红外成像技术在医学中的应用技术及应用.docx

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红外成像技术在医学中的应用技术及应用

能力拓展训练任务书

学生姓名：

青蛙哥专业班级：

电子科学与技术0803班

指导教师：

封小钰工作单位：

信息工程学院

题目：

红外成像技术在医学中的应用技术及应用

初始条件：

具有扎实的电子科学与技术专业基本理论和系统的专业知识；具备初步的文献查阅和专题调研技能；一定的中英文文献阅读与综合能力。

要求完成的主要任务：

1.在电子科学与技术专业体系范围内确定选题，题目自拟。

2.查阅与选题相关的文献资料，通过对文献资料的阅读分析与综合，写出调研报告；要求报告内容的可读性强，撰写格式规范，图标的使用正确，参考文献的引用恰当；字数不少于6000字，参考文献不少于10篇，其中外文文献不少于2篇。

时间安排：

1．2011年7月8日分班集中，能力拓展训练任务；讲解训练具体实施计划、报告格式的要求与答疑事项。

2．2011年7月11日至2011年7月15日完成选题的确定、资料查阅、能力拓展训练报告的撰写。

3.2011年7月16日提交能力拓展训练报告书，进行验收和答辩。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

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

Abstract

Infraredthermalimagingtechnologyasaresultofthemilitaryneedstodeveloprapidly,andgraduallytothecivildomaininfiltration.Sincethefirstapplicationinbreastcancerdiagnosis,infraredthermalimagingtechnologyiswidelyusedinmedicaldiagnosis,peoplepaymoreandmoreattentiontothedevelopmentofthistechnology.Medicalinfraredthermalimagingtechnologyisarecordofhumanthermalimagingdevice,andX-CT,magneticresonance,B-modeultrasonographytoexaminethemorphologicalstructureconsistingmainlyofmedicalimagingtechnologyhasirreplaceablecomplementaryeffect,isthemodernmedicalimagingisanewbranch.Mainlyintroducedtheinfraredthermalimagingtechnologyinthemedicalfield,expoundsthedevelopingsituationandprincipleofmedicalapplications,andthefuturedevelopmentisprospected.

Keywords：

infraredthermalimagingtechnologyapplicationinmedicinemedicaldiagnosismedicalcare

1引言

早在1800年，英国天文学家WilliamHirschel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。

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

2.1光纤通信技术的定义

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。

2.2红外热成像技术的应用原理

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”[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2~20μm（远红外区）之间，其中8~14μm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9.3482μm，所以通常选用敏感波长为8~14μm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红外技术在医学领域应用的历史，现状，和前景

早在1800年，赫胥尔在一次物理实验时，意外的发现了红外辐射，人类才刚刚获得这种新的感知，认知到这种不可见光的存在，于是黑暗突然不再存在，纵然是漆黑之夜，到处都闪耀着从一切物质不断发射出来的红外辐射的光芒，红外技术的发展有着较长的历史，但直到二十世纪末才逐渐形成为一门独立的综合性工程技术，上世纪六十年代后期，红外技术在军事，科学，工农业生产，医学，等各方面的应用都有了较快的发展，且显示巨大的潜力。

热技术在医学领域的研究早在1870年，世界上诞生了能够测知人体温度的水银温度计开始达到高潮，提示人们人体的体温是何等的重要，也趋势了成千上万的科学家，用更加先进的方法和手段来研究人的体温和及其分布，想从中探讨人的生命的秘密，这种研究和探讨孕育和推动了医用红外热像技术的诞生和发展。

1936年红外热像技术开始在临床上使用，1961年十月，英国伦敦的一名医学专家用红外扫描以拍摄了世界上第一张乳腺癌的热像图并发表了报告，引起了世界各国的广泛关注。

医用红外热像仪技术在我国起步较晚，1976年以前还是一片空白，直到上世纪80年代，我国才初步有了真正意义上的医用红外热像仪，但由于当时的科学技术条件和生产制造工艺水平，其温度分辨率，空间分辨率，和医学分析软件，都远远不能达到医学深入研究的要求。

