热断层成像课件

1第十章 红外线成像与热断层成像第十章 红外线成像与热断层成像红外辐射探测红外线目标红外线成像热断层成像第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像红外线成像第十章 红外线成像与热断层成像红外辐射探测红外线目标红外线成2第十章 红外线成像与热断层成像第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像第十章 红外线成像与热断层成像第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像第一节3第十章 红外线成像与热断层成像第一节第一节 红外探测器红外探测器 三、成像探测器一、热探测器二、光子探测器第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像第一节 红外探测器 三、成像探测器一、热探测器二、光子探测器4第十章 红外线成像与热断层成像红外辐射能电压、电流等（传感器）电能（探测器）红外探测器转变 从F.W.赫歇尔发现红外线时使用的涂黑灵敏温度计开始，随着固体物理学及半导体物理与器件的发展，根据红外辐射与物质相互作用时产生的各种次级效应，到目前已研制出多种结构新颖、灵敏度高、响应快的红外探测器。第一节第一节 红外探测器红外探测器 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像红外辐射能电压、电流等（传感器）电能（探测器）红外探测器转变5第十章 红外线成像与热断层成像近红外探测器中红外探测器远红外探测器 红外探测分类：低温探测器(需液态He、Ne、N2致冷)中温探测器(工作温度在195200K热电致冷)室温探测器按工作温度分按响应波长范围单元探测器多元列阵探测器成像探测器按结构和用途第一节第一节 红外探测器红外探测器 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像近红外探测器 红外探测分类：低温探测器(需液态6第十章 红外线成像与热断层成像根据入射辐射的热效应引起探测材料某一物理性质变化而工作一、热探测器探测材料因吸收入射红外辐射测量这些物理性质的变化就能够测量被吸收的红外辐射功率温度升高产生温差电动势、电阻率变化、自发极化强度变化 或者气体体积与压强变化等第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像根据入射辐射的热效应引起探测材料某一物理性质变化而工作一、热7第十章 红外线成像与热断层成像 原则上讲，热探测器是一类无选择性的探测器。热探测器的响应时间较长（一般为几毫秒或更长些）。一、热探测器 热探测器是依据辐射产生的热效应来测量入射辐射能量的吸收速率。或者说，热探测器的响应只依赖于吸收的辐射功率，与辐射的光谱分布无关。第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 原则上讲，热探测器是一类无选择性的探测器。热探8第十章 红外线成像与热断层成像(2)金属和半导体热敏电阻热辐射探测器(3)热释电探测器热探测器几种类型：(1)测辐射温差热电偶和热电堆(4)气动红外辐射探测器一、热探测器第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像(2)金属和半导体热敏电阻热辐射探测器(3)热释电探测器9第十章 红外线成像与热断层成像二、光子探测器 红外光子探测器 利用入射光子流与探测材料中电子之间直接相互作用，从而改变电子能量状态，引起各种电学现象称为光子效应。根据引起光子效应的大小可以测量被吸收的光子数。并依据所产生的不同电学现象，可制成各种光子探测器。第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像二、光子探测器 红外光子探测器 利用10第十章 红外线成像与热断层成像光子探测器几种类型：(1)光电子发射探测器(2)光电导探测器(3)光-伏探测器(4)光磁电探测器二、光子探测器 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像光子探测器几种类型：(1)光电子发射探测器(2)光电导11第十章 红外线成像与热断层成像二、光子探测器 与热探测器不同，光子探测器是探测光子数的吸收速率，探测器的响应正比于单位时间吸收的光子数。而且，欲使材料中的电子从体内逸出，或从束缚态激发到自由导电状态，吸收的光子能量 必须超过某一确定值。第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像二、光子探测器 与热探测器不同，光子探测器12第十章 红外线成像与热断层成像 对景物依次扫描时能形成图像,将单元探测器置于景物的像平面上,它将响应像上该点的平均辐照度三、成像探测器 如果移动光学系统或探测器，使它在像平面上扫描,则可得到像平面上辐射分布的按时间顺序排列的“图像”,它正好对应于物面的辐射分布单元探测器第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 对景物依次扫描时能形成图像,将单元探测器置于景物的像13第十章 红外线成像与热断层成像成像探测器三、成像探测器 由无数个单元探测器构成两类探测器的关键差别是成像探测器对整个像不间断地响应,而单元探测器则必须依次探测各个像素,由此可将多个单元探测器按线阵或面阵的结构组合成多元列阵成像探测器.