Інфрачервоне випромінювання

Найбільш яскраву інформацію про розподіл температури поверхні тіла людини і її змін у часі дає метод динамічного інфрачервоного теплобачення. У технічному відношенні це повний аналог телебачення, тільки датчик вимірює не оптичне випромінювання, відбите від об'єкта, що бачить людське око, як у телебаченні, а його власне, не видиме оком, інфрачервоне випромінювання. Тепловізор складається зі сканера, що вимірює теплове випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 3 до 10 мкм, пристрою для збору даних і ЕОМ для обробки зображення. Діапазон 3-10 мкм обраний тому, що, як видно з мал. 12.2, саме в цьому діапазоні спостерігаються найбільші відмінності інтенсивності випромінювання при зміні температури тіла. Найпростіші сканери зібрані за наступною схемою: теплове випромінювання від різних ділянок тіла послідовно, за допомогою коливних дзеркал, проектують на один приймач інфрачервоного випромінювання, охолоджуваний рідким азотом. Зображення має формат 128 x 128 елемента або 256 x 256, тобто по чіткості мало поступається телевізійному. Тепловізори передають у 1 секунду 16 кадрів. Чутливість тепловізора при вимірі одного кадру - порядку 0,1 К, однак її можна різко збільшити, використовуючи ЕОМ для обробки зображень.

Особливості обробки і представлення тепловізійного зображення. Тепловізійне зображення можна виводити в чорно-білому або кольоровому форматі. Перепади температури, які потрібно вимірювати на терморамі, складають, як правило, частки градуса, у той час як повний сигнал відповідає приблизно 300 К, тобто вихідне зображення має малий контраст і його необхідно обробляти. Без попередньої обробки на ЕОМ отримана картина неінформативна. ЕОМ дозволяє робити наступні операції обробки зображення: 1) усереднення; 2) зміна контрасту зображень, що вийшли; 3) розфарбування в квазіколір контрасних зображень.

Використовують два методи усереднення: по просторі і за часом (нагромадження). У першому випадку в отриманій карті замість температури кожної ділянки зображення записують середню температуру декількох сусідніх крапок. В другому випадку підсумовують кілька кадрів, знятих друг за другом. В обох випадках випадкові шуми придушуються, і корисний сигнал стає більш чітким. Оскільки теплові поля в часі міняються досить повільно, а їхні просторові границі рідко бувають різкими, ці методи обробки зображень дозволяють значно підняти чутливість тепловізора, що може досягати декількох тисячних часток градуса, і в той же час не дуже псують якість зображення.

Контрастування зображення і розфарбування в квазіколір дають можливість підсилити сприйняття величини теплових контрастів. Роль розфарбування зображення ми обговорили вище. Зупинимося на контрастуванні. Контрастуванням називається зменшення діапазону вимірюваної величини, якому відповідає повний масштаб зміни яскравості або колірної палітри. Нехай, наприклад, зображення було розфарбовано так, щоб інтервалові температур 1 К із середнім значенням Т₀ відповідала зміна кольору від фіолетового до червоного, причому середній температурі зображення Т₀ - умовному нулеві - відповідав зелений колір. Тоді колір більш холодних ділянок з температурою від Т₀ до -0,5 К зрушать до фіолетового, більш теплих - від T₀ до +0,5 К - до червоного. У цьому випадку мала зміна температури, наприклад на 0,05 К, виявляється на зображенні у виді зміни відтінків зеленого кольору. Якщо ж зображення контрастувати в 4 рази - розтягти його масштаб так, щоб уся палітра відповідала не 1 К, а 0,25 К, то перепадові температури 0,05 К буде відповідати контраст зелений-жовтогарячий - добре помітний оком.

Різновид теплобачення, при якому досліджується тимчасова динаміка температурних полів, іноді називають динамічним тепловиденням. Обробляючи послідовні термокарти, можна визначити динамікові температури в якихось цікавлячих нас крапках, еволюцію в часі розмірів визначених нагрітих ділянок шкіри і т.п.

