Температура тела человека и её измерение

Любое нагретое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, в том числе организм человека,излучает электромагнитные волны в широком спектре частот.

Физическая сущность теплового радиоизлучения заключается в наличии заряженных частиц (электроны, ионы), которые находятся в хаотическом движении и обладают свойствами электрической или магнитной полярности.

Электромагнитные волны распространяются по всему объему тела, достигают поверхности и, пройдя через кожу (напримере челевеческого тела), частично излучаются в окружающую среду. Интенсивность этих процессов пропорциональна температуре тела и его излучательной способности. Поскольку движение частиц хаотическое, они создают радиоволны различной длины.

Глубина эффективного измерения температуры равна толщине излучающего слоя (скинн-слой) и определяется как расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна от поверхности объекта до того слоя, в котором ее интенсивность уменьшается в 2,73 раза. При прочих равных условиях чем больше длина волны, тем больше глубина, с которой можно регистрировать температурные возмущения. Максимум интенсивности теплового радиоизлучения при обычной температуре окружающей среды лежит в инфракрасной области спектра (на длине волны около 10 мкм).

Это обусловило целесообразность создания ИК тепловидения (термографии) для исследования температурных аномалий. Однако, измерение теплового излучения тела человека в ИК диапазоне дает истинную температуру только самого верхнего слоя кожи толщиной в доли миллиметра. О температуре подлежащих тканей и органов можно судить опосредованно и только, когда температурные изменения «проецируются» на кожные покровы.

Интенсивность теплового излучения тела человека в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне на несколько порядков меньше, чем в ИК части спектра. В частности, на длине волны 17 см она  меньше в 10 раз, поэтому для регистрации тепловых сигналов в этом диапазоне требуется аппаратура с более высокой чувствительностью. Преимуществом данного диапазона измерений является то, что глубина проникновения излучения гораздо больше, и можно получать данные о температурных параметрах от внутренних органов и структур тела человека, однако значительно уменьшается пространственная разрешающая способность, вследствие чего нельзя получить тепловой портрет исследуемой области.

Медицинское тепловидение – это метод дистантной визуализации ИК излучения тканей, осуществляемый с помощью специальных оптико-электронных приборов – тепловизоров.

Существующие в настоящее время способы регистрации ИК излучения кожи человека можно разделить на две группы:

• контактные;
• дистанционные.

Классическим представителем контактного метода регистрации ИК из­лучения является контактная пластинчатая термография жидкими кристаллами. В основе метода лежит способность холестерических кристаллов изменять цвет в зависимости от интенсивности и волнового диапазона инфракрасного излучения поверхностей, на которую они нанесены.

Основным элементом всех дистанционных методов регистрации ИК лучей является чувствительный приемник ИК излучения. Существующие в настоящее время приемники дистанционной регистрации ИК лучей подразделяются на;

• избирательные;
• неизбирательные.

К неизбирательным (неселективным) приемникам относятся устройства, которые одинаково хорошо улавливают ИК излучение в диапазоне длин волн от 0,74 до 2000 мкм. К приемникам такого типа относятся: болометр, термопара, термоэлемент.

В качестве избирательных (селективных) приемных устройств и приборов, дистанционно регистрирующих ИК излучение, используются фоторезисторы. Как правило, они работают в определенном диапазоне ИК излучения и являются весьма чувствительными (до 0,03оС) и малоинерционными.

Тепловой поток от объекта исследования попадает на фоторезистор и изменяет его электрическое сопротивление, которое пропорционально количеству падающей на него ИК энергии. Так как электрические величины на выходе фоторезистора чрезвычайно малы, то для визуализации изображения используется каскад усилителей. Изображение объекта получается на экране электронно-лучевой трубки. С учетом того обстоятельства, что глаз человека лучше улавливает цветовую гамму, нежели черно-белую картину, созданы тепловизоры, обеспечивающие получение цветной термограммы.

В настоящее время широко применяются фотосопротивления из сурьмянистого индия, сульфида  свинца, селенида, теллурида свинца, германиевые, сложные ртутно- кадмиево-теллуристые. Все они, охлаждаемые жидким азотом (-196оС) или жидким аргоном (-186оС), приобретают высокую чувствительность в своем диапазоне ИК излучения. Существуют фоторезисторы на основе кадмия, которые действуют при комнатной температуре, без охлаждения жидким азотом или аргоном, что делает их более удобными в работе. Это – пировидиконы.