观测时间不同第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像成像探测器三、成像探测器 由无数个单元探测器构成两类探14第十章 红外线成像与热断层成像按其工作原理可分成下列几种类型：1.热释电摄像管不同温度分布特殊热电材料靶面形成由图像产生电荷分布扫描电子束读出三、成像探测器 产生不同表面电荷分布第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像按其工作原理可分成下列几种类型：1.热释电摄像管不同温度分布15第十章 红外线成像与热断层成像2.光电子发射型成像探测器:(1)变像管 将红外图像变为可见光图像三、成像探测器 根据光电子发射随温度的变化而制成的热敏成像器件(2)热像管（光热离子变像管）两种使用较广的成像探测器：利用光阴极的外光电效应制成的成像器件。第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像2.光电子发射型成像探测器:(1)变像管 将红外图16第十章 红外线成像与热断层成像三、成像探测器 3.红外电荷藕合器件（CCD):以少数载流子作为信息代表存储于MOS电容器的反型层中，并通过电极下势阱进行传输。主要用于成像、存贮和模拟延迟等方面 以金属-氧化物-半导体技术为基础 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像三、成像探测器 3.红外电荷藕合器件（CCD):以少17第十章 红外线成像与热断层成像第二节第二节 红外热像仪红外热像仪 一、医用红外热像仪的原理二、医用红外热像仪的性能与参数三、红外热像仪的特点与临床应用第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像第二节 红外热像仪 一、医用红外热像仪的原理二、医用红外热像18第十章 红外线成像与热断层成像目标的热像图与目标的可见光图像不同目标的本身和背景之间的红外线差一、医用红外热像仪的原理热红外线形成的图像称为热像图红外图像形成不是人眼所能看到的目标可见光图像而是目标表面温度分布图像 表面温度分布 热像图（不能直接看到）（可以看到）转变第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像目标的热像图与目标的可见光图像不同目标的本身和背景之间的红外19第十章 红外线成像与热断层成像物体表面的辐射功率不仅决定于温度T 还依赖于物体表面的发射率 通过收集目标发出的整个光谱范围内的全部辐射能量来确定物体温度的方法一、医用红外热像仪的原理1.全辐射测温原理只在较宽波段范围内接受总辐射能的大部分辐射能量根据史蒂芬-玻尔兹曼定律不同物体发射率差异很大 不能只通过单一测量辐射出射度来测量温度。第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像物体表面的辐射功率不仅决定于温度T 通过收集目标发出的20第十章 红外线成像与热断层成像所得到的温度称为物体的辐射温度因发射率 1 故辐射温度总低于真实温度发射率越小 辐射温度与真实温度相差越大一、医用红外热像仪的原理若两者的接受辐射出射度相同，应有如下关系：1.全辐射测温原理通过黑体定标设黑体的温度为 所对应的辐射出射度为第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像所得到的温度称为物体的辐射温度一、医用红外热像仪的原理若两者21第十章 红外线成像与热断层成像通过测量目标在某一辐射光谱波段内的辐射功率来确定目标温度，所得到的是物体的亮温度 一、医用红外热像仪的原理2.单色测温原理即物体的亮度是在某一特征波长物体与温度为T的黑体光谱辐射出射度相等，如目标的光谱发射率 已知可知测温仪接收到的辐射出射度只与温度有关取 为单位波长 在 C2 时亮温度定义从第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像通过测量目标在某一辐射光谱波段内的辐射功率来确定目标温度，所22第十章 红外线成像与热断层成像用黑体标定温度TBB 的黑体辐射能量应等于温度T 的目标辐射能量测试波长选的越短由发射率引起的误差就越小测量低温目标宜选用长波波长测量高温目标宜选用短波波长=于是得一、医用红外热像仪的原理2.单色测温原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像用黑体标定测试波长选的越短由发射率引起的误差就越小=于是得一23第十章 红外线成像与热断层成像3.比色测温原理 影响因素：材料的性质 表面状况 温度范围 辐射波长 发射角度等一、医用红外热像仪的原理难以精确确定 包含误差全辐射测温和单色测温都必须预知被测目标的发射率第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像3.比色测温原理 影响因素：一、医用红外热像仪的原理难以精24第十章 红外线成像与热断层成像比色测温 根据两个波段辐射能量的比值来测定物体的温度一、医用红外热像仪的原理假定在这两个波段范围内发射率相等或变化缓慢辐射能量的比值就主要决定于被测物体的表面温度而与被测目标的发射率无关3.