Medical Imaging Technology
红外热像在医学上的应用
红外热像检查的特点 非接触，无损伤 测量时间短
体表温度的高精度测量 检查结果直观，易理解
适用范围 •血液循环障碍：动静脉瘤、血管畸形、淋巴浮肿等 •代谢异常：皮肤疾病、皮下组织疾病等 •慢性疾病：头痛、后头神经痛、三叉神经痛等 •自律神经障碍：自律性神经疾病、脊髓神经疾病等 •炎症：各种表在性急性炎症、风湿性关节炎等 •肿瘤：乳房肿瘤、甲状腺肿瘤、皮肤肿瘤等 •体温异常：温度中枢异常、神经性食欲不振等
图像的灰度表示温度的高低，用亮表示温度高， 暗表示温度低。或用暖色和冷色表示温度高低。所显 示的图像实质上反映了目标表面各个部分的温差。
人体脏腑器官，或体内组织发生病变时，如有 温度的变化，通过导热，在皮肤表面产生温度变化， 在其对应的体表或穴位出现热区或冷区。然后通过辐 射传热，被红外热像仪接收，以热图形式表现出来。
Prof RK Wang, Cranfield
Depth (mm) Depth (mm)
0
0.5
1
1.5
B
Saline
D H M
B
2
0
1
2
3
4
transverse direction (mm)
B
5
0
Saline
0.5
1
D H M
1.5
Stomach
2
0
1
2
3
4
5
transverse direction (mm)
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其他成像技术
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其他成像技术
热成像 活体光学成像 其他波段成像（如太赫兹）
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热成像
红外热成像(表面成像)
微波成像（内部成像、浅）
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High resolution optical images of a 5-day old rat at the chest (left) and abdomen (right), where dermis (D), hypodermis (H), muscle (M), bone (B), stomach, and other features are delineated.
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红外成像原理
温度、波长和能量之间的 关系（普朗克定律）
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红外成像原理
从上图 可以看出：曲线下的面积为该温度下的总能量，随温度的增加而迅速增加； 峰值波长随温度的增加向短波移动。人体的温度是恒定的，约为37℃，皮肤的温度 约为34℃，其红外峰值波长为9.4µm。
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活体光学成像
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为什么是近红外
光照射生物体的组织，被其表面反射、内部吸收 和散射而衰减。近红外谱区的光对各种物质的吸收系 数一般非常小，因而对较厚的生物组织也具有较高的 透过性，利用这些透射光可以获得各种生理信息，其 中还可获得相关组织氧合状态的信息。
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红外成像原理
斯蒂芬·玻耳兹曼定律
式中，W0(T)—绝对温度T 下的总能量，W·cm-2;； ε—物体发射率； σ—常数； T—绝对温度，K。
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红外成像原理
红外热像仪，将人体发出的不可见红外辐射能 量，通过光机扫描系统，光电转换探测器，信号处理 系统转变为可见的图像信号，显示在监视器上，称为 热图。
Optics is good because …
• Portable, low cost instrumentation • Safe, non-invasive • Spectroscopic information, oxygenation
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红外成像原理
凡是温度高于绝对零度的物体均发射出红外辐射。 人的体温37℃，人体皮肤的发射率0.98，可近似为一种 300K 的黑体。当室温低于体温时，人体即通过皮肤发射 出肉眼看不见的红外辐射能量，该能量的大小及分布与 温度成正比。当人体某些部位患病时，通常存在温度的 变化，有的温度升高(如炎症，肿瘤等)，有的温度降低 (如脉管炎，动脉硬化等)。借助于红外成像技术可以清晰 地、准确地、及时地发现人体由于不同原因而引起的微 小的温度变化。
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闭塞性动脉硬化 贝切特氏症 坐骨神经痛 脊椎管狭窄症
慢性关节炎 颈椎疼痛
针灸效果
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光学成像
光和组织的相互作用：吸收、反射、散射、干涉等 • 生物组织分两类： 强散射介质（不透明的） 弱散射介质（透明的） • 光学检测及成像：根据光在组织中传播的特性以及光 与组织相互作用的性质，选择合适的物理方法，提取出 （用于诊断的）有用信息。 • 散射介质传播： 利用光的相干特性(相干门）来选择弹道光子或最小散 射光子，进行成像，OCT ； 利用偏振特性来对特定的光子进行选择测量或成像，比 如：PS-OCT
几个名词
热 ：Thermal 红外：Infrared 热像图：Thermal Image/ Infrared Image 红外热像仪：Thermography
2007－10－12
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红外在电磁波谱中的位置
近红外：0.76 m-2~3 m 中红外： 2~3 m-15 m 以上：远红外、极远红外 人体：3－20m，峰值9.35 m
活体光学成像
生物发光成像（可见光，自发）
荧光成像（荧光、加ology
活体光学成像
在体生物光学成像属于内源性的光学成像, 即它的 发光源是体内荧光光源。其成像过程如下: 首先, 在体 外将荧光物质标记在分子探针(一种生物大分子) 上; 然 后, 将标记有荧光物质的分子探针注射入生物体内, 参 与生物体正常的生理活动; 经过血液循环等, 最终到达 特定靶分子所在的区域;荧光物质发射出近红外光, 从而 示踪特定靶分子、基因、细胞等的生理活动。