Физические основы свч термометрии реферат
Обновлено: 02.07.2024
Температуру тела человека принято считать постоянной. Однако это постоянство относительно. Температура внутренних органов выше, чем поверхности тела, температура кожи изменчива. Меняется температура при изменениях окружающей среды в зависимости от физиологического состояния организма.
Вследствие чрезвычайно развитой сосудистой сети в коже и подкожной клетчатке состояние поверхностного кровотока является важным индикатором функционирования внутренних органов. При развитии патологических процессов во внутренних органах происходит рефлекторное изменение поверхностного кровотока, которое сопровождается изменением теплоотдачи. Таким образом, главным фактором, определяющим температуру кожи, является интенсивность кровообращения.
Вторым механизмом теплообразования являются метаболические процессы. Степень выраженности обмена веществ в ткани обусловлена интенсивностью происходящих в ней биохимических реакций. С их усилением увеличивается продукция тепла.
Третий фактор, обусловливающий тепловой баланс поверхностных тканей, - их теплопроводность. Она зависит от их толщины, структуры, расположения. В частности, теплоотдача тела человека определяется состоянием кожи и подкожной жировой клетчатки: их толщиной, развитостью основных структурных элементов, гидрофильностью.
Определенные резервы повышения эффективности термографического исследования связаны с так называемой активной термографией.
Активная термография объединяет способы изучения термотопографии кожных покровов после физико-химических воздействий, на которые нормальные и опухолевые ткани реагируют неодинаково. Наиболее простой способ — холодовые пробы. Охлаждение исследуемой зоны аэрозолем этилового спирта в течение 10 мин или использование марлевых тампонов, смоченных спиртоэфирной смесью, дает возможность получить контрастные термограммы с четким отображением участков гипертермии.
Методика стрессорной термографии заключается в исследовании до и после охлаждения рук и предплечий в холодной воде ( + 8 - + 14°С) в течение 0,5—2 мин. Гипергликемическая проба основана на внутривенном введении в организм глюкозы. Злокачественные опухоли отвечают на эту пробу повышением температуры в зоне поражения на 0,7—3°С. Температура опухолей повышается также в условиях гипербарической оксигенации в кислородной лечебной барокамере.
3. Контактная жидкокристаллическая термография
Данная методика основана на свойстве жидких кристаллов изменять цвет в зависимости от изменения температуры. Жидкие кристаллы - это вещества, которые в определенном интервале температур образуют жидкую фазу, имеющую одновременно свойства жидкости и кристаллического тела. Как жидкости они обладают текучестью, как кристаллы — анизотропией оптических, электрических и других качеств (анизотропия — зависимость свойств среды от направления).
В настоящее время выпускаются промышленностью контактные жидкокристаллические термоиндикаторные пленки. Разработаны также специальные устройства, в которых имеется экран, покрытый жидкокристаллическим составом. В процессе термографии экран приближается к исследуемой части тела.
По цветному окрашиванию изображения с помощью калориметрической линейки судят о температуре поверхностных тканей.
4. Дистанционная инфракрасная термография
Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения. Поверхность тела человека, его органы и ткани, имеющие температуру жизнедеятельности 25-35С, выпускают тепловое излучение в инфракрасном диапазоне. Максимум излучения /если считать температуру кожи 30С/ лежит при длине волны 9.6 мкм.
Точнее можно охарактеризовать распределение энергии, испускаемой телом человека в инфракрасном диапазоне, следующими цифрами: на область длин волн 0.8 -5 мкм приходится всего 1% излучения, 5-9 мкм - 20, 9-16 мкм - 38 и от 16 мкм и выше 41%. По другим данным спектральное распределение энергии таково: диапазон 3-6 мкм 4%, 6-12 мкм - 37, 12-24 мкм - 41, 24-50 мкм - 14%.
В длинноволновой области спектра /5-25 мкм/ кожа человека излучает практически как абсолютно черное тело, имеющее температуру 27 С, независимо от расовой принадлежности, степени пигментации и других индивидуальных анатомо-физиологических особенностей. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее полностью все падающие на него электромагнитные волны при любой собственной температуре. Реальные тела не являются абсолютно черными, однако некоторые из них по оптическим свойствам близки к таковым, например, черный бархат в области видимого света.
В среднем 1 кв.см кожного покрова человека или живой ткани организма излучает около 40 Вт энергии. Инфракрасное излучение различных участков поверхности тела определяется тремя факторами: особенностями васкуляризации поверхностных тканей, уровнем метаболических процессов в них и различиями в теплопроводности.