比色测温原理 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像比色测温一、医用红外热像仪的原理假定在这两个波段范围内发射率25第十章 红外线成像与热断层成像并假定 选定为单位波长，且 C2，利用黑体标定目标温度，则得出两个波长的辐射出射度比的表达式为：一、医用红外热像仪的原理3.比色测温原理 若从式出发 所得到的温度是物体的色温度 经整理得第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像并假定 选定为单位波长，且 C2，利26第十章 红外线成像与热断层成像红外热像仪 利用红外探测器、光学成像物镜和光-机扫描系统，采用特殊的测温方法把红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上一、医用红外热像仪的原理 在光学系统和红外探测器之间，有一个光-机扫描机构（焦平面热像仪无此机构）对被测物体的红外热像进行扫描并聚焦在单元或分光探测器上由探测器将红外辐射能转换成电信号经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图这种热像图与物体表面的热分布场相对应第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像红外热像仪一、医用红外热像仪的原理 在光学系统27第十章 红外线成像与热断层成像热像仪原理框图热像仪原理框图聚光滤波信号预处理扫描电路伪彩色编码帧存编码A/D转换除噪校正背景存储监视器D/A转换微处理器读写控制红外辐射一、医用红外热像仪的原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热像仪原理框图聚光滤波信号扫描电路伪彩色编码帧存编码A/D转28第十章 红外线成像与热断层成像人体红外辐射非常微弱二、医用红外热像仪的性能与参数容易受到其他外界因素的影响描述红外热像仪的性能是一个比较复杂而宽泛的问题指标主要有：视场 空间分辨率 温度分辨率帧时 测温范围 波长范围等第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像人体红外辐射非常微弱二、医用红外热像仪的性能与参数容易受到其29第十章 红外线成像与热断层成像 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在监视器上以热像图的形式显示出来三、红外热像仪的特点与临床应用图像的灰度表示温度的高低用“亮”表示温度高 用“暗”表示温度低或用暖色和冷色表示温度高低第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 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30第十章 红外线成像与热断层成像热像图的识别及病灶的分辨，需要临床经验的积累和与其它诊断方法的比对等。三、红外热像仪的特点与临床应用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，被红外热像仪接收最终形成热像图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热像图的识别及病灶的分辨，需要临床经验的积累和与其它诊断方法31第十章 红外线成像与热断层成像如头部、颈部、胃肠、乳腺、肺部、肝、胆、心血管、前列腺、脊椎、四肢血管等特别是炎症、肿瘤、周围神经疾病、疼痛、腹腔不明出血等疑难病症诊断效果尤为突出，对判断是充血性炎症，还是缺血性炎症(含妇科)非常明显。三、红外热像仪的特点与临床应用红外热成像能精确给出人体温度分布用以研究人体健康情况是一种无创伤检查手段很多疾病会引起温度改变，对特定的器官，特殊的疾病有特殊 的诊断效果第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像如头部、颈部、胃肠、乳腺、肺部、肝、胆、心血管、前列腺、三、32第十章 红外线成像与热断层成像医用热像仪不仅在临床阶段使用三、红外热像仪的特点与临床应用实践证明疾病在出现结构和形态变化之前病灶区即呈现温度的变化变化范围的大小、形状和温差的大小反映了疾病的性质和程度，所以医用红外热像仪可以提前阳性发现期为患者赢得了宝贵的确诊时间实现早期治疗热像图检测手段越来越受到人们的关注和欢迎而且可以提前到预防和保健阶段第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像医用热像仪不仅在临床阶段使用三、红外热像仪的特点与临床应用实33第十章 红外线成像与热断层成像医用红外热像仪接受人体表面的不同部位上辐射出的不同强度的红外线通过光机扫描将红外辐射能量转为电子视频信号经过处理后形成被测物体的红外热像图像用来进行疾病的诊断和人体功能状态的分析及研究是一种应用领域非常广泛的诊断仪器三、红外热像仪的特点与临床应用第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像医用红外热像仪三、红外热像仪的特点与临床应用第一节 红外探测34第十章 红外线成像与热断层成像通过其专用的软件对所存储的热图进行具体的分析为临床诊断提供可靠的依据具有广阔的医疗应用前景三、红外热像仪的特点与临床应用优点：体积小 重量轻温度分辨率高测温精确等图像质量高，符合临床医学诊断的要求第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像通过其专用的软件三、红外热像仪的特点与临床应用优点：体积小 35第十章 红外线成像与热断层成像2003年 香山科学会议第207次学术讨论会中文名称定名为热断层技术。