Тепловидение (термография)

Проведение исследования

Процедуру может проводить специалист функциональной диагностики, однако расшифровывание результатов и установление диагноза проводит уже узкоспециализированный врач.

Далеко не каждая больница располагает оборудованием для термографии, так как это исследование не является обычным.

Из-за этого такой вид обследования проводится в частных клиниках либо некоторых видах диспансеров и стоит приличную сумму денег. Зачастую провести исследование сразу же после назначения врача невозможно, из-за того что необходимо выполнить некоторые требования на протяжении довольно продолжительного периода перед процедурой.

Бесконтактная термография делается в основном стоя либо лежа. При этом сам процесс похож на процедуру фотографирования либо видеосъёмки с разных ракурсов. Контактная термография делается в основном сидя, путём соприкосновения ранее указанной пленки или пласта с исследуемой областью. Изображение передается на экран ЭВМ и/или записывается на цифровой носитель для дальнейших действий специалиста.

Результаты термографии оцениваются и обрабатываются в электронном виде. Патология заметна из-за изменения теплового рисунка местами с гипотермией (температурой, ниже нормальной для участка) либо гипертермией (повышенной температурой).

Области применения методов тепловидения

Тепловидение нашло применение во многих сферах человеческой деятельности. Например, тепловизоры применяются в целях военной разведки и охраны объектов. В ручной тепловизионный ночной визир человека можно увидеть в полной темноте на расстоянии 300 м. Объекты обычной военной техники видны на расстоянии 2-3 км. На сегодняшний день созданы видеокамеры данного микроволнового диапазона с выводом изображения на экран компьютера, чувствительностью (разрешаемой способностью разницы температур отдельных участков поверхности) в несколько сотых градуса. Это значит, что если вы при входе в свою парадную взялись за ручку двери, чтобы открыть ее, то ваш тепловой отпечаток будет виден на этой ручке целых полчаса. Даже дома при выключенном свете вы будете светить как маяк даже через занавеску. В метро можно спокойно отличить людей, которые только что вошли. А наличие насморка у человека и занимался ли он чем-нибудь интересным до этого можно наблюдать на расстоянии в несколько сотен метров. О распознавании недавно выключенной машины или о том, кто и когда сидел на данном кресле даже нечего и говорить.

Перспективно использование тепловизоров для нахождения дефектов в различных установках. Естественно, когда в какой-нибудь установке или узле наблюдается повышение или понижение тепловыделения при каком-нибудь процессе в местах, где этого не должно быть, или тепловыделение (теплопоглощение) в подобных узлах сильно различается, то неполадку можно своевременно исправить. Иногда некоторые дефекты можно заметить только с помощью тепловизора. Например, на мостах и тяжелых опорных конструкциях при старении металла или нерасчетных деформациях начинает выделяться больше энергии, чем должно. Появляется возможность диагностировать состояние объекта, не нарушая его целостности, хотя могут возникнуть трудности, связанные с не очень высокой точностью, вызванной промежуточными конструкциями.

Таким образом, тепловизор можно использовать как оперативный и, пожалуй, единственный контроллер состояния безопасности многих объектов и предотвращать катастрофы. Проверка функционирования дымоходов, вентиляции, процессов тепло- и массообмена, атмосферных явлений становиться на порядки удобнее, проще, информативнее.

Широкое применение тепловидение нашло в медицине.

Что такое термография?

Термография – это совокупность методов, основанных на изменении и регистрации уровня теплового излучения. Тепло продуцируют все живые существа, поэтому данная методика в последнее время получает все большее распространение в медицине. Регистрация видимого изображения тепловых полей тела человека возможна благодаря фиксации инфракрасных импульсов, которые отображаются на экране прибора в виде теплового образа.

Медицинская термография основана на фиксации теплового поля человека. После получения результата специалисты осуществляют оценку температурных отклонений от нормы. Врачам удается установить зоны с избыточным теплом и холодные зоны, что указывает на интенсивность кровообращения в них. Благодаря такой информации специалисты могут делать выводы относительно возможных патологий сосудистой системы.

Инфракрасная термография и ее использование

Термография как метод диагностического исследования имеет широкое применение. На сегодняшний день разработано и активно используется множество методик, позволяющих с ее помощью идентифицировать больше 200 заболеваний. Медицинская термография имеет ряд преимуществ перед другими способами диагностики.