Последние обусловлены, в основном, разным развитием жировой клетчатки. При соблюдении стандартных методических условий регистрируемая топография излучения характерна для данного человека и воспроизводится от наблюдения к наблюдению. Топография излучения для всех здоровых людей имеет много общего.
Нарушения инфракрасного излучения могут наблюдаться в следующих случаях:
1. необычные структурные соотношения сосудистой сети врожденные аномалии, сосудистые опухоли;
2. изменения тонуса сосудов - нарушения вегетативной иннервации, рефлекторные изменения тонуса;
3. местные расстройства кровообращения - травмы, тромбоз, склероз сосудов;
4. нарушения венозного кровотока – застой, обратный ток крови при недостаточности клапанов вен;
5. локальные изменения теплопродукции - воспалительные очаги, опухоли, некоторые другие заболевания;
6. изменения теплопроводности тканей - отек, уплотнения тканей, изменения содержания жира.
Инфракрасная термография - самый распространенный метод термографии. Он обеспечивает изображение теплового рельефа поверхности тела и измерение температуры в любом участке поверхности тела. Инфракрасную термографию осуществляют с помощью специальных приборов — термографов (тепловизоров).
При быстрой скорости сканирования появляется возможность получать до 16—20 кадров в 1 с, что позволяет наблюдать на экране изменение тепловых полей в реальном масштабе времени. Встроенный в аппарат компьютер обрабатывает изображения по заданиям, внесенным в память ЭВМ. Специальные компьютерные программы дают возможность точно локализовать участки изображения с аномальной светимостью, построить изотермальные кривые, объединяющие точки с одинаковой температурой, дать количественное выражение температурному рельефу поверхности тела. На черно-белой термограмме более светлые зоны соответствуют более нагретым областям. Однако прибор позволяет получать и обращенное - противоположное по светимости - изображение, в котором более нагретые участки выглядят более темными. Анализ термограмм на качественном уровне заключается в общем осмотре изображения, изучении теплового рисунка и распределения горячих и холодных зон. При визуальном анализе обращают особое внимание на выявление основных термографических синдромов патологических состояний: зоны гипертермии и гипотермии, нарушения структуры сосудистого рисунка. В отношении зоны гипертермии или гипотермии оценивают ее протяженность (ограниченная, протяженная или диффузная), локализацию, размеры, форму, очертания. Нарушение структуры сосудистого рисунка проявляется изменением количества, расположения и калибра сосудистых ветвей.
Количественный анализ дает возможность уточнить данные визуального осмотра термограммы и определить разность температуры исследуемого участка по сравнению с окружающими тканями или симметричным участком. Термограммы здорового человека имеют типичный для каждой области тела вид.
Для воспалительных процессов характерна зона гипертермии, соответствующая области инфильтрации, имеющая неоднородную структуру и разницу в температуре с окружающими тканями в пределах 0,7-1° при хроническом воспалении, 1 -1,5° при остром воспалении и свыше 1,5-2°- при гнойно-деструктивном процессе.
Для злокачественной опухоли характерна зона интенсивной гипертермии (на 2-2,5° выше температуры симметричной области). Структура участка гипертермии однородна, контуры сравнительно четкие, видны расширенные сосуды.
При нарушении артериального кровообращения (ангиоспазм, сужении или полный стеноз сосуда) определяется зона гипотермии, которая по положению, форме и размерам соответствует области снижения кровотока. Наоборот, при венозном тромбозе, тромбофлебите, посттромбофлебитическом синдроме в соответствующей области обычно отмечается зона повышенной температуры (гипертермия). Кроме того, при расстройствах кровотока наблюдается изменение обычного сосудистого рисунка, свойственного данному анатомическому региону.
В отношении раковых заболеваний термография оказалась наиболее полезной при исследовании молочных желез.
Термография может считаться важным способом диспансеризации в замкнутых коллективах: в детских учреждениях и учебных заведениях, в ведомственных коллективах, на промышленных предприятиях с относительно постоянным составом рабочих. При первой диспансеризации каждому члену коллектива проводят проверочное термографическое исследование и получают исходные, так называемые базисные термограммы. Ввиду индивидуального постоянства термографической картины повторные термограммы дают основание для выявления лиц с изменением температурного рельефа. А это своевременно сигнализирует о ранних циркуляторных, нейроэндокринных и предраковых состояниях.
5. Радиотермометрия (СВЧ-термометрия)
Радиотермометрия - измерение температуры внутренних органов и тканей по собственному их излучению. Очень давно известно, что человек является источником радиоизлучения. Впервые применили регистрацию этого излучения для медицинской диагностики А. Баррет и П. Майерс в 1975г.
