Adobe Systems Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno 1 Přednášky z lékařské biofyziky Infračervené zobrazení (termografie/termovize) [USEMAP] 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? [USEMAP] •IR-A (760 nm – 1,4 μm) •IR-B (1,4 – 3 μm) •IR-C (3 – 1000 μm) Rozdělení infračerveného záření [USEMAP] 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 [USEMAP] 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 [USEMAP] 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 [USEMAP] 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 [USEMAP] A.160x120 B.320x240 C.640x480 D.640x512 fotonový InSb E.1344x784 fotonový F. F. Rozlišení termogramů [USEMAP]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 [USEMAP] termovizní kontroly na letištích (chřipkové epidemie, nyní covid-19) • • • • • • • • termokamery na letisti Tchaj-wan Letiště Taipei – 4/2019 [USEMAP] 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 [USEMAP] [USEMAP] 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 [USEMAP] 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. [USEMAP] Klinické termogramy Různé palety pseudobarev [USEMAP] Paréza n. ulnaris – chladový test 3min (nahoře) [USEMAP] Zánět v oblasti lůžka nehtu palce (Flir b200) [USEMAP] Před vstupem a po výstupu z kryokomory Výsledek obrázku pro kryokomora Výsledek obrázku pro kryokomora [USEMAP] Termogram horečky u dítěte [USEMAP] Klinická termografie IR_1835.jpg Ohřev stentu pomocí radioablačního zařízení (experiment) Identifikace části střeva pro resekci (experiment) [USEMAP] [USEMAP] Klinická termografie Příklad akutní pacienta s ischemickou chorobou dolních končetin. [USEMAP] Efekt revaskularizace DK pomocí perkutánní transluminární angioplastiky (PTA) PTA [USEMAP] 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 [USEMAP] Porovnání zobrazení prokrvení metodou barvení indocyaninovou zelení a pomocí termokamery – resekce jícnu [USEMAP] Sledování teploty při kauterizaci - animace [USEMAP] Použití IR kamer v oblasti bezpečnosti aj. [USEMAP] 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 [USEMAP] Termografie ve stavebnictví Výsledek obrázku pro thermography of houses potrubi1 Vyhledání rozvodů vodovodního potrubí ve zdi Nezateplená budova a její tepelné ztráty [USEMAP] [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 [USEMAP] Tepelná stopa zanechaná sonografickou sondou na předloktí + ochlazovací účinek kontaktního gelu na nártu (Fluke) otissk1 [USEMAP] Poslední revize a ozvučení: březen 2021