Od dawna wiadomo, że temperatura żywego organizmu jest istotnym wskaźnikiem oceny jego stanu biologicznego, a jej zmiany mogą świadczyć o istniejącej patologii. Historia pomiaru temperatury ciała jako metody diagnostycznej sięga już czasów starożytnych, gdzie pierwsze próby pomiarów podejmował Hipokrates w 400 r. p.n.e., obserwując wysychanie mokrej gliny nałożonej na ciało pacjenta. Ilościowy pomiar temperatury był jednak możliwy dopiero w XVI wieku po wynalezieniu przez Galileusza urządzenia zwanego termoskopem. Kolejnym krokiem milowym było wprowadzenie do użytku powszechnego termometru rtęciowego, do niedawna szeroko stosowanego na całym świecie. Postęp nauki i techniki zaowocował wynalezieniem nowoczesnych metod pomiaru temperatury, do których zaliczamy technikę termografii.

Termografia to nieinwazyjna i bezkontaktowa metoda obrazowania, umożliwiająca monitorowanie w czasie rzeczywistym zmian fizjologicznych oraz procesów metabolicznych poprzez pomiar rozkładu temperatury na badanej powierzchni. Emitowane przez badany obiekt promieniowanie cieplne (w paśmie podczerwieni) rejestrowane jest m.in. przez kamerę termowizyjną, a następnie przedstawiane za pomocą termogramu, najczęściej w postaci obrazu w skali szarości bądź modelu barwnego – RGB (ang. red, green, blue).

Termowizja, początkowo wykorzystywana w budownictwie, przemyśle oraz celach wojskowych, została wprowadzona do współczesnej medycyny przez kanadyjskiego lekarza Lawsona w latach 50. XX wieku, jako metoda służąca do diagnostyki oraz monitorowania zmian w przebiegu raka sutka (1, 2). Udoskonalana przez ponad ostatnie 50 lat metoda termografii obecnie wykorzystywana jest m.in. w kardiochirurgii (ocena ukrwienia w trakcie operacji na otwartym sercu), dermatologii (ocena aktywności zmian łuszczycowych), alergologii (diagnostyka alergii skórnych i wziewnych), reumatologii (ocena obecności oraz stopnia nasilenia stanu zapalnego), onkologii, a także w okulistyce (diagnostyka chorób oczu, ocena metod chirurgicznych).

Przed zastosowaniem metody termowizji, pomiar temperatury powierzchni oka wymagał bezpośredniego kontaktu ostro zakończonej końcówki pomiarowej (tzw. needle probe) z powierzchnią rogówki. Była to nie tylko metoda inwazyjna i niekomfortowa dla pacjenta, ale też obarczona znacznym błędem – pomiar wymagał użycia miejscowego środka znieczulającego, który powodował obniżenie temperatury, natomiast samo ukłucie indukowało wzrost przepływu krwi, a tym samym wzrost temperatury nawet o 6°C. Metoda termowizji wprowadzona do okulistyki przez angielskiego okulistę Mapstona w 1968 roku umożliwiła nieinwazyjny, szybki oraz dokładny odczyt temperatury z powierzchni oka, która stała się głównym obiektem zainteresowania badaczy.

Podstawą fizyczną termografii jest teoria ciała doskonale czarnego, zgodnie z którą każde ciało o temperaturze wyższej od zera absolutnego (-273,15°C) emituje promieniowanie cieplne, a jego całkowitą moc przedstawia równanie:

(I)T = ε ? T⁴

gdzie ? – stała Stefana-Boltzmanna, ε – współczynnik emisji (określa energię wypromieniowaną przez dane ciało w stosunku do ciała idealnie czarnego o tej samej temperaturze, a jego wartość zależy od struktury powierzchni emitującej; dla tkanki biologicznej ε = 0,97-0,98).

W przeprowadzonych przez Hartridge’a i Hilla oraz Mapstone’a obserwacjach zauważono, że tkanki oka, ze względu na dużą zawartość wody, zachowują się w przybliżeniu jak ciała doskonale czarne, co oznacza, że fale emitowane przez tkanki położone głębiej są całkowicie absorbowane przez tkanki położone bardziej powierzchownie (3, 4). W kolejnych badaniach stwierdzono, że jeśli grubość filmu łzowego wyniesie 40 μm lub więcej, to transmisja promieniowania będzie bliska 0. Oznacza to, że rogówka nie będzie mieć wpływu na wielkość mierzonego promieniowania, a mierzona temperatura będzie w istocie temperaturą filmu łzowego (5). Purslow i Wolffsohn w swojej publikacji potwierdzają, że temperatura powierzchni oka zależy w głównej mierze od stabilności filmu łzowego, a nie od takich czynników jak grubość, krzywizna rogówki czy głębokość komory przedniej (6).