При радиотермометрии производится измерение температуры столба ткани определенной глубины с помощью микроволнового радиометра. Если известно значение температуры кожи данной области, то можно вычислить температуру на любой глубине. Того же можно добиться, применяя регистрацию температуры на двух разных длинах волн.
Ценность метода усиливается тем, что температура глубинных тканей, с одной стороны, очень постоянна, а с другой - почти моментально меняется под влиянием ряда медикаментозных средств, в частности сосудорасширяющих препаратов. Это дает возможность проводить функциональные исследования, например, при решении вопроса об уровне ампутации при окклюзии сосудов конечностей.
Биофизические и медико–биологические основы термодиагностики. Сущность медицинской термографии - регистрации естественного теплового излучения тела как способа диспансеризации и диагностики, физиологические основы. Методика радиотермометрии (СВЧ).
| Рубрика | Медицина |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.01.2011 |
| Размер файла | 25,4 K |
Подобные документы
Понятие и предмет изучения медицинской радиологии, ее значение в диагностике и лечении различных заболеваний. Разновидности излучений, их влияние на организм человека. Применение томографии и дистанционной термографии, показания к их использованию.
лекция [16,3 K], добавлен 06.12.2009
Физические основы лучевой терапии. Основные виды и свойства ионизирующих излучений. Корпускулярные и фотонные ионизирующие излучения (ИИ). Биологические основы лучевой терапии. Изменения химической структуры атомов и молекул, биологическое действие ИИ.
реферат [43,6 K], добавлен 15.01.2011
Обзор рынка диагностического оборудования. Основные тенденции, динамика и объем рынка. Биофизические основы медицинского тепловидения. Направления медицинской диагностики тепловидения. Основные производители и поставщики российского рынка тепловизоров.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 18.02.2013
Сущность, цели и задачи клинической лабораторной диагностики. Лабораторное обеспечение медицинской помощи и его организация. Основополагающие принципы и тенденции развития лабораторной службы. Основы взаимоотношений между клиникой и лабораторией.
презентация [2,4 M], добавлен 06.04.2015
Понятие и сущность диспансеризации. Основные этапы диспансеризации. Правовые документы о диспансеризации. Отличие диспансеризации от профилактического смотра. Обязательное проведение профилактического консультирования. Раннее выявление заболеваний.
реферат [23,5 K], добавлен 27.11.2014
Инструментальные методы медицинской диагностики при рентгенологических, эндоскопических и ультразвуковых исследованиях. Сущность и разработка методов исследований и методика их проведения. Правила подготовки взрослых и детей к процедуре обследования.
реферат [61,5 K], добавлен 18.02.2015
Инвазивные и неинвазивные методы клинической диагностики. Биофизические основы биорезонансного тестирования. Преимущества и возможности компьютерного тестирования с помощью аппаратно-программного комплекса Биолаз-Оберон (АПК Дианел). Принцип его работы.
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Физические основы СВЧ термометрии
1.1. Радиотепловое излучение биологических тканей
1.2. Электрические свойства биологических тканей
1.3. Модели радиотеплового излучения биологических тканей
1.4. Сравнительный анализ возможностей дистанционной и аппликационной методик приема радиотеплового излучения биологического объекта
ГЛАВА 2. Модельные представления системы среда - аппликационная антенна.
2.1. Электрические и магнитные поля в системе антенна - среда
2.2. Эквивалентная схема системы антенна - среда
ГЛАВА 3. Методика измерения температуры и диэлектрических свойств среды.
3.1. Методические погрешности измерения глубинной температуры
3.2. Измерение глубинной температуры в условиях теплообмена в системе антенна-среда
3.3. Измерение профиля температуры по глубине. Теоретические основы одночастотной методики
3.4. Методика определения структуры слоистой среды
ГЛАВА 4. Разработанные приборы и экспериментальные исследования в
лаборатории
4.1. Радиометры
4.2. Антенны - аппликаторы
4.3. Температурная калибровка радиотермометра и измерение электрических характеристик антенны - аппликатора
4.3.1. Среды для моделирования биологических тканей
4.3.2. Измерение параметров антенн - аппликаторов
4.3.3. Температурная калибровка радиотермометра
4.4. Калибровка СВЧ измерителя толщины слоев
4.5. Определение весовых коэффициентов антенн - аппликаторов.
