醫(yī)用課程設(shè)計(jì)

1、醫(yī)用電子學(xué)課程報(bào)告學(xué) 號(hào)：201004320201、 03、 27學(xué)生姓名：吳勝斌、譚漢寧、吳惠敏專(zhuān) 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)指導(dǎo)教師：趙素文桂林航專(zhuān)電子工程系年十二月醫(yī)用紅外熱成像儀概述摘要：紅外熱成像為人類(lèi)疾病的研究及早期發(fā)現(xiàn)，提供了有效的科學(xué)依據(jù)， 也為人們的健康檢查提供諸多方便。主要通過(guò)熱成像系統(tǒng)采集人體紅外輻 射，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，形成偽色彩熱圖，利用專(zhuān)用分析軟件，經(jīng)專(zhuān)業(yè)醫(yī) 師對(duì)熱圖分析，判斷出人體異常的部位、疾病的性質(zhì)和病變的程度，為臨 床診斷提供可靠依據(jù)。本文對(duì)醫(yī)用紅外熱成像儀的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行討論。 關(guān)鍵詞：醫(yī)用紅外熱成像儀人體紅外輻射熱圖分析醫(yī)用紅外熱像儀是醫(yī)學(xué)技術(shù)、紅外遙感技術(shù)與

2、計(jì)算機(jī)軟件及信息技術(shù)結(jié)合的 產(chǎn)物，它是一種記錄人體熱場(chǎng)的影像裝置，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的一個(gè)嶄新分支。 人體是一個(gè)天然的生物發(fā)熱體，由于解剖結(jié)構(gòu)、組織代謝、血液循環(huán)神經(jīng)功能狀 態(tài)的不同，機(jī)體各部熱場(chǎng)不同。正常的機(jī)體狀態(tài)有正常的熱圖，異常的機(jī)體狀態(tài) 有異常的熱圖。機(jī)體的功能狀態(tài)發(fā)生變化，必然導(dǎo)致機(jī)體熱場(chǎng)的變化。醫(yī)用紅外 熱像儀通過(guò)紅外攝像，以熱圖的形式客觀的實(shí)時(shí)記錄，動(dòng)態(tài)的監(jiān)視機(jī)體的這種變 化，使用IAS影像擷取專(zhuān)用軟件加以分析比較診斷，為預(yù)防、保健、治療提供 了客觀的熱場(chǎng)變化信息。醫(yī)用紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展史：最早使用生物熱學(xué)診斷技術(shù)的記錄可以在大約公元前480年希波克拉底（希 臘名醫(yī)）的著作中找

3、到。方法是將病人的身體表面涂滿泥巴，觀察什么部位十的 最快，以此判斷器官疾病情況。20世紀(jì)50年代，軍隊(duì)開(kāi)始使用紅外熱成像技術(shù) 監(jiān)控夜間行進(jìn)的隊(duì)伍，引領(lǐng)了熱成像診斷技術(shù)的新紀(jì)元。到了 20世紀(jì)50年代中 期紅外熱成像技術(shù)允許醫(yī)學(xué)目的的應(yīng)用。紅外熱成像技術(shù)第一次的診斷應(yīng)用是在 1956年，Lawson發(fā)現(xiàn)患有乳癌的乳房皮膚表面溫度要高于正常的組織溫度。他 還發(fā)現(xiàn)癌癥患者的血管溫度要高于動(dòng)脈溫度。在1972年美國(guó)衛(wèi)生教育和福利部發(fā)表一篇論文，其中部長(zhǎng)Thomas Tiernery 寫(xiě)到，“醫(yī)學(xué)顧問(wèn)證實(shí)當(dāng)前紅外熱成像技術(shù)作為一種診斷技術(shù)在以下4個(gè)領(lǐng)域的 發(fā)展已經(jīng)超越了實(shí)驗(yàn)階段：（1）女性乳房病理檢查

