摘要： 介绍了红外热像技术的功能以及该技术在各领域中的应用，介绍了刘忠齐院士在2003年香山科学会议上发表的TTM热断层理论，以及在此理论基础上研发的TTM热断层成像技术。并和其它影像技术进行区别比较，总结了TTM成像技术的优势所在。
Abstract: This paper introduces the function of infrared thermal imaging technology and its application, the theory of TTM of Academician Liu Zhong-qi published in Xiangshan Scientific Conference in 2003, and the TTM hot tomography technology based on this theory. And it is compared with other video technologies, and the advantage of TTM imaging technology is summarized.
关键词： 红外热像技术；TTM
Key words: Infrared Thermal Imaging Technology；Thermal Texture Maps
中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）20-0205-02
0 引言
红外热像技术是利用红外辐射原理，通过测取目标物体表面红外辐射能，将被测物体表面的温度分布转化为形象直观的热像图。红外热像技术是目前最为活跃的研究热点之一，广泛应用于能源、环保、化工、冶金、医疗、航空航天等各个领域。热断层扫描成像技术（TTM技术）是基于红外热像技术的功能影像技术的突破，是刘忠齐院士研究并在2003年香山科学会议上提出的用于医学的影像技术。
1 红外热像技术在各领域的发展及应用
热成像技术是利用红外探测器将不可见的红外辐射转换成可见图像的一种技术，以该技术为核心所制成的装置称为热像仪。世界上第一台商用红外热像仪于20世纪60年代由瑞典的AGA公司研制，美国是目前红外热像技术最为先进的国家，绝大多数的红外热像仪器供应商也集中在欧美国家，如美国的FLIR、法国LETI/LIR，美国FLUKE等。国内对红外技术的研究起步也比较早，但是由于经济的限制和国外技术的封锁，一直比较落后，到了90年代后才有了较快的发展，目前从事红外热像技术研究的单位主要有中国科学院上海技术物理所、昆明物理所、华北光电技术研究所，电子十一所等单位，全国首台非制冷红外热像仪已于2001年由华中光电研究所研制成功，并投入批量生产。
外热像技术在各个领域都有广泛的应用，最早是在军事应用上，它可以在黑夜或浓厚的烟雾、云雾中探测目标、远距离识别目标、红外侦察、红外夜视、红外制导、探测隐身飞行器等，德国在第二次世界大战中率先装备了红外夜视仪、红外通讯设备等。
红外热像技术后来逐渐应用到民用上：森林火险探测，在火灾尚未大规模形成、处于初始烟雾阶段，即可发现；在火灾消防救援中，可穿透烟雾寻找火源和营救人员；港口海岸油污检测，通过探测油污与海水不同的热辐射，来检测油污污染状态；在工业上也能够进行设备热故障检测，由于有些设备在发生故障时会发热，由此探测故障源。
红外热像技术用于材料和构件的无损检测与评价，借助其非接触、高效率、安全和直观形象等诸多优势，红外热像技术为现代无损检测技术注入了新的活力。我国的北方交通大学、东南大学、华南理工大学、西安交通大学、天津大学、清华大学和哈尔滨工业大学等单位的研究人员，对此进行了较为系统和深入的研究工作，取得了一些很有价值的研究成果。
红外热像技术在电力检测上的应用也极为广泛，世界上有很多国家的电力公司都使用红外检测技术，瑞典的国家电力公司最先将红外热像技术应用于电气设备运行状态热诊断，其他欧美多国家也广泛进行电力设备的红外热像检测的研究和实践。国内很多电力大学和实验室对红外热像技术在电力设备热状态检测上进行了深入了研究，广西电力试验研究院在龙滩电厂发电机组的实验上采用了红外热像技术对试验的全过程进行温升监测，红外热像检测技术耗费人力小，检测灵敏度高，而且检测全面，不会产生漏检。2004年始广东电网公司阳江供电局开展了对变压器、电抗器、互感器、开关设备、避雷器等电气设备的红外测温工作，正在实现电力设备的维修由计划维修向预知性维修转变。
