一种基于甲状腺观测的非制冷红外热像仪的制作方法

1.本实用新型属于红外医学技术领域，具体地，涉及一种基于甲状腺观测的非制冷红外热像仪。


背景技术：

2.甲状腺是人体的重要器官，甲状腺疾病包括了甲状腺功能异常、甲状腺结节等。正常甲状腺是有正常血流供应的，也会保持一定的温度；而甲状腺出现疾病时，其血流供应也会相应发生改变，甲状腺外的皮肤温度也会受到甲状腺组织热辐射的影响，发生不均匀的皮肤温度差异。例如：甲状腺功能亢进时，甲状腺的血流供应明显增加，导致甲状腺外的皮肤温度明显增高；甲状腺囊肿的血流减低，同样甲状腺外的皮肤温度也相应减低；甲状腺癌细胞的代谢活跃，血供丰富，因此在甲状腺外的皮肤温度也相应增高。
3.目前，超声是甲状腺疾病的主要筛查手段，包括b超、彩色多普勒超声等，彩色多普勒超声检查可以对患者病灶内的回声、钙化和血流情况进行较为准确的判断，但使用不便，大面积筛查速度慢，价格昂贵。红外系统主要应用于军事探测跟踪，也用于安防监控等，还已应用于体温筛查，但尚未应用到甲状腺观测的医学领域。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种基于甲状腺观测的的非制冷红外热像仪，解决传统筛查系统速度慢，造价高的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于甲状腺观测的非制冷红外热像仪，其特征在于，包括：红外光学镜头、非制冷红外探测器、成像电路、电源，所述红外光学镜头的输出端连接所述非制冷红外探测器的输入端，所述非制冷红外探测器的输出端连接所述成像电路的输入端，所述成像电路的由所述电源进行供电，其中，所述红外光学镜头接收人体甲状腺的红外辐射能量信号并汇聚到所述非制冷红外探测器的焦平面上，所述非制冷红外探测器将所述红外辐射能量信号转化为数字图像信号进行输出，所述成像电路接收所述数字图像信号进行处理得到甲状腺观测结果。
6.进一步地，所述成像电路还连接上位机。
7.进一步地，所述成像电路包括：处理器芯片、通信芯片与图像输出芯片，其中，所述处理器芯片的前端连接所述通信芯片，后端连接所述图像输出芯片输出标准数字图像。
8.进一步地，所述处理器芯片包括fpga，所述fpga连接flash存储芯片。
9.进一步地，所述fpga采用xc7a35t-2fgg484i处理器。
10.进一步地，所述红外光学镜头焦距为20mm，口径为10mm。
11.进一步地，所述通信芯片采用16bitadc。
12.进一步地，所述非制冷红外探测器为长波非制冷红外探测器。
13.进一步地，所述非制冷红外探测器选用分辨率为384
×
288探测器、像元尺寸17μm
×
17μm，响应波段为7.7μm～10.3μm。
14.进一步地，所述上位机包括显示器。
15.本发明的有益效果为：
16.结构简单，包括：红外光学镜头、非制冷红外探测器、成像电路、电源，所述红外光学镜头的输出端连接所述非制冷红外探测器的输入端，所述非制冷红外探测器的输出端连接所述成像电路的输入端，所述成像电路的由所述电源进行供电，其中，所述红外光学镜头接收人体甲状腺的红外辐射能量信号并汇聚到所述非制冷红外探测器的焦平面上，所述非制冷红外探测器将所述红外辐射能量信号转化为数字图像信号进行输出，所述成像电路接收所述数字图像信号进行处理得到甲状腺观测结果，从而可以更精确地为医生提供更清晰的图像，准确分析病理，有效地解决了现有技术传统筛查系统速度慢，造价高的问题。
17.本实用新型所描述的非制冷红外热像仪具有灵敏度高、稳定性好、环境适应性强等优点。本实用新型的作用是快速筛查人员是否患病，使用本实用新型，可节省大量健康人员的筛查时间，便于筛查未通过的疑似病例人员通过彩色多普勒超声等手段进行进一步诊断。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
