導(dǎo)讀

熱成像是一種非接觸式、完全被動(dòng)的成像技術(shù)，可將紅外熱輻射轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光圖像。盡管傳統(tǒng)熱成像技術(shù)越來(lái)越多地用于人體監(jiān)測(cè)，但傳統(tǒng)熱成像技術(shù)仍存在光譜模糊性問(wèn)題，阻礙了其準(zhǔn)確檢測(cè)生命體征等細(xì)微生理特征的能力。在這項(xiàng)研究中，介紹了用于高光譜、高分辨率、多參數(shù)熱成像和視覺(jué)的相量熱成像（PTG）。PTG利用高光譜輻射建模、全諧波熱相量分析和多參數(shù)熱解混來(lái)增強(qiáng)紋理提取、材料分類(lèi)和精確的溫度測(cè)量。我們?cè)谑覝卦O(shè)置下使用各種幻影和活體受試者來(lái)演示PTG系統(tǒng)，驗(yàn)證其在檢測(cè)不同身體區(qū)域的體溫、呼吸頻率和心率等生理信號(hào)方面的穩(wěn)健性和可靠性。PTG框架對(duì)復(fù)雜和不均勻的環(huán)境輻射表現(xiàn)出很強(qiáng)的抵抗力，并與所有主要的紅外熱成像平臺(tái)無(wú)縫集成。這一進(jìn)步為下一代醫(yī)用熱成像提供了一條有前途的方法途徑。

佐治亞理工學(xué)院GeorgiaTech）研究人員利用對(duì)原始熱圖像的先進(jìn)處理技術(shù)，準(zhǔn)確跟蹤了受試者的生命體征，包括受試者的心率、呼吸頻率和體溫。為了提高熱圖像的清晰度和質(zhì)量，該團(tuán)隊(duì)使用了相量熱成像技術(shù)，這是他們?yōu)楦吖庾V、高分辨率、多參數(shù)熱成像和視覺(jué)開(kāi)發(fā)的技術(shù)。

相量熱成像能夠?qū)ιw征進(jìn)行被動(dòng)、非接觸式、可靠和詳細(xì)的測(cè)量。將來(lái)，它可以用于識(shí)別體內(nèi)的細(xì)微變化，這些變化可能是癌癥和其他疾病的早期指標(biāo)。

傳統(tǒng)熱成像通常不會(huì)在輕微的溫度變化之間做出明顯的區(qū)分。此外，環(huán)境中的熱量會(huì)使圖像過(guò)于嘈雜，無(wú)法精確測(cè)量生理信號(hào)。

這項(xiàng)新技術(shù)克服了傳統(tǒng)熱成像中固有的光譜模糊性，銳化了可以從圖像中提取的紋理和細(xì)節(jié)，并消除了拍攝對(duì)象周?chē)h(huán)境中的熱量影響。

借助這種相量熱成像技術(shù)，我們可以提高熱成像檢測(cè)異常的準(zhǔn)確性和效率，相量熱成像具有獲得材料分割的能力，而這僅通過(guò)純熱成像是不可能的?！?/p>

—DingdingHan

研究人員使用一系列濾光片，捕獲了長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外光譜不同部分的10張圖像，其中檢測(cè)到熱輻射。獲得圖像后，他們使用從信號(hào)處理中借來(lái)的數(shù)學(xué)工具（稱(chēng)為熱相量分析）來(lái)分析圖像中的熱模式。該團(tuán)隊(duì)使用全諧波相量能量和高階熱相量感知，從而增強(qiáng)了紋理提取和材料分類(lèi)。

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了算法來(lái)解析3D和小于1毫米的紋理。這種細(xì)節(jié)水平使該團(tuán)隊(duì)能夠準(zhǔn)確區(qū)分人類(lèi)受試者的熱圖像中的細(xì)微變化，例如頭皮和眉毛上的頭發(fā)之間的差異，以及受試者眼鏡的金屬邊緣之間的差異。

相量熱成像允許對(duì)熱場(chǎng)景至關(guān)重要的物理屬性進(jìn)行精確分解和高分辨率，從而減少了由于直接從總熱輻射進(jìn)行常規(guī)分解而導(dǎo)致溫度識(shí)別不充分的可能性。

研究人員在室溫設(shè)置下對(duì)幻影和活體受試者演示了相量熱成像系統(tǒng)。他們驗(yàn)證了該系統(tǒng)在檢測(cè)身體不同區(qū)域的體溫、呼吸頻率和心率等生理信號(hào)方面的穩(wěn)健性和可靠性。該系統(tǒng)能夠在多人場(chǎng)景中區(qū)分生命體征，并準(zhǔn)確捕捉運(yùn)動(dòng)前后呼吸頻率的變化。

相量熱成像技術(shù)對(duì)復(fù)雜和不均勻的環(huán)境輻射源具有很強(qiáng)的抵抗力，并且與所有主要的紅外熱成像平臺(tái)兼容。它使用常用的設(shè)備，這使得使該技術(shù)易于適應(yīng)不同的場(chǎng)景。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步開(kāi)發(fā)原型系統(tǒng)，并與醫(yī)生合作，將相量熱成像應(yīng)用于乳腺癌的檢測(cè)。

該系統(tǒng)可以輕松集成到醫(yī)院和其他醫(yī)療保健環(huán)境中。我們使用熱像儀和濾光片來(lái)獲取高光譜圖像數(shù)據(jù)，因此它具有可擴(kuò)展性，您可以將此設(shè)置集成到幾乎任何熱成像平臺(tái)中。

熱成像可以為我們?cè)谠缙跈z測(cè)方面帶來(lái)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢詿o(wú)創(chuàng)地檢測(cè)表明早期癌癥的異常細(xì)胞活動(dòng)，例如，腫瘤細(xì)胞需要更多的氧氣來(lái)繁殖，因此它們的溫度會(huì)比正常組織高一點(diǎn)。通過(guò)這種相量熱成像方法，我們可以發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。

這可能是未來(lái)廣泛生物醫(yī)學(xué)診斷的基石，這可能是下一代生物醫(yī)學(xué)熱成像技術(shù)用于癌癥早期檢測(cè)和診斷的第一步……這是第一個(gè)原型，最終目標(biāo)是發(fā)展下一個(gè)版本并使其更易于在醫(yī)院和診所中使用。

—DingdingHan

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