Das normale Altern wird stereotyperweise oft mit einem universellen Rückgang in Gehirnstruktur und -funktion und damit einhergehend nachlassenden motorischen und kognitiven Funktionen assoziiert. Beim pathologischen kognitiven Altern ist der strukturelle und funktionelle Rückgang viel dramatischer und mit einem erhöhten Demenzrisiko verbunden. Leichte kognitive Beeinträchtigung (Mild Cognitive Impairment, MCI) bezeichnet den klinischen Zustand zwischen normalem Altern und früher Demenz dar. MCI ist durch einen Rückgang der kognitiven Fähigkeiten (insbesondere des Gedächtnisses) gekennzeichnet, der größer ist als derjenige, der im normalen Alter auftritt, aber nicht schwer genug ist, um als Demenz eingestuft zu werden. Demenz ist ein allgemeiner Begriff für jede Krankheit, die eine Veränderung des Gedächtnisses und/oder der Denkfähigkeiten hervorruft, die schwerwiegend genug ist, um die Alltagstätigkeiten einer Person zu beeinträchtigen (Autofahren, Einkaufen, das Ausbalancieren eines Tablets, Arbeit, Kommunikation usw.).
Die Thermografie, eine innovative Technik zur Visualisierung von Temperaturmustern, gewinnt in der medizinischen Bildgebung zunehmend an Bedeutung. Dieser Artikel beleuchtet die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Thermografie, insbesondere im Bereich der aktiven Gehirn Thermografie, und untersucht ihre Vorteile, potenziellen Einsatzgebiete und zukünftigen Entwicklungen.
Grundlagen der Thermografie
Die Thermografie ist eine faszinierende Technik, die die unsichtbare Welt der Wärmestrahlung sichtbar macht. Mit speziellen Kameras wird die sogenannte Infrarotstrahlung, die jeder Körper abgibt, gemessen und in ein sichtbares Bild umgewandelt. Dieses Bild zeigt die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des Objekts und enthüllt so Details, die mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sind.
Wie funktioniert Thermografie?
Thermografie-Kameras wandeln die Infrarotstrahlung, die von jedem Objekt abgestrahlt wird, in elektrische Signale um. Hierbei wird der elektrische Widerstand einer Metallplatte gemessen, welches ein Maß für die einfallende Wärmestrahlung ist. Somit kann die Infrarotstrahlung in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Die Thermographie-Kamera liefert normalerweise Bilder mit einer Graustufenauflösung, die dem jeweiligen Temperaturwert entsprechen. Die Auflösung und Genauigkeit der Bilder hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie der Art des Sensors, dem Objektiv und der Umgebungstemperatur.
Es gibt zwei Arten von Thermografie-Systemen: passive und aktive.
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Aktive Gehirn Thermografie
Die transkranielle Photobiomodulationstherapie (PBM) stellt eine innovative optische Stimulationsmethode zur Verbesserung der Gehirnfunktion dar. In dieser Arbeit wird eine neue Helmkonstruktion vorgestellt. Die moderne Technik beinhaltet die Exposition von Nervengewebe gegenüber Licht - im Bereich von < 1 bis > 20 J/cm2 und bei Wellenlängen im Bereich von Rot bis Nahinfrarot (NIR) (600-1100nm). Eine neue Methode für die zerebrale Applikation von Licht stellt die Entwicklung von Helmkonstruktionen dar, für die bisher nur sehr wenig wissenschaftliche Arbeit geleistet wurde. In diesem Beitrag wird eine neue verbesserte Helmkonstruktion vorgestellt, die es erstmals erlaubt, frequenzmodulierte Reize an das menschliche Gehirn auf nicht invasivem Weg abzugeben. Um das Potenzial der Methode zu klären, wurden verschiedene neuromodulatorische Reaktionsmöglichkeiten experimentell erprobt.