4、；（2）”。1982年1月29 日，美國(guó)食品藥品監(jiān)督局批準(zhǔn)紅外熱成像技術(shù)做為一種乳癌成像檢測(cè)手段。20 世紀(jì)70年代之后，大量的醫(yī)學(xué)中心和診所開(kāi)始將紅外熱成像技術(shù)用于各種目的 的診斷。功能及臨床意義：2.1功能用途：1、軟組織疼痛由于疼痛區(qū)域必然伴有異常代謝變化，這些變化導(dǎo)致溫度的變化 利用醫(yī)用紅外熱像儀記錄與疼痛伴隨的溫度變化反映疼痛的性質(zhì)、程度、范 圍，為臨床診斷提供更全面的影像學(xué)依據(jù)。2、炎癥紅腫熱痛是炎癥的最基本特征，凡是急性炎癥，病灶處溫度一定是高溫， 慢性炎癥灶處，溫度就會(huì)下降；若慢性炎癥灶急性發(fā)作，則可能出現(xiàn)高低溫 交錯(cuò)的情況；利用醫(yī)用紅外熱像儀記錄炎癥灶的溫度變化對(duì)臨床診斷治療

5、有 重要的指導(dǎo)價(jià)值。3、血管病變紅外熱圖可檢測(cè)血管性病變，特別是肢體血管的供血狀態(tài)。凡是動(dòng) 脈病變影響供血，其遠(yuǎn)端一定是低溫；凡是靜脈病變，一定是偏高溫改變； 與其它手段如超聲多普勒，皮溫計(jì)測(cè)量等相比，利用醫(yī)用紅外熱像儀記錄血 管溫度變化的紅外熱圖顯得既方便又直觀。4、腫瘤腫瘤診治的核心是早期發(fā)現(xiàn)，利用醫(yī)用紅外熱像檢測(cè)和記錄病變位的溫 度變化對(duì)早期診斷腫瘤有較明顯的優(yōu)勢(shì)；并且由于熱像儀無(wú)任何射線發(fā)出， 對(duì)機(jī)體無(wú)任何不良影響，因此又是全程監(jiān)視，療效評(píng)估的最理想手段。5、乳腺醫(yī)用紅外熱像儀可廣泛應(yīng)用于各種乳腺疾病檢測(cè)，尤其是乳腺癌的早期 檢查，其優(yōu)勢(shì)是精確度高，可大大降低活檢比例，并可區(qū)分良、惡性

6、腫塊。6、健康體檢醫(yī)用紅外熱像儀檢查無(wú)輻射、無(wú)副作用，適合輔助大量的醫(yī)務(wù)檢查 工作；熱像圖所顯示的異常熱區(qū)或低溫區(qū)，反映了人體全身的健康狀況及潛 在疾病的部位，有綠色體檢王的美譽(yù)。2.2臨床意義：醫(yī)用紅外熱像儀是一種新型醫(yī)用診斷設(shè)備，采用世界先進(jìn)的非致冷焦平面紅 外探測(cè)技術(shù)，接收人體輻射出的紅外線，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理以熱圖的形式客觀地記 錄人體的熱場(chǎng)，經(jīng)專(zhuān)用軟件加以分析比較，反映機(jī)體的功能狀況。其診斷結(jié)果與 CT、MRI、B超等結(jié)構(gòu)影像學(xué)結(jié)合，既了解患者的組織結(jié)構(gòu)情況，又能了解該組 織的功能狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)影像和功能影像結(jié)合，是理想的現(xiàn)代影像學(xué)診斷方法。紅 外熱像儀的應(yīng)用將使許多疾病得到早期發(fā)現(xiàn)，疾病

