医用红外热像仪

医用红外热像仪，红外探测器是热成像技术的核心，探测器的技术水平决定了热成像的技术水平。

简介

医用红外热像技术是医学技术和红外摄像技术,计算机多媒体技术结合的产物 ,这是一种记录人体热场的影像装置。人体是一个天然的生物发热体,由于解剖结构、组织代谢、血液循环及神经状态的不同,机体各部位温度不同 ,形成不同的热场。红外热像仪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 , 并经A/D 转换为数字量, 然后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。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,比较两者的异同 , 结合临床就可以诊断, 推论疾病的性质和程度。

背景及研究现状

红外热像技术被发现应用医学领域已有 40 多年历史 , 自从 1956 年英国医生 Lawson 用红外热像技术诊断乳腺癌以来, 医用红外热像技术逐步受到人们的注意。特别是近 5 年来, 由于光电技术、计算机多媒体技术的发展 ,使热像仪的分辨能力、清晰度进入可以满足临床需要的水平。美国、英国、日本、瑞典、德国、法国等国家相继在热像技术上作出了很有意义的工作, 取得很大进步。美国的 CTI 公司率先在美国向FDA 提出了申请 ,并于2000 年 6 月份通过了 FDA 的临床试用(用于诊断乳腺疾病),美国、法国、日本、德国在非致冷红外热像仪方面也做出了较好的产品。据 1999 年底统计, 全世界共有500 个以上医疗机构开始使用红外热像仪。国际光学工程会议亦开始出现医用红外热像技术交流文章, 并在互联网上开始出现交流。我国自 70 年代由国家电子部受命进行红外热像技术的军事、研究, 80年代 ,出现早期民用热像仪 HR -Ⅱ型 ,自后逐步在工业 ,医学领域中推广。但由于历史原因, 现有的该类热像仪均基于 DOS 系统使用, 所使用的显卡为8900 、9000 类别的,Windows 的许多先进功能均无法应用。在临床应用中,缺乏深入系统的研究 ,如生理热图 ,干扰热图,病理热图,疾病特征, 整个红外热像仪研究处于初级阶段。近 2 年, 在全体红外热像仪工作者的努力下, 红外热像技术取得了较大的进步。目前约有近 100 多家科研技术单位、医疗机构在使用,中华医学会已经正式举行了红外热像学术交流会。

优势

红外热像技术被应用到医学领域已有40多年历史。红外热像技术在我国起步较晚，1976年上海率先试制成功第一台样机，但由于成像质量差及热像规律复杂，进展较慢。近5年来，随着光电技术、计算机多媒体技术，尤其是半导体技术的发展，使热像仪的分辨能力、清晰度达到了临床需求的水平，成为国际上新的研究热点。

分类

探测器从早期的单元发展到多元，从多元发展到焦平面经历了一个缓慢的过程。通过光学机械扫描，用单元红外探测器就能获得目标的热图象，用多元红外探测器可以提高系统的性能。在红外技术、材料技术和微电子技术等的推动下，红外探测器迅速向焦平面组件（FPA）方向发展。FPA有两大特征：一是探测元数量很大，以至于可以直接放在望远镜的焦面上面而无须光机扫描结构；二是探测器信号的读出、处理工作由与探测器芯片互连在一起的集成电路完成。红外热像仪按其采用的探测技术和致冷方式有以下三种类型：

单元光机扫描型

采用单元红外探测技术和液氮致冷，结构简单，属早期产品，目前国内使用的大多数医用红外热像仪都是该种类型。

电致冷型热像仪

采用焦平面红外探测技术和司特令内循环致冷成像，但噪声大、易磨损、寿命短、致冷器更换成本高，一般应用于军事方面。

非致冷焦平面阵列型

采用目前世界先进的非致冷焦平面阵列技术，可批量生产，成本和组件的复杂性大大降低，可靠性提高，扫描速度快，无噪声，可长期连续工作，体积小，重量轻，携带方便，是理想的发展目标。