热断层技术早期在中国曾称为热扫描成像技术、热CT。2001年6月 美国休士顿建议将这种具有观测热源深度的热成像技术定名为thermal texture maps system，简称TTM系统。第三节第三节 热断层成像热断层成像 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像2003年 香山科学会议第207次学术讨论会 36第十章 红外线成像与热断层成像 综合诊断功能在某些方面优于目前世界先进的其它类型影像诊断设备 该系统与一般红外热像仪不同之处是经过热断层可以测出热源的深度、形状、及热辐射值，探测器灵敏度高。是九十年代继X-CT、MRI、超声、核医学成像等四大医学影像技术之后的又一突破。第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像第三节第三节 热断层成像热断层成像 热断层成像系统（thermal texture maps system，TTM)综合诊断功能在某些方面优于目前世界先进的其它37第十章 红外线成像与热断层成像第三节第三节 热断层成像热断层成像 一、热断层成像技术产生的技术背景二、热断层(TTM)技术的物理学原理三、热断层成像系统结构及组成四、热断层成像系统应用特点及前景第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像第三节 热断层成像 一、热断层成像技术产生的技术背景二、热断38第十章 红外线成像与热断层成像 一、热断层成像技术产生的技术背景热是自然界中存在的声、光、电、磁和热五种能量之一红外线仅是热辐射频谱中的一小段热能的辐射远比红外线波段宽得多细胞新陈代谢过程中产生的热称为细胞代谢热细胞代谢热与细胞的种类有直接的关系同类细胞代谢热的强度直接与细胞的活性相关体表细胞代谢热很容易被检测到但易受到周围环境热和人体自身状态的影响第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 一、热断层成像技术产生的技术背景热是自然界中存在的声、光、39第十章 红外线成像与热断层成像因此红外热像技术在医学临床的应用很难被认可红外热像技术基于检测体表温度来诊断疾病受干扰多对疾病诊断的灵敏度和特异性都不高 一、热断层成像技术产生的技术背景第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像因此红外热像技术在医学临床的应用很难被认可红外热像技术 一、40第十章 红外线成像与热断层成像 20世纪80年代，我国科技人员开展了有关人体体内细胞代谢热和体表温度的分布关系的研究，从热传递和辐射的基本理论方面获得了突破。提出了热断层的基本理论：体内细胞代谢热传递到体表的分布与热源的深度满 足高斯曲线的半功率点的规律研制出了世界第一台热断层成像系统 一、热断层成像技术产生的技术背景第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 20世纪80年代，我国科技人员开展了有关人41第十章 红外线成像与热断层成像 二、热断层（TTM）技术的物理学原理不同细胞的热由体内向体表传递均有一定规律Pennes生物能-热能转换等式人体是一个天然热辐射体，几乎接近黑体辐射体内细胞在进行新陈代谢的过程中产生热辐射不同细胞产生的热量形成一个动态的热平衡体1.人体热源理论第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 二、热断层（TTM）技术的物理学原理不同细胞的热由体内向体42第十章 红外线成像与热断层成像上式表示通过组织传导的热，组织代谢热容量和被等价于动、静脉温度差的单位血流灌注率 Pennes生物能-热能转换等式K是热传导率，qm 是组织热容代谢率 是特定热容乘积，T 是未知组织温度Ta是动脉温度给定热辐射强度通过反解热传递的方程获得人体热辐射模型中一些组成要素理论上1.人体热源理论 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像上式表示通过组织传导的热，组织代谢热容量和被等价于动、静脉温43第十章 红外线成像与热断层成像T为黑体的热力学温度 斯蒂芬-波耳兹曼常量A为辐射表面积2.热断层扫描成像原理与热电模拟技术固体辐射能量与其表面温度和状况有关黑体的吸收系数为1根据辐射定律黑体的辐射能量为：二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像T为黑体的热力学温度 斯蒂芬-波耳兹曼常量2.热断层扫44第十章 红外线成像与热断层成像式中为s 系统发射率；T1 T2为两物体表面温度。2.热断层扫描成像原理与热电模拟技术灰体的辐射能量式中 为该物体的发射率两个物体的系统，它们之间的辐射传热热流量为 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像式中为s 系统发射率；T1 T2为两物体表面温度。