Дистанционная инфракрасная термография

Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения. Поверхность тела человека, его органы и ткани, имеющие температуру жизнедеятельности 25-35С, выпускают тепловое излучение в инфракрасном диапазоне. Максимум излучения /если считать температуру кожи 30С/ лежит при длине волны 9.6 мкм.

Точнее можно охарактеризовать распределение энергии, испускаемой телом человека в инфракрасном диапазоне, следующими цифрами: на область длин волн 0.8 -5 мкм приходится всего 1% излучения, 5-9 мкм - 20, 9-16 мкм - 38 и от 16 мкм и выше 41%. По другим данным спектральное распределение энергии таково: диапазон 3-6 мкм 4%, 6-12 мкм - 37, 12-24 мкм - 41, 24-50 мкм - 14%.

В длинноволновой области спектра /5-25 мкм/ кожа человека излучает практически как абсолютно черное тело, имеющее температуру 27 С, независимо от расовой принадлежности, степени пигментации и других индивидуальных анатомо-физиологических особенностей. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее полностью все падающие на него электромагнитные волны при любой собственной температуре. Реальные тела не являются абсолютно черными, однако некоторые из них по оптическим свойствам близки к таковым, например, черный бархат в области видимого света.

В среднем 1 кв.см кожного покрова человека или живой ткани организма излучает около 40 Вт энергии. Инфракрасное излучение различных участков поверхности тела определяется тремя факторами: особенностями васкуляризации поверхностных тканей, уровнем метаболических процессов в них и различиями в теплопроводности.

Последние обусловлены, в основном, разным развитием жировой клетчатки. При соблюдении стандартных методических условий регистрируемая топография излучения характерна для данного человека и воспроизводится от наблюдения к наблюдению. Топография излучения для всех здоровых людей имеет много общего.

Нарушения инфракрасного излучения могут наблюдаться в следующих случаях:

1. необычные структурные соотношения сосудистой сети врожденные аномалии, сосудистые опухоли;

2. изменения тонуса сосудов - нарушения вегетативной иннервации, рефлекторные изменения тонуса;

3. местные расстройства кровообращения - травмы, тромбоз, склероз сосудов;

4. нарушения венозного кровотока – застой, обратный ток крови при недостаточности клапанов вен;

5. локальные изменения теплопродукции - воспалительные очаги, опухоли, некоторые другие заболевания;

6. изменения теплопроводности тканей - отек, уплотнения тканей, изменения содержания жира.

Инфракрасная термография - самый распространенный метод термографии. Он обеспечивает изображение теплового рельефа поверхности тела и измерение температуры в любом участке поверхности тела. Инфракрасную термографию осуществляют с помощью специальных приборов — термографов (тепловизоров).

Основными техническими характеристиками ИК-сканера являются порог температурной чувствительности, поле обзора, диапазон рабочих расстояний, параметры сканирования (число строк, число элементов в строке, частота кадров) и т.д. Сканеры выпускают с одно- и мпогоэлементными приемниками излучения (фотодиод, фоторезистор); охлаждение приемников осуществляется по циклу Стирлинга, термоэлектрически на основе эффекта Пельтье или жидким азотом. Спектральная чувствительность приемников излучения обычно лежит в одном из диапазонов 2-5 мкм или 8-14 мкм. Существующие комплексы обеспечивают точность порядка 0.2 град.С при 30 град.С.

Принцип действия термографа основан на том, что ИК-излучение от тела пациента попадает на зеркальную сканирующую систему. Эта система «просматривает» исследуемую область «построчно» и по кадрам. Тепловой луч, отразившись от зеркала, проходит через систему линз и далее подает на приемник излучения. Обычно это небольшая площадка размером менее одного миллиметра из сурьмянистого индия, выполняющего роль фотосопротивления. Для поддержания постоянной температуры приемник излучения помещают в сосуд, содержащий жидкий азот. Система сканирующего зеркала и линз позволяет направлять на приемник тепловое излучение из узкого телесного угла, т. е. с очень небольшого участка поверхности тела. Электрический сигнал из приемника передается на усилитель и затем в блок индикации. В итоге тепловое поле человека отображается в виде черно-белого или цветного изображения на экране прибора. Визуальное изучение этого изображения называют термоскопией. Это же изображение можно зафиксировать на фотохимической бумаге и получить термограмму. Новым направлением в термографии является использование в качестве приемника ИК-излучения пироэлектрических видиконов. Они работают в режиме электронного сканирования и не требуют системы охлаждения.

Современные модели термографов обеспечивают регистрацию температуры в пределах десятых долей градуса. Каждый участок исследуемой поверхности представлен на экране электронно-лучевой трубки в зависимости от его температуры более светлой или более темной областью или окрашен в условные цвета (цветная термоскопия). С помощью градуированной шкалы и теплового контрольного излучателя («черное тело») можно бесконтактно определять абсолютную температуру поверхности кожи или разность температур различных участков, т. е. выполнять термометрию.