市场现状

我国医用红外热像仪的研制起步较晚，由于技术和市场的原因，销售量一直较小，目前在使用的医用红外热像仪产品大概在二百多台。近两年的发展速度较快，应用面也在不断拓宽。国内生产医用红外热像仪的厂家不多，非致冷焦平面技术飞速发展，现已逐步取代早期的单元光机扫描和液氮致冷技术，随着成本的降低和市场的成熟，非致冷焦平面红外热像仪以其卓越的性能价格比必将被广大用户所接受，并最终取代液氮致冷型产品占据市场的主导地位。

临床适应范围

基本功能

红外热像的基本功能是 :热监视、热诊断、热测定、热研究。

红外热像的诊断五项功能

①早期探查:热图检查无创、安全、客观 ,直观 ,计算机存档、自动对比分析, 适于普查、保健 ,能及时发现异常和异常苗头 ,以利患者去作进一步深查和及早治疗, 使许多疾病消灭于早期阶段。

②疾病诊断:热图能提供病变部位的热场分布情况, 以此推断其循环、代谢状态 , 判断病变性质、程度及累及的区域 ,以利作出正确诊治方案。

③疗效评定:药物作用后炎症状态、代谢状态、血液循环状态的改善评估,传统疗法、现代疗法的疗效考证和研究等。

④追踪观察:热像仪被动摄取人体自身发出的红外热辐射 ,对机体无任何损伤, 可反复进行;计算机化后的红外热图 ,由磁盘保存图像,可以反复调读。能对病情进行局部和全身的动态监视 ,及时发现新的变化 ,对诊断及治疗进行修正。

⑤科研探索:热活动贯穿人体生命全过程 ,热活动规律是生命活动的基本规律。迄今为止 ,尚无关于人体热活动的系统热图规律报告, 红外热图系统可以客观的记录研究人体热活动的生理规律、病理规律。为医学科学探索提供新的研究手段。

四大优势应用领域

①利用CT 、MRI 等了解患者的组织结构变化情况,又通过红外热图上了解其局部血循神经状态等功能状态变化 ,即结构影像和功能影像结合 ,才能使临床论断有较全面的影像学依据。

②急慢性炎症的部位、范围、程度

炎症是一个极常见的病理现象 ,红肿热痛是炎症的最常见表现。但在实际人体 , 当临床分析有炎症, 通过血常规血沉等检验确定有炎症 ,但炎症在何处,这往往是诊断上的一个非常关心的问题。利用红外热图则可以较容易的解决这个问题:凡是急性炎症的病灶处其温度一定是高温 ;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。此功能将给临床带来很好的方便。

③肢体血管供血状态功能状态监测

红外热图检测血管性病变, 特别是肢体血管的供血状态 ,功能状态有一定优势。凡是动脉病变影响供血,其远端一定是低温 ;凡是静脉病变, 其远端由于瘀血、充血,一定是偏高温改变;当血管离断时,血供支配区域一定出现相应低温 ;当血管离断恢复后,血运支配区域一定出现复温现象。较其它手段如超声多普勒 ,皮温计测量等红外热图显得既方便又直观。

④肿瘤预警指示, 全程监视, 疗效评估

目前早期发现的手段甚少。红外热像有较明显的优势。当正常的细胞开始恶变, 正常的细胞代谢变为异常细胞代谢时细胞高速增殖, 为了满足细胞生长需要 ,必然伴有血液循环的增加, 同时由于肿瘤毒性因子的作用,带来局部的血管扩张。上述变化的结果必须导致局部热的升高。但肿瘤的中晚期, 由于肿瘤中心液化坏死 ,仅仅出现低温。医用红外热像仪, 灵敏度高, 当温度变化超过0 .05 ℃时 ,就可以检测和记录到这种变化, 显示出异常高温的部位。

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