思品九年级第三单元提纲

1、红外热成像技术的医学应用研究周敏华* 作者简介：周敏华（1981.11-），女，博士研究生，主要研究方向为红外医学成像。zmh700 陈钱，男，教授， 博士生导师 陈钱（南京理工大学电光学院441教研室，江苏 南京 210094）摘 要：红外热成像技术由于军事需求得以迅速发展，并逐渐向民用领域渗透。自从第一次应用于乳腺癌的诊断以来，红外热成像技术广泛应用于医学诊断，人们越来越关注这项技术的发展。医用红外热成像技术是一种记录人体热场的影像装置，与X-CT、磁共振、B超等以检查组织形态结构为主的医学影像技术具有不可替代的互补作用，是现代医学影像的一个崭新分支。主要介绍了红外热成像技术在医学领域的应

2、用，阐述了其发展概况及其医学应用原理，并对其进一步发展作了展望。关键词：红外热成像技术 医学应用 医学诊断 医疗监护 中图分类号：R445 文献标识码：1 引言早在1800年，英国天文学家William Hirschel就发现了热与红外辐射的关系1。1929年M.Czerny等人研制的蒸发式热像仪标志了红外热成像技术的诞生。红外热成像兴起于二十世纪六十年代，由于技术上及其他一些原因，致使这一先进的技术过早的夭折。上世纪九十年代，由于非制冷红外焦平面阵列技术的突破与实用化，使其在民用方面逐步得到广泛应用，几乎涉及到社会生活的方方面面。红外热成像技术在医学临床上的应用始于五十年代后期用于乳腺肿瘤的

3、诊断。医用红外热像技术是医学技术、红外摄像技术和计算机多媒体技术结合的产物，是一种记录人体热场的影像装置2。该技术开辟了以功能学为主的全新医学影像领域，与X-CT、磁共振、B超等以检查组织形态结构为主的医学影像技术具有不可替代的互补作用，是现代医学影像的一个崭新分支。2 红外热成像技术及其应用原理红外热成像技术是一种辐射信息探测技术，就是把不可见的红外辐射能量密度分布图转化为可见光图像的过程，将人类的视觉感知范围从传统的可见光谱区扩展到裸眼所不能看见的红外辐射光谱区，使人类能够进行夜间或恶劣气象条件下的观察和跟踪等。红外热成像技术可分为致冷式和非致冷式两种类型，前者又有一代、二代、三代之分，后

4、者使用非致冷阵列热电探测器，被称为第四代3。红外热成像技术正经历从低性价比的光机扫描成像系统到高性价比的焦平面阵列成像系统的转变。红外焦平面阵列成像技术是近三十年才发展起来的，是红外成像系统史上的一个划时代的进步。从目前情况来看，光机扫描热像仪由于工艺条件比较成熟性能较好，有着较为广泛的应用，但是焦平面阵列红外成像系统结构更加简单，性能更优越，随着红外焦平面阵列制造工艺的不断完善，最终将会成为热像仪中占主导地位的产品。人体细胞的新陈代谢活动不断将化学能转换成热能。通过组织传导和血液对流换热，热能从体内传向体表，体表通过导热、对流、辐射、蒸发等方式与环境进行热交换，即“人体体内的热一定会传到体表

5、”4。作为天然的热辐射体，人体正常的干燥皮肤非常接近于理想黑体表面，其辐射率约为0.98。人体内外各部分辐射能量不同，其波长在220m（远红外区）之间，其中814m波段的辐射占人体总辐射量的46%。当人体为37时峰值波长为9.3482m，所以通常选用敏感波长为814m的红外探测器探测人体红外辐射。医学应用中，红外热成像技术通过光学电子系统将人体辐射的远红外光波经滤波聚集、调制及光电转换，变为电信号，并转换为数字量，经多媒体图像处理技术，以伪彩色热图形式显示人体的温度场。该技术通过红外热像仪被动接收人体发出的红外辐射信息，对人体无损害，对环境无污染，具有无创、安全、客观、直观、可自动比较分析等优

6、点；临床应用范围广，凡能引起人体组织热变化的疾病都可以用它进行检查；提供人体器官代谢功能影像显示手段，开辟了以功能学为主的医学影像新领域。3 红外热成像技术的医学应用医用红外热成像技术是通过红外热像仪被动接收人体发出的红外辐射信息，因此凡能引起人体组织热变化的疾病都可以用它进行检查，如癌前期预示、肿瘤的鉴别诊断及普查、心脑血管疾病、外科、皮肤科、妇科、五官科、人体健康状态的综合检查和评估以及对各类疾病的治疗和药物疗效过程及结果的观察、分析等。此外，医用红外热像技术在中医辩证、针灸原理、经络穴位温度特性和气功测试等方面的应用也受到国内外的关注，取得了一些研究结果。3.1 医学诊断正常人体的温度分