Anwendungen der Thermografie in der Medizin
Die Thermografie findet in verschiedenen medizinischen Bereichen Anwendung, darunter:
Brustkrebsdiagnostik
In der Prävention ist die frühzeitige Erkennung, z.B. von Brusterkrankung, für die Frau von hoher Wichtigkeit. Brustkrebs ist in Deutschland die häufigste Todesursache unter den Krebserkrankungen bei Frauen. Es gibt ca. 58.000 Neuerkrankungen an Brustkrebs in Deutschland pro Jahr. Etwa jede fünfte Frau ist im Laufe ihres Lebens betroffen. 75% der Brustkrebserkrankungen betrifft Frauen über 50. Pro Jahr gibt es ca. Thermolytics hat die Fähigkeit Temperaturveränderungen, mehr noch, sogenannte „HOT Spots“ über chemische Veränderungen der Blutgefäße in prä-cancerösem, wie in cancerösem Brustgewebe zu erkennen. Konsequenterweise kann die Brust-Thermografie der erste Indikator für sich in Organisation befindlicher Krebszellen sein oder eines bereits organisierten Tumors. Krebszellen teilen sich bekanntlich sehr schnell und brauchen daher eine erhöhte Blut- und Nährstoffzufuhr. Um diesen Bedarf zu decken, bilden sich um aktive Krebszellen auch vermehrt Blutgefässe. Die Thermografie kann solch geringfügige physiologische Veränderungen der Blutgefässe aufspüren.
Die Vorteile der Thermografie bei der Diagnose von Brustkrebs liegen in ihrer Nicht-Invasivität und Schmerzfreiheit. Sie eignet sich daher sowohl für die Früherkennung von Brustkrebs als auch zur regelmäßigen Überwachung von Risikopatientinnen. Da thermische Abweichungen oft pandimensional und nicht sichtbar sind, kann die Thermografie subtile Veränderungen in der Wärmeabstrahlung aufspüren. Dadurch können Tumore frühzeitig erkannt werden, noch bevor sie mit anderen bildgebenden Verfahren sichtbar werden. Dies ermöglicht eine frühzeitige Intervention und erhöht die Überlebenschancen der Patientinnen. Darüber hinaus bietet die Thermografie bei der Diagnose von Brustkrebs den Vorteil, dass sie nicht auf ionisierender Strahlung basiert. Im Gegensatz zur Mammografie, die Röntgenstrahlen verwendet, ist die Thermografie eine sichere und strahlungsfreie Methode. Dies macht sie insbesondere für Frauen attraktiv, die Bedenken hinsichtlich der Strahlenbelastung haben.
Hautpflege
Die Anwendungsmöglichkeiten der Thermografie in der Hautpflege sind vielfältig und bieten neue Wege zur Verbesserung unserer Hautgesundheit. Die Thermografie, auch als Wärmebildtechnologie bekannt, ermöglicht es uns, die Oberflächentemperatur der Haut sichtbar zu machen und eventuelle Unregelmäßigkeiten aufzuspüren. Durch dieses innovative Verfahren können wir die Wärmeabstrahlung der Haut analysieren und so Rückschlüsse auf die Durchblutung, Entzündungen, Hautirritationen und andere Hautprobleme ziehen.
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Ein interessantes Anwendungsfeld der Thermografie in der Hautpflege ist die Überwachung der Wundheilung. Durch regelmäßige Wärmebildaufnahmen können Ärzte und Dermatologen die Entwicklung von Wunden genau verfolgen und den Heilungsprozess beurteilen. Bei einer optimalen Wundheilung können wir anhand der Thermografie eine gleichmäßige Wärmeverteilung erkennen. Ist die Wärmeabstrahlung hingegen ungleichmäßig, kann dies auf eine gestörte Wundheilung oder Infektion hindeuten.
Überwachung der Wundheilung
Die Thermografie ermöglicht eine kontaktlose und nicht-invasive Überwachung der Wundheilung, was für Patienten besonders komfortabel ist. Zudem bietet sie den Vorteil, dass potenzielle Probleme frühzeitig erkannt werden können. Durch regelmäßige Thermogramme können Behandler den Fortschritt der Wundheilung verfolgen und gegebenenfalls Maßnahmen ergreifen, um Komplikationen zu vermeiden. Die innovative Methode der Thermografie trägt somit entscheidend zu einem verbesserten Monitoring der Wundheilung bei.
