Adobe Systems Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno 1 Přednášky z lékařské biofyziky Infračervené zobrazení (termografie/termovize) ØBezkontaktní termografická metoda je založena na měření infračerveného záření (IR) emitovaného povrchem těla. ØPro snímání obrazu se používá digitální senzorová technologie. ØVlnové délky IR 780 nm - 1 mm ØIR bylo poprvé zviditelněno Holstem v r. 1934 ØObjeveno astronomem Herschelem v r. 1800 ØVlnové délky využívané v termografii 0,7 - 14 μm Co to je infračervené zobrazení a infračervené záření? •IR-A (760 nm – 1,4 μm) •IR-B (1,4 – 3 μm) •IR-C (3 – 1000 μm) Rozdělení infračerveného záření Planckův vyzařovací zákon L……… spektrální měrná zářivost h........Planckova konstanta 6,6256 · 10-34[J · s] kB.......Boltzmannova konstanta 1,3807 · 10-23[J · K-1] c.........rychlost světla 2,9979 · 108[m · s-1] C1......1. vyzařovací konstanta 1,191 · 10-16[W · m2] C2......2. vyzařovací konstanta 1,4388 · 10-2[K · m] spektrální měrná zářivost L (výkon generovaný z jednotky plochy povrchu zdroje na dané vlnové délce do jednotkového prostorového úhlu) při absolutní teplotě zdroje T [K] v energetickém tvaru plancdotextuopraveny Stefan-Boltzmanův zákon Vyjadřuje intenzitu vyzařování - „výsledná intenzita vyzařování černého tělesa je úměrná čtvrté mocnině jeho absolutní teploty (T)“: • σ = 5,6697.10-8 W.m-2.K-4 Lze vyjádřit integrací přes celé spektrum vlnových délek Planckova vyzařovacího zákona boltzman Wienův posunovací zákon „Maximum spektrální intenzity vyzařování se mění v závislosti na teplotě, odpovídající vlnovou délku lze stanovit vyhledáním lokálního extrému odpovídající funkce“ – tedy, čím je těleso teplejší, tím více vyzařuje na kratších vlnových délkách Např. člověk při teplotě 37°C (310 K) vyzařuje nejvíce emg záření o vlnové délce 9,35 μm, což odpovídá IR záření. Slunce, jehož povrch má teplotu asi 5800 K, má maximum spektrální intenzity vyzařování v oblasti viditelné, ale hojně vyzařuje i v oblasti infračervené a ultrafialové. Wienova konstanta Lze vyjádřit derivací Planckova vyzařovacího zákona: wien2 Digitální kamera se sadou pixelových senzorů citlivých na IR (mikrobolometr nebo fotonový detektor). Mikrobolometr je mřížka tepelných senzorů vyrobená z oxidu vanadičného nebo amorfního křemíku, umístěná na odpovídající mřížce křemíku. IR záření o určitém rozsahu vlnových délek dopadá na oxid vanadičný a mění jeho elektrický odpor. Tato změna odporu je měřítkem teploty. Teploty lze znázornit graficky. Princip snímání obrazu Příklad převodní jednotky jednoho pixelu A.160x120 B.320x240 C.640x480 D.640x512 fotonový InSb E.1344x784 fotonový F. F. Rozlišení termogramů Parametry starší termovizní kamery, u modernějších se zvyšuje především maximální frekvence snímků a zmenšují rozměry. Workswell MEDICAS https://workswell.cz/infrakamera-pro-screening-onemocneni-infekce-nejen-na-letiste/ https://workswell.cz/wp-content/uploads/2020/03/0001_ink_corona_oprava_HEAD.jpg termovizní kontroly na letištích (chřipkové epidemie, nyní covid-19) • • • • • • • • termokamery na letisti Tchaj-wan Letiště Taipei – 4/2019 fluke FLIR ONE gen 2 Vybavení pro měření IR na Biofyzikálnímu ústavu LF MU FLIR i7 FLIR Imaging IR Infrared Thermal Camera & Thermal Imager Termokamera FLIR ONE pro iOS - Apple (CZ) Fluke Ti30 Seek Thermal UQ-EAAX Seek CompactPRO FastFrame - termokamera pro ... Seek Thermal WORKSWELL WIC-640-FUW - WIC-640-FUW Workswell WIC-640 Termodiagnostika budov • TERMOBAU