Основных ее плюсы:

  1. Является методом пассивной диагностики – прибор не оказывает воздействие на организм человека. Для проведения процедуры нет необходимости введения в организм каких-либо веществ.
  2. Не требует специфической подготовки – может проводиться в любое время.
  3. Бесконтактное воздействие – телетермография не предполагает контакта прибора с телом человека.

https://youtube.com/watch?v=7SkuZ7PViq0%250D

Современные аспекты тепловидения в медицине

С каждым годом термография в медицине получает все большее распространение. С помощью данной процедуры специалистам удается определить разницу температур с точностью до 0,08 градуса. Установлено, что объем излучаемой энергии напрямую зависит от интенсивности кровообращения и скорости обмена веществ в организме. Получаемая в ходе исследования термограмма является, по сути, отражением этих процессов. Разница температур – результат разной скорости кровотока в тканях и органах.

Учитывая все преимущества термографии, врачи указывают на то, что метод имеет ряд недостатков:

  1. Зависимость температуры от внешних факторов. Температура тела может повышаться в результате двигательной активности
  2. Температура тела – относительный показатель. Диапазон нормальных значений 35,5–37,0 градусов.
  3. Уровень квалификации специалистов, проводящих исследование, может отражаться на результатах. В отдельных случаях достоверность термографии может достигать всего 60%.

Что показывает термография?

Узнав, что собой представляет термография что это за такое обследование, назовем основные цели ее применения. Термограмма, полученная в результате исследования, отражает температуры отдельных участков организма. В большинстве случаев специалисты используют тепловидение в медицине при подозрении на недостаточность кровообращения в отдельных зонах. Особую актуальность в связи с этим имеет термография молочных желез, с помощью которой можно выявить любые воспалительные процессы в области груди при наличии опухолей, на ранних стадиях раковых заболеваний железы.

По эффективности термография груди превосходит маммографию, к тому же результат удается получить мгновенно, не дожидаясь снимка. Среди других диагностических возможностей термографии:

  • диагностика нарушения кровообращения любого происхождения;
  • выявление локализации воспалительного процесса;
  • диагностика опухолей;
  • определение интенсивности воспаления при заболеваниях суставов (артрит, бурсит);
  • выявление нарушения кровообращения нижних конечностей;
  • определение границ обморожения;
  • оценка мозгового кровообращения.

Критерии оценки профиля

Оценка профиля – это процесс сравнения разницы температур и участков по поверхности. При выполнении оценки любой сложности абсолютная и местная температуры и профиль должны быть определены для двух ключевых условий: «как новая»  и «как недопустимая». Оценкой серьезности ситуации является последующий процесс определения положения режима работы оборудования между этими двумя условиями.
Ключевыми параметрами оценок профиля являются температурные градиенты, изменения профилей, исторические изменения, локальные разницы абсолютных температур, расположение аномалий или профиль характеристик по отношению к ним.

Потенциальные риски маммографии

Многократная маммография приводит к воздействию радиации, что может привести к небольшому риску развития рака.

Маммография не эффективна для женщин с плотной тканью груди или грудными имплантатами.

Маммография имеют высокий уровень ложно-положительных результатов, которые могут привести к ненужной биопсии и дополнительному скринингу.

Проведение при диагностике заболеваний яичек

Тепловой анализ органов мошонки применяется как дополнительный неинвазивный метод исследования. Проводится контактным и бесконтактным способом. Результатом является двухмерное изображение температурного поля – термограмма. Преимуществом такого метода можно считать быстроту получения результата, безвредность, точность.

По термографии определяется наличие или отсутствие заболевания. Тепловизионное изображение симметричности температур яичек в пределах 0,5 градусов свидетельствует об отсутствии заболевания. Вместе с тем общая температура мошонки в сравнении с окружающими тканями понижена.

При воспалительных поражениях органов инфракрасная камера фиксирует выраженную гипертермию участка воспаления. Разница температуры достигает 3 градусов, проекционный рисунок изображает термический участок с распространением в паховую зону и противоположную сторону мошонки. При опухолях температурное отличие между больным и здоровым яичками составляет 1,2-4 градуса.

Сравнительная качественная термография

Сравнительное качественное измерение сравнивает инфракрасное изображение, например, изображения элементов редуктора, одного объекта с идентичным или аналогичным другим объектом при одинаковых или аналогичных условиях эксплуатации. Когда исследуется разница термограмм, аномалии идентифицируются по изменению интенсивности между двумя или большим количеством объектов, не требуя для этого определения точной температуры для каждого элемента. Этот метод быстр и прост в применении и не требует никаких настроек в инфракрасной камере для компенсации атмосферных условий и влияния окружающей среды или коэффициент излучения поверхности. Хотя результат этого типа измерений позволяет выявить дефект, он  не дает информации о степени повреждения.
Этот метод инфракрасной термографии используется в большинстве отраслей промышленности. Он  очень эффективен  при  выявлении горячих подшипников или других аномально горячих компонентов машины, горячих точек в электрооборудовании, нежелательно горячих электрических соединений, утечки жидкости или даже засоров в теплообменном оборудовании и его компонентах (трубах), и утечки жидкости из сосудов высокого давления, труб и клапанов.

