人体体表温度分布图谱的低成本测量方法及其应用研究

论文摘要

一直以来，温度检测是临床中用以诊断疾病的重要手段，常见的获取温度的手段包括膨胀式体温计和远红外成像仪，这两种方式要么获得的只是单点温度要么价格昂贵，限制了疾病热诊断在临床的广泛应用。在家庭和社区医疗越来越受到重视的趋势下，廉价地获取人体体表温度分布图谱的测温方式成为推动热诊断学在健康评估中应用的重要途径。本论文主要目的是旨在完成对温度分布图谱的低成本测量方法的研究和实现，包括了非接触测温方法中的机械扫描式远红外测温仪器的实现和接触式测温方法中的基于手机的热色液晶热成像方法研究。传统的远红外热成像仪器价格昂贵，单点远红外测温仪器价格便宜但无法提供温度的二维分布情况，机械扫描式远红外测温仪器采用单点远红外测温的方式，利用机械扫描定位装置完成对目标表面温度场的扫描，获得温度分布的图谱，同时还可以对小区域内的温度变化进行准确动态的测量。本文中实现了对仪器的硬件设计、机械定位装置的搭建和上位机控制数据处理软件的编写，完成了一个初步的原理性仪器装备。在低成本接触测温的方法研究中，本文以手机作为接触热成像系统的核心，基于医学成像系统的新模式：信号采集、数据处理和结果显示在物理上分离而逻辑上连通，将热色液晶热成像技术与手机医疗相结合，使用了手机上集成的高清摄像头获取热色液晶的可见光图像，根据热色液晶温度标定实验中获取的温度-色度值标定曲线，重建出定量化的人体体表温度分布的二维图谱。通过将热色液晶接触热成像方法用于人手部的热动力学检测，证实该方法适合在家庭和社区中进行廉价有效的健康评估和疾病诊断。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 本课题背景
• 1.2 远红外测温技术概论
• 1.2.1 远红外测温仪器的测温方案
• 1.2.2 远红外测温仪器系统的发展及其技术挑战
• 1.3 远红外测温的理论基础
• 1.3.1 普朗克定律
• 1.3.2 斯蒂芬-波尔兹曼定律
• 1.3.3 维恩位移定律
• 1.3.4 非黑体辐射原理
• 1.4 远红外传感器技术
• 1.4.1 热电堆型传感器基本结构
• 1.4.2 电热堆传感器测量温度值的计算原理
• 1.5 热色液晶温度检测技术
• 1.5.1 热色液晶测温的原理
• 1.5.2 热色液晶测温的发展
• 1.6 本论文主要的内容
• 第2章 基于小视场的机械扫描式远红外测温系统
• 2.1 远红外测温监测系统的硬件实现
• 2.1.1 系统的硬件框架和结构
• 2.1.2 微处理器选择
• 2.1.3 温度信号采集系统
• 2.1.4 机械定位控制部分
• 2.1.5 上位机接口部分
• 2.2 远红外测温监测系统的机械运动结构设计
• 2.2.1 大视场温度监控的实现方法
• 2.2.2 系统机械运动结构设计
• 2.3 远红外测温监测系统的上位机软件设计
• 2.3.1 上位机软件总体框架
• 2.3.2 传感器电压--目标绝对温度计算方法
• 2.3.3 在线式远红外测温监控系统的上位机软件实现方法
• 2.4 本章总结
• 第3章 基于小视场的机械扫描式远红外测温系统标定和系统误差讨论
• 3.1 远红外传感器的二次标定方法和实验
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.4 实验结果处理及其分析
• 3.2 影响测温精度的因素讨论
• 3.2.1 影响远红外测温精度的因素分析
• 3.2.2 AD 采样次数对于传感器测温精度的影响
• 3.2.3 测温次数对于传感器测温精度的影响
• 3.2.4 传感器温度自身对于传感器测温精度的影响
• 3.2.5 测温距离对于传感器测温精度的影响
• 3.3 本章总结
• 第4章 基于手机的个人健康信息管理的概念和实现
• 4.1 手机在个人健康信息管理的需求分析
• 4.2 手机在个人健康信息管理中的技术能力分析
• 4.3 基于手机的患者和医生之间个人健康信息数据交互新模式
• 4.3.1 医生到病人医学诊断信息的传输——医学影像的分布式存储
• 4.3.2 病人到医生个人健康信息的传输——长期健康信息的综合分析
• 4.4 基于手机的个人健康信息管理的概念性实验
• 4.4.1 医生到病人医学远红外静态图像传输和管理的概念性实验
• 4.4.2 病人到医生个人健康信息管理和传输的概念性实验
• 4.5 本章总结
• 第5章 基于手机的热色液晶热成像系统
• 5.1 基于手机的热色液晶热成像系统的总体框架
• 5.2 热色液晶色调-温度的标定实验和温度二维分布计算方法
• 5.2.1 热色液晶温度标定实验原理
• 5.2.2 热色液晶温度标定实验
• 5.2.3 目标表面温度二维分布的计算方法
• 5.3 基于手机的热色液晶测温热成像系统的医学应用研究
• 5.3.1 人体表面热色液晶测温热成像的拍摄标准
• 5.3.2 基于手机的热色液晶热成像用于家庭医疗的实验研究
• 5.3.3 基于手机的热色液晶热成像在人体体表热流定量分析中的应用
• 5.4 本章总结
• 第6章 全文总结
• 6.1 本文主要工作内容
• 6.2 未来的工作和展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果