7、布具有一定的稳定性和对称性。但由于解剖结构、组织代谢、血液循环及神经状态的不同会造成机体各部位温度有所差异，形成不同的热场。当人体某处存在疾患或功能发生改变时，该处血流和细胞代谢会发生变化，导致局部温度改变，表现为温度偏高或偏低。如果全身或局部的温度偏离正常，则提示该部位组织细胞可能出现了病理性改变。因此，温度是最常用的观察与衡量人体机能正常与否的指标之一，获取全身或局部温度是一种疾病诊断手段。热成像系统的热扫描过程灵敏快捷，无需特殊准备，可以同时进行多部位的扫描，如头、颈、胸、腹、盆腔等操作简单，临床应用范围广。炎症是一种常见的病理现象，红肿热痛是炎症的最常见表现。急性炎症局部充血，代谢旺盛

8、，其病灶处温度一定是高温；慢性炎症灶处，由于机化粘连，局部血液循环下降，其温度应就会下降；若慢性炎症灶急性发作，则可出现高低温交错的情况等。采用红外成像技术对炎症的临床诊断带来了许多方便。机体温度主要由血液循环状态来决定的，当血管病变时，血运障碍，皮肤温度降低，皮肤颜色也相应改变。因此，红外热像对血管疾病的诊断具有特殊的价值，尤其是彩色红外热像仪有明显的对比性，如动脉栓塞、闭塞性脉管炎、大动脉炎、动脉瘤、静脉曲张等。在红外热像图上均清楚地显示出病变部位及范围，从而为临床治疗提供可靠依据。目前，用热像诊断周围血管疾病的准确率已达94.5，而临床检查最多也不过60左右，且多系中晚期病人5。因此，热

9、像仪是诊断周围血管疾病的最佳手段。肿瘤治疗的关键是及早发现，对此医用红外热像技术具有明显的优势。良性肿瘤由成熟细胞组成，生长缓慢，与周围皮肤温差较小，多在1以内；恶性肿瘤由不成熟细胞组成，血管丰富，代谢旺盛，生长迅速，特别是病变位于浅层者与近周皮肤温差较大，可高达23之多。当肿瘤的直径在1cm 或以上，MRI、CT这些主流技术在形态上的定位要比红外热像准确；但如果肿瘤只有1mm 或更小，主流技术将无能为力，而红外热像技术则能够观察到细微病变，鉴别肿瘤的性质，特别是早期发现。肿瘤细胞由早期的代谢加速，血液循环增加而致的温度变化，发展至体积增大足以CT、MRI分辨，时间差一般来说起码23个月。随着

10、CT、MRI仪器分辨能力的提高，这种差距可以缩短，但温度的变化在前，结构变化在后，这种差距是绝对的。近年来，刘忠齐及其团队经过数年的钻研提出了一种新的红外热诊断技术TTM（Thermal Texture Maps），该技术的原理是利用红外热辐射接收扫描器接收人体细胞新陈代谢过程中的红外线辐射信号，经计算机处理、分析，基于特定规律和算法重建出对应于人体所检查部位的细胞相对新陈代谢强度分布图，并加以断层，测量出热辐射源的深度和数值，依据正常与异常组织区域的热辐射差来诊断疾病，为定性诊断疾病提供定量依据。该技术及设备已于2002年2月8日获得美国专利并受全世界93个成员国保护4。从已有的工作看来，T

11、TM技术在人体的整体综合评估、亚健康状态评估、药物疗效等多方面的评估以及对一些疾病的诊断方面有着不可替代的作用和优势，特别是早期诊断乳腺癌的评估标准体系方面，已获得国际上的公认。但是，该技术尚未成熟，正处于不断发展之中，有待于进一步深入和完善。3.2 医疗监护6在医院中，为使患者得到更好的照料和医学观察研究之用，监护系统是必可少的。现在大部分医院所用监护系统为电视系统和微光监护系统，它们对光线的要求较高，而基于红外热成像技术的医疗监护系统就不存在这一问题。红外监护系统设计分成两部分：一部分置于患者病房内，以获取患者信息，称之为前端；另一部分置于监控室内，负责将患者信息提供给监护人员，称之为后端

12、；二者之间可根据情况进行有线、无线或红外视频传输。人体产生的红外信号经红外镜头聚焦后，汇聚于红外探测器的探测平面。在一些模块协同作用下，处于正常工作状态的红外探测器将接收到的红外信号转化成初始视频电信号，并将此信号以特定的制式输出到后继处理模块，经过处理，形成目标视频信号，经过编码处理后发送到系统后端。后端接收到前端送来的视频编码，进行解码处理，然后发送给后继模块进行进一步的处理，然后直接送显控模块和存储模块，以实现实时监控和编码存储。分析模块对送来的视频信号进行分析，若发现患者有不适反应，则触发报警模块，以提醒医护人员采取措施。 由于红外监护系统接收的是患者身体发出的红外信号，所以无论可见光

