3. Інфрачервоне випромінювання

Найбільш яскраву інформацію про розподіл температури поверхні тіла людини та її зміни в часі дає метод динамічного інфрачервоного теплобачення. У технічному відношенні це повний аналог телебачення, тільки датчик вимірює не оптичне випромінювання, відбите від об'єкта, яке бачить людське око, як в телебаченні, а його власне, не видиме оком, інфрачервоне випромінювання. Тепловізор складається зі сканера, що вимірює теплове випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 3 до 10 мкм, пристрою для збору даних і ЕОМ для обробки зображення. Діапазон 3-10 мкм обраний тому, що саме в цьому діапазоні спостерігаються найбільші відмінності інтенсивності випромінювання при зміні температури тіла.

Тепловізори передають в 1 секунду 16 кадрів. Чутливість тепловізора при вимірюванні одного кадра - порядку 0,1 К, однак її можна різко збільшити, використовуючи ЕОМ для обробки зображень.

Тепловізійне зображення можна виводити в чорно-білому або кольоровому форматі. Перепади температури, які потрібно вимірювати на термограмі, складають частки градуса, в той час як повний сигнал відповідає приблизно 300 К, тобто вихідне зображення має малий контраст і його необхідно обробляти. ЕОМ дозволяє робити усереднення; зміну контрасту отриманих зображень; кольорові зображення.

Різновид теплобачення, при якому досліджується часова динаміка температурних полів, іноді називають динамічним теплобаченням. Обробляючи послідовні термокарти, можна визначити динаміку температури в окремих точках, еволюцію в часі розмірів нагрітих ділянок шкіри і т.п.

Теплобачення в біології та медицині. Найбільш яскравий результат застосування теплобачення в біології, це виявлення та реєстрація просторового розподілу температури кори головного мозку тварин. Для вимірювань тепловізор наводять на поверхню черепної коробки, з якої попередньо знімають скальп.

Термоенцефалоскопія дозволила «побачити» хвилі, які поширюються по поверхні кори головного мозку. Один з типів хвиль - хвиля розповсюджуваної депресії (РД) - виникає при ін'єкції розчину КСl і рухається зі швидкістю 3-5 мм/хв. Виявилося, що хвиля РД, яку раніше реєстрували тільки в окремих точках кори за допомогою електродів, супроводжується інтенсивної теплової хвилею. Таку теплову хвилю видно як локальне збільшення температури (до 1 К), вона триває довше, ніж електрична хвиля.

Теплові карти мозку людини можна отримати тільки в ході нейрохірургічних операцій на відкритому мозку, оскільки через сильне поглинання ІЧ-випромінювання скальп і товста черепна коробка виявляються перешкодою для сигналів з мозку.

Інфрачервоне теплобачення тіла людини дає інформацію про температуру верхніх шарів шкіри - рогового шару епідермісу і деяких глибших шарів загальною товщиною близько 100 мкм, оскільки електромагнітні хвилі ІЧ-діапазону згасають, пройшовши в біологічних тканинах відстань всього близько 100 мкм. Температура цього шару визначається балансом тепла за рахунок його віддачі в навколишнє середовище і припливу за рахунок крові. Тому фактично ІЧ-теплобачення це спосіб оцінити шкірний кровотік.

Найбільш поширеним застосуванням ІЧ-теплобачення в медицині є візуалізація кровопостачання нижніх кінцівок. Якщо кровопостачання в них порушено, то температура дистальних ділянок різко знижена. Реєструючи розміри областей зі зниженою температурою, можна визначити ступінь вираженості захворювання, а також ефективність терапевтичних заходів.

Динамічне теплобачення дозволяє відстежити зміни температури тіла при різних дозованих впливах - функціональних пробах. Наприклад, після зняття одягу шкіра пацієнта виявляється в іншому температурному режимі, і відбувається тривала (15-20 хв) адаптація. Динаміка вимірювання температури тіла в цей період служить критерієм нормального функціонування системи терморегуляції. Таким чином, наприклад, контролюють розвиток хвороби Рейно, при якій порушується терморегуляція: зниження температури в кімнаті викликає закономірне зниження температури шкіри здорових і не впливає на хворих цією хворобою.

Метод динамічного теплобачення відкрив можливості візуалізувати реакцію організму в зонах Захар'їна-Геда. У минулому столітті російський лікар Захар'їн і австрійський учений Гед виявили, що певні ділянки поверхні тіла сигналізують про стан у відповідному йому внутрішньому органі. Використання теплобачення засноване на тому, що у разі больової реакції органу на функціональную пробу виникає судинна реакція у відповідній зоні поверхні тіла.