基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法。本發(fā)明在經(jīng)典生物傳熱理論的基礎(chǔ)上，得到表面溫度的與內(nèi)熱源深度與強度的關(guān)系的，利用紅外攝像儀提取灰度圖，對每個像素灰度提取，進行灰度分割，檢測溫度點分布，套入表面溫度的與內(nèi)熱源深度與強度的關(guān)系式，求解異常溫度點深度。本發(fā)明方法可以僅利用環(huán)境物體溫度，黑體溫度，灰度分布等簡單易行地獲取生物組織內(nèi)熱源的深度。
【專利說明】基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外熱成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的醫(yī)用紅外熱成像技術(shù)通過人體表面溫度分布的紅外熱像可以定性地對其內(nèi)部病變進行診斷，但不能獲得組織內(nèi)部溫度的變化及病灶的相關(guān)信息，無法對病灶進行定位。
[0003]1997年,研制出了世界第一臺熱斷層成像系統(tǒng)(Thermal Texture Maps System),又稱TTM系統(tǒng)。該系統(tǒng)的原理是利用紅外熱輻射接收掃描器接收人體紅外輻射，基于特定規(guī)律和算法重建出對應(yīng)于人體所檢查部位的細胞相對新陳代謝強度分布圖，并加以斷層，測量出熱輻射源的深度，依據(jù)正常與異常組織區(qū)域的熱輻射差來評估人體的健康狀況。然而，TTM技術(shù)是將人體組織作為均質(zhì)組織來考慮，采用熱一電模擬的方法找到人體表面熱分布和熱源深度的關(guān)系，即所謂的高斯曲線半功率點的關(guān)系得到內(nèi)部熱源的深度等信息?？梢钥闯?，該理論依據(jù)相對于復(fù)雜的人體組織來說過于簡單化了，沒有考慮組織自身的一些物性參數(shù)的影響，且使用過程復(fù)雜，產(chǎn)生誤差大，有待于進一步的發(fā)展和完善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一 種基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法，可以僅利用環(huán)境物體溫度，黑體溫度，灰度分布等簡單易行地獲取生物組織內(nèi)熱源的深度。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法，包括以下步驟:
[0006]第一步、在拍攝現(xiàn)場設(shè)置一個與生物離體探測物體顏色相近的常溫物體，并用指定溫度的黑體作為常溫物體背景，使用紅外攝像儀將探測物體和常溫物體拍攝在同一灰度圖像中，獲取灰度圖像。同時記錄拍攝現(xiàn)場的自然溫度與黑體溫度；
[0007]第二步、根據(jù)步驟一獲得的灰度圖像中每個像素點的灰度值，獲取灰度圖中灰度值最高的像素點的坐標(biāo)，然后根據(jù)灰度值最高的像素點的坐標(biāo)獲取灰度圖中與灰度值最高的像素點具有同一橫坐標(biāo)的每一個像素點的坐標(biāo)；
[0008]第三步、從灰度圖中的探測物體灰度圖像上截取一個在被探測物體上預(yù)先標(biāo)記過實物大小的圖像。同時根據(jù)該物體在灰度圖的長寬邊上像素點的數(shù)量與其長寬的比例關(guān)系計算出灰度圖像中每個像素點對應(yīng)的實際長度大??；
[0009]第四步、計算背景黑體溫度與常溫物體的灰度值差，并計算利用黑體溫度與自然溫度的溫度差，計算根據(jù)溫度差與灰度值差的對應(yīng)比例關(guān)系，對每一個灰度進行溫度劃分，獲得最高灰度點與其在同一橫軸面上的所有灰度點的溫度；
[0010]第五步、將步驟三中截取的圖像中任意點的溫度代入公式(I)求解出探測物體的內(nèi)熱源深度，[0011]Tp= T0+kd (Tm-T0) / [h P (P -d) +kd](I)
[0012]式(I)中，d為探測物體的內(nèi)熱源深度，Tp為探測物體表面任意點溫度，Tffl為探測物體表面最高溫度，P為任意點距原點O的距離，P = (d2+a2)1/2，k為物體導(dǎo)熱系數(shù)，h為被測物體與空氣的對流換熱系數(shù)。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于，(I)計算簡單有效，在建立的物理模型上，推導(dǎo)出的表面溫度與熱源深度關(guān)系式中只有一個深度未知量，使得計算簡單，直接可以代入關(guān)系式中計算。(2)具體操作簡單，對于紅外攝像儀的定標(biāo)問題，利用像素，灰度，室內(nèi)溫度的關(guān)系可以輕松解決，省去了定標(biāo)這一繁瑣的問題，可以快速直接的使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明方法流程圖。
[0015]圖2探測物體豬肝與背景灰度圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實驗中步驟一獲得的生物離體探測物體灰度圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實驗中步驟一環(huán)境常溫物體灰度圖。
[0018]圖5是本發(fā)明實驗中步驟一黑體制造的40攝氏度背景指灰度圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本發(fā)明基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法，步驟如下:
