专利名称：一种医用红外透视方法及红外透视仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及医用红外辐射热像技术，具体涉及一种医用红外透视方法及红外透视仪。
国内外现有传统红外热像技术的主要缺点是不能显示深部结构的形态，扫描成像速度慢，红外光学系统综合焦距太长，在近摄情况下景深与温深不够，不能摄取完整的或足量的人体热场红外辐射综合波信息，同时因为断层厚度不够，图像也缺乏质感和立体感。因而只能显示人体表面的温度分布情况，对乳腺疾患、皮肤疾患、某些神经功能性疾病经及与神经血管功能有关的疾病等虽然有诊断价值，但是对于深部结构情况只能根据相应部位的温度改变间接推断可能存在的疾病或功能异常。因为不能显示人体深层结构(如心、肺等内脏器官)的形态，对疾病或功能异常缺乏准确的解剖形态学定位依据。因此，传统红外热像技术始终没有成为医学界公认的主要诊断方法，得不到推广应用。
本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种专用透视程序和仪器，实现连续动态摄像与显像功能，增加热图像素，达到提高空间分辨率和温度分辨率效果的红外透视仪。从而实现人体深层结构(如心、肺等)的形态与功能状态同时显示，提高热图诊断价值，使红外透视仪这种对人体完全无损伤的环保型绿色诊断设备成为一种具备定位、定性双重价值的高品位主要影像诊断设备，改变传统医学诊断模式，造福人类。
实现上述目的，本发明采用下述技术方案一种医用红外透视方法，采用红外探测仪和光学系统组成的摄像装置与计算机系统，由计算机程序对摄像装置采集到的人体深层结构透视信息经实时显示调节控制、信息采集调节控制、图像后处理、诊断报告、数据库等处理后显示人体内脏形态与功能；所述计算机程序主要包括1)摄像实时显示控制程序①伪彩色显示色带调节程序色带长度调节程序色带颜色比例调节程序温窗上下限与间距绝对值调节程序②聚焦专用色带(focus ribbon)程序③图像实时处理程序
视野锁定、缩放、比例控制程序光滑度调节程序亮度、对比度调节程序绿色、红色单色亮度调节程序全色与分色的色调调节程序多层图象叠加程序④新型显示程序专供扫描成像过程观察的成像框专供已经完成扫描成像过程的图像展示框设置图标框储存已经从展示框退出、以图标形式显示的图标，这些图标可以随时调入展示框放大显示⑤新型热图保存程序，具备以下功能图像经复查合格、删除不满意者后，批量存盘自动形成受检者文件夹和序列化的各种文件名存盘文件包括——伪彩色图像、温度信息、使用中调整过或未调整的色带文件名、操作过程宏记录自动进入数据库储存，便于网络使用2)摄像信息采集控制程序①光学系统物距-像距的共轭关系控制程序主要是精确调整光学系统的物距-像距的共轭关系，这需要通过硬件控制板驱动程序来实现。
a.物距调节利用focus ribbon来进行远点默认物距自动定位近点默认物距自动定位手动增减调节物距b.像距调节调节镜头前伸参数，优化显示层次联动按照设置的默认物/像距函数关系联动手动根据实际需要，随时调节自动利用focus ribbon帮助，按照设置的默认参数，自动定位聚焦到预定的位置，扫描成像②按器官(例如心脏、肺脏)或指定的部位(例如胸腔前部、会阴部等)的既定程序进行自动聚焦扫描成像3)图像后处理程序进一步优化显示效果，还可以对图象进行标记、注解等处理4)诊断报告程序按照规范的模式进行诊断报告的文件形成5)数据库程序设置必需的项目字段和按照各种需要的表格形式。便于随时调用进行科研分析或其他用途。适应网络(互联网、局网)需要。
按上述方法使用的红外透视仪，包括设有行扫反光镜，帧扫反光镜，单晶锗透镜，红外探测器的摄像装置和电脑系统，摄像装置的行扫反光镜前设单晶锗透镜，行扫反光镜后设置帧扫反光镜，行扫反光镜的水平线上依次设置单晶锗透镜和红外探测器，红外探测器通过电路与电脑系统连接，其特征在于帧扫反光镜为聚焦凹面反光镜，帧扫反光镜的面积为4×4cm；行扫反光镜为平面镜其面积为2×2cm；还设有定位调距装置用于精确的对象定位和距离调节。所述行扫反光镜为拟正弦曲面双向扫描圆柱，其圆周总拟正弦波数ω≥4。所述定位调距装置的底座上通过进退轨道和进退螺纹杆设置定位调距底盘，定位调距底盘卡装在进退轨道上；定位调距底盘上设有水平调节螺杆和水平调节底盘，垂直于水平调节底盘面上固定有升降轨道和升降调节螺杆，该升降轨道和升降调节螺杆通过套装在其上的固定板连接摄像装置平台。