19.图1是本实用新型的一种基于甲状腺观测的非制冷红外热像仪的结构示意图；
20.图2是本实用新型的成像电路的具体电路图。
21.附图标记示意
22.1.红外光学镜头2.非制冷红外探测器3.成像电路4.电源5.上位机
具体实施方式
23.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
24.请参照图1与图2，本实用新型的一种基于甲状腺观测的非制冷红外热像仪，包括：红外光学镜头、非制冷红外探测器、成像电路、电源，所述红外光学镜头的输出端连接所述非制冷红外探测器的输入端，所述非制冷红外探测器的输出端连接所述成像电路的输入端，所述成像电路的由所述电源进行供电，其中，所述红外光学镜头接收人体甲状腺的红外辐射能量信号并汇聚到所述非制冷红外探测器的焦平面上，所述非制冷红外探测器将所述红外辐射能量信号转化为数字图像信号进行输出，所述成像电路接收所述数字图像信号进行处理得到甲状腺观测结果。本实用新型的工作原理是红外系统能够灵敏地观察到机体的0.03℃体温变化，空间分辨率高，可以用于医学临床中进行甲状腺疾病的早期筛查。
25.在本技术的一种实施例中，具体地，所述成像电路还连接上位机。
26.在本技术的一种实施例中，具体地，所述成像电路包括：处理器芯片、通信芯片与图像输出芯片，其中，所述处理器芯片的前端连接所述通信芯片，后端连接所述图像输出芯片输出标准数字图像。
27.在本技术的一种实施例中，具体地，所述处理器芯片包括fpga，所述fpga连接flash存储芯片。
28.在本技术的一种实施例中，具体地，所述fpga采用xc7a35t-2fgg484i处理器。
29.在本技术的一种实施例中，具体地，所述红外光学镜头焦距为20mm，口径为10mm。
30.在本技术的一种实施例中，具体地，所述通信芯片采用16bitadc。
31.在本技术的一种实施例中，具体地，所述非制冷红外探测器为长波非制冷红外探测器。
32.在本技术的一种实施例中，具体地，所述非制冷红外探测器选用分辨率为384
×
288探测器、像元尺寸17μm
×
17μm，响应波段为7.7μm～10.3μm。
33.在本技术的一种实施例中，具体地，所述上位机包括显示器。
34.根据本发明实施例的一方面，本实用新型提供一种基于甲状腺观测的非制冷红外热像仪，包括：红外光学镜头1、制冷红外探测器2、成像电路3、电源4、上位机5。红外光学镜头1输入端接收红外辐射能量信号，红外辐射能量信号即反应被筛查者甲状腺温度。红外光学镜头输出端连接非制冷红外探测器2，非制冷红外探测器2可直接将经过光学后的图像转换为标准cameralink图像输出；像素为384
×
288，非制冷红外探测器2输出端连接成像电路3，成像电路3首先将此图像输出转为并行信号传给fpga，之后fpga对图像进行预处理操作，并将图像通过网口输出。同时，成像电路3还为红外探测器2提供偏置电压和数字控制脉冲。电源4输入为220v市电，输出为5v直流电压给成像电路供电。5为上位机软件，上位机软件可以读取并通过伪彩方式显示红外图像，通过对图像进行伪彩显示，不同的温度显示不同的颜色，高温区域采用红色显示，区别于其他正常部位，对病理进行更清晰准确的分析。对红外图像进行非均匀校正操作，并与正常灰度做比对，通过软件进行警戒线设置，超过一定范围后，认定被筛查者未通过筛查，并提示通过多普勒彩超等方式做进一步诊断。上位机软件还具有存储图像、筛查结果并读取的功能。上位机软件界面友好，占用空间小，对电脑硬件要求较低。
