醫學紅外熱成像技術對人體檢測的應用知識
2012-10-21
醫學紅外熱成像技術沒有離子輻射，靜脈注射，也沒有其他入侵程序。此技術完全是無害、無毒、非入侵的技術。作為一種功能性成像技術，乳房部位的紅外熱像圖可以提供交感神經系統的生理機能是否正常的信息，血管系統和其他炎癥情況。
物理學
所有高于絕對溫度(-273K)的物體都會發射紅外輻射，霍爾茲-波茲曼發現紅外輻射及溫度之間的關系。物體表面發射的紅外輻射與物體表面的輻射率及絕對溫度成正比。人體的輻射率接近1%，類似黑體，即幾乎能100%輻射紅外能量。這樣就可以通過人體皮膚的紅外輻射得出人體溫度分布。紅外熱成像技術利用這個原理來檢測身體表面溫度。
儀器設備
在電子波普中紅外線存在的范圍是從0.75μm-1mm，而人類皮膚輻射紅外線集中在2-20μm的波普范圍，平均峰值在9-10μm[5].根據普朗克定律計算發現人體對紅外線的輻射的波長主要在6-14μm。
選擇臨床紅外熱成像系統需要考慮很多重要的技術因素(大部分是本章節以外的內容)，但至少從研究階段設備的標準已經建立，應用到紅外物理和人類生理參數。肯定的是，空間分辨率，溫度分辨率和熱穩定性以及在電腦上成像的程序是值得考慮的幾個參數。然而所有參數的基礎都要先考慮探測器的波長。探測器波長選擇什么范圍取決于被測物體和檢測所在的環境條件。考慮到所檢測的對象是人皮膚的溫度，根據普朗克定律我們選擇波長為6-14μm的探測器。如果用紅外在3-5μm范圍內檢測皮膚溫度，結果并不可信因為此光譜范圍內人體皮膚與黑體相差較遠[8，9]。檢測環境要注意排除有可能導致檢測錯誤的因素。使用短波范圍(7μm以下)的探測器要考慮人工測量環境中的反射因素導致的檢測錯誤[10]。因此，使用在9-10μm長波范圍的探測器檢測乳房和全身比較好。
第一代紅外熱成像系統所遇到的問題，比如檢測不準確，溫度漂移，校準，模擬端口等已經解決了20多年。現代的紅外熱成像系統可以監測熱輻射每分鐘的變化，并提供高質量的圖像，還能上傳到計算機進行分析處理。
實驗室及病人準備協議
為了得到高質量的紅外熱圖像，實驗室和病人的前期準備必須嚴格按照協議執行。紅外熱成像系統必須放在封閉的環境中，主要原因是會影響人的生理。外部環境的變化，服裝等會產生熱影。為了讓病人準備好紅外拍攝，病人在拍攝前避免日曬，做胸部治療，不要涂抹化妝品，油，清香劑，除臭劑，避免做鍛煉，不能沐浴。
熱成像室需要控制溫度和濕度，溫度控制在18-23℃，波動小于1℃。室內溫度保證病人不熱也不會冷。室內避免引起熱源的因素，比如日照。地面要鋪設地板，或者病人需要穿鞋防止生理變化。
最后，在檢測前病人要現在成像室內呆15分鐘，讓身體達到熱平衡。病人的檢測不問不能穿衣服。最后5分鐘病人要將兩手放到頭頂之上便于胸部成像。處于病人病理要求，所有相關乳房的部位都需要成像。總而言之，實驗室及病人準備協議必須簽署，避免了前期一些準備的揭示。
成像
紅外熱成像過程是紅外探測器接收乳房區域發射的紅外線進行檢測。處于便于分析的需要，至少要拍攝一系列的紅外熱圖像。一系列的圖像包括前胸，左側面，右側面。從前面拍攝的圖像作為基準圖進行比較使用。斜側面拍攝(探測器與拍攝位置夾角為45°)的圖像。有必要的話，紅外熱像儀可選的近焦鏡頭可以拍攝近距離和高分辨率的熱圖像。所有圖像綜合在一起，可以充分的分析乳房表面的病理情況。
病人胸部正前面的紅外圖片拍攝比較簡單，讓病人坐在或者站在制定的位置，坐在熱像儀前面，病人需將兩胳膊抬起露出前胸部位。此時放置一把旋轉椅子或者站在事先指定好的位置比較方便圖像的拍攝。注意：由于每個病人病情的不同，有時需要對特殊部位進行重點拍攝。