相比现有技术，采用上述方法和结构的红外透视仪，具有以下优点1、按照“衰减性温阶透视叠影”原理，通过软件编程实现操作规范化、程序化，满足临床、科研以及网络查询需要。尤其是实时图像显示控制程序，为国内外首创。
2、采用本方法和透视仪具备人体深部结构透视效果；3、能够根据需要，进行定位深部透视。
4、伪彩色显示效果比传统红外热像仪清晰、协调。
5、设计新型红外扫描装置，达到提高现有设备的成像速度10-15倍以上；6、改进红外摄像光学系统的结构与性能，拓宽温深，增加红外透视的定位选择性断层厚度1/2到1倍；7、设计了“拟正弦曲面扫描系统”进一步大幅度提高扫描成像速度；8、实现连续动态摄像与显像功能，成像速度达到每秒30帧的效果；9、增加热像素4倍(512×512)以上，达到提高空间分辨率和温度分辨率的效果。
下而结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详述。
图1是红外透视成像原理流程图。
图2为本发明红外透视仪主体结构示意图。
图3为本发明红外透视仪定位调距装置结构示意图。
图4为本发明红外透视仪摄像装置一实施例结构示意图。
图5为本发明红外透视仪摄像装第二实施例结构示意图。
图6为图5摄像装置中的拟正弦曲面双向扫描圆柱结构示意图。
图7是正常人胸部红外透视图。
图8是正常人腹部红外透视图。
参见图1、4、5，人体各部分产热的40-60％形成由血流系统，气流系统，非血流性液体，实质组织和皮肤构成的人体热场，各区域热场中的热场温度向体表端层依次衰减，反映深层结构形态和功能的衰减性温阶透视叠影红外辐射，该衰减性温阶透视叠影红外辐射经红外透视仪摄像装置中位于行扫反光镜4或拟正弦曲面双向扫描圆柱23前的单晶锗透镜5聚焦到帧扫反光镜6，再经帧扫反光镜6聚焦到行扫反光镜4或拟正弦曲面双向扫描圆柱23，通过其水平线上依次设置的单晶锗透镜7聚焦到红外探测器8，电脑系统中的透视专用软件将其转换成模拟电信号，并通过放大系统放大，通过数字转换卡转换成红外透视图显示在电脑显示屏上。根据人体产热比例，由红外透视仪和计算机程序对人体热场红外辐射进行探测、处理，可得到理想的红外透视图。
本发明的医用红外透视方法，采用红外探测仪和光学系统组成的摄像装置与计算机系统，由计算机程序对摄像装置采集到的人体深层结构透视信息经实时显示、信息采集、图像后处理、诊断报告、数据库处理后显示人体内脏形态与功能；其计算机程序的主要功能为1.摄像实时显示控制功能①伪彩色显示色带调节功能伪彩色显示是指用彩色形式表达温度差异变化而提高温度变化的视觉敏感度效应的“以色代温”显示方法。色带则指与温度值一一对应的、按规定次序排列的颜色范围，表现为一个带状矩形框，颜色上下限之间像素量不低于2048(便于图像放大时像素平滑过渡间插和色调调节等功能实现)。调节后的色带可以存盘保存(*.rbn)。
▲色带长度调节功能动态调节色带矩形框的长度，使之能够表达的颜色范围随之动态变化，温窗温度刻度不变化，颜色代表的温度起变化。影响成像过程。
▲色带颜色比例调节功能对色带中某部分颜色范围所占的比例做动态调整，温窗温度刻度不变化，颜色所代表的温度范围也就不同了，随之影响到成像。
▲温窗上下限与间距绝对值调节功能温窗是指与色带中的颜色值一一对应的温度刻度表。对温窗上下限及间距的调整，温窗范围所对应的颜色也就不同了，影响到成像。
②专用聚焦黑白色带(focus ribbon)功能此项功能目的为按指定的距离或温度进行聚焦成像。对所成像中特定温度范围内的黑白像素数进行统计，以获得最佳聚焦效果。
③图像实时处理功能▲视野锁定、缩放、比例控制功能锁定指保持图像框内的视野范围不变、像素量不变，不受距离远近调节改变的影响，其余功能较为明确。