2.热45第十章 红外线成像与热断层成像A为传热面积，为冷热体间的传热温差 K为比例系数，称为总传热系数，简称传热系数，单位是 2.热断层扫描成像原理与热电模拟技术传热过程是热流从高温想低温的传导过程在同一传热面上，两物体温差越大传递的热量越多传热过程热流量可表示为 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像A为传热面积，为冷热体间的传热温差2.热断层46第十章 红外线成像与热断层成像热流、温差、热阻电流、电压、电阻利用处理电阻网络的方法来处理某些传热问题，导热与导电相似，根源在于傅里叶定律与欧姆定律之间相似，因此傅里叶定律可以方便地表示为2.热断层扫描成像原理与热电模拟技术将热流量表示成热电动势 除以电阻 的形式，与欧姆定律相似，即热量的传递与电量的传递类似 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热流、温差、热阻电流、电压、电阻利用处理电阻网络的方法来处理47第十章 红外线成像与热断层成像热阻概念的建立对复杂热转移过程的分析带来很大的方便，像电路一样，可以借用比较熟悉的串并联电路电阻的计算公式来计算热转移过程的合成热阻。热流量与坐标无关在一定的温差和热阻条件下，热流量不随坐标的改变而改变。根据基尔霍夫定律，一个节点的电流代数和为零对传热而言，电流是指热流密度2.热断层扫描成像原理与热电模拟技术 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热阻概念的建立对复杂热转移过程的分析带来很大的方便，像电路48第十章 红外线成像与热断层成像 利用红外热辐射接收扫描器接收人体细胞新陈代谢过程中的红外线辐射信号，经计算机处理、分析，基于特定规律和算法重建出对应于人体所检查部位的细胞相对新陈代谢强度分布图，并加以断层，测量出热辐射源的深度和数值，依据正常与异常组织区域的热辐射差来评估人体的健康状况为定性诊断疾病提供定量依据这是该系统区别于其它红外热像仪的根本之处2.热断层扫描成像原理与热电模拟技术热断层成像系统原理：二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 利用红外热辐射接收扫描器接收人体细胞新陈代谢过49第十章 红外线成像与热断层成像 如何通过测量人体体表的热辐射来探知人体内部器官的部位、深度与温度是TTM技术中计算方法的关键。2.热断层扫描成像原理与热电模拟技术 一种不需要直接解决逆向热传递问题的新方法，热-电模拟法孕育而生。二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 如何通过测量人体体表的热辐射来探知人体内部器50第十章 红外线成像与热断层成像 图中的电路表示一条辐射线上的热-电模拟，M1、M2分别代表身体与空气，H(x,y)代表红外线接收装置接受到的热辐射，二维高斯分布平面图，H(x)代表红外线接收装置接受到的热辐射一维高斯分布曲线。热电类比关系图 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 图中的电路表示一条辐射线上的热-电模拟，M151第十章 红外线成像与热断层成像热电类比关系图人体内部的热源S可以等效为电压US热源内部的损失可以等效为电阻热源的温度对应于电源的电压热流对应于电流 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热电类比关系图人体内部的热源S可以等效为电压US热源内部的52第十章 红外线成像与热断层成像热电类比关系图同样空气中的热源（体外热源）看作UA热损失看作RA RA,Ri和Ci分别对应每条辐射线上单位热阻和热容 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热电类比关系图同样空气中的热源（体外热源）看作UA热损失看53第十章 红外线成像与热断层成像假定热源（）与体表之间的介质是均匀的对应于体外电压的体表温度可以计算 n 表示电路中使用的电阻数量D 是热源的深度R0表示在某种介质中单位热损失（或热阻率），人体不同部位热阻率不同热-电模拟技术提供了一种估测热源深度的方法为热断层技术提供了理论基础 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像假定热源（）与体表之间的介质是均匀的n 表示电路中使54第十章 红外线成像与热断层成像 由于热断层成像系统是根据功能学原理设计而成，能在细胞组织新陈代谢发生变化时实时捕捉到信息，根据正常细胞与非正常细胞代谢的热辐射差，经计算机系统分析处理后，在屏幕上以不同的色彩显示出人体细胞相对新陈代谢强度的分布情况，通过分析测量某一部位变化的程度，来判别人体该部位的病变性质，并进行诊断。二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 由于热断层成像系统是根据功能学原理设计而成，55第十章 红外线成像与热断层成像临床应用证明热断层成像可以较早期发现其它检查手段尚未发现的病灶尤其是对癌前期、早期及原发癌的鉴别诊断指导临床治疗提供了极有价值的参考 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像临床应用证明热断层成像可以较早期发现其它检查手段尚未发现的病56第十章 红外线成像与热断层成像 人体体内组织细胞所产生的代谢热可经过人体组织传递到体表在热量从体内传递到体表的过程中，热量逐渐降低并在体表形成热分布，体表热通过热辐射的方式向空间辐射，可被热接收器所接收人体体内热源向人体体表传递过程示意图3.