Elektroniczna aparatura medyczna Termografia 1 Termografia Termwizja Termografia

Elektroniczna aparatura medyczna Termografia 1

Termografia (Termwizja) Termografia - zajmuje się badaniem rozkładu temperatury na danym obiekcie lub jego części. Badania polegają na rejestrowaniu emitowanych fal elektromagnetycznych przez ciała o temperaturze wyższej od zera bezwzględnego. Promieniowanie to nazywane jest promieniowaniem podczerwonym lub promieniowaniem cieplnym. Intensywność promieniowania cieplnego jest proporcjonalna do temperatury ciała, zatem mierząc promieniowanie podczerwone wysyłane przez dane ciało mierzymy jego temperaturę. 2

Historia W 1800 r. fizyk William Herschel umieścił termometr rtęciowy w widmie optycznym uzyskanym z pryzmatu. Eksperyment ten pozwolił mu zmierzyć ilość energii cieplnej przenoszonej przez poszczególne kolory światła. Okazało się, że termometr najbardziej rozgrzewa się, gdy znajdzie się na nieoświetlonym polu poniżej czerwonego koloru. Herschel doszedł do wniosku, iż istnieje niewidzialne dla oka promieniowanie "podczerwone", które transmituje ciepło w postaci niewidocznej fali świetlnej. 3

Różne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego Promieniowanie elektromagnetyczne, którego długości fali zawierają się w przedziale od 0, 75 m do 1 mm nazwano promieniowaniem podczerwonym. 4

Przyjęło się zakres podczerwieni dzielić na cztery podzakresy: - bliska podczerwień l = 0. 75 - 3 m, - pośrednia podczerwień l = 3 - 10 m, - daleka podczerwień l = 10 - 30 m, - bardzo daleka podczerwień l = 30 - 1000 m. Promieniowanie podczerwone powstaje w wyniku ruchu drgającego i obrotowego atomów i molekuł materiału. Z Zatem każde ciało które ma temperaturę większą od zera bezwzględnego jest źródłem promieniowania podczerwonego. 5

Każde ciało oprócz zdolności do emisji promieniowania może w mniejszym lub większym stopniu absorbować, odbijać lub przepuszczać promieniowanie podczerwone. Emisja, absorpcja, odbicie i transmisja promieniowania zależą od temperatury ciała i są różne dla różnych materiałów oraz zależą od stopnia obróbki powierzchni materiału. Punktem wyjścia dla termografii jest teoria promieniowania ciała doskonale czarnego. Pojęcie to wprowadzono w celu uniezależnienia wyników pomiarów od rodzaju materiału oraz od jakości jego powierzchni (np. stopnia jej wypolerowania). 6

Ciałem doskonale czarnym nazwano ciało pochłaniające całkowicie padające na jego powierzchnię promieniowanie, niezależnie od długości fali, kąta padania i temperatury obiektu promieniującego. Jest to model idealny, w rzeczywistości nie istniejący. Dobrym przybliżeniem ciała doskonale czarnego jest przestrzeń kulista, której ścianki są nieprzezroczyste, rozpraszają promieniowanie i znajdują się w jednakowej i niezmiennej temperaturze. Promieniowanie tego modelu jest tym bliższe teoretycznemu, im mniejszy jest otwór w kuli, przez który promieniowanie jest emitowane lub pochłaniane. 7

Prawo Plancka gdzie: Wλ - moc promieniowania monochromatycznego wypromieniowanego z jednostki powierzchni ciała we wszystkich kierunkach w przedziale długości fal między λ i λ+Δλ dla Δλ 0 C 1 i C 2 - stałe wynoszące odpowiednio 3, 74 × 10 -16 W×m 2 i 1, 438× 10 -2 m×K λ - długość fali promieniowania [μm ] T - temperatura [ K ] 8

Rozkład Plancka dla różnych temperatur. Moc promieniowana przez ciało o powierzchni 1 m 2 do pełnego kąta bryłowego. 9

Prawo przesunięć Wiena Wraz z temperaturą rośnie moc promieniowania przy czym maximum przesuwa się w kierunku fal krótszych: λmax ×T = 2897 = const 10

