專利名稱：一種醫(yī)用紅外透視方法及紅外透視儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)用紅外輻射熱像技術，特別是一種可以透視人體深層結(jié)構(gòu)的醫(yī)用紅外透視方法，以及按照該方法制成的紅外透視儀。
(二)、技術背景國內(nèi)外現(xiàn)有的傳統(tǒng)紅外熱像技術一般是人體熱場所輻射出的紅外光經(jīng)光機掃描、紅外光學系統(tǒng)、分頻濾波后進入紅外探測器內(nèi)成像，形成模擬電信號，再經(jīng)放大處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器后變成數(shù)字電信號，該數(shù)字電信號被輸送到計算機中，并從顯示器輸出影像。其中1.光機掃描中的行掃描是一個受電機帶動且不斷往返擺動的平面鏡。它主要存在的缺點是掃描成像速度很慢，不能動態(tài)顯示人體結(jié)構(gòu)形態(tài)；2.紅外光學系統(tǒng)綜合焦距太長，在近攝情況下景深與溫深不夠，不能攝取完整的或足量的人體熱場紅外輻射綜合波信息，同時因為斷層厚度不夠，圖像也缺乏質(zhì)感和立體感。因而只能顯示人體表面的溫度分布情況，對乳腺疾患、皮膚疾患、某些神經(jīng)功能性疾病及與神經(jīng)血管功能有關的疾病等雖然有診斷價值，但是對于深層結(jié)構(gòu)情況只能根據(jù)相應部位的溫度改變間接推斷可能存在的疾病或功能異常。因為不能顯示人體深層結(jié)構(gòu)(如心、肺等內(nèi)臟器官)的形態(tài)，對疾病或功能異常缺乏準確的解剖形態(tài)學定位依據(jù)。因此，傳統(tǒng)紅外熱像技術始終沒有成為醫(yī)學界公認的主要診斷方法，得不到推廣應用。
本發(fā)明的另一個目的就是利用上述方法制成的紅外透視儀，它可以在對人體完全無損傷的情況下，實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)攝像與顯像功能，增加人體結(jié)構(gòu)單位面積的熱圖像素，達到提高有效空間分辨率和溫度分辨率效果。
本發(fā)明的醫(yī)用紅外透視方法是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，它包括如下的步驟(1)由計算機控制，截取人體熱場某一斷層的熱能信息經(jīng)過體表熱能階所輻射的紅外光，依次經(jīng)過幀掃描。行掃描及紅外光學系統(tǒng)，進行分頻濾波，選取出波長為9.2微米～10.4微米的紅外光，使這種能夠反映人體深層結(jié)構(gòu)的紅外光清晰地聚焦成像于紅外探測器內(nèi)；(2)紅外探測器將該紅外光轉(zhuǎn)換成模擬電信號，該模擬電信號經(jīng)放大處理、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字電信號；(3)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電信號輸送到計算機中，計算機用專用紅外透視軟件將該信號以改色不改溫的原則經(jīng)偽彩色顯示。溫窗選定調(diào)節(jié)。色帶編輯和顏色編輯等處理后，將反映該斷層的人體深層結(jié)構(gòu)的清晰圖像從顯示器實時顯示出來。
按上述方法制成的紅外透視儀是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，它包括有均分別與控制臺的計算機連接的攝像頭三維控制座、紅外透視攝像頭、人體熱場控制座，與設置在攝像頭三維控制座上的紅外透視攝像頭相對應的位置處設置有人體熱場控制座。
由于采用了上述技術方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點1.按照“衰減性溫階透視疊影”原理，通過軟件編程實現(xiàn)操作規(guī)范化、程序化，滿足臨床、科研以及網(wǎng)絡查詢需要。尤其是實時圖像顯示控制程序，為國內(nèi)外首創(chuàng)。