Termogram przedstawiający wartości oraz rozłożenie temperatury powierzchni oka może być zaprezentowany w postaci obrazu w skali szarości bądź modelu barwnego – RGB. Mimo że model RGB lepiej wizualizuje rozkład temperatury badanej powierzchni, termogram w skali szarości jest bardziej użyteczny do wykonania pomiarów ilościowych.

Efron i wsp. w swoich badaniach dokonywali pomiaru w 11 punktach rozmieszczonych od siebie w odległości 0,5 mm wzdłuż poziomej linii przechodzącej przez geometryczne centrum rogówki (7). Inny sposób pomiaru zastosowali Morgan i wsp., którzy wykreślili 5 pól o powierzchni ok. 1 mm² wzdłuż poziomej linii przechodzącej przez ustalony środek rogówki, odpowiednio w centrum rogówki, w rąbku od strony nosa i od strony skroni oraz na spojówce 2 mm od rąbka (8-10). Metodologia pomiaru w badaniach Galassiego i wsp. przedstawia 5 punktów wykreślonych na poziomej linii przebiegającej przez centrum rogówki w miejscach: 1 – kąt przyśrodkowy, 2 – w połowie odległości pomiędzy kątem wewnętrznym a rąbkiem od strony nosa, 3 – centrum rogówki, 4 – w połowie odległości pomiędzy rąbkiem od strony skroni a kątem zewnętrznym, 5 – kąt zewnętrzny (11, 12). W kolejnych przeprowadzonych badaniach ilość, rozmieszczenie, powierzchnia oraz kształt obszaru pomiarowego różnią się od przedstawionych przykładów w zależności od badacza.

Dua i wsp. wykorzystali w swoich badaniach półautomatyczną metodę oceny temperatury powierzchni oka. Termogram w postaci pliku jpg przed zastosowaniem algorytmu wykrywającego pozycję rogówki musiał być manualnie „przycięty” przez badającego do prostokątnego obszaru obejmującego obraz oka o standardowym wymiarze 400 x 200 pikseli. Algorytm „SNAKE” z funkcją śledzenia celu wprowadzony przez Tan'a umożliwił lokalizację oka i rogówki na termogramie w sposób całkowicie zautomatyzowany (13).

Od czasu wprowadzenia termografii do okulistyki w latach 50. XX wieku przeprowadzono liczne badania wykorzystujące metodę termowizji do oceny fizjologii i patofizjologii oka, diagnostyki chorób oczu czy oceny metod chirurgicznych.

W swoich badaniach Mapstone określił średnią temperaturę rogówki zdrowego oka na 34,8°C (32,2-36,0°C) oraz przedstawił i poddał ocenie czynniki mające wpływ na temperaturę powierzchni oka, takie jak: temperatura otoczenia, zamknięcie oraz otwarcie powiek, mruganie, film łzowy, zapalenie przedniego odcinka błony naczyniowej, stenoza tętnicy szyjnej, nowotwory tylnego odcinka oka (4, 14).

W badaniu przeprowadzonym przez Efrona i wsp. poddano dokładnej ocenie rozłożenie izoterm na powierzchni zdrowych oczu, stwierdzając, że średnia różnica pomiędzy geometrycznym środkiem rogówki a rąbkiem wynosi 0,45°C (7). Kilka lat później Morgan i wsp. w swoich badaniach zauważyli, że u 95% badanych zdrowych oczu różnica pomiędzy temperaturą centrum rogówki między okiem prawym a lewym wynosi 0,6°C lub mniej (8). Doniesienia z literatury jednoznacznie wskazują, że istnieje negatywna korelacja pomiędzy temperaturą powierzchni oka a wiekiem (15, 16), natomiast nie zaobserwowano istotnych różnic w odniesieniu do płci czy rasy (8, 16). Na wartości temperatury powierzchni oka ma natomiast wpływ temperatura otoczenia, gdzie wzrost temperatury środowiska o 1°C powoduje wzrost temperatury powierzchni oka o 0,15-0,2°C (14, 17) oraz temperatura ciała (8, 14, 18). Zauważono również, że temperatura powierzchni oka zmienia się w ciągu dnia, nawet jeśli temperatura otoczenie jest stała, co tłumaczone jest dobowymi wahaniami temperatury ciała (19).