7、規(guī)律得到更全面認(rèn)識(shí)，疾病性 質(zhì)得到更確切診斷，有利于醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高。醫(yī)用紅外熱像儀的特點(diǎn)：1、綠色檢查儀器只被動(dòng)接收被檢者輻射的紅外線，對(duì)被檢查者無(wú)任何傷害或副 作用。2、結(jié)果客觀遙感測(cè)量方式，不改變被測(cè)目標(biāo)原狀態(tài)參數(shù)，保證了測(cè)量的真實(shí)性 和客觀性。3、快速成像采用320X240非致冷紅外焦平面探測(cè)技術(shù)，每秒可采集50幀紅外 熱圖，診斷效率高。4、圖像清晰溫度分辨率為0.08C，目標(biāo)測(cè)溫范圍20C40C，所呈圖像清晰、 直觀。5、操作簡(jiǎn)便軟件可控制云臺(tái)多角度轉(zhuǎn)動(dòng)，強(qiáng)大的圖像處理技術(shù)，使用方便?；窘Y(jié)構(gòu)和工作原理3.1醫(yī)用紅外熱成像儀基本結(jié)構(gòu)：1、攝像頭部：有紅外光學(xué)系統(tǒng)

8、、光機(jī)掃描裝置、紅外深測(cè)器（傳感器）、杜瓦 瓶致冷系統(tǒng)、前置放大器、同步信號(hào)與調(diào)焦系統(tǒng)及控制電路系統(tǒng)等組成。紅 外深測(cè)器是紅外熱像儀的關(guān)鍵部件，對(duì)紅外線敏感元件性能的好壞直接影響 圖像質(zhì)量。目前成用的是碲鎘汞（HgCdTe），此外鍺（Ge）、硅（Si）、硫 化鉛（PbS）、錮家神（InGaAs）、鉭酸鋰（LiTa03）、鈮酸鋰（LiNb03）等。 近年來(lái)國(guó)外又有一些新的材料投入使用。2、信號(hào)處理與顯示：攝像頭獲取的信號(hào)（光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)），必須經(jīng)預(yù)處 理（如放大、濾波等），有前置放大器和主放大器放大到一定電平之后便進(jìn) 入信號(hào)處理機(jī)。同時(shí)進(jìn)入的信號(hào)還有同步信號(hào)、參照黑體信號(hào)等。信號(hào)處理 機(jī)的主

9、要功能是恢復(fù)圖像信號(hào)的直流電平，使信號(hào)電平與熱成像儀所測(cè)溫度 顯對(duì)應(yīng)關(guān)系；補(bǔ)償環(huán)境溫度對(duì)攝像頭部的影響。再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理并顯示。為 了便于識(shí)別，可將通常的黑白灰度圖像（10級(jí)）轉(zhuǎn)換為不同顏色的圖像，稱 為偽彩色顯示。3、監(jiān)視器：為顯示圖像的終端設(shè)備，從監(jiān)視器上可觀察由攝像頭所獲取的熱圖 像。監(jiān)視器的掃描必須與攝像頭掃描相一致，實(shí)現(xiàn)同步掃描。3.2紅外熱成像的基本原理：熱成像又稱紅外熱成像，此技術(shù)可以使人眼不能直接看到的目標(biāo)的表面溫度 分布變成人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布圖。紅外熱成像技術(shù) （Thermography）是利用紅外輻射照像原理，遙測(cè)人體體表溫度分布狀態(tài)的一種現(xiàn) 代物理學(xué)檢測(cè)技術(shù)

10、。它所攝取的圖像稱為紅外熱成像圖或紅外熱像圖，簡(jiǎn)稱熱圖。皮膚是人體溫度的輻射器，是散熱最重要的場(chǎng)所，人體散熱主要通過(guò)皮膚的 熱輻射，傳導(dǎo)、對(duì)流、蒸發(fā)散熱是其次要途徑。醫(yī)用紅外熱像圖精確的、動(dòng)態(tài)的記錄了人體體表溫度分布和變化狀態(tài)，是研 究人體溫度變化、觀察機(jī)體功能狀態(tài)變化的一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)。用物理學(xué)的觀點(diǎn) 來(lái)看，人體是一個(gè)天然的紅外輻射源。這種紅外輻射能與人體的血液循環(huán)、組織 代謝、神經(jīng)的功能狀態(tài)和組織鮮剖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。正常的機(jī)體功能狀態(tài)有正常的 熱圖，異常的機(jī)體功能狀態(tài)有異常的熱圖。比較和分析正常、異常熱圖的差異和 規(guī)律，就可用于診斷、推論機(jī)體的生理、病理狀態(tài)。結(jié)合臨床和其它檢查結(jié)果， 對(duì)臨床