随着计算技术和红外热像技术以及各种技术的飞速发展，红外技术在医学领域的研究和应用已扩展到临床的各个领域。

今天科学技术已发展到登峰造极的地步，而所有这些，只有一个目的，就是为人类服务，人类期待长生不老，期待无疾而终，而现实又是如此的无情，人类的生老病死，新陈代谢，是自然规律，这也只好在我们有限的生命里，提高我们的生活质量。

提高我们的健康水平，于是红外热相技术为搜索人类新陈代谢过程，和未来预测医学开启了新的纪元。

从形态学的诊断到功能性的诊断，一直是人类的追求和梦想，就医学而言，人们对于疾病的理解首先是不适感，当人们自身感到这种身体的不适时，患者才会去找大夫，能够迅速的做出准确的诊断，但在大多数情况下，检查并不十分有效，特别是当疾病特征不明显，疾病原因比较复杂时，检查不得不借助先进的医疗设备辅助检查，已获得更多的有关疾病组织的信息，为诊断提供依据。

尽管这些先进的医疗设备能够透视到机体内部，甚至能够达到全方位的透视，比如，磁共振成像，超声成像，X-CT成像等。

且能提供一些有关生化和病理信息，但所有这些技术都有一个根本的制约，那就是他们只能显示机体组织形态的变化，却不能完全反映出机体组织的功能性变化，当机体内部发生结构性病变时，实际上已发生了质的变化，只有量的积累，才有质的结果，在机体内部发生组织形态变化之前，功能性病变已经发生，所以诊断不仅要看机体内部的组织状态是什么样子，更重要的是要知道他所看到的组织是正常的还是异常的，是健康的还是病态的，或者是出于正在改变之中。

面对疾病，现有医疗技术手段已经显露出其苍白和无力，如果把亚健康也纳入到视野中来，现有的医学技术就会使人们对当先人类征服疾病的能力更加缺乏信心。

对于未来医学而言。

人类希望利用高度发达的技术实现的不仅仅是对有明显不适感的疾病的诊断，更重要的是防患于未然。

实现早期发现，早期治疗。

正是在这种背景下，在医学成像经历了从声，光，电，磁。

一个世纪的探索之后，人类终于在红外热成像技术方面实现了突破。

使得功能性病变的诊断，成为可能，这就是医用红外热像仪诊断系统。

4红外技术在医学上的应用

人体是一个天然红外辐射源。

人体皮肤的红外辐射波段为3-50mm。

当人体患病时，人体的热平衡受到破坏，因此通过红外技术测定人体的变化是临床医学诊断疾病的一项重要指标。

4.1红外技术在医学检测上的应用

医用热像仪技术用于临床诊断已有几十年的历史，现已可用于多种疾病的诊断。

医用热像仪已成为诊断浅表肿瘤、血管疾病和皮肤病症等的有效工具，在医疗学科研究中，热像仪在医学中的应用已成为一个专门的研究课题。

下面将热像仪在医学上的应用情况作一简要介绍。

4.1.1乳腺瘤的早期诊断

红外热像仪引入医学领域，首先从检查乳腺开始。

对于健康的妇女，两侧乳房的热图是对称的，任何乳房热图的不对称性往往与疾病和细胞活性有关，更多地与肿瘤有关。

恶性肿瘤周围血管丰富，其温度大多高于正常组织。

研究表明，大多数乳腺癌的热图像具有明显的不对称性，患侧的乳房热图像呈明显的局域性热区，乳晕周围也明显出现高温。

据上海乳腺疾病专家医疗会诊中心对276例临床检测资料介绍，他们用rxy-1型热像仪（温度分辨率＜0.1℃），检查276例育龄妇女，乳腺热图大体上分为三种类型，即网状型、多血型和少血型。

其中临床拟诊人乳腺癌的4例，热图检测均表现为显著的局限性热区，温度均在1.0℃以上，与临床和病理诊断一