Теплобачення в біології і медицині. Найбільш яскравий результат застосування теплобачення в біології (це виявлення і реєстрація просторового розподілу температури кори головного мозку тварин - народився фактично новий розділ фізіології - термоенцефалоскопія). Для вимірів тепловізор наводять на поверхню черепної коробки, з якої попередньо знімають скальп.

Термоенцефалоскопія дозволила «побачити» хвилі, що поширюються по поверхні кори головного мозку. Один з типів хвиль - хвиля депресії, що поширюється, (РД) - виникає при ін'єкції розчину Ксl і рухається зі швидкістю 3-5 мм/хв. Виявилося, що хвиля РД, що раніше реєстрували тільки в окремих крапках кори за допомогою електродів, супроводжується інтенсивною тепловою хвилею. Остання видна як локальне збільшення температури (до 1 К), триває істотно довше, ніж електрична хвиля, і викликана генерацією тепла в клітках кори мозку.

На жаль, теплові карти мозку людини можна одержати тільки в ході нейрохірургічних операцій на відкритому мозку, оскільки через сильне поглинання Іч-випромінення скальп і товста черепна коробка виявляються нездоланною перешкодою для сигналів з мозку.

Інфрачервоне теплобачення тіла людини подає інформацію про температуру верхніх шарів шкіри - рогового шару епідерміса і деяких підлягаючих шарів загальною товщиною близько 100 мкм, оскільки, як показано спеціальними вимірами, електромагнітні хвилі Іч-діапазона загасають, пройшовши в біологічних тканинах відстань усього близько 100 мкм. Температура цього шару визначається балансом тепла за рахунок його віддачі в навколишнє середовище і припливу за рахунок крові, що притікає з теплового ядра організму. Тому фактично Іч-теплобачення це спосіб оцінити шкірний кровообіг у різних ділянках тіла.

Найбільш розповсюдженим застосуванням Іч-теплобачення в медицині є візуалізація кровопостачання нижніх кінцівок. Якщо кровопостачання в них порушено, то температура дистальних ділянок різко знижена. Реєструючи розмір областей зі зниженою температурою, можна визначити ступінь виразності захворювання, а також ефективність терапевтичних заходів.

Динамічне теплобачення дозволяє відстежити зміни температури тіла при різних дозованих впливах - функціональних пробах. Наприклад, після зняття одягу шкіра пацієнта виявляється в іншому температурному режимі, і відбувається тривала (15-20 хв) адаптація. Динаміка виміру температури тіла в цей період служить критерієм нормального функціонування системи терморегуляції. Плавна монотонна зміна температури - звичайна нормальна реакція, відсутність динаміки - свідчення неблагополуччя. Таким чином, наприклад, контролюють розвиток хвороби Рейна, при якій порушується терморегуляція: зниження температури в кімнаті викликає закономірне зниження температури шкіри здорових випробуваних і не впливає на хворих цією хворобою. Відсутність динаміки при такій пробі характерно і для хворих з ушкодженої внаслідок травми іннервацією кінцівки.

Метод динамічного теплобачення відкрив можливості візуалізувати реакцію організму в зонах Захарина-Геда. У минулому столітті російський лікар Захар'їн і австрійський вчений Гед знайшли, що визначені ділянки поверхні тіла сигналізують про неблагополуччя у відповідному йому внутрішньому органі. Зокрема, при серцевій недостатності біль відчувається з лівої сторони і віддає в ліву руку. Однак границі цих областей вдається оконтурити на превелику силу, тому що приходиться спиратися лише на суб'єктивні реакції пацієнтів. Використання тепловедення засноване на тім, що у випадку болючої реакції якого-небудь органа на функціональну пробу виникає судинна реакція у відповідній зоні Захарина-Геда - це приводить до зміни локальної температури шкіри.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Низькочастотні електричні і магнітні поля	\|	Електромагнітні хвилі РНЧ-діапазону

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.