2.采用本方法和透視儀具備人體深層結(jié)構(gòu)透視效果。
3.能夠根據(jù)需要，進行定位深部透視。
4.偽彩色顯示效果比傳統(tǒng)紅外熱像清晰、協(xié)調(diào)，視覺效應好。
5.設計新型紅外掃描裝置，達到提高現(xiàn)有設備的成像速度10～15倍以上。
6.改進紅外攝像光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能，拓寬溫深，提高紅外透視的定位選擇性斷層厚度的可控范圍1倍以上。
7.設計了“擬正弦曲面掃描系統(tǒng)”進一步大幅度提高掃描成像速度。
8.實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)攝像與顯像功能，成像速度達到每秒30幀的效果。
9.增加熱像素4倍(512×512)以上，達到提高有效空間分辨率和溫度分辨率的效果。
圖中1.紅外透視攝像頭；2.攝像頭三維控制座；3.控制臺；4.行掃反光鏡；5.單晶鍺透鏡；6.幀掃凹面鏡；7.單晶鍺透鏡；8.紅外探測器；9.底座；10.進退軌道；11.進退螺紋桿；12.定位調(diào)距底盤；13.水平調(diào)節(jié)螺桿；14.水平調(diào)節(jié)底盤；15.升降軌道；16.升降調(diào)節(jié)螺桿；17.固定板；18.連接紅外攝像頭的平臺；19.溫控室；20.人體熱場控制座；21.數(shù)據(jù)傳輸線；22.顯示器；23.擬正弦曲面雙向掃描圓柱。
參見

圖1，人體各部分產(chǎn)熱的40％～60％形成由血流系統(tǒng)、氣流系統(tǒng)、非血流性液體、實質(zhì)組織和皮膚構(gòu)成的人體熱場，各區(qū)域熱場中的熱場溫度向體表端層依次衰減，反映深層結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能的衰減性溫階透視疊影紅外輻射，該衰減性溫階透視疊影紅外輻射經(jīng)上述的方法，就可能得到反映人體深層結(jié)構(gòu)的紅外透視圖。
上述步驟中，所述的由計算機控制截取人體熱場某一斷層是通過下述三種方式進行控制的(1)通過計算機及其相應的軟件通過人體熱場控制座對人體所處的方位、位置進行自動控制，它包括①坐姿.立姿.臥姿的控制；②以上姿勢的方位精確控制；③肢體位置的控制；(2)通過計算機及其相應的軟件通過攝像頭三維控制座對紅外光學系統(tǒng)的整體位置的自動控制，它包括(調(diào)節(jié)鏡頭前伸參數(shù)，優(yōu)化顯示層次)①聯(lián)動按照設置的默認物/像距函數(shù)關系聯(lián)動步驟；②手動根據(jù)實際需要，隨時調(diào)節(jié)步驟；③自動按照設置的默認參數(shù)，自動定位聚焦到預定的位置，掃描成像；(3)通過計算機及其相應的軟件通過專用伺服電機系統(tǒng)對紅外光學系統(tǒng)內(nèi)的各個元器件的位置的自動控制，它包括①聯(lián)動按照設置的默認物/像距函數(shù)關系聯(lián)動步驟；②手動根據(jù)實際需要，隨時調(diào)節(jié)步驟；③自動按照設置的默認參數(shù)，自動定位聚焦到預定的位置，掃描成像；上述相應的計算機軟件采用參數(shù)控制方式完成攝像系統(tǒng)的控制功能。最佳參數(shù)的外在表現(xiàn)為按需要的部位層面成像，成像的層次與輪廓較為清晰。
上述步驟中，所述的偽彩色顯示、溫窗選定調(diào)節(jié)、色帶編輯和顏色編輯的處理包括(1)偽彩色顯示色帶調(diào)節(jié)步驟偽彩色顯示是指彩色形式表達溫度差異變化而提高溫度變化的視覺敏感效應的“以色代溫”顯示方法。色帶則指與溫度值一一對應的、按規(guī)定次序排列的顏色范圍，表現(xiàn)為一個帶狀矩形框，顏色上下限之間像素量不低于2048(便于圖像放大時像素平滑過渡間插和色調(diào)調(diào)節(jié)等功能實現(xiàn))。調(diào)節(jié)后的色帶可以存盤保存。
