導讀

熱成像是一種非接觸式、完全被動的成像技術，可將紅外熱輻射轉化為可見光圖像。盡管傳統熱成像技術越來越多地用于人體監測，但傳統熱成像技術仍存在光譜模糊性問題，阻礙了其準確檢測生命體征等細微生理特征的能力。在這項研究中，介紹了用于高光譜、高分辨率、多參數熱成像和視覺的相量熱成像（PTG）。PTG利用高光譜輻射建模、全諧波熱相量分析和多參數熱解混來增強紋理提取、材料分類和精確的溫度測量。我們在室溫設置下使用各種幻影和活體受試者來演示PTG系統，驗證其在檢測不同身體區域的體溫、呼吸頻率和心率等生理信號方面的穩健性和可靠性。PTG框架對復雜和不均勻的環境輻射表現出很強的抵抗力，并與所有主要的紅外熱成像平臺無縫集成。這一進步為下一代醫用熱成像提供了一條有前途的方法途徑。

佐治亞理工學院GeorgiaTech）研究人員利用對原始熱圖像的先進處理技術，準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量，該團隊使用了相量熱成像技術，這是他們為高光譜、高分辨率、多參數熱成像和視覺開發的技術。

相量熱成像能夠對生命體征進行被動、非接觸式、可靠和詳細的測量。將來，它可以用于識別體內的細微變化，這些變化可能是癌癥和其他疾病的早期指標。

傳統熱成像通常不會在輕微的溫度變化之間做出明顯的區分。此外，環境中的熱量會使圖像過于嘈雜，無法精確測量生理信號。

這項新技術克服了傳統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節，并消除了拍攝對象周圍環境中的熱量影響。

借助這種相量熱成像技術，我們可以提高熱成像檢測異常的準確性和效率，相量熱成像具有獲得材料分割的能力，而這僅通過純熱成像是不可能的。”

—DingdingHan

研究人員使用一系列濾光片，捕獲了長波長紅外光譜不同部分的10張圖像，其中檢測到熱輻射。獲得圖像后，他們使用從信號處理中借來的數學工具（稱為熱相量分析）來分析圖像中的熱模式。該團隊使用全諧波相量能量和高階熱相量感知，從而增強了紋理提取和材料分類。

該團隊開發了算法來解析3D和小于1毫米的紋理。這種細節水平使該團隊能夠準確區分人類受試者的熱圖像中的細微變化，例如頭皮和眉毛上的頭發之間的差異，以及受試者眼鏡的金屬邊緣之間的差異。

相量熱成像允許對熱場景至關重要的物理屬性進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行常規分解而導致溫度識別不充分的可能性。

研究人員在室溫設置下對幻影和活體受試者演示了相量熱成像系統。他們驗證了該系統在檢測身體不同區域的體溫、呼吸頻率和心率等生理信號方面的穩健性和可靠性。該系統能夠在多人場景中區分生命體征，并準確捕捉運動前后呼吸頻率的變化。

相量熱成像技術對復雜和不均勻的環境輻射源具有很強的抵抗力，并且與所有主要的紅外熱成像平臺兼容。它使用常用的設備，這使得使該技術易于適應不同的場景。

該團隊計劃進一步開發原型系統，并與醫生合作，將相量熱成像應用于乳腺癌的檢測。

該系統可以輕松集成到醫院和其他醫療保健環境中。我們使用熱像儀和濾光片來獲取高光譜圖像數據，因此它具有可擴展性，您可以將此設置集成到幾乎任何熱成像平臺中。

熱成像可以為我們在早期檢測方面帶來優勢，因為它可以無創地檢測表明早期癌癥的異常細胞活動，例如，腫瘤細胞需要更多的氧氣來繁殖，因此它們的溫度會比正常組織高一點。通過這種相量熱成像方法，我們可以發現這一點。

這可能是未來廣泛生物醫學診斷的基石，這可能是下一代生物醫學熱成像技術用于癌癥早期檢測和診斷的第一步……這是第一個原型，最終目標是發展下一個版本并使其更易于在醫院和診所中使用。

—DingdingHan

源自網絡

審核編輯 黃宇