Prawo Stefana - Boltzmana opisuje całkowitą moc wypromieniowywaną przez ciało doskonale czarne w danej temperaturze: gdzie: W - moc promieniowania emitowanego z jednostki powierzchni ciała doskonale czarnego we wszystkich kierunkach w zakresie (0; ) [ W/m 2], - stała Stefana - Boltzmana = 5, 67× 10 -8 W/m 2×K 4 11

Dla ciał rzeczywistych Wszystkie ciała rzeczywiste mogą mieć własności co najwyżej zbliżone do własności ciała doskonale czarnego: gdzie: co oznacza, że całkowita moc emitowana przez ciało szare w stosunku do mocy emitowanej przez ciało doskonale czarne w tej samej temperaturze jest mniejsza ɛ razy. 12

Wartość współczynnika emisyjności różnych materiałów 13

14

Detektor podczerwieni Jest przetwornikiem energii promieniowania podczerwonego na inną wielkość fizyczną np. prąd, napięcie, zmianę rezystancji lub pojawienie się ładunku. Do 1997 roku wszystkie produkowane kamery termowizyjne były wyposażone w detektory chłodzone do temperatury od – 70ºC (rzadko, ) do – 200ºC (najczęściej). Detektory w kamerach termowizyjnych mogą też być pojedyncze, linijkowe lub budowane w postaci matryc (FPA – Focal Plane Array) , składających sic np. z 320 x 240 pojedynczych detektorów (pikseli). 15

Dynamicznie rozwija się gałąź związana z detektorami bolometrycznymi opartymi na matrycach FPA (Focal Plane Array) gdzie materiałem sensora jest BST ( Barium Strontium Titanate). Zaletą tego typu matryc jest możliwość pracy w temperaturze pokojowej, a zatem nie wymagają one skomplikowanych układów chłodzenia do bardzo niskich temperatur (np. ciekłym azotem) 16

Gotowy do pracy moduł kamery obserwacyjnej opartej na matrycy FPA 17

Schemat zasady działania systemu termowizyjnego 1 -badany obiekt, 2 -obiektyw, 3 - detektor termoczuły, 4 -przetwornik analogowo-cyfrowy 5 -jednostka nadrzędna, 6 -monitor 18

Kamery termowizyjne Flir Systems energetyka, przemysł, medycyna, budownictwo http: //www. kameratermowizyjna. com/kamery_termowizyjne_uniwersalne. html 19

20

Kamery Flir Systems idealnie współpracują z systemem i. OS, Android i na Amazon Kindle. 21

Kamery termowizyjne pomagają wykryć świńską grypę Rosnąca wymiana międzynarodowa, migracja zarobkowa zwiększyły ryzyko rozprzestrzeniania się chorób wirusowych. „Obecnie Świat znów stoi w obliczu pandemii”. Aby zmniejszyć niebezpieczeństwo rozprzestrzeniania się epidemii wirusów, takich jak świńska grypa, SARS czy inne infekcje wirusowe, publiczne służby zdrowia wdrażają, proste, bezstykowe, nieinwazyjne i wiarygodne metody wykrywania podwyższonej temperatury ciała ludzkiego. 22

Lotniska, szpitale, dworce, terminale, itp. na całym świecie używają już kamer termowizyjnych Flir Systems do zbadania wszystkich osób wchodzących i wychodzących z placówek. Jest to szybka i bezkontaktowa metoda, która jest całkowicie bezpieczna zarówno dla operatora kamery jak i osób kontrolowanych. Funkcja alarmu umiejscowiona w kamerze umożliwia natychmiastową decyzję, czy człowiek wymaga dalszego badania: wszystkie obszary, które są cieplejsze niż zadana wartość, mogą być natychmiast wyświetlane na termogramie. 23

Zalety zastosowania kamer Flir Systems: 1. umożliwia kontrolę dużej liczby osób w dowolnym miejscu i czasie, 2. podaje informacje o podwyższonej temperaturze w czasie rzeczywistym, 3. uaktywnia kolor i dźwięk alarmu, 4. łatwe do skonfigurowania i użycia, 5. może być płynnie zintegrowany w przestrzeni publicznej ze strumieniem ruchu pieszego, 6. rejestrują dane i je przechowują. 24