①色帶長度調(diào)節(jié)步驟動態(tài)調(diào)節(jié)色帶矩形框的長度，使之能夠表達的顏色范圍隨之動態(tài)變化，溫窗刻度不變化，顏色代表的溫度起變化。影響成像過程。
②色帶顏色比例調(diào)節(jié)步驟對色帶中某部分顏色范圍所占的比例做動態(tài)調(diào)整，溫窗溫度刻度不變化，顏色所代表的溫度范圍也就不同了，隨之影響到成像。
(2)溫窗上下限與間距絕對值調(diào)節(jié)步驟溫窗是指與色帶中的顏色值一一對應的溫度刻度表。對溫窗上下限及間距的調(diào)整，溫窗范圍所對應的顏色也就不同了，影響到成像。
(3)色帶編輯將色帶中的顏色進行置換的調(diào)節(jié)步驟；(4)顏色編輯①全色與分色的色調(diào)調(diào)節(jié)步驟，②全色與分色亮度調(diào)節(jié)步驟，③全色與分色對比度調(diào)節(jié)步驟，④全色與分色黑度調(diào)節(jié)步驟；(5)圖像實時處理①視野鎖定、縮放、比例控制步驟鎖定指保持圖像框內(nèi)的視野范圍不變、像素量不變，不受距離遠近調(diào)節(jié)改變的影響，其余功能較為明確。
②光滑度調(diào)節(jié)步驟光滑度調(diào)節(jié)功能主要通過縱橫運動模糊和高斯氏模糊方法解決圖像的粗糙、不光滑問題。
③多層圖像疊加步驟；
(6)顯示步驟掃描成像過程觀察的成像框，已經(jīng)完成掃描成像過程的圖像展示框，設置圖標編輯框儲存已經(jīng)從展示框退出、以圖標形式顯示的圖樣，這些圖標可以隨時調(diào)入框放大顯示，可以對圖標進行圖像編輯，如復制.粘貼.刪除等；(7)熱圖保存步驟①圖像經(jīng)復查合格、刪除不滿意者后，批量存盤；②自動形成受檢者文件夾和序列化的各種文件名；③存盤文件包括——偽彩色圖像、溫度信息、使用中調(diào)整過或未調(diào)整的色帶文件名、操作過程宏記錄，④自動進入數(shù)據(jù)庫儲存，便于網(wǎng)絡使用。
上述步驟中，所述的行掃描采用單向轉(zhuǎn)動的柱體，其反射面呈擬正弦曲面，以實現(xiàn)快速線性逐行雙向掃描。
如圖2所示，按上述方法制成的紅外透視儀，其特征在于包括有均分別與控制臺3的計算機連接的攝像頭三維控制座2、紅外透視攝像頭1、人體熱場控制座20，與設置在攝像頭三維控制座2上的紅外透視攝像頭1相對應的位置處設置有人體熱場控制座20。
如圖4所示，紅外透視攝像頭1主要包括有幀掃凹面鏡6、行掃反光鏡21、單晶鍺透鏡5、單晶鍺透鏡7和紅外探測器，設置在單晶鍺透鏡5之后受電機帶動且不斷擺動的幀掃凹面鏡6的入射光路對應于人體熱場處，受電機帶動的行掃反光鏡21設置于幀掃凹面鏡6的焦點處，行掃反光鏡21的反射光路與位于紅外探測器8之前的單晶鍺透鏡7相對應。
如圖5所示，行掃反光鏡21可以是受電機帶動且單向轉(zhuǎn)動的擬正弦曲面雙向掃描圓柱23，其圓周擬正弦波數(shù)4≤ω≤20。擬正弦曲面雙向掃描圓柱23是根據(jù)正弦波曲線逢拐點即改變相位的原理設計而成。它具備單向高速旋轉(zhuǎn)的特征，可以大幅度提高行掃描速度將近100倍。擬正弦曲面的正反相位圓弧特性又同時滿足了線性掃描的需要。
如圖3所示，所述攝像頭三維控制座2的底座9上通過進退軌道10和進退螺紋桿11設置定位調(diào)距底盤12，定位調(diào)距底盤12套裝在進退軌道10上；定位調(diào)距底盤12上設有水平調(diào)節(jié)螺桿13和水平調(diào)節(jié)底盤14，垂直于水平調(diào)節(jié)底盤14面上固定有升降軌道15和升降調(diào)節(jié)螺桿16，該升降軌道15和升降調(diào)節(jié)螺桿16通過套裝在其上的固定板17連接紅外透視攝像頭的平臺18。