1934年，Hardv首次采用红外辐射原理，不用接触人体而准确测量到人体皮肤温度。1997 年初美国贝亿公司挂牌，完成世界上第一台具有热断层功能的热扫描成像系统。2000年2月8日贝亿公司获得美国发明专利。2001年12月，自美国以“从坦克到肿瘤”为主题的高层军事医学会议到2002年3月我国科技日报连续三天关于热断层技术的长篇报告，标志着人类预测医学时代的到来，也标志着红外技术从军事应用到民用的转变。
目前红外热像技术，可以用来进行各种疾病的早期检测，能够进行癌前期预示、肿瘤的鉴别诊断及普查、心脑血管疾病、外科、皮肤科、妇科、五官科、中医、人体健康状态的综合评估以及对各类疾病的治疗和药物疗效过程及结果的观察、分析等。红外热像技术应用在医学各个方面，给人类医学注入了新的血液，为人类的健康事业作出了重大的贡献。
2 TTM与其它影像技术的区别及优势
TTM（Thermal Texture Maps） 技术是一种锁定细胞新陈代谢强度的功能影像医学评估技术，根据人体细胞新陈代谢强度与健康状况、疾病的对应关系来评估人体的健康状况。TTM检查的优点是没有射线辐射，比X线、CT更安全，但它不能代替X线、CT、磁共振和化验检查，它的检查结论目前还处于概念性提示阶段，主要有评估师主观评估，无法定量，无法确定病变组织的大小。不过，TTM灵敏度特别高，能够捕捉到细胞新陈代谢的细微异常，例如有一个病人右腿肌肉拉伤，TTM马上就能显示大腿热量的异常变化。TTM影像技术的功用：可以检查亚健康状况，提示病人及早调理身体，以及结合CT、磁共振等检查，早期发现一些疾病。
TTM基于红外辐射原理，以人体为辐射源，采用先进的红外扫描技术，探测人体红外辐射，经过一系列信号处理，把不可见的体表温度变化转变为可视性、可定量的红外热图，与CT、MRI、B超等结构影像有着本质的不同。该系统与一般红外热像仪不同之处是经过热断层可以测出热源的深度、形状、及热辐射值。探测器灵敏度高，能测出人体内部由于功能异常而产生的相对热辐射度的变化，可对人体全身各部位进行扫描，目前每帧对于机械扫描型只需几秒时间，电子扫描型每秒可高达帧。这种扫描系统的优点是被动接受人体的热辐射，不像其它医学影像设备需用射线、超声波、放射性核素、强磁场等通过人体，因而对人体无损伤，对环境无污染，被许多环保组织称之为绿色系统。详细区别见表1。
与传统诊断技术相比，TTM定性准确:对人体的多种疾病——包括癌症等多种疑难病症做出明确的诊断。尤其是在疾病潜伏期，尚未发生组织形态改变时，能够进行明确的疾病预测；信息全：进行一站式人体全身各种疾病的诊断、疗效观察和健康状况的评估，具有多点、区域、断层等多种检测功能；非介入，无损伤:扫描过程中只接收人体细胞代谢中产生的热辐射，被动接收人体发出的8～14um的远红外线，对人体没有任何损伤和污染低费用、无污染、小能耗全年维护费用低；设备安装方式简单，对环境无污染、无干扰，无需特殊环境，整套设备的能耗≤800W。
TTM的检查在本质上实现了系统检查和动态实时检查的有机统一。在疾病诊断方面，传统的诊断经常因为苦于没有技术手段可以帮助全面检查机体组织的所有部位，而使检查往往执著于局部。这样的情况下，在对病灶进行检查时，很难检查与病灶相关的其他潜在因素。而这些潜在因素有时是致命的，在疾病未来的发展中起决定作用。发现不了这些潜在的决定因素将对疾病产生误导，使以后的治疗治标不治本。在这一点上，TTM克服了这种弊端。温变早于病变，红外热像仪的温度灵敏度极高。目前红外摄像头，当温度变化超过0.05℃时，就可以检测和记录到这种变化，直观地反映出人体异常温区。而MRI、CT等现有影像诊断技术则必须在病灶发展到一定体积、一定密度时才能显示这种异常的结构变化。在肿瘤在检查方面，1厘米以上的肿瘤，B超、CT、MRI（核磁共振）无论在定位还是在大小的测量上较TTM精确；但定性上TTM有独特的优势，肿瘤直径在0.5厘米左右时，B超、CT、MRI与TTM不相上下；当肿瘤小于0.1厘米，甚至是癌前病变时，B超、CT、MRI检查不出来，由于可以探测到1mm大小的肿瘤所发出的高热，所以在早期发现肿瘤方面功不可没；美国的一篇论文提到红外发现肿瘤比CT早6-12个月，而TTM则显示出巨大的优越性只要站在TTM前面5分钟，每一个被检查者的身体状况一目了然。
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