1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Успехи медицинской науки во многом зависят от качества используемой медицинской аппаратуры. Тепловизоры, применяемые сейчас в термографической диагностике, представляют собой сканирующие устройства, состоящие из систем зеркал, фокусирующих инфракрасное излучение от поверхности тела на чувствительный приемник (фотосопротивления из сурьмянистого индия, активированного германия, из германия с примесью цинка, золота и ртути). Такой приемник требует охлаждения (используется жидкий азот   с   температурой   кипения 77° К, жидкий водород с температурой кипения 20° К, неон с температурой кипения 27°К), которое обеспечивает высокую чувствительность. В приборе тепловое излучение последовательно преобразуется в электрический сигнал, усиливающийся и регистрирующийся как полутоновое изображение.

В тепловизоре излучение от объекта, отразившись от сканирующего зеркала и пройдя оптическую систему, попадает в приемник. Модулятор периодически перекрывает путь потоку, идущему от объекта к приемнику. В моменты перекрытия в приемник попадает поток от эталонного излучателя. Таким образом, на выходе приемника возникает переметное напряжение, пропорциональное разности потоков, попадающих в прибор от объекта и от излучателя сравнения. При сканировании по объекту этот разностный поток будет изменяться в соответствии с изменением его яркости. Далее сигнал от приемника вместе с компенсирующим сигналом, вырабатываемым блоком формирования опорного напряжения, поступает на вход предусилителя. В результате сигнал на выходе предусилителя при средней яркости объекта должен быть равен нулю. Таким образом, средняя величина яркости тепловизионной картины подавляется, и наблюдатель видит   изменение ее между отдельными участками поверхности тела, составляющими сотые и тысячные доли градуса.

Такая особенность устройства тепловизора связана с тем, что в области инфракрасного спектра, соответствующей максимальной энергии излучения тела человека, совершенно отсутствует темный фон, а предметы, окружающие наблюдаемую поверхность, имеют близкую к ней температуру. Это приводит к ничтожной величине радиационного контраста. После дополнительного усиления сигнал поступает на синхронный детектор, а затем на низкочастотный фильтр. На выходе последнего возникает напряжение постоянного тока, по величине и знаку соответствующее отклонению температуры точек объекта от среднего уровня, по которому производится компенсация. Данное напряжение идет на усилитель постоянного тока и регистрируется затем на электрохимической бумаге.

В настоящее время применяются тепловизоры с оптико-механическим сканированием, в которых за счет пространственной развертки изображения осуществляется последовательное преобразование инфракрасного излучения в видимое. Е. Я. Каряжанский и В. П. Митин предложили новую двухконтактную схему оптико-механических модуляторов для тепловизоров. По этой схеме производится поочередное облучение двух приемников излучения с последующим сложением выходных сигналов. Предложенное усовершенствование обеспечивает более полное использование рабочего лучистого потока и позволяет удвоить частоту модуляций сигнала.

По мнению академика Н. Д. Девяткова, наиболее удачными являются быстродействующие тепловизоры, работающие в реальном масштабе времени.

Общим недостатком существующих тепловизоров является необходимость их охлаждения до температуры жидкого азота, что обусловливает их ограниченное применение. Ученые предложили новый тип инфракрасного радиометра. В его основе — пленочный термоэлемент, работающий при комнатной температуре и обладающий постоянной чувствительностью в широком диапазоне длин волн. Недостатком термоэлемента является низкая чувствительность и большая инерционность. С целью увеличения выходного сигнала и повышения чувствительности в радиометре используется термобатарея, состоящая из 70—80 соединенных последовательно и сжатых в плотный пакет термоэлементов. При этом резко уменьшаются потери за счет излучения и конвекции воздуха, что, в конечном счете, приводит к повышению чувствительности примерно на порядок. После оптимизации высоты батареи, которой прямо пропорциональна чувствительность прибора, точность измерения температуры достигла примерно 0,1° С. В настоящее время радиометр проходит клинические испытания.

Результат последних достижений приборостроения — аппарат, который сочетает в себе возможности рентгеновского и тепловизионного приборов. На одном телеэкране можно выделить рентгеновское, а также инфракрасное изображения отдельных участков тела человека. Каждое дополняет другое. При этом можно изучать различные сочетания всех трех изображений! совмещенные, частично вытесненные и раздельные. Регистрируются определенные для данного заболевания взаимосвязи между проявлениями нарушений функций организма. Их сравнительный анализ открывает новые диагностические возможности.

Особенного внимания заслуживают тепловизионные приборы, работающие в миллиметровых диапазонах длин волн. По сообщению П. Р. Кейкака, сконструировано и испытано два новых типа тепловизоров, чувствительных к миллиметровым электромагнитным волнам. Эти аппараты улавливают волны на три порядка длиннее, чем инфракрасные. Такие волны проникают на большую глубину по сравнению с теми, которые улавливают обычный инфракрасный тепловизор. Приборы могут различать колебания температуры до доли градуса в тканях, расположенных на несколько миллиметров внутрь от поверхности кожи. Обычный же тепловизор регистрирует излучение только с поверхности тела.

Радиотермографы, работающие в миллиметровом диапазоне длин волн, предназначены для обнаружения злокачественных образований молочных желез, щитовидной железы и некоторых областей головного мозга. Они незаменимы для обнаружения опухолей и воспалений неглубокого залегания, потому что позволяют обеспечить наиболее высокую разрешающую способность и усреднение температуры по наименьшему объему. Это особенно ценно для выявления опухолей в начальной стадии, когда различие их температуры с окружающей средой невелико.

Подводя итог обзору современной тепловизионной техники, хотелось бы указать на основные пути и перспективы ее совершенствования. Это, во-первых, повышение уровня четкости и степени контрастности тепловизионных изображений, создание видеоконтрольных устройств, дающих увеличенное воспроизведение теплового изображения, а также дальнейшая автоматизация исследований. Во-вторых, совершенствование методики тепловизионных исследований различных видов заболеваний. Тепловизор должен давать информацию о площади кожного участка с измененной температурой и координатах фиксированного теплового поля. Предполагается создать аппараты, в которых можно произвольно менять увеличение изображения, фиксировать амплитудное распределение температуры по горизонтальной и вертикальной осям. Кроме того, необходимо сконструировать прибор, способный интенсифицировать развитие исследований механизма теплопередачи и корреляции наблюдаемых тепловых полей с источниками тепла внутри тела человека. Это позволит разработать унифицированные методики теплрвизионной диагностики, В-третьих, следует   продолжить поиск новых принципов работы тепловизоров, работающих в более длинноволновых областях спектра с целью регистрации максимума теплового излучения тела.   В   перспективе также возможно   совершенствование   аппаратуры для сверхчувствительного приема электромагнитных колебаний дециметровых,   сантиметровых   и   миллиметровых диапазонов.


Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Copyright ©, МЕДИЦИНА Научно-популярный журнал, 2012-1018. Все права защищены.