医用课程设计

1、医用电子学课程报告学 号：201004320201、 03、 27学生姓名：吴胜斌、谭汉宁、吴惠敏专 业：应用电子技术指导教师：赵素文桂林航专电子工程系年十二月医用红外热成像仪概述摘要：红外热成像为人类疾病的研究及早期发现，提供了有效的科学依据， 也为人们的健康检查提供诸多方便。主要通过热成像系统采集人体红外辐 射，并转换为数字信号，形成伪色彩热图，利用专用分析软件，经专业医 师对热图分析，判断出人体异常的部位、疾病的性质和病变的程度，为临 床诊断提供可靠依据。本文对医用红外热成像仪的现状和发展趋势进行讨论。 关键词：医用红外热成像仪人体红外辐射热图分析医用红外热像仪是医学技术、红外遥感技术与

2、计算机软件及信息技术结合的 产物，它是一种记录人体热场的影像装置，是现代医学影像技术的一个崭新分支。 人体是一个天然的生物发热体，由于解剖结构、组织代谢、血液循环神经功能状 态的不同，机体各部热场不同。正常的机体状态有正常的热图，异常的机体状态 有异常的热图。机体的功能状态发生变化，必然导致机体热场的变化。医用红外 热像仪通过红外摄像，以热图的形式客观的实时记录，动态的监视机体的这种变 化，使用IAS影像撷取专用软件加以分析比较诊断，为预防、保健、治疗提供 了客观的热场变化信息。医用红外热成像技术的发展史：最早使用生物热学诊断技术的记录可以在大约公元前480年希波克拉底（希 腊名医）的著作中找

3、到。方法是将病人的身体表面涂满泥巴，观察什么部位十的 最快，以此判断器官疾病情况。20世纪50年代，军队开始使用红外热成像技术 监控夜间行进的队伍，引领了热成像诊断技术的新纪元。到了 20世纪50年代中 期红外热成像技术允许医学目的的应用。红外热成像技术第一次的诊断应用是在 1956年，Lawson发现患有乳癌的乳房皮肤表面温度要高于正常的组织温度。他 还发现癌症患者的血管温度要高于动脉温度。在1972年美国卫生教育和福利部发表一篇论文，其中部长Thomas Tiernery 写到，“医学顾问证实当前红外热成像技术作为一种诊断技术在以下4个领域的 发展已经超越了实验阶段：（1）女性乳房病理检查

4、；（2）”。1982年1月29 日，美国食品药品监督局批准红外热成像技术做为一种乳癌成像检测手段。20 世纪70年代之后，大量的医学中心和诊所开始将红外热成像技术用于各种目的 的诊断。功能及临床意义：2.1功能用途：1、软组织疼痛由于疼痛区域必然伴有异常代谢变化，这些变化导致温度的变化 利用医用红外热像仪记录与疼痛伴随的温度变化反映疼痛的性质、程度、范 围，为临床诊断提供更全面的影像学依据。2、炎症红肿热痛是炎症的最基本特征，凡是急性炎症，病灶处温度一定是高温， 慢性炎症灶处，温度就会下降；若慢性炎症灶急性发作，则可能出现高低温 交错的情况；利用医用红外热像仪记录炎症灶的温度变化对临床诊断治疗

5、有 重要的指导价值。3、血管病变红外热图可检测血管性病变，特别是肢体血管的供血状态。凡是动 脉病变影响供血，其远端一定是低温；凡是静脉病变，一定是偏高温改变； 与其它手段如超声多普勒，皮温计测量等相比，利用医用红外热像仪记录血 管温度变化的红外热图显得既方便又直观。4、肿瘤肿瘤诊治的核心是早期发现，利用医用红外热像检测和记录病变位的温 度变化对早期诊断肿瘤有较明显的优势；并且由于热像仪无任何射线发出， 对机体无任何不良影响，因此又是全程监视，疗效评估的最理想手段。5、乳腺医用红外热像仪可广泛应用于各种乳腺疾病检测，尤其是乳腺癌的早期 检查，其优势是精确度高，可大大降低活检比例，并可区分良、恶性