Infrared calibration sources – Pyrometer calibrations – Ibertronix ... Kalibrační tzv. černé těleso FLIR B200 ØVysoké teplotní a prostorové rozlišení ØRozložení teplot je znázorněno pomocí izoterem ØMožnost zobrazení teplotních profilů ØBezpečné, rychlé a ekonomické vyšetření (žádný spotřební materiál) ØRozložení povrchové teploty je různé i u zdravých lidí ØJe výhodné srovnávat teploty symetrických částí těla ØV rozporu s původním očekáváním nelze použít IR zobrazení jako screeningovou metodu pro zhoubné nádory, např. nádory prsů, protože má velmi nízkou specificitu. IR zobrazení v medicíně – výhody a nevýhody Klinický význam termografie Metody poskytuje informaci o rozsahu a dynamice jakéhokoliv patologického procesu, který je spojený se změnou teploty. Indikace -Onemocnění periferních cév -Nemoci štítné žlázy -Nemoci lymfatického systému -Záněty kloubů -Vymezení spálenin a omrzlin -Hodnocení krevního zásobení v chirurgii (chirurgie trávícího traktu, plastická chirurgie) -Raynaudův syndrom Podmínky zobrazení: Teplota zatemněné místnosti 20 °C Aklimatizační doba kolem 20 min. Vyšetřovaná část těla musí být v průběhu aklimatizace odhalena. Před vyšetřením není dovoleno kouřit, pít alkoholické nápoje, cvičit nebo brát léky, které způsobují vasodilataci nebo vasokonstrikci. Klinické termogramy Různé palety pseudobarev Paréza n. ulnaris – chladový test 3min (nahoře) Zánět v oblasti lůžka nehtu palce (Flir b200) Před vstupem a po výstupu z kryokomory Výsledek obrázku pro kryokomora Výsledek obrázku pro kryokomora Termogram horečky u dítěte Klinická termografie IR_1835.jpg Ohřev stentu pomocí radioablačního zařízení (experiment) Identifikace části střeva pro resekci (experiment) Klinická termografie Příklad akutní pacienta s ischemickou chorobou dolních končetin. Efekt revaskularizace DK pomocí perkutánní transluminární angioplastiky (PTA) PTA 2 obrázek:www.mhs5000.com/software.htm. Pomocí termografie lze objektivizovat i některé neurologické nálezy. doublebreast img26 Únavová zlomenina u fotbalisty. Rtg vyšetření neukázalo žádnou abnormitu, termografie však dobře korelovala s pacientovými stížnostmi na bolest a poskytla zdůvodnění pro více invazivní scintigrafické vyšetření, které jasně ukázalo únavovou zlomeninu přesně v tom místě, kde byl termografický nález. www.dititexas.com/page6.html www.mhs5000.com/software.htm Starší screeningový termogram s asymetrií teplotní mapy prsů Chladový test prokrvení při anastomóze tlustého střeva – animace - video Porovnání zobrazení prokrvení metodou barvení indocyaninovou zelení a pomocí termokamery – resekce jícnu Sledování teploty při kauterizaci - animace Použití IR kamer v oblasti bezpečnosti aj. Pec propouštějící teplo – kontrola tepelných zařízení pec pecfoto Přehřátý kabel a další prvky v rozvodné skříni energetika2 http://bradyinfrared.com/wp-content/uploads/2011/03/electrical-panel-scans.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/Electrical_fault.jpg Termografie ve stavebnictví Výsledek obrázku pro thermography of houses potrubi1 Vyhledání rozvodů vodovodního potrubí ve zdi Nezateplená budova a její tepelné ztráty [USEMAP] Nízká kvalita izolace teplovodního potrubí v oblasti spojů (Fluke) izolace pracuje sonofr Ultrasonografická sonda (Fluke) Sonda v provozu 28,3 °C Sonda „frozen“ 26,5 °C Tepelná stopa zanechaná sonografickou sondou na předloktí + ochlazovací účinek kontaktního gelu na nártu (Fluke) otissk1 Poslední revize a ozvučení: březen 2021