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从红外热图像测量浅静脉血流速度的非侵入性方法

  从红外热图像测量浅静脉血流速度的非侵入性方法

  针对细管内液体的体积流量提出了一种基于红外热图像的测量技术。利用了沿管道流动的液体的流速和温度之间的对流传热依赖性。通过从红外热像仪的单个热图像测量体积血流量,可以将所提出的方法应用于无创性浅表静脉疾病的诊断,实现非接触快速测温。

  测量血流速度在许多医疗应用中起着重要作用,其中包括血管疾病的诊断。血管疾病是一种发生在血管中的疾病,可导致人体血液循环不当。在血管疾病中,有影响从心脏向身体器官输送富氧血液的动脉的动脉疾病,和影响将血液从器官输送回到要净化的心脏的静脉的静脉疾病。关于静脉,可以将其分类为远离人的皮肤表面的深静脉和位于皮肤表面附近的浅静脉。可以使用红外热图像对浅表静脉进行非接触快速测温,从而诊断实际疾病。

  浅表静脉会受到血栓性静脉炎的影响,这是静脉中血栓的形成,降低了其中的血流速度。并且,由于浅静脉负责通过皮肤在血液与周围环境之间传递热量,因此这些静脉中的低血流速度会导致不正确的传热过程以及受影响的静脉区域中皮肤的温度不适当。例如,如果应该让某个浅表静脉中的温暖血液散发出一定的热量,由于血液流动会流经其周围较冷的组织更长的时间,从而导致更多的热量,因此它可能会因流量低而损失更多的热量。热损失会升高这些组织的温度。那么,通过红外热成像可以清楚地看到异常区域的皮肤温度高于正常区域的皮肤温度。

图为浅表静脉红外热成像

  之前的研究使用红外热成像技术研究了强烈的热变化对皮肤的热机械行为的影响,该行为可用于身体灼伤。以定量的方式解释了这个工作,单个浅表静脉红外热图像不仅可以检测到异常,还可以测量通过静脉的血流量,沿静脉的压降以及由于血液粘度施加的剪切应力而损失的热量。在整个工作中,将假设血液是层流的牛顿不可压缩流体。血管将被建模为圆柱管,其中流动的血液通过与周围的对流损失热量。此外,时间平均速度被用来处理脉动流作为稳态流。

  使用单个红外热图像以非侵入方式非接触快速测温细管内液体。利用了由于对流传热引起的管子入口和出口处液体温度的差异。通过分析和实验表明,该温差取决于体积流量,因此可以用来很好地估算流量。用人类前臂的浅静脉测试了这个方法。对于正常血流情况进行了一次实验,对于狭窄血流情况进行了一次实验。并且建议使用这项红外热成像技术来非侵入性地诊断明显影响静脉血流的浅表静脉疾病。

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