6、肿块。6、健康体检医用红外热像仪检查无辐射、无副作用，适合辅助大量的医务检查 工作；热像图所显示的异常热区或低温区，反映了人体全身的健康状况及潜 在疾病的部位，有绿色体检王的美誉。2.2临床意义：医用红外热像仪是一种新型医用诊断设备，采用世界先进的非致冷焦平面红 外探测技术，接收人体辐射出的红外线，通过计算机处理以热图的形式客观地记 录人体的热场，经专用软件加以分析比较，反映机体的功能状况。其诊断结果与 CT、MRI、B超等结构影像学结合，既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结合，是理想的现代影像学诊断方法。红 外热像仪的应用将使许多疾病得到早期发现，疾病

7、规律得到更全面认识，疾病性 质得到更确切诊断，有利于医学诊断技术的发展和人们生活质量的提高。医用红外热像仪的特点：1、绿色检查仪器只被动接收被检者辐射的红外线，对被检查者无任何伤害或副 作用。2、结果客观遥感测量方式，不改变被测目标原状态参数，保证了测量的真实性 和客观性。3、快速成像采用320X240非致冷红外焦平面探测技术，每秒可采集50帧红外 热图，诊断效率高。4、图像清晰温度分辨率为0.08C，目标测温范围20C40C，所呈图像清晰、 直观。5、操作简便软件可控制云台多角度转动，强大的图像处理技术，使用方便。基本结构和工作原理3.1医用红外热成像仪基本结构：1、摄像头部：有红外光学系统

8、、光机扫描装置、红外深测器（传感器）、杜瓦 瓶致冷系统、前置放大器、同步信号与调焦系统及控制电路系统等组成。红 外深测器是红外热像仪的关键部件，对红外线敏感元件性能的好坏直接影响 图像质量。目前成用的是碲镉汞（HgCdTe），此外锗（Ge）、硅（Si）、硫 化铅（PbS）、锢家神（InGaAs）、钽酸锂（LiTa03）、铌酸锂（LiNb03）等。 近年来国外又有一些新的材料投入使用。2、信号处理与显示：摄像头获取的信号（光信号转变成电信号），必须经预处 理（如放大、滤波等），有前置放大器和主放大器放大到一定电平之后便进 入信号处理机。同时进入的信号还有同步信号、参照黑体信号等。信号处理 机的主

9、要功能是恢复图像信号的直流电平，使信号电平与热成像仪所测温度 显对应关系；补偿环境温度对摄像头部的影响。再经计算机处理并显示。为 了便于识别，可将通常的黑白灰度图像（10级）转换为不同颜色的图像，称 为伪彩色显示。3、监视器：为显示图像的终端设备，从监视器上可观察由摄像头所获取的热图 像。监视器的扫描必须与摄像头扫描相一致，实现同步扫描。3.2红外热成像的基本原理：热成像又称红外热成像，此技术可以使人眼不能直接看到的目标的表面温度 分布变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布图。红外热成像技术 （Thermography）是利用红外辐射照像原理，遥测人体体表温度分布状态的一种现 代物理学检测技术

10、。它所摄取的图像称为红外热成像图或红外热像图，简称热图。皮肤是人体温度的辐射器，是散热最重要的场所，人体散热主要通过皮肤的 热辐射，传导、对流、蒸发散热是其次要途径。医用红外热像图精确的、动态的记录了人体体表温度分布和变化状态，是研 究人体温度变化、观察机体功能状态变化的一项无创检测技术。用物理学的观点 来看，人体是一个天然的红外辐射源。这种红外辐射能与人体的血液循环、组织 代谢、神经的功能状态和组织鲜剖结构密切相关。正常的机体功能状态有正常的 热图，异常的机体功能状态有异常的热图。比较和分析正常、异常热图的差异和 规律，就可用于诊断、推论机体的生理、病理状态。结合临床和其它检查结果， 对临床

11、疾病的诊断、鉴别诊断和治疗有重要的指导和辅助诊疗作用。仪器的国内外产品（或相关研究）现状和发展方向20世纪50年代，军队开始使用红外热成像技术监控夜间行进的队伍，引领 了热成像诊断技术的新纪元。到了 20世纪50年代中期红外热成像技术允许医学 目的的应用。红外热成像技术第一次的诊断应用是在1956年，Lawson发现患有 乳癌的乳房皮肤表面温度要高于正常的组织温度。医用红外热像仪是一种用来深 测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温 度分布图像转换成视频图像的高科技产品。红外热像仪行业是一个发展前景非常广阔的新型高科技产业，红外热像仪广 泛应用于民用两个领域。在现