如圖1所示，攝像頭三維控制座2、紅外透視攝像頭1和人體熱場控制座20均設置于同一溫控室19內(nèi)。
用本發(fā)明對100多名自愿進行不同部位透視檢查、驗證，均達到預期的形態(tài)與功能顯示效果。參見圖7，它是22歲正常男性的胸部紅外透視圖，圖中，心肺顯示清晰，符合正常解剖形態(tài)；周圍的比鄰結(jié)構(gòu)，如升主動脈、胸膜反折等，均顯示良好；無異常溫度改變，功能正常。如圖6所示，它是正常33歲男性的腹部腹膜后透視斷層圖，放大圖中可以看到正常胰腺形態(tài)結(jié)構(gòu)，比鄰的腸系膜上靜脈、脾靜脈、門靜脈、腸系膜上動脈等均清晰地顯示。而這些深層血管，在不注射造影劑的情況下，其他當今的影像手段(如X線、CT、核磁共振等)是無法或難以實現(xiàn)形態(tài)與功能同時顯示的(注核磁共振在不注射造影劑情況下顯示血管需要用造價昂貴的高磁場強度設備)。紅外透視冠狀斷層觀察角度方向為自然視角方向，比CT、核磁共振的橫斷層圖容易定位、識別、分析、而且包括的視野范圍也大于CT、核磁共振。
權利要求
1.一種醫(yī)用紅外透視方法，它包括如下的步驟(1)由計算機控制，截取人體熱場某一斷層的熱能信息經(jīng)過體表熱能階所輻射的紅外光，依次經(jīng)過幀掃描。行掃描及紅外光學系統(tǒng)，進行分頻濾波，選取出波長為9.2微米～10.4微米的紅外光，使這種能夠反映人體深層結(jié)構(gòu)的紅外光清晰地聚焦成像于紅外探測器內(nèi)；(2)紅外探測器將該紅外光轉(zhuǎn)換成模擬電信號，該模擬電信號經(jīng)放大處理、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字電信號；(3)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電信號輸送到計算機中，計算機用專用紅外透視軟件將該信號以改色不改溫的原則經(jīng)偽彩色顯示.溫窗選定調(diào)節(jié).色帶編輯和顏色編輯等處理后，將反映該斷層的人體深層結(jié)構(gòu)的清晰圖像從顯示器實時顯示出來。
2.如權利要求1所述的醫(yī)用紅外透視方法，其特征在于所述的由計算機控制截取人體熱場某一斷層是通過下述三種方式進行控制的(1)通過計算機及其相應的軟件通過人體熱場控制座對人體所處的方位、位置進行自動控制，它包括①坐姿.立姿.臥姿的控制；②以上姿勢的方位精確控制；③肢體位置的控制；(2)通過計算機及其相應的軟件通過攝像頭三維控制座對紅外光學系統(tǒng)的整體位置的自動控制，它包括①聯(lián)動按照設置的默認物/像距函數(shù)關系聯(lián)動步驟；②手動根據(jù)實際需要，隨時調(diào)節(jié)步驟；③自動按照設置的默認參數(shù)，自動定位聚焦到預定的位置，掃描成像；(3)通過計算機及其相應的軟件通過專用伺服電機系統(tǒng)對紅外光學系統(tǒng)內(nèi)的各個元器件的位置的自動控制，它包括①聯(lián)動按照設置的默認物/像距函數(shù)關系聯(lián)動步驟；②手動根據(jù)實際需要，隨時調(diào)節(jié)步驟；③自動按照設置的默認參數(shù)，自動定位聚焦到預定的位置，掃描成像；
3.如權利要求1所述的醫(yī)用紅外透視方法，其特征在于所述的偽彩色顯示、溫窗選定與上下限調(diào)節(jié)、色帶編輯和顏色編輯的處理包括(1)偽彩色顯示色帶調(diào)節(jié)步驟①色帶長度調(diào)節(jié)步驟，②色帶顏色比例調(diào)節(jié)步驟；(2)溫窗上下限與間距絕對值調(diào)節(jié)步驟；(3)色帶編輯將色帶中的顏色進行置換的調(diào)節(jié)步驟；(4)顏色編輯①全色與分色的色調(diào)調(diào)節(jié)步驟，②全色與分色亮度調(diào)節(jié)步驟，③全色與分色對比度調(diào)節(jié)步驟，④全色與分色黑度調(diào)節(jié)步驟；(5)圖像實時處理①視野鎖定、縮放、比例控制步驟，②光滑度調(diào)節(jié)步驟，③多層圖像疊加步驟；(6)顯示步驟掃描成像過程觀察的成像框，已經(jīng)完成掃描成像過程的圖像展示框，設置圖標編輯框儲存已經(jīng)從展示框退出、以圖標形式顯示的圖樣，這些圖標可以隨時調(diào)入框放大顯示，可以對圖標進行圖像編輯，如復制.