4.6. Эксперименты по оценке температурного профиля
ГЛАВА 5. Применение радиотермометра в животноводстве и медицине
5.1. Применение радиотермометра в животноводстве
5.2. Применение радиотермометра в медицине
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Новые методики прецизионных измерений подповерхностной температуры и структуры исследуемой среды открывают широкие возможности применения СВЧ-радиометрии в науке и народном хозяйстве (медицине, сельскохозяйственном производстве, текстильной промышленности и т.д.)- Эти методики позволяют на самых ранних стадиях обнаружить и измерить слабоконтрастные температурные и структурные изменения исследуемого объекта. Температурный режим и структура исследуемой среды являются важными характеристиками объекта, позволяющими диагностировать протекающие в нем процессы, контролировать функционирование его систем и делать оценки свойств материала. Разработанные в диссертационной работе методики были использованы при изучении одного из наиболее сложных объектов -живых тканей человека и животных. Применение прецизионных методов СВЧ -радиометрии в медицине обосновано их неинвазивностью, безвредностью, достаточной точностью, легкостью и быстротой получения значительного количества независимой информации, способствующей эффективной диагностике. В настоящее время за рубежом и в нашей стране теоретические и экспериментальные работы в этом направлении продолжаются и интенсивно развиваются.
Отклонения от нормы температуры тканей биологического объекта проявляется часто на ранних стадиях заболевания, когда изменения структуры или плотности тканей слабо выражены и не могут быть обнаружены рентгеновскими или ультразвуковыми методами. Однако существующие и широко используемые неинвазивные средства (аппликационные датчики - термопары, терморезисторы и термочувствительные жидкокристаллические пленки) и (дистанционные приборы -инфракрасные тепловизоры), как правило, позволяют определить только поверхностную температуру, которая слабо связана с процессами, протекающими на глубине и подвержена сильному влиянию окружающей среды. Значительно более информативной является, так называемая глубинная интегральная температура, которую чаще называют просто глубинной. Она представляет собой взвешенную сумму температур разных по глубине слоев исследуемого участка (см. гл. 1). Методики СВЧ -радиометрии, измеряя глубинную температуру, позволяют на ранних стадиях заболевания обнаружить нарушение локального температурного режима в организме человека или животного и осуществлять безвредный постоянный контроль этих областей с целью анализа динамики внутренних процессов, контроля эффективности лечения и возможного раннего обнаружения структурных изменений. Существуют
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.
Тепловое излучение человека составляет существенную долю его тепловых потерь. Излучательные потери человека равны разности испущенного потока и поглощенного потока излучения окружающей среды. Мощность излучательных потерь рассчитывается по формуле
где S - площадь поверхности; δ- приведенный коэффициент поглощения кожи (одежды), рассматриваемой как серое тело; Т1 - температура поверхности тела (одежды); Т0 - температура окружающей среды.
Рассмотрим следующий пример.
Рассчитаем мощность излучательных потерь раздетого человека при температуре окружающей среды 18°С (291 К). Примем: площадь поверхности тела S = 1,5 м 2 ; температура кожи Т1 = 306 К (33°С). Приведенный коэффициент поглощения кожи найдем по табл. 26.1 (δ= 5,1*10 -8 Вт/м 2 К 4 ). Подставив эти значения в формулу (26.11), получим
Р = 1,5*5,1*10 -8 *(306 4 - 291 4 ) ≈122 Вт.
Рис. 26.6.Прозрачность земной атмосферы (в процентах) для различных участков спектра при большой высоте стояния Солнца.
Тепловое излучение человека может быть использовано как диагностический параметр.
Термография - диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.
Более совершенный способ состоит в использовании тепловизоров, преобразующих инфракрасное излучение в видимый свет. Излучение тела с помощью специального объектива проецируется на матрицу тепловизора. После преобразования на экране формируется детальный тепловой портрет. Участки с различными температурами отличаются цветом или интенсивностью. Современные методы позволяют фиксировать различие в температурах до 0,2 градуса.
Тепловые портреты используются в функциональной диагностике. Различные патологии внутренних органов могут образовывать на поверхности кожные зоны с измененной температурой. Обнаружение таких зон указывает на наличие патологии. Термографический метод облегчает дифференциальный диагноз между доброкачественными и злокачественными опухолями. Этот метод является объективным средством контроля за эффективностью терапевтических методов лечения. Так, при термографическом обследовании больных псориазом было установлено, что при наличии выраженной инфильтрации и гиперемии в бляшках отмечается повышение температуры. Снижение температуры до уровня окружающих участков в большинстве случаев свидетельствует о регрессии процесса на коже.
Повышенная температура часто является показателем инфекции. Чтобы определить температуру человека, достаточно взглянуть через инфракрасное устройство на его лицо и шею. Для здоровых людей отношение температуры лба к температуре в области сонной артерии лежит в диапазоне от 0,98 до 1,03. Это отношение и можно использовать при экспресс-диагностике во время эпидемий для проведения карантинных мероприятий.
Читайте также: