотокатод из вещества с малой работой выхода, то есть легко ионизирующегося под действием света. На другом торце напылён люминофор, то есть вещество, светящееся под ударами электронов. Специальная система электродов обеспечивает ускорение (то есть увеличение энергии) и размножение электронов на пути от фотокатода к люминофору. Для нормальной работы на эти электроды подаются определённые напряжения, вырабатываемые источником питания ЭОП.


Конструкция ЭОП с микроканальной пластиной

В качестве усилителей электронных потоков в современных ЭОП используется микроканальная пластина.

Работа МКП

Работа МКП основана на принципе канального вторичноэмиссионного умножения электронов.

На канал подается через контактные электроды напряжение питания U{\displaystyle U}. Благодаря этому по резистивному слою в осевом направлении течет ток проводимости I{\displaystyle I}n = UR{\displaystyle U/R}, а во внутреннем пространстве канала возникает однородное электрическое поле с линейно нарастающим (в отсутствие электронной лавины) потенциалом φ(x{\displaystyle x}) = U{\displaystyle U}xl{\displaystyle /l}. Напряженность этого поля E=Ul{\displaystyle E=U/l} направлена по оси канала от выхода ко входу. Это поле несколько искажается на входе и выходе канала (краевой эффект): характер поля здесь зависит от величины заглубления контактных электродов и внешних электрических полей.

Влетающий в канал электрон (или иная заряженная частица) вблизи входа сталкивается с поверхностью, осуществляя первое соударение. При этом, в среднем, выбивается σ1 > 1 вторичных электронов (коэффициент вторичной электронной эмиссии, КВЭЭ при первом соударении). Вылетающие при этом вторичные электроны имеют определенное энергетическое и пространственное распределение. В пространстве вторичные электроны распределены по закону косинуса, энергетическое распределение характеризуется максимумом при энергиях 1—3 эВ.

Попав в электрическое поле канала, вторичный электрон набирает энергию, увеличивает под действием осевой силы F=eE{\displaystyle F=eE} продольную (осевую) составляющую скорости v{\displaystyle v}x, смещается вдоль канала к выходу, набирает энергию, а под влиянием поперечной составляющей начальной скорости v{\displaystyle v}0y, на которую поле в канале не действует, он в то же время смещается и поперечно. В общем случае траекторией вторичного электрона является парабола, вид которой определяется начальными условиями (энергией и углом вылета электрона) и напряженностью поля в канале. В результате вторичные электроны вновь сталкиваются со стенкой и вновь генерируют вторичные электроны.

Указанный процесс повторяется многократно, и по каналу, умножаясь, быстро продвигается электронная лавина, которая через время порядка 10−9 с оказывается на выходе канала. Число выходящих из канала электронов M{\displaystyle M} >> 1 от попадающего в канал одного электрона и есть коэффициент усиления канала.

Анализ показывает, что коэффициент усиления M{\displaystyle M} зависит от напряжения питания U{\displaystyle U} (напряженности поля в канале E{\displaystyle E}), калибра канала α, вторичноэмиссионных свойств эмиссионного слоя и некоторых других факторов. При напряжениях питания порядка 1000 В легко достигаются усиления порядка 104. При больших напряжениях (2000—3000 В) коэффициент усиления может достигать значительной величины 106—107.

История ЭОП для приборов ночного видения

Высокая светочувствительность ЭОП позволяет получить различимое изображение даже при очень низких уровнях освещённости (например, звёздное небо). Чувствительность ЭОП в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет подсвечивать сцену инфракрасными прожекторами, невидимыми для невооружённого глаза. Эти возможности предопределили широкое применение ЭОП в приборах ночного видения.

Активные ПНВ нулевого поколения

Разработаны в Германии во время Второй мировой войны. Применение союзниками по антигитлеровской коалиции во всех возрастающих объёмах авиации для борьбы с немецкими танками (особенно после открытия второго фронта в Европе) свело возможность передвижения танковых частей днём практически к нулю. Остро встал вопрос об оснащении танков приборами ночного видения, работа над которыми велась фирмой AEG с 1936 года. Такие устройства требовали активной подсветки инфракрасными прожекторами. Основной фотоэлемент — электронно-оптический преобразователь с фотокатодом, который позволял изображать обстановку, подсвеченную ИК-светом, в окуляре в видимом спектре. Недостатком являлись отсутствие защиты от яркого света (защиты от вспышки) и демаскировка ИК-прожекторами.

Итогом этих разработок стали монтируемые на командирской башенке «Пантеры» инфракрасные прожектора-осветители мощностью 200 Вт плюс приборы наблюдения, которые позволяли осматривать при движении местность с дистанции 200 метров. При этом водитель танка такого прибора не имел и управлял машиной, руководствуясь указаниями командира. В ноябре 1944 года панцерваффе получили 63 «Пантеры», оснащённые первыми в мире серийными активными приборами ночного видения Sperber FG 1250. Фирмой Zeiss-Jena разрабатывался ещё более мощный прибор, позволявший «видеть» на расстоянии 4 км, однако из-за больших размеров осветителя — диаметр 600 мм — применения на «Пантерах» он не нашёл..

Но чтобы вести ночью и огонь, требовался более мощный осветитель. Для этого на полугусеничном бронетранспортере Sd Kfz 250/20 был установлен инфракрасный прожектор Uhu («Сова») мощностью 6 кВт, обеспечивавший работу прибора ночного видения на дистанции 700 метров. Испытания его прошли удачно, и фирма Leitz-Wetzlar изготовила 800 комплектов оптики для ночных приборов. Данная техника использовалась для ночных атак на советские позиции во время наступления на Балатоне (март 1945).

В 1944 году была выпущена опытная партия из 300 инфракрасных прицелов Zielgerat 1229 (ZG.1229) «Vampir», которые устанавливались на автоматы МР-44/1. Комплект состоял собственно из прицела весом 2,25 кг, батареи в деревянном корпусе (13,5 кг), питающей ИК-прожектор, и небольшой батареи питания прицела, помещённой в противогазную сумку. Батареи подвешивались за спиной солдата на разгрузке. Вес прицела вместе с аккумуляторами достигал 35 кг, дальность не превышала ста метров, время работы — двадцать минут. Тем не менее немцы активно использовали эти приборы во время ночных боёв.

Первое поколение

Основа технологии — фотоумножители, поставленные между фотокатодом и окуляром, что позволяло добиться многократного усиления видимого ИК света с переводом последнего в видимый диапазон. ЭОП первого поколения применялись во время войны во Вьетнаме американскими военными.

Второе поколение

Применена микроканальная технология, что позволило избавиться от паразитной засветки. Яркая точка на изображении оставалась точкой и не засвечивала соседние каналы.

Третье поколение

Применены фотокатоды на арсениде галлия, что позволило ещё больше увеличить коэффициент усиления света и уменьшить габариты приборов.

Конструкция МКП и используемые материалы

МКП с конструктивной точки зрения — стеклянный диск, который состоит из микроканальной вставки (МКВ) и монолитного обрамления (МО). МКВ представляет собой сотовую структуру (для круглых МКП, обычно, в виде двенадцатиугольника с рифлеными границами) из множества (500—1000) регулярно расположенных и спеченных вместе шестиугольных микроканальных сот (МКС), а каждая сота состоит из множества (5000—10000) регулярно расположенных и спеченных вместе миниатюрных трубчатых каналов, диаметр которых может составлять 2—12 мкм, а плотность порядка (0,5—5)106/см².

Материал МКП — свинцовосиликатные стекла: основное стекло матрицы МКВ (стенок каналов) и вспомогательное стекло, из которого выполнено МО. Существуют также необрамленные МКП, то есть без МО.

Благодаря специальному отжигу в водороде происходит термоводородное восстановление (ТВВ) оксида свинца PbO в составе свинцово-силикатного стекла до металлического состояния Pb. Восстановление происходит, преимущественно, в поверхностном слое свинцово-силикатного стекла, благодаря чему стенки каналов приобретают необходимую электропроводность.

На торцы МКП методом термического испарения в вакууме наносят металлические (хром, нихром) контактные электроды, к которым подводится питающее напряжение минусом к входной стороне МКП и плюсом к выходной. Толщина контактных электродов составляет примерно 0,2—0,4 мкм. На входе и на выходе металлизацию заглубляют на небольшую величину в каналы.

Каналы МКП обычно наклонены на некоторый угол (4—13 градусов) относительно нормали к торцам. Наклон каналов существенно ослабляет ионную и фотонную обратную связь при работе МКП в качестве усилителя.

Базовым элементом МКП является трубчатый канал диаметром d, длиной l и калибром α = l/d. В поверхностном слое канала формируется резистивно-эмиссионный слой толщиной 200—300 нм, состоящий, в первом приближении, из двух слоев: верхнего очень тонкого (порядка 10 нм) эмиссионного слоя на основе кремнезема SiO2, почти диэлектрического, обеспечивающего вторичную электронную эмиссию, и нижнего, более толстого, резистивного слоя, в котором сосредоточен восстановленный свинец, благодаря чему резистивный слой обладает электропроводностью.

Вся конструкция должна быть механически прочной, с максимально-совершенной геометрической структурой каналов и минимумом структурных дефектов. Жесткие требования предъявляются к гладкости и чистоте поверхностей торцов и каналов.

Актуальные применения: проверка на лихорадку с Calibir GXM

Инфракрасная камера Calibir GXM имеет коррекцию неоднородности и откалибрована на заводе-изготовителе с запатентованным базовым алгоритмом потока / температуры для учета закона черного тела / закона Планка (поток IR от объекта не изменяется линейно с температурой объекта). Результатом является выход камеры, который является линейным с потоком ИК-излучения, и каждый выходной цвет или уровень серого соответствует уникальной температуре объекта, что упрощает вашу систему.

Определение повышенной температуры тела

Calibir GXM и его управляющее программное обеспечение позволяют вам устанавливать собственные пороги определения повышенной температуры тела; с помощью этого элемента управления вы можете пометить определенные температуры цветом, оставив остальные монохромными. Например, показать все между 38°C и 41°C как красный.

