Infračervená kamera SVIT

V oblasti medicíny prináša termovízna kamera možnosť vykonávať termografické vyšetrenia pacientov za účelom včasnej a preventívnej diagnózy celého radu chorôb pred objavením sa morfologických zmien v tkanivách ako aj subjektívnych pocitov zdravotných problémov pacientov. Najdôležitejšou výhodou termovíznej diagnostiky je jej absolútna neškodnosť a neinvazívnosť. S pomocou termovíznej kamery môžeme vykonávať opakované merania jednotlivých oblastí pokožky pacienta s akumuláciou informácií o stave organizmu v medicínskej databáze. Tepelný zobrazovací systém SVIT drží rekord v tepelnej citlivosti s klasickými medicínskymi tepelne zobrazovacími systémami - štandardná odchýlka šumu v režime bežnej prevádzky prístroja na väčšine matričných prvkov korešponduje s teplotou približne 0,025 °C. Vysoké tepelné rozlíšenie je obzvlášť dôležité pri používaní prístrojov v medicíne, keďže umožňuje zobrazovanie nízko kontrastných oblastí termogramov, dôležitých pre diagnostiku. Tepelné zobrazovacie systémy s tepelným rozlíšením do 0,1 °C vedie k zlievaniu nízkokontrastných oblastí termogramov, a zložky jemnej štruktúry (cievna stavba, mierna ohnisková hyper- a hypotermia) sa menia na veľké škvrny a stávajú sa neviditeľnými. V tomto prípade je vyššie priestorové rozlíšenie takýchto termovíznych kamier (256x256 elementov za sebou) jednoducho nadbytočné.

Hlavné oblasti medicíny, v ktorých je termovízna diagnostika pacientov najefektívnejšia:
· Kontrolné vyšetrovanie pracovníkov priemyselných podnikov
· experimentálna medicína (sledovanie nových medicínskych preparátov a funkčný vplyv fyziologického množstva) na ľudský organizmus
· mamológia (sledovanie prsných žliaz žien na vykonávanie preventívnych meraní a sledovanie vývoja nových nádorových formácií)
· klinická diagnostika zápalových procesov (reumatická artritída, primárne deformácie, osteoartróza, periartritída, vibračné ťažkosti, polyneuropatia, sakroiliitída, spondylartritída, poškodenie chrbtice, zápalové procesy žlčníka, štítnej žľazy a iné)
· onkológia (ranné štádiá a diferenciálna diagnostika)
· traumatológia [popáleniny, omrzliny (stav ciev) a iné, s následnou kontrolou efektívnosti liečby poranení, poškodenia nervov, zlomenín]
· angiológia (diagnostika zápalu žíl a rozširovanie kŕčových žíl, diabetická angiopatia)
· rýchla diagnostika všeobecnej hypertermie otvorených častí tela človeka (atypická pneumónia, horúčky s rôznou etiológiou). V súčasnosti sa termovízna metóda diagnostiky atypickej pneumónie efektívne využíva na letiskách a miestach s vysokou akumuláciou ľudí)
· rýchla diagnostika LOR ochorení (čeľustnej sinusitídy, čelnej sinusitídy, zápalu prínosových dutín)
· termovízne kontroly v športovej medicíne, fyzioterapii, kozmetológii.

Thermovízna kamera SVIT je určená pre používanie v medicíne, vedeckom výskume a priemysle na vytváranie tepelných obrazov objektov (termogramov) a meranie teploty akéhokoľvek bodu objektu bez fyzického kontaktu s ním. Vysoké tepelné rozlíšenie a obrazová frekvencia kamery umožňuje získavanie čistých vysokokontrastných termogramov objektov v režime reálneho času (real-time). To dáva možnosť efektívneho využívania zariadenia v rozličných odvetviach vedy, technológie a medicíny.

Tepelnozobrazovací systém SVIT je termografickou kamerou tretej generácie, ktorá pracuje v reálnom čase. Ako fotorecepčný element slúži ohnisková matrica polovodičových kondenzátorov na báze InAs (obr. 1). Kamera je určená na tepelné meranie a analýzu statických a dynamických obrazov tepelnej kondície objektov. Stacionárna kamera vykázala dobré výsledky pri riešení problémov medicínskej diagnózy chorôb metódou medicínskej termografie, a tiež pri riešení množstva technických a vedeckých problémov v rozličných odvetviach národného hospodárstva, napríklad pri meraní dynamických termogramov povrchu rotačných pecí na produkciu cementu.
Fotocitlivá matrica zaznamenáva infračervené žiarenie akýchkoľvek horúcich objektov, vrátane prirodzeného vyžarovania ľudskej pokožky.