估测热源深度 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 人体体内组织细胞所产生的代谢热可经过人体组织传57第十章 红外线成像与热断层成像 不同深度的体内热源，在体表形成的热分布是不一样的并与体内热源深度有密切关系，热断层（TTM）技术利用热接收器将分布不同的热接收，并按人体热辐射模型重建一幅对应人体细胞代谢强度分布的分布图。目前重建时间小于2毫秒（1/500秒）对热形态的断层可达到1mm/层 3.估测热源深度 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 不同深度的体内热源，在体表形成的热分布是不一58第十章 红外线成像与热断层成像体内热源传递到人体体表热分布图不同深度时热分布的高斯形分布图 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像体内热源传递到人体体表热分布图不同深度时热分布的高斯形分布图59第十章 红外线成像与热断层成像 热断层图像所显示的是人体组织内代谢热的分布情况，即对体内热形态的断层，热断层每断一层，相当于从皮肤往人体内深入1mm，当深度到达体内热源深度时，热源形态将明显增大。与CT，MRI等形态断层不同热断层是对人体内细胞代谢热分布形态的断层分析而不是对人体组织的断层 3.估测热源深度 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 热断层图像所显示的是人体组织内代谢热的分布情60第十章 红外线成像与热断层成像热断层图热断层图层面体内热源体内热分布曲线体表外人体组织热断层图热断层图层面体内热源体内热分布曲线体表外人体组织热断层图热断层图层面体内热源体内热分布曲线体表外人体组织热断层图像热断层图层面（已达到热源深度）体内热源体内热分布曲线人体组织体表外热断层图热断层图层面体内热源体内热分布曲线体表外人体组织热断层过程示意图 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热断层图热断层图层面体内热源体内热分布曲线体表外人体组织热断61第十章 红外线成像与热断层成像首先用热断层（TTM）系统扫描，将所得参数输入热断层（TTM）计算机软件系统，计算出人体某部位的细胞代谢热值rfx，人体某部位细胞代谢热值可由下式计算得出 皮肤脂肪肌肉血液骨头肺组织0.10.120.10.130.150.10.130.30.50.61.8主要人体组织的细胞代谢热补偿系数（度主要人体组织的细胞代谢热补偿系数（度/厘米）厘米）D 为热断层系统经热断层测出的人体某组织的深度Cd为人体某组织的代谢热补偿系数3.估测热源深度 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像皮肤脂肪肌肉血液骨头肺组织0.10.120.10.1362第十章 红外线成像与热断层成像其他人体热源的基本形态人体细胞代谢热从功能状态主要可分为以下几种：正常细胞、组织和器官炎症组织和器官良性肿瘤组织增生细胞组织癌症细胞外界因素产生的影响3.估测热源深度 二、热断层（TTM）技术的物理学原理第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像其他人体热源的基本形态人体细胞代谢热从功能状态主要可分为以下63第十章 红外线成像与热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成热断层成像系统控制系统 扫描系统 扫描床 控制系统 控制台 主机 显示器 彩色打印机等 操作者通过控制台对扫描系统和扫描床进行控制 包括：组成：第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成热断层成像系统控制系统 扫描系64第十章 红外线成像与热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成扫描系统 扫描头 扫描架 扫描架外罩 包括：扫描架置于扫描架外罩中 新型扫描架二者合一 扫描头架设在扫描架上进行图像的聚集、扫描的启动和停止控制 通过控制台可作升降、左右及上下旋转扫描 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成扫描系统 扫描头 扫描架 65第十章 红外线成像与热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成扫描床可沿轨道进行前后移动下部的旋转盘可进行360度正反旋转充分考虑到临床检查的需要既可站位，也可坐位或卧位进行方便的扫描第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成扫描床可沿轨道进行前后移动下部66第十章 