Gdzie można je wykorzystać? 1. Lotniska 2. Porty 3. Dworce kolejowe 4. Szpitale 5. Urzędy 6. Szkoły 7. Fabryki 8. Budynki handlowe 9. Sale Rozrywki 10. Kluby 11. Miejsce konferencji 25

Zastosowania termowizji Elektroenergetyka: Podłączenie transformatora Podłączenie przekładnika prądowego Przekładniki prądowe Listwa zaciskowa 26

Gazownictwo: Nieszczelność podłączenia manometru Podłączenie zaworu ręcznego Energetyka cieplna: Nieszczelność ogrzewania podłogowego Uszkodzenia izolacji ciepłociągu 27

Budownictwo: Budynek niedocieplony Budynek docieplony 28

Wojsko: Medycyna: Ręczna Kamera Termowizyjna TKR-2 Ochrona obiekiektów: 29

Badanie kosmosu: Mechanika: Weterynaria: Elektronika: 30

31

Kamera medyczna RS-TE-W 32

Kamery termowizyjne w walce z łuszczycą Badania termowizyjne są w stanie uchwycić już początkowe etapy łuszczycy. W miejscach powstawania wykwitów, pod skórą następuje zwiększona cyrkulacja krwi, dzięki czemu są one cieplejsze. 33

Termografia w kardiochirurgii Termowizja daje możliwość oceny skuteczności kardioplegii, uwidacznia upośledzoną drożność naczyń wieńcowych, daje informacje o stopniu równomierności schładzania całego serca, zarówno na powierzchni mostkowo-żebrowej jak i przeponowotylnej. Obraz termowizyjny jest pomocny w odnalezieniu tętnic wieńcowych do których mają być wykonane pomosty. Zwykle tętnice są tuż pod nasierdziem przykryte tkanką tłuszczową. Gdy tkanki tej jest więcej lub gdy tętnice przebiegają śródmięśniowo, odnalezienie ich w tradycyjny (manualny) sposób staje się trudne. Natomiast na obrazie termowizyjnym naczynia przewodzące zimny płyn kardioplegiczny są doskonale widoczne. Badanie takie bezpośrednio uzupełnia obraz koronarograficzny. 34

Zdjęcie serca: Termogram: 35

Proces oziębiania serca: Moment napływu ciepłej krwi do naczyń wieńcowych poprzez poprowadzony pomost z tętnicy piersiowej wewnętrznej. Serce doprowadzone do normalnej temperatury 35 -360 C, podjęło samoczynnie pracę elektryczną i mechaniczną. 36

Kolejne fazy przywracania krążenia wieńcowego Pierwsze 3 zdjęcia - sprawdzania przyszytego pomostu z tętnicy piersiowej wewnętrznej do lewej tętnicy wieńcowej. Kolejne 3 zdjęcia - proces odklemowania aorty i napływ ciepłej krwi z krążenia pozaustrojowego do naczyń wieńcowych 37

Termografia jest również przydatna przy ocenie zmian reumatycznych w ortopedii, w zwyrodnieniach kręgosłupa, chorobie wibracyjnej i zapaleniach stawów. Zapalenie nerwu - wyraźne podwyższenie temperatury prawej strony 38

W wykrywaniu zmian w naczyniach obwodowych w kończynach dolnych i górnych. Obserwujemy różnice w rozkładzie temperatury związane z zaburzeniami przepływu krwi. Zapalenie żył, wyraźna niesymetria. Zmniejszony przepływ krwi w palcach pomiędzy lewą a prawą stroną prawej ręki. 39

Termowizja może stanowić uzupełnienie diagnostyczne do badań rentgenowskich, USG i tomografii komputerowej, zwłaszcza w razie trudności z wykryciem źródła bólu. 40

Termograficzna diagnostyka oparzeń Budawa skóry 41

Pacjent 1 dzień po wypadku 5 dni po wypadku przed złuszczeniem martwej skóry 42

Pacjent 2 dzień po wypadku 43