Detektion von Entzündungen
Entzündungen können auf verschiedene Erkrankungen und gesundheitliche Probleme hinweisen, von akuten Verletzungen bis hin zu chronischen Zuständen. Die Thermografie ermöglicht es, diese Entzündungen sichtbar zu machen, indem sie Veränderungen in der Temperatur an der Oberfläche des Körpers erkennt. Das Verfahren basiert auf der Vision von Wärmefluss-Thermographie, bei der die Wärmeabstrahlung von Gewebe gemessen wird. Durch diese Technologie können Ärzte und medizinische Fachleute Entzündungen an bestimmten Stellen im Körper identifizieren, auch wenn sie für das bloße Auge unsichtbar sind. Dies ermöglicht eine frühzeitige Diagnose und Behandlung von entzündlichen Erkrankungen, was wiederum zu besseren Behandlungsergebnissen führen kann. Darüber hinaus bietet die Thermografie den Vorteil, dass sie berührungslos und nicht-invasiv ist. Das bedeutet, dass es keine Notwendigkeit für Kontakt oder bestimmte Vorkehrungen gibt, wie es bei anderen diagnostischen Verfahren der Fall sein kann. Dies macht die Thermografie besonders angenehm für Patienten und leicht in den klinischen Alltag zu integrieren.
Sportmedizin
Die Thermografie in der Sportmedizin ist eine effektive Methode zur Verletzungsprävention. Mit Hilfe dieser Technologie können Sportler Verletzungen frühzeitig erkennen und entsprechende Maßnahmen ergreifen, um ihre Gesundheit und Leistungsfähigkeit zu erhalten. Die Thermografie basiert auf der Messung der Oberflächentemperatur des Körpers und ermöglicht es, Temperaturunterschiede sichtbar zu machen. Durch die Analyse dieser Unterschiede können Mediziner Verletzungen wie Muskelverspannungen, Sehnenentzündungen oder Überlastungssyndrome identifizieren, noch bevor sich Schmerzen oder andere Symptome manifestieren.
Aktive Gehirn Thermografie und kognitive Funktionen
Körperliche Aktivität, insbesondere aerobes Training, aber auch eine nur gering ausgeprägte sitzende Lebensweise hat durch eine Reihe von Mechanismen das Potenzial, die Gesundheit des Gehirns im Alter zu unterstützen. Zusätzlich zu den Vorteilen für das Herz-Kreislauf-System hat körperliche Aktivität positive Auswirkungen auf Biomarker im Blut, physiologische und psychologische Faktoren, die eng mit den kognitiven Funktionen verbunden sind.
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Studien bei gesunden älteren Erwachsenen
Studien, die die Auswirkungen von langfristiger, körperlicher Aktivität auf die kognitive Funktionen bei gesunden älteren Erwachsenen untersuchten, belegen bestenfalls moderate Effekte für Aktivitäten mit mittlerer bis starker Intensität auf die kognitive Leistungsfähigkeit. Die Effektstärken sind am größten bei den Maßen der EF, der globalen Kognition und der Aufmerksamkeit. In einer Metaanalyse von 39 RCT verbesserte das zumeist durchgeführte Ausdauertraining die EF, das episodische Gedächtnis, die visuell-räumliche Funktion, die Wortflüssigkeit, die Verarbeitungsgeschwindigkeit und die globale kognitive Funktion. Zudem fallen die Effekte für das aerobe Training im Vergleich zu Krafttraining oder multimodalen Interventionen (Kraft und Ausdauer) meist höher aus. Ein kürzlich erschienenes systematisches Review bestätigt jedoch, dass sich durch Krafttraining erhebliche Veränderungen in der funktionellen Hirnfunktion hervorrufen lassen, insbesondere im PFC, die wiederum mit Verbesserungen der EF einhergingen. Darüber hinaus führt Krafttraining zu einer geringeren Atrophie der weißen Substanz und zu kleineren Läsionsvolumen der weißen Substanz. Studien mit bildgebenden Verfahren zeigen, dass aerobes Training das rechte und linke anteriore Hippocampusvolumen vergrößern. Allerdings dürfen auch hier Befunde nicht überinterpretiert werden, da bislang nur wenige langfristig angelegte Studien mit ausreichender Stichprobengröße die Auswirkungen von Trainingsinterventionen auf das Hippocampusvolumen bei älteren Erwachsenen untersucht haben. Ältere Erwachsene, die sich mit einer geringeren Anzahl an sitzenden Aktivitäten beschäftigen, schneiden bei einer Vielzahl von EF als auch Gedächtnisaufgaben besser ab als ihre überwiegend sitzenden Altersgenossen. Darüber hinaus scheint die Zeit, die in verschiedenen Arten von sitzenden Aktivitäten (Fernsehen, Lesen, Musik hören usw.) verbracht wird, unterschiedlich mit den EF zu korrelieren.