Приложения

Воздушная термограмма воздушного змея, показывающая особенности на / под травяным игровым полем. Включены тепловая инерция и дифференциальное транспирация / испарение.

Тепловизор БПЛА солнечной батареи в Швейцарии

Тепловизионный прицел АН / ПАС-13 на винтовке АР-15

  • Контроль состояния
  • Осмотр плоских и малоскатных кровель
  • Построение диагностики , включая строительные ограждающую инспекцию , влагу инспекцию , а также потери энергии в зданиях
  • Тепловая карта
  • Цифровое инфракрасное тепловидение в здравоохранении
  • Медицинская визуализация
  • Бесконтактная термография , контактная термография и динамическая ангиотермография
  • Скрининг на заболевания периферических сосудов.
  • Скрининг стеноза сонной артерии (CAS) с помощью тепловых карт кожи.
  • Активная динамическая термография (ADT) для медицинских приложений.
  • Нервно-скелетные расстройства.
  • Заболевания экстракраниальных церебральных сосудов и сосудов лица.
  • Аномалии щитовидной железы.
  • Различные другие неопластические, метаболические и воспалительные состояния.
  • Археологическая воздушная термография с воздушным змеем
  • Термология
  • Ветеринарное тепловидение
  • Ночное видение и наведение
  • БПЛА наблюдения
  • Стерео видение
  • Исследование
  • Контроль процесса
  • Неразрушающий контроль
  • Наблюдение в сфере безопасности, правопорядка и обороны
  • Химическая визуализация
  • Вулканология
  • Здание

Тепловизионные камеры преобразуют энергию инфракрасного излучения в видимый свет. Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля, излучают тепловую инфракрасную энергию, поэтому тепловизионные камеры могут пассивно видеть все объекты независимо от окружающего освещения. Однако большинство тепловизионных камер видят только объекты, температура которых превышает −50 ° C (−58 ° F).

сильно зависят от объекта температуры поверхности . Это позволяет тепловизору отображать температуру объекта. Однако на излучение влияют и другие факторы, что ограничивает точность этого метода. Например, излучение зависит не только от температуры объекта, но и от его излучательной способности . Кроме того , излучение происходит из окружающей среды , и находит свое отражение в объекте, и излучение от объекта и отраженного излучения будет также зависеть от поглощения в атмосфере .

Что такое термография


Вид исследования патологий, позволяющий получить точную термограмму с помощью инфракрасных лучей. На термограмме отчетливо видны имеющиеся аномалии организма.

Аномальные участки тела имеют иной цвет, чем здоровые. Именно цвет играющий роль индикатора, указывает на проблему того или иного органа или системы организма.

Принцип действия метода достаточно прост. Сканирование происходит с помощью инфракрасного излучения, которое в дальнейшем от тепла преобразуется в электрические импульсы.

В свою очередь, полученный импульс передается на экран специального аппарата. На экране последнего отображается изображение.

Если стоит возможность выбора на каком аппарате пройти термографию, предпочтение лучше всего отдать цветному экрану. Это объясняется тем, что цветное изображение более точное, отображает проблемные участки и показывает степень их поражения различными оттенками.

Например, желтый, красный или белые цвета указывают на повышенную температуру тела. Синий или голубой оттенки — низкий градус.

Черно — белое изображение показывает повышенную температуру по более темным участкам.

Патологические процессы, проходящие в тканях и органах, меняют температуру тела. Например, усиление метаболизма или при воспалительном процессе температура повышается.


При нарушении процесса кровотока — понижается.

Изменения температуры регистрируются специальной аппаратурой — тепловизорами и термографами.

Противопоказание

Противопоказаний к термографии нет. Такое исследование можно проводить постоянно, так как оно не оказывает никаких негативных действий на организм человека.

На сегодняшний день существует два метода, по которым проводят термографию.

Первый. Бесконтактный метод. Проведение такого метода похоже на такие процедуры, как:

  • термоскопию (на специальном экране тепловизора можно увидеть тепловое поле человека или его органа);
  • термометрию (это когда с помощью или градуированной или цветовой шкалы, плюс эталонного излучателя измеряется температура тела на поверхности);
  • термографию (запечатление теплового поля на фотопленку или электрохимическую бумагу).