12、代战争条件下，红外热像仪已在卫星、导弹、飞机 等军事武器上获得了广泛的应用；同时，随着非制冷红外热成像技术的发展，尤 其是随着产业化过程中生产成本的大幅度按降低，红外热像仪已在电力、消防、 工业、医疗、安防等国民经济的各个部门得到了非常广泛的应用。红外热像仪行业源于美国，最开始应用于军事领域，随着非制冷红外技术的 发展，红外热像仪行业在民用领域得到了广泛的应用，而且正展现出更为广阔的 市场需求。2006年，全球民用红外热像仪的销售额为16.3亿美元，同比增长17.35%， 呈现出较快的增长态势，红外热像仪销售额的快速增长主要来源于新应用领域的 不断扩大。目前，红外热成像仪技术已渐渐成熟，但市场

13、需求还处于不断成熟的 过程中，市场供求关系将维持供略小于求得市场格局。未来5年，全球民用红外 热像仪市场的供给将以13%的速度增长，中国民用红外热像仪市场供给将以年均 18%的速度增长，预计到2012年全球民用红外热像仪市场供给将达到40.05亿美 元，中国民用红外热像仪市场供给将达到10.15亿元。随着中国经济、社会的快速发展，中国红外热像仪行业具有巨大的发展空间。 军队现代化建设需要大量的红外热像仪，我国军用红外热像仪市场容量就可达到 23万套，以每套10万元（目前大部分军用红外热像仪实际售价远超10万元） 来计算，其市场远景需求量可达230亿元；从长期来看，民用领域的潜在市场需 求很大，

14、应用于消防、电力、建筑、安防等民用领域，我国红外热像仪在这些行 业的应用还处于起步阶段，发展间巨大；中国红外热像仪的研究与开发涉及到关 学、电子、计算机、物理学、图像处理、新材料、机械等多个学科，研制的难度 非常高。近几年来，以大立科技为首的红外热像仪生产企业通知人才引进、技术 攻关和加大投入，在红外热像仪核心零部件（如探测器）的开发以及红外热像仪 新产品的开发方面获得重大的突破，使得我国红外热像仪的研究开发能力得到了 很大的提高。在民用红外热像仪行业，现在已逐步形成了大立科技、广州飒特和 武汉高等占据了 60%的民用市场的市场格局，产业几句现象比较明显。观点小结通过这次的课程设计，在收获知识

15、的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在 此过程中，我们通过查找大量资料以及不懈的努力，培养我们独立思考的能力， 在各种其它能力上也都有了提高，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不 断的学习、实践，再学习、再实践。我们就是以此心态对待此次的课程设计的， 所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约有以下 几点：一、温故而知新。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习 不够扎实的我们深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”， 便重拾课本，对知识系统而全面进行梳理终于掌握了基本理论知识，学会了 如何思考的思维方式。二、创新求发展。“创新”目前在我国提

16、升到国家发展战略地位，足见“创新” 的举足轻重。而医用电子诸多产品上市之初及以后相当长时间内，由于核心 技术受制与国外，原本前景看好的国内市场却使国内医用电子产品生产商无 利可图或图的仅仅蝇头小利，只因核心技术受制与人。因此，我们要从小处 着手，顺应时代发展潮流。三、过而能改，善莫大焉。至善全美是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无 足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦是全美。在 课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。四、学海无涯，学无止境。尽管课程设计是在期末才开始，我们的教材学习完毕， 掌握许多知识，但是还有很多地方理解不到位。由于对医用红外热

17、成像仪所 知甚少，只得参考其他文献。彻悟学海无涯只有苦来作舟，学无止境只有书 来伴。综上所述，课程设计诚然是一门，给我们很多专业知识以及专业技能上的提 升，同时又是一门专业课，一门辩思课，给了我们许多道，给了我们很多思，给 了我们莫大的空间。参考文献黄力宇.医学成像的基本原理.北京：电子工业出版社,2009,21-25余学飞,吴建刚等.现代医学电子仪器原理与设计J.医学电子仪器的结构和工作方式，第 2 版,2007,123-126潘慧，戴申倩.医学数字图像实用技术J.医学数字图像实用技术,2010,142-148李天钢，马春排.生物医学测量与仪器设计-原理与设计J.人体信号分类、信号获取 与处理,2009,112-116李晓刚，付冬梅.红外热像检测与诊断技术J.红外热像图处理及其软件系 统，2006,28-31 HYPERLINK /view/af3220bc960590c69ec37624.html /view/af3220bc