13、的强、弱、有、无，系统都不受任何影响，能够全天候地正常工作。特别是在夜间实施监护时，不需要进行额外的处理，不会对患者的休息造成不良影响。而且，由于患者体温的变化而引起的红外信号强度的变化不很剧烈，对于红外系统只是很窄的一个范围，完全不会影响红外系统的正常工作。相反，这种变化还可以很明显地在监视器上体现出来，从而提醒医护人员需要对患者进行护理。而无论是电视系统还是微光系统，都不能反映出这种变化。因此，红外系统不但弥补了电视系统和微光系统所存在的不足，而且实现了更强大的监护功能。3.3 其他红外热成像技术灵敏地反映0.05的温差，故在疾病的早期，甚至感冒病初起，热像图上也可出现变化征象，而其他形态

14、影像技术则不能，所以可在预测医学中可推广使用。体检时，受检者站在镜头前如同照相一样，不到10分钟的时间，电脑屏幕上便显示出由红黄蓝绿色彩拼出的人体表面温度图像，很快一张关于全身疾病情况的诊断报告就打印出来了。与以往不同的是医生不仅对受检者身体病症情况了如指掌，而且还对受检者整个健康状况进行了评估，并对受检者潜在的病症给予了提示。中国医药学7是我国人民长期与疾病斗争中创立的一门学科。这门似乎带有神秘色彩的传统医学，当今甚至形成世界性的“中医热”。为了继承和发扬中医学，用现代高科技手段对中医学的理论基础譬如：经络学等进行研究是一个方向。胡翔龙等撰文用热像仪研究了人体体表经络红外辐射轨迹的主要特征和

15、显现规律。阐述了在完全无外加因素干扰的“自然”情况下将十四经脉的循行路线直观地显示出来，说明体表的经脉循行路线是人体所固有的。文中认为波长不同的辐射可能作为信息载体，是生物信息传递的一种形式。并指出经络确是人体所固有的某种“组织”和功能，它在“外周”必然有其相应的物质基础。生命过程中的物质能量和信息的转化和传递已经成为现代生命科学研究中日益突出的问题，经络研究将有可能在这方面为现代生命科学的发展做出新贡献。舌诊8是中医诊断学的重要研究内容之一。舌诊通过观察舌象了解机体的生理功能和病理变化，并作为辨证论治的依据之一。传统的舌诊是依靠医生对舌象进行观察、判断、分析、描述，有很大的主观性。红外热像技

16、术为中医舌诊的研究提供了新的技术手段，也为临床诊疗疾病提供了客观依据。它是通过观察、测定生物体表面温度场和热流的异常来发现或预示病变，故可以利用红外热像仪测定舌面温度场，再通过生物传热计算得其内部温度，进而获取其他参数以使舌诊量化。4 结束语红外热成像技术在医学上的应用开辟了以功能学为主的医学影像新领域，实现了人体机能与结构多元信息的转换和表达，为人们探索机能信息和结构信息的内在联系开辟了新的途径。医用红外热成像技术被动接收人体热辐射，对人体无介入损伤，对环境无污染，热扫描过程灵敏快捷，无需特殊准备，可以同时进行多部位的扫描，临床应用范围广。但是，由于人体的复杂性以及目前在红外热像认知方面的局

17、限性等，给诊断带来一定的难度，需进一步对其进行深入研究。该技术与CT、MRI、B超等结构影像学结合，既能了解患者的组织结构情况，又能了解该组织的功能状态，即结构影像和功能影像相结合，这是理想的现代影像学，将使许多病变得到早期发现，疾病规律得到更全面认识，疾病性质得到更准确诊断。参考文献1 吕少文，李红，赵丽君等医用红外热像技术J武警医学院学报，2003，12（1）：74-752 吴士明，张传富，曾品菊等医用红外热像技术临床应用研究J激光杂志，2003，24（1）：63-653 何丽走向新世纪的红外热成像技术J激光与红外技术，2002，39（12）：48-514 关耳，成艳荆棘鸟穿过荆棘记中国人

18、体健康科技促进会副会长刘忠齐和他的红外断层热扫描系统J中国医药指南，2004，3：5-95 姚鼎山. 红外成像技术的临床应用. 中国医疗器械信息. 2001，7（2）：38-396 卢流发基于红外技术的医疗监护系统的实现J今日电子，2007，2：61-627 杨爱明，杨宇，余仕汝等红外热像仪用于医学中J红外技术，2004，26（6）：97-1008 王子焱，张志枫，应荐红外技术在中医舌诊中的应用中西医结合学报，2005，3（4）：326-3289 江国泰现代化医院中红外热像仪应用的新技术和新动向J医疗设备信息，2003，18（4）：1-3，710 Zhong-Shan Deng, Jing L

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20、Diagnostic ApproachC. Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference, New York, USA: 2006. 224-22712 C.L. Herry, M. Frize, R.A. Goubran, et al. Evolution of the Surface Temperature of Pianists Arm Muscles Using Infrared ThermographyC. Proceedings of the 2005 IEEE Engineering in Me

21、dicine and Biology 27th Annual Conference Shanghai, China: September, 2005. 1-4 The Infrared Thermal Imaging Technology and Its Application to MedicineZHOU Min-hua，CHEN Qian441 Staff Room, School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, ChinaAbstract: With the development of the military technology, the infrared thermal imaging technology gradually infiltrates into the civil domain. Since the first application in the detection o