红外线成像与热断层成像热断层(TTM)技术的成像系统工作原理流程细胞代谢热辐射代谢热接收代谢热图像重建代谢热图像解读接收人体细胞新陈代谢过程中的热辐射信号基于热辐射规律和数学模型，经计算机处理重建出对应于人体各部位的细胞新陈代谢相对强度分布经热断层分析测量出体内热源的深度、强度及形状依据正常与异常组织的热代谢差别和人体细胞功能状况变化的对应关系对人体健康状况进行综合医学评估 三、热断层成像系统结构及组成第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热断层(TTM)技术的成像系统工作原理流程细胞代谢热辐射代谢67第十章 红外线成像与热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成热断层(TTM)技术的成像系统工作原理流程第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 三、热断层成像系统结构及组成热断层(TTM)技术的成像系统68第十章 红外线成像与热断层成像扫描过程中只接收人体热辐射对人体无介入损伤对环境无污染热扫描过程灵敏快捷无需特殊准备可以同时进行多部位的扫描 头 颈 胸 腹 盆腔等该系统操作简单临床应用范围广 四、热断层成像系统应用特点及前景 1.应用特点 第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像扫描过程中只接收人体热辐射 四、热断层成像系统应用特点及前景69第十章 红外线成像与热断层成像 在癌前期可对肿瘤进行鉴别、诊断及普查，对心脑血管疾病、外科、皮肤科、妇科、五官科、中医、人体健康状态的综合评估，以及对各类疾病的治疗和药物疗效过程及结果的观察、分析等方面都有着极其重要的应用前景，是对我国目前现有医院已普及了CT、MRI及彩超等以组织形态学为主的影像设备、但又缺少以功能学为主的影像设备现状的完善和补充。1.应用特点 四、热断层成像系统应用特点及前景第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像 在癌前期可对肿瘤进行鉴别、诊断及普查，对心脑70第十章 红外线成像与热断层成像心肌缺血的心肌缺血的TTMTTM扫描图扫描图 四、热断层成像系统应用特点及前景第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像心肌缺血的TTM扫描图 四、热断层成像系统应用特点及前景第一71第十章 红外线成像与热断层成像许多医学的特殊应用2.应用前景 热断层(TTM)技术的出现可以弥补目前医学领域在观察细胞活性方面技术手段 的不足开辟从细胞代谢热的角度检查、诊断疾病的新医学领 域细胞代谢热医学。放疗、热疗和化疗治癌过程中的疗效观察中医人体平衡医学研究磁疗疗效研究人体心理数字可视化 四、热断层成像系统应用特点及前景第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像许多医学的特殊应用2.应用前景 热断层(TTM)技72第十章 红外线成像与热断层成像热断层(TTM)系统通过细胞代谢热接收器接收人体细胞新陈代谢过程中的 热辐射信号按人体热辐射模型重建对应人体内各组织器官不同深度 的细胞新陈代谢相对强度的分布图可对人体状况进行综合评估。四、热断层成像系统应用特点及前景第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热断层(TTM)系统 四、热断层成像系统应用特点及前景第一节73第十章 红外线成像与热断层成像不同组织的不同深度热源各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像不同组织的不同深度热源各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二74第十章 红外线成像与热断层成像形态及代谢热关联每个器官都有其特定的解剖结构，有相对固定的解剖学关系，如支气管的走形、肺门淋巴及其走形。下肢浅表静脉，乳腺导管等都特定的组织关系，其相应部位细胞的代谢热分布亦具有相似特点，其热传导亦有一定的规律，根据解剖学及热传导规律，TTM可判断病灶的组织形态学类型及相对位置。乳腺小叶增生与导管增生的代谢热形态区别各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像形态及代谢热关联乳腺小叶增生与导管增生的代谢热形态区别各种代75第十章 红外线成像与热断层成像代谢热值该数值可提示人体某一部位的细胞代谢强度，数值高则提示代谢旺盛，数值低则提示代谢缓慢。某患者右肺上叶的异常代谢热各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像代谢热值某患者右肺上叶的异常代谢热各种代谢热分布图第一节 红76第十章 红外线成像与热断层成像代谢热边界分布状况科学研究证明：恶性肿瘤代谢热边界不规则（边界不清），多数呈毛刺状，良性肿瘤边界规则（边界清晰），此特点与组织形态相关。恶性肿瘤与良性肿瘤代谢热形态的差别各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像代谢热边界分布状况恶性肿瘤与良性肿瘤代谢热形态的差别各种代谢77第十章 红外线成像与热断层成像热断层过程中热辐射分布形态的变化热断层过程中代谢热分布的变化情况可提示病变部位与近端周围组织的关系，如血管，淋巴以及与近端周围组织脏器的关系等。