35.作为具体的实施例，实用新型一种基于甲状腺观测的非制冷红外热像仪，包括：红外光学镜头1、非制冷红外探测器2、成像电路3、电源4、上位机软件5。红外光学镜头1接收人体甲状腺的红外辐射能量信号并汇聚到中波制冷红外探测器2焦平面上；长波非制冷红外探测器2将红外辐射能量信号转化为数字图像信号；成像电路3将数字图像进行预处理并通过网口输出；电源4接收外部供电，经过二次变换及滤波后，为成像电路3供电，上位机软件5安装在电脑中，将红外图像非均匀校正、伪彩处理并显示，同时给出筛查结果。本实用新型具有功耗低、成本低、快速、稳定性好等优势，能实时输出清晰、稳定的红外数字图像，供人体甲状腺观测。
36.作为具体的实施例，红外光学镜头焦距为20mm，口径为10mm。
37.作为具体的实施例，红外光学镜头包括，沿光轴从物面侧至像面侧依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜；其中一孔径光阑置于物面侧与第二透镜之间；第一透镜具有正
折光力，且其物面为凸表面，材料为塑胶或玻璃；第二透镜具有负折光力，且其物面为凹表面，材料为塑胶或玻璃；第三透镜具有正折光力，且其物面为凹表面、像面为凸表面；该种结构的镜头组具有较好的红外光成像性能。同时通过采用塑胶镜片与玻璃镜片搭配或是全塑胶镜片组成光学镜头组，从而降低近红外光学镜头组的生产成本。
38.作为具体的实施例，红外光学镜头采用三片红外透镜，其中第一片红外透镜和第二片红外透镜工作于常温，第三片红外透镜置于系统光阑之后，集成于低温杜瓦内，工作于低温。本发明提供的红外光学镜头在实现大相对孔径成像的同时，可实现光阑与制冷型探测器冷屏的良好匹配。本发明可用于对温度灵敏度和响应速度都有很高要求的应用场合。
39.作为具体的实施例，红外光学镜头包括沿光轴从物方到像方依次排列八枚镜片，其中第一镜片，具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；第二镜片，具有负光焦度的弯月形状，凸面朝向物方；第三镜片，具有正光焦度的双凸形状；第四镜片，具有正光焦度的弯月形状，凸面朝向像方；双合镜片，通过组合第五镜片和第六镜片而形成；第七镜片，具有正光焦度的双凸形状；第八镜片，具有正光焦度的弯月形状，凸面朝向物方。上述近红外光学镜头采用不同镜片组合以及利用光焦度分配实现了大孔径、大视角、小畸变的良好性能，采用全玻璃结构可以有效地实现消热差效果。
40.作为具体的实施例，红外光学镜头中沿光线从物侧向像侧的入射方向依次设有具有正光焦度的前固定组，为一片凸面朝向物方的弯月形硅正透镜；具有负光焦度的变倍组，为一片凸面朝向物方的弯月形锗负透镜，用于切换视场；具有正光焦度的第一后固定组，为一片凸面朝向物方的弯月形硅正透镜；具有负光焦度的第二后固定组，为一片凸面朝向物方的弯月形锗负透镜组成。具有成像质量良好，并能够实现焦距快速切换。
41.作为具体的实施例，红外光学镜头包括外筒，所述外筒从前至后分别同光轴固定负屈光度的第一透镜、正屈光度的第二透镜、负屈光度的第三透镜、负屈光度的第四透镜、正屈光度的第五透镜、保护玻璃、像平面，其中负屈光度的第三透镜与负屈光度的第四透镜之间通过内筒定距，所述的负屈光度的第一透镜通过固定在外筒上前端盖定位，所述的保护玻璃和像平面通过固定在外筒上后端盖定位，所述的第二透镜的前表面为非球面，第三透镜的后表面为非球面。该镜头仅仅通过材料的合理选择，非球面系数的合理优化，通过五个镜片既解决了系统的大相对口径，又能解决在较大温度范围内系统被动无热化的问题，该镜头在较大温度范围内无需焦调即可满足使用要求，便于监控。
42.作为具体的实施例，非制冷红外探测器选用分辨率为384
×
288探测器、像元尺寸17μm
×
17μm，响应波段为7.7μm～10.3μm，输出为标准cameralink数字图像。