物理學
所有高于絕對溫度(-273K)的物體都會發射紅外輻射，霍爾茲-波茲曼發現紅外輻射及溫度之間的關系。物體表面發射的紅外輻射與物體表面的輻射率及絕對溫度成正比。人體的輻射率接近1%，類似黑體，即幾乎能100%輻射紅外能量。這樣就可以通過人體皮膚的紅外輻射得出人體溫度分布。紅外熱成像技術利用這個原理來檢測身體表面溫度。
儀器設備
在電子波普中紅外線存在的范圍是從0.75μm-1mm，而人類皮膚輻射紅外線集中在2-20μm的波普范圍，平均峰值在9-10μm[5].根據普朗克定律計算發現人體對紅外線的輻射的波長主要在6-14μm。
選擇臨床紅外熱成像系統需要考慮很多重要的技術因素(大部分是本章節以外的內容)，但至少從研究階段設備的標準已經建立，應用到紅外物理和人類生理參數。肯定的是，空間分辨率，溫度分辨率和熱穩定性以及在電腦上成像的程序是值得考慮的幾個參數。然而所有參數的基礎都要先考慮探測器的波長。探測器波長選擇什么范圍取決于被測物體和檢測所在的環境條件。考慮到所檢測的對象是人皮膚的溫度，根據普朗克定律我們選擇波長為6-14μm的探測器。如果用紅外在3-5μm范圍內檢測皮膚溫度，結果并不可信因為此光譜范圍內人體皮膚與黑體相差較遠[8，9]。檢測環境要注意排除有可能導致檢測錯誤的因素。使用短波范圍(7μm以下)的探測器要考慮人工測量環境中的反射因素導致的檢測錯誤[10]。因此，使用在9-10μm長波范圍的探測器檢測乳房和全身比較好。
第一代紅外熱成像系統所遇到的問題，比如檢測不準確，溫度漂移，校準，模擬端口等已經解決了20多年。現代的紅外熱成像系統可以監測熱輻射每分鐘的變化，并提供高質量的圖像，還能上傳到計算機進行分析處理。
實驗室及病人準備協議
為了得到高質量的紅外熱圖像，實驗室和病人的前期準備必須嚴格按照協議執行。紅外熱成像系統必須放在封閉的環境中，主要原因是會影響人的生理。外部環境的變化，服裝等會產生熱影。為了讓病人準備好紅外拍攝，病人在拍攝前避免日曬，做胸部治療，不要涂抹化妝品，油，清香劑，除臭劑，避免做鍛煉，不能沐浴。
熱成像室需要控制溫度和濕度，溫度控制在18-23℃，波動小于1℃。室內溫度保證病人不熱也不會冷。室內避免引起熱源的因素，比如日照。地面要鋪設地板，或者病人需要穿鞋防止生理變化。
最后，在檢測前病人要現在成像室內呆15分鐘，讓身體達到熱平衡。病人的檢測不問不能穿衣服。最后5分鐘病人要將兩手放到頭頂之上便于胸部成像。處于病人病理要求，所有相關乳房的部位都需要成像。總而言之，實驗室及病人準備協議必須簽署，避免了前期一些準備的揭示。
成像
紅外熱成像過程是紅外探測器接收乳房區域發射的紅外線進行檢測。處于便于分析的需要，至少要拍攝一系列的紅外熱圖像。一系列的圖像包括前胸，左側面，右側面。從前面拍攝的圖像作為基準圖進行比較使用。斜側面拍攝(探測器與拍攝位置夾角為45°)的圖像。有必要的話，紅外熱像儀可選的近焦鏡頭可以拍攝近距離和高分辨率的熱圖像。所有圖像綜合在一起，可以充分的分析乳房表面的病理情況。
病人胸部正前面的紅外圖片拍攝比較簡單，讓病人坐在或者站在制定的位置，坐在熱像儀前面，病人需將兩胳膊抬起露出前胸部位。此時放置一把旋轉椅子或者站在事先指定好的位置比較方便圖像的拍攝。注意：由于每個病人病情的不同，有時需要對特殊部位進行重點拍攝。
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