[0020]第一步、在拍攝現(xiàn)場設(shè)置一個與生物離體探測物體顏色相近的常溫物體，并用指定溫度的黑體作為常溫物體背景，使用紅外攝像儀將探測物體和常溫物體拍攝在同一灰度圖像中，獲取灰度圖像。同時記錄拍攝現(xiàn)場的自然溫度與黑體溫度。
[0021]第二步、根據(jù)步驟一獲得的灰度圖像中每個像素點的灰度值，獲取灰度圖中灰度值最高的像素點的坐標(biāo)，然后根據(jù)灰度值最高的像素點的坐標(biāo)獲取灰度圖中與灰度值最高的像素點具有同一橫坐標(biāo)的每一個像素點的坐標(biāo)。
[0022]第三步、從灰度圖中的探測物體灰度圖像上截取一個在被探測物體上預(yù)先標(biāo)記過實物大小的圖像。同時根據(jù)該物體在灰度圖的長寬邊上像素點的數(shù)量與其長寬的比例關(guān)系計算出灰度圖像中每個像素點對應(yīng)的實際長度大小。
[0023]第四步、計算背景黑體溫度與常溫物體的灰度值差，并計算利用黑體溫度與自然溫度的溫度差，計算根據(jù)溫度差與灰度值差的對應(yīng)比例關(guān)系，對每一個灰度進行溫度劃分，獲得最高灰度點與其在同一橫軸面上的所有灰度點的溫度。
[0024]第五步、將步驟三中截取的圖像中任意點的溫度代入公式(I)求解出探測物體的內(nèi)熱源深度。
[0025]T P = T0+kd (Tm-T0) / [h P ( P _d) +kd](I)
[0026]式(I)中，d為探測物體的內(nèi)熱源深度，Tp為探測物體表面任意點溫度，Tffl為探測物體表面最高溫度，P為任意點距原點O的距離，P = (d2+a2)1/2，k為物體導(dǎo)熱系數(shù)，h為被測物體與空氣的對流換熱系數(shù)。
[0027]公式(I)的推導(dǎo)過程詳見《基于生物傳熱效應(yīng)的醫(yī)用紅外熱成像技術(shù)》(周敏華，南京理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2010)
[0028]本發(fā)明可以通過以下實驗進一步說明:[0029]在溫度穩(wěn)定在27°C的房間內(nèi)，取一塊新鮮的豬肝組織，使用尺寸合適的電阻作為探測物體內(nèi)熱源，使得電阻溫度維持并且穩(wěn)定構(gòu)成一個恒溫場后使用紅外攝像機拍攝，得到豬肝表面最高溫度以及其位置。設(shè)置內(nèi)熱源深度0.75CM，內(nèi)熱源溫度為40攝氏度，設(shè)定黑體溫度為40攝氏度，在豬肝上標(biāo)記一個大小為12cmX IOcm的區(qū)域。
[0030]根據(jù)本發(fā)明方法步驟一在拍攝現(xiàn)場設(shè)置一個與豬肝顏色相近的塑料盒，并用指定40°C的黑體作為常溫物體背景，使用紅外攝像儀將豬肝和塑料盒拍攝在同一灰度圖像中，獲取灰度圖像，如圖2所示同時記錄現(xiàn)場的自然溫度27°C與黑體溫度40 V。
[0031]根據(jù)步驟一獲得的灰度圖像中每個像素點的灰度值，獲取圖2中灰度值最高的像素點的坐標(biāo)為(85，1)，如表1所示；然后根據(jù)灰度值最高的像素點的坐標(biāo)獲取灰度圖中與灰度值最高的像素點具有同一橫坐標(biāo)的每一個像素點的坐標(biāo)。
[0032]表1灰度與像素分布
【權(quán)利要求】
1.基于紅外熱成像的生物組織內(nèi)熱源深度獲取方法，其特征在于，包括以下步驟:第一步、在拍攝現(xiàn)場設(shè)置一個與生物離體探測物體顏色相近的常溫物體，并用指定溫度的黑體作為常溫物體背景，使用紅外攝像儀將探測物體和常溫物體拍攝在同一灰度圖像中，獲取灰度圖像。同時記錄拍攝現(xiàn)場的自然溫度與黑體溫度； 第二步、根據(jù)步驟一獲得的灰度圖像中每個像素點的灰度值，獲取灰度圖中灰度值最聞的像素點的坐標(biāo)，然后根據(jù)灰度值最聞的像素點的坐標(biāo)獲取灰度圖中與灰度值最聞的像素點具有同一橫坐標(biāo)的每一個像素點的坐標(biāo)； 第三步、從灰度圖中的探測物體灰度圖像上截取一個在被探測物體上預(yù)先標(biāo)記過實物大小的圖像。同時根據(jù)該物體在灰度圖的長寬邊上像素點的數(shù)量與其長寬的比例關(guān)系計算出灰度圖像中每個像素點對應(yīng)的實際長度大??； 第四步、計算背景黑體溫度與常溫物體的灰度值差，并計算利用黑體溫度與自然溫度的溫度差，計算根據(jù)溫度差與灰度值差的對應(yīng)比例關(guān)系，對每一個灰度進行溫度劃分，獲得最高灰度點與其在同一橫軸面上的所有灰度點的溫度； 第五步、將步驟三中截取的圖像中任意點的溫度代入公式(I)求解出探測物體的內(nèi)熱源深度，
T p = T0+kd (Tm-T0) / [h P ( P -d) +kd](I) 式(I)中，d為探測物體的內(nèi)熱源深度，Tp為探測物體表面任意點溫度，Tm為探測物體表面最高溫度，P為任意點 距原點O的距離，P = (d2+a2)1/2，k為物體導(dǎo)熱系數(shù)，h為被測物體與空氣的對流換熱系數(shù)。
【文檔編號】A61B5/00GK103799984SQ201410067769
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】屈惠明, 黃源, 陳錢, 顧國華, 龔靖棠, 張立廣, 吉慶, 王坤, 張一帆, 王新濤 申請人:南京理工大學(xué)