代谢热分布均匀度（方差）局部代谢的不均匀分布各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像代谢热分布均匀度（方差）局部代谢的不均匀分布各种代谢热分布图78第十章 红外线成像与热断层成像热断层过程中代谢热分布形态的变化各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热断层过程中代谢热分布形态的变化各种代谢热分布图第一节 红外79第十章 红外线成像与热断层成像热断层过程中与远端组织代谢热的关系局部热源与淋巴关系各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像热断层过程中与远端组织代谢热的关系局部热源与淋巴关系各种代谢80第十章 红外线成像与热断层成像与其他相关的代谢热情况交感神经反应各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像与其他相关的代谢热情况交感神经反应各种代谢热分布图第一节 红81第十章 红外线成像与热断层成像人体整体代谢热分布状况通过人体整体代谢热分布状况的分析，可了解人体整体代谢状况，可对疾病诊断提供一定的参考价值。人体整体代谢热分布状况各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像人体整体代谢热分布状况人体整体代谢热分布状况各种代谢热分布图82第十章 红外线成像与热断层成像动态数据:对人体采用有针对性的干预后所产生的代谢热变化情况。局部动态前后代谢热的变化 通过观察局部病变在外界干预后代谢热值及形态的变化，可进一步确定该局部的病变性质，同时可得知该外界干预对该局部病变的作用。各种代谢热分布图第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像动态数据:对人体采用有针对性的干预后所产生的代谢热变化情况。83第十章 红外线成像与热断层成像小结：1、红外探测器。2、医用红外热像仪的原理第十章 小结第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像思考题：1、红外探测器有那几种？2、医红外热像仪怎么工作的？3、热断层成像的原理是什么？小结：第十章 小结第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节84第十章 红外线成像与热断层成像1、在红外辐射理论中，辐射能是以（红外线 ）的形式发射、传输或接收的能量。2、在电磁辐射中，波数等于波长的（倒数）。3、红外辐射的光子能量比可见光（波长大，或频率小），热效应比可见光（强 ）。第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像1、在红外辐射理论中，辐射能是以（红外线 ）的形式发射、85第十章 红外线成像与热断层成像4、热探测器是依据辐射产生的（热效应）来测量入射辐射能量的吸收率的。5、红外线成像的探测方式由反射式、透射式发展到（热断层）成像。6、物体的热辐射能量大小直接与物体表面的（温度 ）相关。第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像4、热探测器是依据辐射产生的（热效应）来测量入射辐射能量86第十章 红外线成像与热断层成像第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像1、热探测器是根据 引起探测材料某一物理物理性质变化而工作的。AA、热效应；B、磁效应；C、光效应；D、压电效应。2、TTM红外线成像技术是通过建立人体的 理论，对体表问队进行层析从而获得人体体内辐射热源的位深度和数值。BA、热效应理论；B、热电模拟；C、红外辐射理论；D、电导理论。第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断87第十章 红外线成像与热断层成像第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像3、在热电类比关系中，人体内部的热源S可以等效为 BA、电流I；B、电压US；C、电阻R；D、电功率P；第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断88第十章 红外线成像与热断层成像第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像4、对于给定材料制成的某种光子探测器，入射辐射波长有何限制才能产生特定的光电效应CA、必须大于某一极限值；B、必须等于某一极限值；C、必须小于某一极限值；D、无任何限制。第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断89第十章 红外线成像与热断层成像第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断层成像5、红外热像仪成像的顺序依次为 CA、计算机图像处理、红外传感器、信号放大及转换、光学会聚系统；B、红外传感器、信号放大及转换、光学会聚系统、计算机图像处理；C、光学会聚系统、红外传感器、信号放大及转换、计算机图像处理；D、光学会聚系统、信号放大及转换、红外传感器、计算机图像处理第十章 作业第一节 红外探测器第二节 红外热像仪第三节 热断