Усреднение кадров для повышенной точности


Calibir GXM поддерживает функцию умного усреднения кадров, которую можно настроить для минимизации шума при считывании в соответствии с вашей устойчивостью к движению, что позволяет любой системе обнаружения достигать чрезвычайно низких значений NETD.

Превосходный динамический диапазон

Детали этого теплового изображения электронагревательного элемента показывают исключительную дальность действия Calibir GXM (справа) по сравнению с детектором стороннего производителя (слева). Calibir GXM с температурным диапазоном более 1500°C и постоянным значением NETD <0,05 °C, включенным современным 21-разрядным АЦП, обеспечивает беспрецедентную радиометрическую детализацию. Для гораздо меньшего температурного диапазона обнаружения лихорадки (от ~ 30°C до 45°C) Calibir GXM может вывести 8-битный (вспомогательный) диапазон значений для удобной интеграции, которая также имеет 21-битную точность и точность.

Регионы интересов (ROI) и метаданные


Внутри камеры можно определить до двух областей интереса (ROI): размер, местоположение и минимальная / максимальная / средняя температура в каждой области, а также индикация Min / Max / Average на всем изображении. Вся эта информация доступна в простом протоколе метаданных, который можно использовать для запуска предупреждений или в сочетании с другими типами датчиков изображения (например, видимым датчиком CMOS для идентификации). Метаданные с временной информацией о ROI могут быть добавлены в буфер изображения.

1 поколение ЭОП

С изобретением «электростатической линзы» появилась возможность фокусировать электроны и разгонять их для усиления яркости изображения до 100 раз, что позволило отказаться от использования ИК-подстветки и использовать для работы рассеянный свет окружающей среды (звездное небо или свет, отраженный от луны с уровнем освещенности не менее 1*10-2 люкс, что соответствует четверти луны в безоблачную ночь). Дальнейшее совершенствование технологии позволило, за счет использования мультищелочного фотокатода S-20, увеличить чувствительность ЭОП до 200мкА/лм., а разрешение до 25-35 штр/мм. Несмотря на увеличение чувствительности и коэффициента усиления, параметры ЭОП все еще оставались очень низкими, а изображение было размыто по краям.  Для устранения размытости изображения были применены волоконно-оптические плоско-вогнутые линзы на входе и выходе, а многокаскадная система последовательно объединенных ЭОП позволила значительно увеличить коэффициент усиления. Однако, с увеличением количества ЭОП используемых в системе неизбежно вело к увеличению шумов и размытости изображения по краям.

Лечение

При выборе тактики лечения следует исходить из того, что воспалительный процесс при ЭОП склонен к самопроизвольной ремиссии, другими словами, активная фаза ЭОП, рано или поздно, всегда заканчивается. Подходы к лечению ЭОП, как указывалось, определяются тяжестью заболевания и его активностью (табл. 2). 

Таблица 2 Лечение эндокринной офтальмопатии

Тяжесть ЭОП Лечение
При любой тяжести Прекращение курения Защита роговицы (глазные капли «искусственная слеза», при плохом смыкании век — сон с повязкой для глаз) Ношение затемненных очков Поддержание стойкого эутиреоза
Легкая ЭОП Наблюдение без какого-либо активного вмешательства
Умеренная тяжесть ЭОП, активная фаза Противовоспалительная терапия (глюкокортикоиды внутривенно или per os) и/или рентгенотерапия на область орбит
Умеренная тяжесть ЭОП, неактивная фаза Реконструктивная хирургия (операции на веках, глазодвигательных мышцах, декомпрессия орбит)
Тяжелая ЭОП Пульс-терапия глюкокортикоидами, декомпрессия орбит

В большинстве случаев ЭОП какой-либо активной терапии не требуется вообще, поскольку чаще всего речь идет о достаточно легком течении заболевания, которое склонно к самопроизвольной ремиссии без каких-либо остаточных явлений. Тем не менее пациенту должны быть даны рекомендации по прекращению курения, использованию глазных капель. Важным условием ремиссии ЭОП является стойкое поддержание эутиреоза. В случае умеренной и тяжелой ЭОП наиболее часто используемым методом, подтвердившим свою эффективность и относительную безопасность, является пульс-терапия метилпреднизолоном (1 г в/в, ежедневно, на протяжении 5 дней, далее при необходимости проводится повторный курс через 1-2 недели). Альтернативой может быть пероральный прием преднизолона, который сопровождается несколько большим риском развития побочных эффектов. Основной проблемой терапии глюкокортикоидами является достаточно часто развивающиеся рецидивы ЭОП после прекращения лечения. Другим методом лечения является рентгенотерапия на область орбит, которую часто комбинируют с терапией глюкокортикоидами. При тяжелой ЭОП, особенно при развитии нейропатии зрительного нерва, может быть показано оперативное вмешательство по декомпрессии орбит. В неактивной фазе ЭОП при выраженных косметических и зрительных нарушениях также может быть показано оперативное лечение. 


С этим читают