用红外热像仪研究电磁感应对抗关节置换术中的感染病菌

在关节置换术中，由植入物引起的感染是一个常见问题。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约250万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，并且由于社会老龄化和肥胖人群增加，膝关节假体数量将增加数倍。

一、感染问题与研究背景

这种类型植入物失败的主要原因是感染，感染难以控制，尤其由于更多的微生物菌株对传统用药产生抗药性。对关节进行加热会消除微生物及酵母菌，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，可能的解决方案是电磁感应。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加热金属植入物的可行性。

二、研究方案：电磁感应加热

Bart 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微生物及酵母菌。电磁感应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：

• 有效杀死微生物而不会造成过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？
• 热量如何在金属植入物中进行分布？

三、热成像技术的应用

在研究早期阶段，Pijls使用红外测温仪来测量温度，但这并没有获得需要的所有信息。于是他寻找另一种解决方案，开始尝试使用红外热像仪与智能手机进行测试。虽然入门款红外热像仪可用，但准确度不够，无法提供研究需要的数据。

随后他选择了 FLIR T540 红外热像仪，并结合 ResearchIR 软件进行数据分析：

• ResearchIR 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
• 加热过程的热成像有助于可视化研究工作
• FLIR T540 具有超过160,000个温度测量点，微距模式可观察细节

四、温度测量的技术挑战

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）往往发射率较低。

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，提高了实验数据的准确性。

五、研究进展与展望

LUMC 近期获得了一笔拨款，继续进行 Pijls 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，强调了这一研究方向的重要性。

Pijls 总结道："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。"