von Dipl.-Ing. Thomas Zimmermann (Thermografie Institut Berlin)
Die Infrarot-Thermografie ist ein bildgebendes, nicht invasives diagnostisches Verfahren. In der Reihe der bildgebenden Verfahren nach Tomografie und Röntgen einzuordnen, jedoch in der Anwendung als Frühdiagnostikum anzuwenden, um Störherde sicher und gezielt eingrenzen zu können. Die Infrarotkamera - oder richtig: die thermische Kamera nimmt Infrarotstrahlung auf, die von einem Körper abgestrahlt oder reflektiert wird. Sie zeigt dem Betrachter Temperaturen als Bild, ähnlich einem Falschfarben-Foto, je nach Darstellungsart und Farbeinstellung. Die Kamera verarbeitet jedes einzelne Pixel als Messpunkt einer bestimmten Temperatur. Jede Temperatur wird dann als differenzierte Farbe dargestellt, woraus sich ein farbiges Bild ergibt. Natürlich sind auch schwarz/ weiß-Darstellungen möglich, aber diese finden zumeist in der Elektrotechnik Verwendung.
Die Technologie und die Kameras sind mittlerweile so weit entwickelt, dass sich mühelos im Stall, in der Halle oder im Wettbewerb alle möglichen Anwendungen finden lassen, die die Diagnostik des Tierarztes unterstützen können. Hierbei sollte jedoch berücksichtigt werden, dass für die Anwendung der Thermografie eine entsprechende Ausbildung in diesem Fach vorliegen muss. Die möglichen Fehlerquellen sind einfach zu vielfältig, als dass man als Laie wie mit einer Digitalkamera verwertbare oder sogar reproduzierbare Bilder machen könnte. Aber genau das ist das Ziel der Infrarot-Thermografie im Allgemeinen und im Besonderen am Pferd.
Neben den bekannten Anwendungen, wie z.B. Hufuntersuchungen, ergeben sich speziell in der Veterinärmedizin vielfältige Möglichkeiten, diese Technologie zu nutzen. Die Thermografie ist in unserem Institut neben den Aufnahmen für Veterinärmediziner in nahezu jedem dafür in Frage kommenden Fachbereich gefragt. Von technischen, industriellen, humanmedizinischen und Forschungsaufgaben gibt es bereits einige Studien. In den meisten Fällen entstehen diese in Zusammenarbeit mit einer Universität, einer Klinik, freien Trägern etc., aber auch Privatpersonen.
Wir berichten hier über eine Studie, die wir auf Nachfrage während einer Untersuchung in Warendorf bei einem Training der Distanzreiter sozusagen „testweise" begonnen hatten: „Wie kann durch effektive Kühlung ein Zeitvorteil erreicht werden?" Die Ergebnisse sind für alle Beteiligten ein „Aha-Erlebnis" gewesen.
Die Gefäßaktivität wurde durch Infrarot-Aufnahmen der Pferde ermittelt. Die hierbei sichtbar gemachten Temperaturänderungen im Gefäß-Netz sind entsprechend des Leistungszustandes des Pferdes mehr oder weniger stark. Die in den Thermogrammen sichtbaren oberflächennahen Gefäße dienen in Überschneidung als Anhaltspunkt und Messpunkt bei allen Pferden. Der errechnete Schnitt findet sich in Tabellen wieder, die auch zur anwendbaren Statistik in der Veterinärmedizin beitragen. Ebenso wurde ein berührungsloses, auf einige Meter Entfernung anwendbares Verfahren zur Abnahme der Körper-Kerntemperatur entwickelt, das hier zum Einsatz kommt.
Gemäß der Zielsetzung des DOKR-Tierarztes Martin Grell, die Differenz von Körper-Kern und Oberflächentemperatur sowie „Geschwindigkeit" der Abkühlung zu messen, wurden die angefertigten Thermogramme grafisch aneinander angeglichen, Störquellen herausgefiltert und dann die Parameter ausgewertet. Die Ergebnisse jeder Messung sind in die Auswertung übernommen worden. Die unterschiedlichen Farbdarstellungen geben nicht unbedingt hohe Differenzen in der Temperatur wieder. Im Bildergebnis werden hier nur geringe Schwankungen mit hohem Farbkontrast dargestellt, um die visuelle Auswertung zu erleichtern.
