8.4. Термография

Как отмечалось, ИК-излучением называют электромагнитное излучение, которое занимает область между красной границей видимого света и коротковолновым излучением. Инфракрасную область спектра условно разделяют на близкую (длина волны 0,76…2,5 мкм), среднюю (2,5…50 мкм) и далекую (50…200 мкм). ИК-лучи испускают все нагретые тела, а также тело человека и животных. Это дает возможность использовать данное излучение для диагностики с помощью метода термографии. ИК-излучение поглощается тканями значительно слабее, чем видимый свет, поэтому оно несет в себе информацию о находящихся под кожей тканях и позволяет видеть детали, которые являются неразличимыми в видимом свете. Благодаря большей проникающей способности, чем у видимого света, на термограмме ИК-излучения хорошо видны вены, наличие тромбов, их локализация. С помощью термографии можно фиксировать контуры опухоли и т.д. В основе термографии лежит электронно-оптический преобразователь (рис. 8.5), который широко используется для усиления яркости рентгеновского изображения. Работа ЭОП основана на внешнем фотоэффекте, который предназначен для преобразования изображения из одной области спектра в другую и усиления яркости изображения.

Если сигнал ЭОП подать в виде развертки на телевизионную систему, то на экране можно получить "тепловые" изображения органов, тканей, сосудов. Таким образом, части тела, имеющие разные температуры, будут различаться на экране либо цветом (при цветном изображении) либо светом (при черно-белом). Такая техническая система будет называться тепловизором. Если сделать вывод информации на ЭВМ, то это дает возможность за считанные секунды получить термограмму исследуемого участка тела в виде цифр, которые соответствуют температурам участков органов или тканей. При этом имеем информацию не от 5…10 точек тканей, как при обычной термографии, а от нескольких тысяч, что резко повышает достоверность диагностики.

Рис. 8.5. Схема электронно-оптического преобразователя: 1 - световое изображение; К - полупрозрачный фотокатод, в котором преобразуется электронное изображение, которое ускоряется электрическим полем электрода Э; L - люминесцентный экран, на котором электронное изображение вновь преобразуется в световое изображение

ИК-излучение широко используется не только для диагностики, но и для лечения заболеваний кожи, суставов, лимфатической системы. Преимущество ИК-терапии заключается в более глубоком прогревании и отсутствии контакта между источником тепла и органом, чем устраняется раздражение тканей. Лечебное применение ИК-излучения основано на его тепловом действии. Наибольший эффект достигает коротковолновое ИК-излучение, близкое к видимому свету. Для лечения используют специальные ртутные лампы высокого давления. Берется трубка, которая заполняется ртутными парами после того, как добились определенного вакуума, подается напряжение 60 В. Первичное действие ИК-излучения начинается с эффектов, происходящих в коже. Доказано, что волосяной покров, роговой слой кожи, весь эпидермис являются прозрачными для ИК-излучения, так как ИК-излучение проникает до 2…4 см, достигая подкожного жирового слоя и проникая в расположенные под ним внутренние органы. В слоях кожи, в которых поглощается ИК-излучение, происходит раздражение рецепторов. В последних возникают потенциалы действия, и импульсы передаются в ЦНС, которая управляет механизмом терморегуляции. Увеличивается кровоснабжение, улучшается питание тканей кислородом, что способствует активизации биологических функций. Следует отметить, что ИК-излучение оказывает вредное воздействие на глаза, поскольку сильно поглощается хрусталиком и стекловидным телом, то есть поглощение и отражение ИК-спектра иное, чем у видимого света. Так, вода прозрачна для видимого света, но оказалось, что она хорошо поглощает ИК-лучи. Значительное поглощение ИК-излучения водой и ее парами играет большое значение для теплового баланса всей планеты. ИК-излучение может иметь спектр сплошным или линейчатым. Доказано, что обычное стекло не пропускает ИК-лучи с длиной волны более 1,5-2 мкм. Методы обнаружения и измерения ИК-излучения делят на две группы: тепловые и фотоэлектрические. Примером теплового приемника является термоэлемент, прибор нагревания которого вызывает электрический ток. К фотоэлектрическим приемникам можно отнести фотоэлементы, электроннооптические преобразователи (ЭОП), фотосопротивления. В соответствии с законом Вина ; , b=const, то есть чем меньше температура нагретого тела, тем на большую длину волны приходится максимум его излучения и тем большая часть спектра находится в ИК области. Так, в спектре излучения Солнца (температура его поверхности 6000 К), на долю ИК-излучения приходится около 50% общей энергии, а в спектре излучения лампы накаливания (температура вольфрамового спектра 2800 К) будет около 90%.

Благодаря сильному поглощению водяными парами земной атмосферы, только часть теплового излучения Земли уходит в космическое пространство. Таким образом, атмосфера представляет своеобразную теплоизолированную оболочку, которая препятствует охлаждению Земли за счет излучения. Аналогичные явления лежат в основе парникового эффекта.