热成像技术增强成像功能，以追踪生命体征和疾病指标

导读

热成像是一种非接触式、完全被动的成像技术，可将红外热辐射转化为可见光图像。尽管传统热成像技术越来越多地用于人体监测，但传统热成像技术仍存在光谱模糊性问题，阻碍了其准确检测生命体征等细微生理特征的能力。在这项研究中，介绍了用于高光谱、高分辨率、多参数热成像和视觉的相量热成像 （PTG）。PTG利用高光谱辐射建模、全谐波热相量分析和多参数热解混来增强纹理提取、材料分类和精确的温度测量。我们在室温设置下使用各种幻影和活体受试者来演示PTG系统，验证其在检测不同身体区域的体温、呼吸频率和心率等生理信号方面的稳健性和可靠性。PTG框架对复杂和不均匀的环境辐射表现出很强的抵抗力，并与所有主要的红外热成像平台无缝集成。这一进步为下一代医用热成像提供了一条有前途的方法途径。

佐治亚理工学院 Georgia Tech）研究人员利用对原始热图像的先进处理技术，准确跟踪了受试者的生命体征，包括受试者的心率、呼吸频率和体温。为了提高热图像的清晰度和质量，该团队使用了相量热成像技术，这是他们为高光谱、高分辨率、多参数热成像和视觉开发的技术。

相量热成像能够对生命体征进行被动、非接触式、可靠和详细的测量。将来，它可以用于识别体内的细微变化，这些变化可能是癌症和其他疾病的早期指标。

传统热成像通常不会在轻微的温度变化之间做出明显的区分。此外，环境中的热量会使图像过于嘈杂，无法精确测量生理信号。

这项新技术克服了传统热成像中固有的光谱模糊性，锐化了可以从图像中提取的纹理和细节，并消除了拍摄对象周围环境中的热量影响。

借助这种相量热成像技术，我们可以提高热成像检测异常的准确性和效率，相量热成像具有获得材料分割的能力，而这仅通过纯热成像是不可能的。”

— Dingding Han

研究人员使用一系列滤光片，捕获了长波长红外光谱不同部分的10张图像，其中检测到热辐射。获得图像后，他们使用从信号处理中借来的数学工具（称为热相量分析）来分析图像中的热模式。该团队使用全谐波相量能量和高阶热相量感知，从而增强了纹理提取和材料分类。

该团队开发了算法来解析3D和小于1毫米的纹理。这种细节水平使该团队能够准确区分人类受试者的热图像中的细微变化，例如头皮和眉毛上的头发之间的差异，以及受试者眼镜的金属边缘之间的差异。

相量热成像允许对热场景至关重要的物理属性进行精确分解和高分辨率，从而减少了由于直接从总热辐射进行常规分解而导致温度识别不充分的可能性。

研究人员在室温设置下对幻影和活体受试者演示了相量热成像系统。他们验证了该系统在检测身体不同区域的体温、呼吸频率和心率等生理信号方面的稳健性和可靠性。该系统能够在多人场景中区分生命体征，并准确捕捉运动前后呼吸频率的变化。

相量热成像技术对复杂和不均匀的环境辐射源具有很强的抵抗力，并且与所有主要的红外热成像平台兼容。它使用常用的设备，这使得使该技术易于适应不同的场景。

该团队计划进一步开发原型系统，并与医生合作，将相量热成像应用于乳腺癌的检测。

该系统可以轻松集成到医院和其他医疗保健环境中。我们使用热像仪和滤光片来获取高光谱图像数据，因此它具有可扩展性，您可以将此设置集成到几乎任何热成像平台中。

热成像可以为我们在早期检测方面带来优势，因为它可以无创地检测表明早期癌症的异常细胞活动，例如，肿瘤细胞需要更多的氧气来繁殖，因此它们的温度会比正常组织高一点。通过这种相量热成像方法，我们可以发现这一点。

这可能是未来广泛生物医学诊断的基石，这可能是下一代生物医学热成像技术用于癌症早期检测和诊断的第一步……这是第一个原型，最终目标是发展下一个版本并使其更易于在医院和诊所中使用。

— Dingding Han

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