Studien bei älteren Erwachsenen mit MCI oder AD
Zahlreiche prospektive Beobachtungsstudien, die Personen über längere Zeiträume verfolgten geben Hinweise darauf, dass größere Umfänge an körperlicher Aktivität mit einem verringerten Risiko für kognitive Beeinträchtigungen und Demenz verbunden sind. In diesen Studien werden kognitiv gesunde Personen über einen längeren Zeitraum verfolgt, um zu bestimmen, ob körperliche Inaktivität und Sedentariness mit einem Risiko für die Entwicklung kognitiver Beeinträchtigung verbunden ist. Beispielsweise ergab eine Metaanalyse von Sofi et al. mit 15 prospektiven Studien mit einer Dauer von 1 bis 12 Jahren und mehr als 33.000 Teilnehmern, dass höhere Umfänge von körperlicher Aktivität mit einem um 38 % verringerten Risiko für kognitive Beeinträchtigung verbunden sind. Eine weitere Metaanalyse von 10 prospektiven Studien mit mehr als 20.000 Teilnehmern berichtete, dass höhere Aktivitätsumfänge mit einem um 40 % verringerten Risiko, an Demenz zu erkranken, assoziiert war. Bewegung ist ebenso ein möglicher Ansatz zur Behandlung der Symptome von Demenz, was darauf hindeutet, dass Bewegungsinterventionen zur Verbesserung der Kognition bei Personen mit einer klinischen Demenzdiagnose beitragen können.
PBM-Helm und frequenzmodulierte Reize
Der PBM-Helm ist ein therapeutisches Instrument, das auf dem Prinzip der Photobiomodulation basiert. Die Photobiomodulation (PBM) beschreibt die Verwendung von rotem oder nahem Infrarotlicht zur Stimulierung, Heilung, Regeneration und zum Schutz von Gewebe, das entweder verletzt wurde, degeneriert oder vom Sterben bedroht ist. Das Gehirn leidet unter vielen verschiedenen Störungen, die in drei große Gruppen eingeteilt werden können: traumatische Ereignisse (Schlaganfall, traumatische Hirnverletzung und globale Ischämie), degenerative Erkrankungen (Demenz, Alzheimer und Parkinson) und psychiatrische Störungen (Depressionen, Angstzustände, posttraumatische Erkrankungen Belastungsstörung). Es gibt Hinweise darauf, dass all diese scheinbar unterschiedlichen Zustände durch das Aufbringen von Licht auf den Kopf positiv beeinflusst werden können. Es besteht sogar die Möglichkeit, dass PBM zur Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten bei normalen gesunden Menschen eingesetzt werden kann.
Experimentelle Ergebnisse mit frequenzmodulierten Reizen
Die zerebrale PBM ist eine neue Behandlungsoption, die sich noch in der experimentellen Entwicklungsphase befindet. Die am häufigsten verwendete Methode der zerebralen PBM ist die kontinuierliche Lichtstimulation. In jüngster Zeit gab es jedoch auch wissenschaftliche Beweise dafür, dass bestimmte frequenzmodulierte optische Stimulationen einen ganz besonderen Einfluss auf die neuronalen Funktionen haben könnten.
Interessanterweise gab es insbesondere bei einer Frequenz von 40 Hz und noch stärker ausgeprägt bei 136,1 Hz (sog. „Om-Frequenz“) signifikante Änderungen der EEG-Aktivität. In diesem Zusammenhang wird berichtet, dass während der Zen-Meditation unter Verwendung der Om-Frequenz die hochfrequente EEG-Gammafrequenz im cingulären Kortex und im somatosen-sorischen Kortex positiv mit dem Grad der Aufmerksamkeit korrelierte.