43.作为具体的实施例，非制冷红外探测器包含读出电路的半导体衬底和一具有微桥支撑结构的探测器，探测器与半导体衬底的读出电路形成电连接；探测器包括金属反射层、绝缘介质层、支撑层、金属电极层、介质层、热敏层；绝缘介质层、支撑层、介质层、保护层均为氮化硅薄膜，热敏层为氧化钒薄膜，半导体衬底的读出电路上依次设置有金属反射层和绝缘介质层，支撑层设置于绝缘介质层的上方；支撑层上依次设置有金属电极层、介质层、热敏层和保护层；介质层上设有接触孔，热敏层的热敏薄膜充满接触孔，并通过接触孔与金属电极层连接，稳定性强，灵敏度高。
44.作为具体的实施例，非制冷红外探测器包括半导体基座和探测器本体，所述探测器本体包括绝缘介质层、金属反射层、第一支撑层、金属电极层、第一保护层、第二支撑层、
电极金属层、热敏层和第二保护层，所述第一支撑层和绝缘介质层之间形成第一谐振腔，所述第一保护层和第二支撑层之间形成第二谐振腔，所述电极金属层上设有热敏层，双层结构提高了像元的红外吸收效率。
45.作为具体的实施例，成像电路包括fpga、通信芯片、flash存储芯片、图像输出芯片。图像输入端与非制冷红外探测器相连，通过通信芯片与fpga相连；通信芯片完成电平转换，与fpga相连；图像输出芯片输出标准数字图像，使用cameralink输出，输出端连接上位机。
46.作为具体的实施例，成像电路采用xc7a35t-2fgg484i处理器，具备33280逻辑资源，90个dsp处理单元，配备两片高速ddr3内存芯片，提供大数据带宽处理能力。前端采用高速16bitadc进行模拟量化，采集病变位置的图像，传入xc7a35t-2fgg484i处理器对病变数据进行初步预处理和分析。
47.作为具体的实施例，本实用新型包括：红外光学镜头1、非制冷红外探测器2、成像电路3、电源4、上位机软件5。红外光学镜头1接收人体甲状腺的红外辐射能量信号并汇聚到中波制冷红外探测器2焦平面上；长波非制冷红外探测器2将红外辐射能量信号转化为数字图像信号；成像电路3将数字图像进行预处理并通过网口输出；电源4接收外部供电，经过二次变换及滤波后，为成像电路3供电，上位机软件5安装在电脑中，将红外图像非均匀校正、伪彩处理并显示，同时给出筛查结果。其中电脑硬件自身为通用产品，本实用新型具有功耗低、成本低、快速、稳定性好等优势，能实时输出清晰、稳定的红外数字图像，供人体甲状腺观测。
48.作为具体的实施例，处理器芯片为多核处理器，采用ti公司制造的tms320f2837xd系列dsp芯片、tms320c66x系列dsp芯片，或者使用fpga组合dsp/arm作为多核处理器。
49.作为具体的实施例，本发明电源电路采用控制电和功率电相分离的方式进行设计，电源接收外部供电，经过二次变换及滤波后，为成像电路供电控制电的功率较小，功率电能够输出稳定的大电流，系统内部连接均采用接插件，无直接焊线，方便拆装。
50.从以上描述中，可以看出，本技术上述的实施例实现了如下的技术效果：
51.本实用新型的所述红外光学镜头的输出端连接所述非制冷红外探测器的输入端，所述非制冷红外探测器的输出端连接所述成像电路的输入端，所述成像电路的由所述电源进行供电，其中，所述红外光学镜头接收人体甲状腺的红外辐射能量信号并汇聚到所述非制冷红外探测器的焦平面上，所述非制冷红外探测器将所述红外辐射能量信号转化为数字图像信号进行输出，所述成像电路接收所述数字图像信号进行处理得到甲状腺观测结果，从而可以更精确地为医生提供更清晰的图像，准确分析病理，有效地解决了现有技术传统筛查系统速度慢，造价高的问题。
52.本实用新型所描述的非制冷红外热像仪具有灵敏度高、稳定性好、环境适应性强等优点。本实用新型的作用是快速筛查人员是否患病，使用本实用新型，可节省大量健康人员的筛查时间，便于筛查未通过的疑似病例人员通过彩色多普勒超声等手段进行进一步诊断。
53.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识
进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求的保护范围内。