11、疾病的診斷、鑒別診斷和治療有重要的指導(dǎo)和輔助診療作用。儀器的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品（或相關(guān)研究）現(xiàn)狀和發(fā)展方向20世紀(jì)50年代，軍隊(duì)開(kāi)始使用紅外熱成像技術(shù)監(jiān)控夜間行進(jìn)的隊(duì)伍，引領(lǐng) 了熱成像診斷技術(shù)的新紀(jì)元。到了 20世紀(jì)50年代中期紅外熱成像技術(shù)允許醫(yī)學(xué) 目的的應(yīng)用。紅外熱成像技術(shù)第一次的診斷應(yīng)用是在1956年，Lawson發(fā)現(xiàn)患有 乳癌的乳房皮膚表面溫度要高于正常的組織溫度。醫(yī)用紅外熱像儀是一種用來(lái)深 測(cè)目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)處理等手段，將目標(biāo)物體的溫 度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的高科技產(chǎn)品。紅外熱像儀行業(yè)是一個(gè)發(fā)展前景非常廣闊的新型高科技產(chǎn)業(yè)，紅外熱像儀廣 泛應(yīng)用于民用兩個(gè)領(lǐng)域。在現(xiàn)

12、代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，紅外熱像儀已在衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī) 等軍事武器上獲得了廣泛的應(yīng)用；同時(shí)，隨著非制冷紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，尤 其是隨著產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中生產(chǎn)成本的大幅度按降低，紅外熱像儀已在電力、消防、 工業(yè)、醫(yī)療、安防等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)得到了非常廣泛的應(yīng)用。紅外熱像儀行業(yè)源于美國(guó)，最開(kāi)始應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著非制冷紅外技術(shù)的 發(fā)展，紅外熱像儀行業(yè)在民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且正展現(xiàn)出更為廣闊的 市場(chǎng)需求。2006年，全球民用紅外熱像儀的銷(xiāo)售額為16.3億美元，同比增長(zhǎng)17.35%， 呈現(xiàn)出較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，紅外熱像儀銷(xiāo)售額的快速增長(zhǎng)主要來(lái)源于新應(yīng)用領(lǐng)域的 不斷擴(kuò)大。目前，紅外熱成像儀技術(shù)已漸漸成熟，但市場(chǎng)

13、需求還處于不斷成熟的 過(guò)程中，市場(chǎng)供求關(guān)系將維持供略小于求得市場(chǎng)格局。未來(lái)5年，全球民用紅外 熱像儀市場(chǎng)的供給將以13%的速度增長(zhǎng)，中國(guó)民用紅外熱像儀市場(chǎng)供給將以年均 18%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2012年全球民用紅外熱像儀市場(chǎng)供給將達(dá)到40.05億美 元，中國(guó)民用紅外熱像儀市場(chǎng)供給將達(dá)到10.15億元。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的快速發(fā)展，中國(guó)紅外熱像儀行業(yè)具有巨大的發(fā)展空間。 軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)需要大量的紅外熱像儀，我國(guó)軍用紅外熱像儀市場(chǎng)容量就可達(dá)到 23萬(wàn)套，以每套10萬(wàn)元（目前大部分軍用紅外熱像儀實(shí)際售價(jià)遠(yuǎn)超10萬(wàn)元） 來(lái)計(jì)算，其市場(chǎng)遠(yuǎn)景需求量可達(dá)230億元；從長(zhǎng)期來(lái)看，民用領(lǐng)域的潛在市場(chǎng)需 求很大，