▲光滑度调节程序光滑度调节功能主要通过高斯氏模糊方法解决图像的粗糙、不光滑问题。
▲亮度、对比度调节功能▲绿色、红色单色亮度调节功能对所成像中的绿色或红色的亮度进行调节。
▲全色与分色的色调调节功能▲多层图像叠加功能④新型显示功能▲专供扫描成像过程观察的成像框▲专供已经完成扫描成像过程的图像展示框▲设置图标框储存已经从展示框退出、以图标形式显示的小图像，这些图标可以随时调入展示框放大显示⑤热图保存功能，具备以下特点▲图像经复查合格、删除不满意者后，批量存盘▲自动形成受检者文件夹和序列化的各种文件名▲存盘文件包括——伪彩色图像、温度信息、使用中调整过或未调整的色带文件名、操作过程宏记录与自动转换成的*.bat文件，便于后期调用编程。
▲自动进入数据库储存2.摄像信息采集控制功能本软件采用参数控制方式完成摄像系统的控制功能。最佳参数的外在表现为按需要的部位层面成像，成像的层次与轮廓较为清晰。
①光学系统物距-像距的共轭关系控制程序a.物距调节利用focus ribbon来进行▲远点默认物距自动定位▲近点默认物距自动定位▲手动增减调节物距b.像距调节调节镜头前伸参数，优化显示层次▲联动 按照设置的默认物/像距函数关系联动▲手动 根据实际需要，随时调节▲自动 利用focus ribbon帮助，按照设置的默认参数，自动定位聚焦到预定的位置，扫描成像②按器官(例如心脏、肺脏)或指定的部位(例如胸腔前部、会阴部等)的既定程序进行自动聚焦扫描成像。
3.图像后处理功能提供对图像(不含温度信息)进行进一步优化、剪切、复制、编辑、合成、标记、注解、导出(通用图像格式，如*.bmp，*.jpg等)等处理的功能。可以同时调入多幅热图或通用格式图像预览，选择后进行编辑处理。
4.诊断报告功能按照设定的模式提供诊断报告的输入界面并完成存储功能。与数据库衔接。
5.数据库处理功能建立病员基本资料、病因诊断依据及结论等资料数据库，并能根据病因、结论等进行查询、打印，便于随时调用进行科研分析或其它用途。
参见图2，本发明红外透视仪包括摄像装置1，定位调距装置2和电脑系统3；摄像装置1位于定位调节装置2的摄像部件平台18上，电脑系统3与摄像装置1连接。
见图3，定位调距装置2包括底座9，没于底座9上的进退轨道10和进退螺纹杆11(长度为100cm)，以及卡装在进退轨道10上的定位调距装置底盘12，该底盘12上设有水平调节螺杆13(长度为20cm)和水平调节底盘14，垂直于水平调节底盘14面上固定有升降轨道15和升降调节螺杆16(长度为100cm)，该升降轨道15和升降调节螺杆16通过套装在其上的固定板17连接摄像部件平台18。
见图4，摄像装置1的行扫反光镜4前设有单晶锗透镜5，行扫反光镜4后设置帧扫反光镜6，行扫反光镜4的水平线上依次设置单晶锗透镜7和红外探测器8，红外探测器8为碲镉汞821。
电脑系统3包括放大系统、AD数字转换卡、透视专用软件、电脑键盘和显示器22。
参见图5、图6，作为本发明的另一种改进，摄像装置1用单向旋转式拟正弦曲面双向扫描圆柱23代替摆动式行扫反光镜4，进一步大幅度提高扫描成像速度，实现连续动态摄像与显像功能。拟正弦曲面双向扫描圆柱23后设置帧扫反光镜6，拟正弦曲面双向扫描圆柱23的水平线上依次设置单晶锗透镜7和红外探测器8，红外探测器8为碲镉汞821。
拟正弦曲面双向扫描圆柱是根据正弦波曲线逢拐点即改变相位的原理设计而成。它具备单向高速旋转的特征，可以大幅度提高扫描速度将近100倍。拟正弦曲面的正反相位圆弧特性又同时满足了线性扫描的需要。
用本发明对100多名自愿进行不同部位透视检查、验证，均达到预期的形态与功能显示效果。参见图7说明本图为22岁正常男性(本研究所工作人员)的胸部红外透视图。心肺显示清晰，符合正常解剖形态。周围的比邻结构，如升主动脉、胸膜反折等，均显示良好。无异常温度改变，功能正常。图8说明本图为正常33岁男性的腹部腹膜后透视断层图，放大图中可以看到正常胰腺形态结构，比邻的肠系膜上静脉、脾静脉、门静脉、肠系膜上动脉等均清晰地显示。而这些深层血管，在不注射造影剂的情况下，其他当今的影像学手段(如X线、CT、核磁共振等)是无法或难以实现形态与功能同时显示的(注核磁共振在不注射造影剂情况下显示血管需要用造价昂贵的高磁场强度设备)。红外透视冠状断层观察角度方向为自然视角方向，比CT、核磁共振的横断层图容易定位、识别、分析，而且包括的视野范围也大于CT、核磁共振。