Die Ergebnisse unterstreichen ferner die EEG-Ähnlichkeiten (BIS) der transkraniellen LED-induzierten Sedierung und die während Narkose. Ähnliche Ergebnisse wurden auch während verschiedener Stimulationen (Akupressur, Laserstimulation usw.) des Yintang-Akupunkturpunktes berichtet.
In den experimentell durchgeführten BIS-Messungen wurde jedoch gezeigt, dass die Stimulationsfrequenz von 40 Hz einen (möglicherweise sedierenden) Einfluss auf die bioelektrische Funktion des Gehirns haben kann, welche im Einzelfall größer sein kann als die einer kontinuierlichen Stimulation. Sie erreicht jedoch nicht den Effekt, der mit einer Frequenz von 136,1 Hz erreicht werden kann. Bei letzterem zeigt sich auch ein Niveau eines länger anhaltenden Effekts.
Die Verringerung der HR bei einer Frequenz von 136,1 Hz deutet auch auf die beruhigende Wirkung dieser Stimulationsfrequenz hin. Die Ergebnisse zeigten auch Hinweise, dass unter einer Stimulation mit 136,1 Hz ein Einfluss auf das 0,1-Frequenzband HRV bestehen kann. Es wurde der Nachweis erbracht, dass das Atmen mit 6 Atemzügen pro Minute die Kohärenz der 0,1-Hz-Schwingungen induziert und so die physische und psychische Funktion beeinflussen kann.
Herausforderungen und Einschränkungen
Obwohl die Thermografie vielversprechend ist, gibt es auch Herausforderungen und Einschränkungen:
Messunsicherheit
Es ist wichtig, die spezifizierte Messunsicherheit der Kameras bei der Bewertung der Ergebnisse zu berücksichtigen und die Messung unter den festgelegten Bedingungen, also in der Augenhöhle, durchzuführen. Die Messunsicherheit von Thermografiekameras findet in diesem Zusammenhang kaum Beachtung. Mit der neuen Richtlinie kann die Messunsicherheit nun laborübergreifend und reproduzierbar ermittelt werden.
Einflussfaktoren
Die gemessene Temperatur auf der Stirn kann sich durch die Verdunstung von Schweiß, durch körperliche Anstrengungen oder durch den Aufenthalt in besonders kalten oder warmen Räumen verändern. Im Vergleich hierzu sei die Messung in der Augenhöhle, an der eine gut durchblutete Ader vorbeiläuft, viel aussagekräftiger.
Rechtliche Aspekte
Der Einsatz von Thermografiekameras zur Fiebermessung an Eingängen ist zwiespältig zu sehen. Es muss Standards bei der Messung geben, um auch wirklich verlässliche Daten zu haben. Wenn Menschen zum Beispiel telefonieren und das Handy vom Ohr wegnehmen, dann wird sich eine Erwärmung im Gesicht feststellen lassen. Die Strahlung staut sich auf der Hautoberfläche und man würde es dann als erhöhte Körpertemperatur werten. Selbst bei einem Sonnenbrand würde die Kamera Alarm schlagen. Die Fieberdiagnose ist demnach nicht wirklich sicher. Es gibt hierbei eine sogenannte Falsch-Positiv-Rate und eine Falsch-Negativ-Rate.
Zukunftsperspektiven der medizinischen Thermografie
Die Zukunft der medizinischen Thermografie verspricht neue Entwicklungen und Technologien, die dieses Verfahren noch effektiver machen werden. Forscher arbeiten beispielsweise an einem Verfahren, das es ermöglicht, thermografische Bilder in Echtzeit darzustellen. Durch die Kombination von Wärmebildkameras und spezieller Bildverarbeitungstechnologie könnte die Diagnose von Krankheiten mit Hilfe der Thermografie zukünftig schneller und genauer erfolgen.
Ein weiteres vielversprechendes Gebiet ist die Verbindung der Thermografie mit der Visualisierung von Wärmefluss. Durch die Messung des Wärmeaustauschs in bestimmten Körperregionen könnten Ärzte Entzündungen oder Infektionen frühzeitig erkennen und gezielt behandeln. Diese thermische Überwachung des Körpers könnte auch in der Sportmedizin zur Verletzungsprävention eingesetzt werden.