14、應(yīng)用于消防、電力、建筑、安防等民用領(lǐng)域，我國(guó)紅外熱像儀在這些行 業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，發(fā)展間巨大；中國(guó)紅外熱像儀的研究與開(kāi)發(fā)涉及到關(guān) 學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)、物理學(xué)、圖像處理、新材料、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科，研制的難度 非常高。近幾年來(lái)，以大立科技為首的紅外熱像儀生產(chǎn)企業(yè)通知人才引進(jìn)、技術(shù) 攻關(guān)和加大投入，在紅外熱像儀核心零部件（如探測(cè)器）的開(kāi)發(fā)以及紅外熱像儀 新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方面獲得重大的突破，使得我國(guó)紅外熱像儀的研究開(kāi)發(fā)能力得到了 很大的提高。在民用紅外熱像儀行業(yè)，現(xiàn)在已逐步形成了大立科技、廣州颯特和 武漢高等占據(jù)了 60%的民用市場(chǎng)的市場(chǎng)格局，產(chǎn)業(yè)幾句現(xiàn)象比較明顯。觀點(diǎn)小結(jié)通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，在收獲知識(shí)

15、的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在 此過(guò)程中，我們通過(guò)查找大量資料以及不懈的努力，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考的能力， 在各種其它能力上也都有了提高，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不 斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。我們就是以此心態(tài)對(duì)待此次的課程設(shè)計(jì)的， 所謂“態(tài)度決定一切”，于是偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約有以下 幾點(diǎn)：一、溫故而知新。課程設(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無(wú)，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí) 不夠扎實(shí)的我們深感“書(shū)到用時(shí)方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”， 便重拾課本，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行梳理終于掌握了基本理論知識(shí)，學(xué)會(huì)了 如何思考的思維方式。二、創(chuàng)新求發(fā)展。“創(chuàng)新”目前在我國(guó)提

16、升到國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略地位，足見(jiàn)“創(chuàng)新” 的舉足輕重。而醫(yī)用電子諸多產(chǎn)品上市之初及以后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，由于核心 技術(shù)受制與國(guó)外，原本前景看好的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)卻使國(guó)內(nèi)醫(yī)用電子產(chǎn)品生產(chǎn)商無(wú) 利可圖或圖的僅僅蠅頭小利，只因核心技術(shù)受制與人。因此，我們要從小處 著手，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流。三、過(guò)而能改，善莫大焉。至善全美是人類(lèi)永恒的追求。但是，不從忘卻“金無(wú) 足赤，人無(wú)完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯(cuò)亦是全美。在 課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。四、學(xué)海無(wú)涯，學(xué)無(wú)止境。盡管課程設(shè)計(jì)是在期末才開(kāi)始，我們的教材學(xué)習(xí)完畢， 掌握許多知識(shí)，但是還有很多地方理解不到位。由于對(duì)醫(yī)用紅外熱

17、成像儀所 知甚少，只得參考其他文獻(xiàn)。徹悟?qū)W海無(wú)涯只有苦來(lái)作舟，學(xué)無(wú)止境只有書(shū) 來(lái)伴。綜上所述，課程設(shè)計(jì)誠(chéng)然是一門(mén)，給我們很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及專(zhuān)業(yè)技能上的提 升，同時(shí)又是一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，一門(mén)辯思課，給了我們?cè)S多道，給了我們很多思，給 了我們莫大的空間。參考文獻(xiàn)黃力宇.醫(yī)學(xué)成像的基本原理.北京：電子工業(yè)出版社,2009,21-25余學(xué)飛,吳建剛等.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)J.醫(yī)學(xué)電子儀器的結(jié)構(gòu)和工作方式，第 2 版,2007,123-126潘慧，戴申倩.醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像實(shí)用技術(shù)J.醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像實(shí)用技術(shù),2010,142-148李天鋼，馬春排.生物醫(yī)學(xué)測(cè)量與儀器設(shè)計(jì)-原理與設(shè)計(jì)J.人體信號(hào)分類(lèi)、信號(hào)獲取 與處理,2009,112-116李曉剛，付冬梅.紅外熱像檢測(cè)與診斷技術(shù)J.紅外熱像圖處理及其軟件系 統(tǒng)，2006,28-31 HYPERLINK /view/af3220bc960590c69ec37624.html /view/af3220bc