权利要求
1.一种医用红外透视方法，其特征在于采用红外探测仪和光学系统组成的摄像装置与计算机系统，由计算机程序对摄像装置采集到的人体深层结构透视信息经实时显示调节控制、信息采集调节控制、图像后处理、诊断报告、数据库等处理后显示人体内脏形态与功能。
2.如权利要求1所述的透视方法，其特征在于所述计算机程序主要包括1)摄像实时显示控制程序①伪彩色显示色带调节色带长度调节程序色带颜色比例调节程序温窗上下限与间距绝对值调节程序②聚焦专用色带(focus ribbon)程序③图像实时处理程序视野锁定、缩放、比例控制程序光滑度调节程序亮度、对比度调节程序绿色、红色单色亮度调节程序全色与分色的色调调节程序多层图象叠加程序④新型显示程序扫描成像过程观察的成像框已经完成扫描成像过程的图像展示框设置图标框储存已经从展示框退出、以图标形式显示的图标，这些图标可以随时调入展示框放大显示⑤新型热图保存程序，具备以下功能图像经复查合格、删除不满意者后，批量存盘自动形成受检者文件夹和序列化的各种文件名存盘文件包括——伪彩色图像、温度信息、使用中调整过或未调整的色带文件名、操作过程宏记录自动进入数据库储存，便于网络使用2)摄像信息采集控制程序①光学系统物距-像距的共轭关系控制程序主要是精确调整光学系统的物距-像距的共轭关系，通过硬件控制板驱动程序来实现。a.物距调节利用focus ribbon来进行远点默认物距自动定位近点默认物距自动定位手动增减调节物距b.像距调节调节镜头前伸参数，优化显示层次联动 按照设置的默认物/像距函数关系联动手动 根据实际需要，随时调节自动 利用focus ribbon帮助，按照设置的默认参数，自动定位聚焦到预定的位置，扫描成像②按器官(例如心脏、肺脏)或指定的部位(例如胸腔前部、会阴部等)的既定程序进行自动聚焦扫描成像3)图像后处理程序进一步优化显示效果，还对图象进行标记、注解等处理4)诊断报告程序按照规范的模式进行诊断报告的文件形成5)数据库程序设置必需的项目字段和按照各种需要的表格形式。便于随时调用进行科研分析或其他用途。适应网络需要。
3.红外透视仪，包括设有行扫反光镜，帧扫反光镜，单晶锗透镜，红外探测器的摄像装置和电脑系统，摄像装置的行扫反光镜前设单晶锗透镜，行扫反光镜后设置帧扫反光镜，行扫反光镜的水平线上依次设置单晶锗透镜和红外探测器，红外探测器通过电路与电脑系统连接，其特征在于帧扫反光镜为聚焦凹面反光镜，帧扫反光镜的面积为4×4cm；行扫反光镜为平面镜其面积为2×2cm；还设有定位调距装置用于固定摄像装置。
4.根据权利要求1所述的红外透视仪，其特征在于所述行扫反光镜为拟正弦曲面双向扫描圆柱，其圆周总拟正弦波数ω≥4。
5.根据权利要求1或2所述的红外透视仪，其特征在于所述定位调距装置的底座上通过进退轨道和进退螺纹杆设置定位调距底盘，定位调距底盘套装在进退轨道上；定位调距底盘上设有水平调节螺杆和水平调节底盘，垂直于水平调节底盘面上固定有升降轨道和升降调节螺杆，该升降轨道和升降调节螺杆通过套装在其上的固定板连接摄像装置平台。
全文摘要
一种医用红外透视方法及红外透视仪，采用红外探测仪和光学系统组成的摄像装置与计算机系统组成红外透视仪，由计算机程序对摄像装置采集到的人体深层结构透视信息经实时显示调节控制、信息采集调节控制、图像后处理、诊断报告、数据库等处理后显示人体内脏形态与功能。实现人体深层结构(如心、肺等)的形态与功能状态同时显示，提高热图诊断价值，使红外透视仪这种对人体完全无损伤的环保型绿色诊断设备成为一种具备定位、定性双重价值的高品位主要影像诊断设备，改变传统医学诊断模式，造福人类。
文档编号A61B5/00GK1420343SQ0112907
公开日2003年5月28日 申请日期2001年11月16日 优先权日2001年11月16日
发明者晏才杰, 王兴华 申请人:晏才杰, 王兴华