In den Messungen ergaben sich im Wesentlichen drei Konstante: Leistungsphase, erste erreichte Ruhe und die konstante Ruhe. Die unterschiedlichen Ruhephasen ergaben sich aus einem wiederkehrenden Temperaturschub, verursacht durch ineffektive Abkühlung und Kühlen mit Eiswasser. Die Gefäßmotorik zeigt hierbei über die Zeit der gesamten Messung hohe Aktivität an den Übergängen aktiver / passiver Zonen. Nach der Abkühlung mit Wasser (17° bis 24° C) im Anschluss an die Leistungsphase und am Übergang zur konstanten Ruhe sind keine Temperaturschübe mehr messbar. Das Pferd ist bis zu seinem individuellen Normpunkt abgekühlt.
Die Gefäßdynamik wird also durch gezielte Kühlung mit Wasser stark beeinflusst. Aus den Messungen geht hervor, dass hierbei Kühlwasser oder ein Kühlmedium auf ganz bestimmte Flächen aufgetragen werden muss, um den gewünschten Effekt der schnellen und nachhaltigen Kühlung zu erzielen, ohne das Pferd in einen Schockzustand zu versetzen oder Verspannungen zu verursachen (denn wer übergießt sich schon mit Eiswasser nach einem 1000-Meter-Lauf ). Ausschlaggebend für den Erfolg ist die angepasste Temperatur des Kühlmediums! Maximal 15 K Differenz zur Körper-Kerntemperatur.
Die thermografischen Untersuchungen der Abkühlung von Leistungssportpferden (Kaderpferden der Distanzreiter) haben neben neuen Erkenntnissen über die allgemeine Gefäßdynamik (Kontraktionsfähigkeit der Gefäße) auch wesentlich dazu beigetragen, die bisher angenommenen spezifischen Punkte zur Kühlung zu differenzieren - also herauszufinden, an welcher Stelle es Sinn macht zu kühlen und wo nicht. Die genaue Feststellung der individuellen Lage, ebenso wie das Festlegen bestimmter aktiver und inaktiver Kühlzonen, wurde möglich. Die sich hieraus ergebenden effektiven Kühlzonen am Pferd können in der genauen Anwendung das Zeit-Abkühlungsverhältnis deutlich optimieren und dadurch einen erheblichen Zeitvorteil im Wettbewerb verschaffen.
Das optimierte Abkühlen ist abhängig vom Zusammenspiel der Wassertemperatur zur Körper-Kerntemperatur und der Umgebungstemperatur. Das Kühlen mit Eiswasser führt auf Grund der hohen Temperaturdifferenz zu erhöhtem Stress für das so behandelte Pferd und zu einer daraus resultierenden Anhebung der Körper-Kerntemperatur. Der Organismus versucht die plötzliche Kühlung durch Gegenwirken abzuschwächen und „fährt" dazu die Leistung hoch. Das Herz arbeitet direkt gegen den „Kälteschock" und der Puls schnellt kurzzeitig hoch. Ein sehr nachteiliger Effekt, der eigentlich vermieden werden sollte. Die Anwendung von Eiswasser und entsprechenden Kühlgamaschen hat sich im Wettbewerb als kontraproduktiv erwiesen. Die im Rahmen der Studie mit Eiswasser gekühlten Zonen waren generell thermisch statisch (inaktiv) und nicht zum effektiven Kühlen geeignet. Medizinische und therapeutische Behandlungsaspekte nicht einbezogen! Auch das Durchreiten von Wasser brachte keinen messbaren Vorteil.