Obr. 1 Štruktúra fotónového prijímača

Všetky materiály s teplotou nad -273 °C (0 °K), emitujú elektromagnetické žiarenie, ktoré v súlade s Planckovým vzťahom môžeme prezentovať vo forme, ukázanej na obr.2 (zobrazená je závislosť emisie fotónov na vlnovej dĺžke pri dvoch teplotách čierneho telesa). Pri zvýšení teploty objektu sa množstvo emitovaných kvánt žiarenia - (infračervené žiarenie) s fixnou vlnovou dĺžkou zvyšuje. Emitované svetelné kvantá, vrátane neviditeľných (infračervených) s vlnovou dĺžkou > 1 mkm je možné zachytiť senzormi infračerveného žiarenia (polovodičové fotónové senzory).

Obr.2 Závislosť hustoty toku kvánt, emitovaných čiernym telesom pri dvoch teplotách, od vlnovej dĺžky.

Rozsah spektra odporúčanej matrice je 2,65-3,05 mkm. Podľa vývojárov je to pre množstvo termografických problémov veľmi výhodný spektrálny rozsah. Toto, spolu so skutočnosťou, že pre prijímače fotónov závislosť množstva informácií dopadajúcich kvánt žiarenia (napríklad pre T=30 °C, teplota na povrchu ľudskej kože) a parazitické kvantá pozadia (teplota okolitého pozadia s t=25 °C) sa zvyšuje pri poklese vlnovej dĺžky žiarenia. Pre rozsah spektra 8,5-12 mkm, je pre prijímače na základe zlúčenín merkúria, ortute a telúru charakteristický pomer 1,08, pre rozsah 7,5-8 mkm (prijímač na báze supermriežky AlGaAs/GaAs) - 1,1, pre rozsah 4,5-5 mkm (prijímače na báse InSb a silicia platiny) - 1,13, pre rozsah 3,5-3,9 (prijímače na báze InSb a silicia platiny) - 1,23, pre rozsah 2,65-3,05 mkm (matrica na báze InAs) - 1,3 a pre rozsah 1,4-1,8 mkm - 1,6. Ako celok toto umožňuje matriciam v oblasti krátkych vĺn jednoduchšie zaznamenávať malé teplotné kontrasty objektov. Naviac, pri poklese vlnovej dĺžky radiácie sa znižuje parazitický tok pozadia miestnosti, čo zjednodušuje okruh čítania signálov.

Obr.3 Štruktúra hybridného mikroobvodu

Prvky ohniskovej matrice premieňajú svetelné kvantá na elektrické náboje, ktoré sú spracovávané kremičitým multiplexorom (Obr.3), následne zosilnené, predbežne spracované elektronickým obvodom a prenesú sa do počítača (Obr.4). Na obrazovke monitoru získame ako výsledok termovízny obraz objektu (termogram).

Obr.4 Blokový diagram termovíznej kamery.

1 - objektív, 2 - kalibračné zariadenie, 3 - studená membrána, 4 - matrica [FPU], 5 - vákuový kryostat s priezračným oknom, 6 - generátor manažéra impulzov a sústavného napätia, 7 - zosilovač s diferenciálovým výstupom, 8 - tepelný merač [FPU] automatický nástroj zapínania mriežkového predpätia základnej InAs vrstvy, 9,14 - jednotka na kontrolu a synchronizáciu, 10 - ACP, 11 - sčítavacia jednotka, 12 - prideľovač pamäte, 13,16 - pamäťové banky, 15 - jednotka na spojenie s počítačom, 17 - počítač

Po technickej stránke je jednou z výhod termovízneho systému "SVIT" skutočnosť, že tento tepelne zobrazovací systém je skonštruovaný na báze matrice infračerveného detektoru. Táto výhoda sa ukazuje v porovnaní s tepelne zobrazovacími systémami, ktoré využívajú vnútorné skenovacie systémy a sú v súčasnosti dostupné na svetovom trhu. V súvislosti s využívaním princípu výstavby systému informácií pre signálnu matricu tepelného zobrazovania, za rovnakých ostatných podmienok, vyhral medzi skenovacími systémami na základe parametrov ako sú spoľahlivosť, senzitivita, rýchlosť a priestorové rozlíšenie.

Obr. 5 Bežný vzhľad termovíznej kamery.
1 - sekcia kryostatu s chladenou ohniskovou matricou
2 - odnímateľný objektív a kalibračná jednotka
3 - odnímateľná elektronika
4 - hrdlo na napĺňanie tekutého dusíka
5 - stojan kamery
6 - pripájacia oblasť- štandardný vysokorýchlostný kábel USB 2.0 A/B, kábel (DUB-C5AB).
Termovízna kamera sa dá jednoducho vybrať z podstavca a môže byť umiestnená na iný, špeciálny držiak, či stojan.