Данный способ может использоваться при диагностике флебита

Для того чтобы провести бесконтактную термографию используют определенные приборы. К ним относится тепловизоры, а также термографы. Цель этих приборов  — воспринимать и регистрировать излучение, которое выделяет человеческое тело в инфракрасную область спектра.

Если уменьшается температура какого – то участка, тогда и изменяется скорость потока излучения. Именно такие изменения преобразуются прибором в сигнал электрический, который может усиливаться, и которого можно увидеть на экране в виде черно — белого или  цветного изображения.

Вторая. Контактный метод. Термографию проводят с применением жидких кристаллов, которые обладают оптической анизотропией. Они помогают менять цвет, который зависит от температуры тела. Контакт происходит с помощью соприкосновения специальной пленки или специального пласта с жидкокристаллическим соединением.

Литература

  1. Kim T. S., West L. EDUCATIONAL INTERVENTIONS TO ENHANCE EMPLOYEE BREAST HEALTH: A PROGRAM EVALUATION USING THE BARRETT POWER THEORY //Practice Column. – 2013. – Т. 19. – №. 1. – С. 26.
  2. Fitzgerald A., Berentson-Shaw J. Thermography as a screening and diagnostic tool: a systematic review //NZ Med J. – 2012. – Т. 125. – №. 1351. – С. 80-91.
  3. Fuller M. S., Lee C. I., Elmore J. G. Breast cancer screening: an evidence-based update //Medical Clinics of North America. – 2015. – Т. 99. – №. 3. – С. 451-468.
  4. Lee C. H. et al. Breast cancer screening with imaging: recommendations from the Society of Breast Imaging and the ACR on the use of mammography, breast MRI, breast ultrasound, and other technologies for the detection of clinically occult breast cancer //Journal of the American college of radiology. – 2010. – Т. 7. – №. 1. – С. 18-27.
  5. Mandelblatt J. S. et al. Effects of mammography screening under different screening schedules: model estimates of potential benefits and harms //Annals of internal medicine. – 2009. – Т. 151. – №. 10. – С. 738-747.
  6. Morris E. et al. Implications of overdiagnosis: impact on screening mammography practices //Population health management. – 2015. – Т. 18. – №. S1. – С. S-3-S-11.
  7. Oeffinger K. C. et al. Breast cancer screening for women at average risk: 2015 guideline update from the American Cancer Society //Jama. – 2015. – Т. 314. – №. 15. – С. 1599-1614.

Ссылки

Технологии

Все тела, температура которых превышает температуру абсолютного нуля излучают электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Спектральная плотность мощности излучения (функция Планка) имеет максимум, длина волны которого на шкале длин волн зависит от температуры. Положение максимума в спектре излучения сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Тела, нагретые до температур окружающего нас мира (-50..+50 градусов Цельсия) имеют максимум излучения в среднем инфракрасном диапазоне (длина волны 7..14 мкм). Для технических целей интересен также диапазон температур до сотен градусов, излучающий в диапазоне 3..7 мкм. Температуры около тысячи градусов и выше не требуют тепловизоров для наблюдения, их тепловое свечение видно невооружённым глазом.

Датчик

Исторически первые тепловизионные датчики для получения изображений были электронно-вакуумными. Наибольшее развитие получила разновидность на основе видиконов с пироэлектрической мишенью. В этих устройствах электронный луч сканировал поверхность мишени. Ток луча зависел от внутреннего фотоэффекта материала мишени под действием инфракрасного излучения. Такие приборы назывались пирикон или пировидикон. Существовали также другие типы сканирующих электронно-вакуумных трубок, чувствительных к тепловому спектру инфракрасного излучения, например термикон и фильтерскан.

На смену электронновакуумным приборам пришли твердотельные. Первые твердотельные датчики были одноэлементными, поэтому для получения двумерного изображения их оснащали электромеханической оптической развёрткой. Такие тепловизоры называются сканирующими. В них система из движущихся зеркал последовательно проецирует на датчик излучение от каждой точки наблюдаемого пространства. Датчик может быть одноэлементным, линейкой чувствительных элементов или небольшой матрицей. Для увеличения чувствительности и снижения инерционности датчики сканирующих тепловизоров охлаждают до криогенных температур. Лучшие охлаждаемые датчики способны реагировать на единичные фотоны и имеют время реакции менее микросекунды.