Die Abnahme der Körper-Kerntemperatur während des Wettbewerbes, quasi „im vorbeitraben", erfolgte anhand der Aufnahme der Widerspiegelung des Augenhintergrundes auf der Netzhaut, mit einer (rechnerischen) Korrektur der Emittierfähigkeit der Augenoberfläche, unter Berücksichtigung der Reflektion der gekrümmten Linse und der Feuchte (des Auges), also der Augenoberfläche. In dieses komplexe Verfahren einbezogen sind unter anderem: Wind, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit und Transmissionsfähigkeit der Linse (Durchlässigkeit der Linse für Infrarotstrahlung). Alle diese Parameter sind nicht konstant und müssen bei jeder Messung neu aufgenommen werden, was die Anwendung einer entsprechenden Software erforderlich macht. Die Formel zur Verarbeitung der einzelnen Parameter lässt in der Erweiterung die Feststellung des momentanen Leistungszustandes zu. Hieraus lässt sich ableiten, ob oder wie weit ein Pferd am „Limit" arbeitet, oder ob noch Reserven auszuschöpfen sind (... sozusagen „wie voll ist der Akku?"). Dieses Verfahren ist neu und kam bei den Weltreiterspielen 2006 in Aachen bei den Distanzreitern des deutschen Kaders erstmals erfolgreich zur Anwendung.
In den Messungen ergaben sich im Wesentlichen drei Konstante:
Die unterschiedlichen Ruhephasen ergaben sich aus einem wiederkehrenden Temperaturschub, verursacht durch ineffektive Abkühlung und Kühlen mit Eiswasser. Die Gefäßmotorik zeigt hierbei über die Zeit der gesamten Messung hohe Aktivität an den Übergängen aktiver / passiver Zonen. Nach der Abkühlung mit Wasser, mit einer Temperatur von 17 bis 24 °C, im Anschluss an die Leistungsphase und am Übergang zur konstanten Ruhe, sind keine Temperaturschübe mehr messbar. Das Pferd ist bis zu seinem individuellen Normpunkt abgekühlt. Der Ruhezustand ist aus thermografischer Sicht unter anderem dadurch gekennzeichnet, dass nur noch sehr geringe Differenzen (< 1 K) zwischen aktiven und passiven Zonen bestehen.
An dieser Stelle lässt sich erkennen, was ein gut „lesbares" Thermogramm von einem schlechteren unterscheidet. Weiß und schwarz sowie alle „uni"-Farben kommen innerhalb des Zielbereichs eines Thermogramms von einem lebenden Körper nicht vor. Weiß und schwarz sind keine differenzierbaren Farben und können von daher nicht als Temperatur-Differenz abgeleitet werden. Vielmehr deuten sie auf ein „übersteuertes" Thermogramm hin und geben Hinweis auf eine falsch eingestellte Kamera. Ein lebender Körper hat keine homogene Fläche. Thermogramme die solche Farbdarstellungen innerhalb der zu betrachtenden Zone zeigen sind für die Diagnostik nicht verwertbar. Ausnahme: Die Umrandung der anvisierten Bereiche.
Zur weit verbreiteten Annahme, die Infrarot-Thermografie sei eine Erfindung aus den USA und man könne nur dort eine entsprechende Ausbildung bekommen, möchte ich Folgendes anmerken: Die Technologie der Infrarotkameras wie wir sie heute kennen und in der Veterinärmedizin anwenden ist eine Entwicklung der TU Dresden und stammt aus der ehemaligen DDR der frühen sechziger Jahre. Hier wurden die bolometrischen Array's entwickelt, die noch heute „up to date" in allen ungekühlten Infrarotkameras dieses Infrarot-Spektral-Bereiches sind. Die Infrarot-Thermografie als Arbeitsverfahren wird unter anderem auch immer noch an gleicher Stelle weiterentwickelt. Hervorragende Kameras werden hier gebaut. Die qualitativ marktführenden Hersteller haben ihren Sitz ebenfalls noch immer in Dresden und Umgebung. Die Zulieferer finden sich in den USA, Japan und Frankreich. Die profunde Ausbildung kann man völlig unproblematisch in jedem Studium der Werkstoffkunde, Baustoffprüfung sowie bei einigen freien Trägern und Instituten erhalten. Die Legende der Erfindung „aus Amerika" ist leider völlig falsch.
| letzte Aktualisierung 2. Juli 2011 |  |
Martin Grell ruft an! |  |
vom 9. August 2009 |