粘貼.刪除等；(7)熱圖保存步驟①圖像經(jīng)復查合格、刪除不滿意者后，批量存盤；②自動形成受檢者文件夾和序列化的各種文件名；③存盤文件包括——偽彩色圖像、溫度信息、使用中調(diào)整過或未調(diào)整的色帶文件名、操作過程宏記錄，④自動進入數(shù)據(jù)庫儲存，便于網(wǎng)絡使用。
4.如權利要求1所述的醫(yī)用紅外透視方法，其特征在于所述的行掃描采用單向轉(zhuǎn)動的反光圓柱，其反射面呈擬正弦曲面，以實現(xiàn)快速線性逐行雙向掃描。
5.如權利要求1的方法制成的紅外透視儀，其特征在于包括有均分別與控制臺(3)的計算機連接的攝像頭三維控制座(2)、紅外透視攝像頭(1)、人體熱場控制座(20)，與設置在攝像頭三維控制座(2)上的紅外透視攝像頭(1)相對應的位置處設置有人體熱場控制座(20)。
6.如權利要求5所述的紅外透視儀，其特征在于紅外透視攝像頭(1)主要包括有幀掃凹面鏡(6)、行掃反光鏡(21)、單晶鍺透鏡(5、7)和紅外探測器，設置在單晶鍺透鏡(5)之后受電機帶動且不斷擺動的幀掃凹面鏡(6)的入射光路對應于人體熱場處，受電機帶動的行掃反光鏡(21)設置于幀掃凹面鏡(6)的焦點處，行掃反光鏡(21)的反射光路與位于紅外探測器(8)之前的單晶鍺透鏡(7)相對應。
7.如權利要求6所述的紅外透視儀，其特征在于行掃反光鏡(21)是受電機帶動且單向轉(zhuǎn)動的擬正弦曲面雙向掃描圓柱(23)，其圓周擬正弦波數(shù)4≤ω≤20。
8.如權利要求5、6、7所述的紅外透視儀，其特征在于所述攝像頭三維控制座(2)的底座(9)上通過進退軌道(10)和進退螺紋桿(11)設置定位調(diào)距底盤(12)，定位調(diào)距底盤(12)套裝在進退軌道(10)上；定位調(diào)距底盤(12)上設有水平調(diào)節(jié)螺桿(13)和水平調(diào)節(jié)底盤(14)，垂直于水平調(diào)節(jié)底盤(14)面上固定有升降軌道(15)和升降調(diào)節(jié)螺桿(16)，該升降軌道(15)和升降調(diào)節(jié)螺桿(16)通過套裝在其上的固定板(17)連接紅外透視攝像頭的平臺(18)。
9.如權利要求8所述的紅外透視儀，其特征在于攝像頭三維控制座(2)、紅外透視攝像頭(1)和人體熱場控制座(20)均設置于同一溫控室(19)內(nèi)。
全文摘要
一種醫(yī)用紅外透視方法，它是將人體熱場某一斷層的熱能信息經(jīng)過體表熱能階所輻射的紅外光，依次經(jīng)過幀掃描。行掃描及紅外光學系統(tǒng)、分頻濾波后，清晰地聚焦成像于紅外探測器內(nèi)并轉(zhuǎn)換成模擬電信號，該模擬電信號經(jīng)放大處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字電信號后輸送到計算機中，計算機用專用紅外透視軟件將該信號以改色不改溫的原則經(jīng)偽彩色顯示。溫窗選定調(diào)節(jié)。色帶編輯和顏色編輯等處理后，將反映該斷層的人體深層結(jié)構(gòu)的清晰圖像從顯示器實時顯示出來。用該方法制成的紅外透視儀，改變傳統(tǒng)醫(yī)學診斷模式，可以在對人體完全無損傷的情況下，提高熱圖診斷價值，成為具備定位、定性雙重價值的影像診斷設備，造福人類。
文檔編號A61B6/00GK1404796SQ0213398
公開日2003年3月26日 申請日期2002年10月30日 優(yōu)先權日2002年10月30日
發(fā)明者晏才杰, 王興華 申請人:晏才杰, 王興華