Современные тепловизоры, как правило, строятся на основе специальных матричных датчиков температуры — болометров. Они представляют собой матрицу миниатюрных тонкопленочных терморезисторов. Инфракрасное излучение, собранное и сфокусированное на матрице объективом тепловизора, нагревает элементы матрицы в соответствии с распределением температуры наблюдаемого объекта. Пространственное разрешение коммерчески доступных болометрических матриц достигает 1280*720 точек. Коммерческие болометры обычно делают неохлаждаемыми для уменьшения цены и размеров оборудования.

Температурное разрешение современных тепловизоров достигает сотых долей градуса Цельсия.

Различают наблюдательные и измерительные тепловизоры. Наблюдательные тепловизоры показывают только градиенты температур объекта. Измерительные тепловизоры позволяют измерить значение температуры заданной точки объекта с точностью до коэффициента излучения (англ.)русск. материала объекта. Измерительные тепловизоры требуют периодической калибровки, для чего зачастую снабжены встроенным устройством для калибровки матрицы, обычно в виде шторки, температура которой точно измеряется. Шторка периодически надвигается на матрицу, давая возможность откалибровать матрицу по температуре шторки.

Оптика

Поскольку обычное оптическое стекло непрозрачно в среднем ИК диапазоне, оптику тепловизоров делают из специальных материалов. Чаще всего это германий, но он дорог, поэтому иногда используют халькогенидное стекло (англ.)русск., селенид цинка или даже полиэтилен. В лабораторных целях оптику также можно делать из некоторых солей, например поваренной соли, также прозрачной в требуемом диапазоне длин волн.

Сравнительная количественная термография

Сравнительный количественный метод термографии является эффективным методом для оценки состояния машины или узла путем  сравнения приближенных значений температуры от одинаковых элементов, с эталонными значениями или с базовой  шкалой.
Определение точных фактических температур компонентов в полевых условиях, для которого используется инфракрасная термография, считается очень трудной задачей. Это связано в определенной мере с физическими основами инфракрасной термографии, которая должна учитывать в совокупности несколько параметров, которые позволяют произвести измерение истинной абсолютной температуры.  Эту совокупность составляют  излучение, отражение и пропускание. По результатам оценки специалистами  этих наборов параметров  удается легко определить приближенную температуру узла, которой в большинстве случаев более чем достаточно, чтобы определить уровень неблагоприятного состояния для данных условий работы.
Поскольку это не всегда целесообразно определять точную температуру или даже светимость (интенсивность свечение) каждого узла машины, в качестве альтернативы используется более практичная сравнительная термография. Сравнительное измерение, в отличие от качественного измерения, определяет более низкий нагрев путем сравнения температур, полученных с использованием  последовательности значений светимости.
Разность температур между двумя или более одинаковыми или похожими узлами измеряется численно. Предполагается, что условия окружающей среды для обоих узлов одинаковы, разность температур для данной единицы оборудования фиксируется как превышение уровня нормальной рабочей температуры подобного оборудования.
В качестве примера сравнительной количественной термографии может служить следующее –  если две или более машин  работают в одинаковых  условиях и при одинаковых нагрузках, и на одной из них наблюдается  повышенная температура, обычно это указывает, что может существовать ухудшение состояния агрегата. Вместе с тем определение разницы температуры впоследствии может помочь в установлении уровня  напряженности  режима работы.
В этом примере разница температур  5 градусов C будет считаться незначительной, в то время как разница 100 градусов по Цельсию может считаться критической.  Кроме того, знание приближенного значения повышенной температуры  дает сигнал, что температурный лимит компонента приближается к аварийному значению. Поэтому во время качественных измерений можно также обнаружить недостатки, количественное измерение которых даст возможность определить степень тяжести дефекта.

Тепловизор Yuneec CGOET

The Yuneec CGOET is an combination of 3 axis gimbal, thermal heat vision camera and low-light camera. While the thermal imaging camera selectively measures the temperature in the image enabling it to display relative temperature differences, the low-light RGB camera has a 20 times higher sensitivity than the human eye and can still take excellent shots even in low light conditions. Both images are streamed live on your remote control at the same time, and can be viewed separately as a picture-in-picture or as an overlay. It’s key features are:

  • Тепловизионная камера и камера слабого освещения 1080p объединяют и записывают изображение как картинка в картинке или как наложение.
  • Источники тепла хорошо визуализируются благодаря различным цветовым спектрам.
  • Скользящая шкала определения температуры позволяет сфокусироваться на соответствующих областях.
  • Совместим с беспилотником Typhoon H.
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий