热成像技术为医疗保健和机器视觉带来变革

传统上，机器视觉领域一直都是摄像头和类人视觉系统的代名词。然而，随着21世纪的到来，我们的观点正在发生巨大变化，因为有一项新兴技术——热成像技术正在崛起，有望重新定义我们对机器视觉的理解，并为机器视觉在医疗保健领域的应用带来变革。在我们所能看到的画面之外，热成像技术还能捕捉看不见的光线，探测可见光谱之外的发光物体。如果结合人工智能 (AI) 的力量，它将有望克服传统2D检测的局限性，提供身临其境、深入洞察的未知之旅，并在医疗应用中提供广泛的解决方案。

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机器视觉

机器视觉也称为计算机视觉，是一系列技术的总称，这些技术使计算机或机器能够像人类使用视觉一样观察和解读视觉信息。它利用摄像头捕捉静态图像或视频片段，并对其进行分析，以进行实时评估。机器视觉旨在开发能够基于视觉感知、识别和理解来自动执行任务的系统。

机器视觉系统现已广泛应用于工业领域。在工厂环境中，操作人员使用的自主机器人越来越多，因而愈发需要它们能够自主避免碰撞。嵌入式视觉系统将使工厂机器人能够识别潜在的危险，并采取适当的行动。机器视觉系统还能为制造业带来好处，在制成品检查、碰撞避免和预防性维护中都有现代嵌入式视觉系统的影子。

超越可见光谱的视觉

机器视觉应用使用的是与人眼可见范围相同波长的光。这项技术的实用性在于它能够比人类操作员更快、更准确地捕捉和分析图像。然而，使用可见光的系统在分析三维物体方面能力有限。使用可见光对物体成像的效果取决于外部光源，因为物体自身并不发出可见光辐射，而是反射照亮其表面的光线。因此，使用传统成像技术无法生成物体的三维图像。

热成像技术的核心原理是所有物体都会发出红外辐射。热像仪可以捕获这种辐射，并通过绘制温差图来生成图像。由此产生的图像或视频序列可以在不受光照条件的影响下，生动地描绘环境，并显示出可能表明潜在问题的温度异常。

热成像技术在机器视觉领域的应用

热成像技术在军事和监控领域得到了广泛应用，而进入机器视觉和医疗领域则相对较晚。将热成像技术与机器视觉相结合，可以带来大量机遇。传统的机器视觉方案难以区分外观相似的物体，而热像仪则擅长检测热信号的细微差别。

此外，将热成像技术与人工智能相结合，还能对这些热变化进行智能分析。它使我们能够破译以往无法理解的数据中隐藏的模式和相关性。这种强大的组合可以克服2D成像的局限性，让我们对环境和环境中的实体有更细致入微的了解。

利用先进的热成像系统显示这些温度变化，可为了解物体的热模式和热分布提供宝贵的信息。许多人应该都熟悉热像仪在人道救援中的应用。带有内置显示屏的手持式热像仪经常用于在应急服务中提供各种信息，包括确定倒塌建筑物内被困受害者的位置，以及向消防员显示火源位置，帮助他们更有效地灭火。

热成像技术还在各行各业得到了广泛应用。例如，在建筑检测中，热成像技术可让检测人员发现温度异常的区域，这些区域可能意味着隔热不良或有湿气渗入结构。

通过热成像技术，电工可以检测出电气故障，如电路过载、连接松动，以及系统组件故障。它还可以找出电路中的高电阻区域，并识别潜在的火灾隐患，在造成重大损失或故障之前防患于未然。

由于热成像是一种非接触、非破坏性的技术，因此工厂人员可以利用它来监控机器的状况，而无需停机进行检查。工程师可以使用热成像技术远程实时监控生产过程。热成像技术提供的信息可用于识别运行效率低下的机器或需要更换的组件。

利用热成像技术革新医疗保健

热成像的特点及其提供有用信息的能力，使其成为协助医疗专业人员识别和诊断多种疾病的理想工具。不过，热成像技术并非独立的诊断工具，应与其他临床评估和检查一起使用。

• 被动诊断

热成像技术的许多实际运用都是完全被动的，也就是说，与X射线或核磁共振成像等技术相比，它不需要让患者接受可能有害的辐射或者暴露在强磁场中。虽然热成像技术不能完全取代这些诊断工具，但它可以用于实时监测患者的病情，而不会产生与长期辐射暴露相关的风险。

这项技术的非侵入性也有助于减少对探查手术的需求，毕竟任何外科手术都有感染或其他并发症的风险。在某些情况下，医护人员可以利用热成像技术提供更准确的诊断，从而避免不必要的手术，并且更好地将治疗集中到重点上，从而改善患者的临床疗效。

热成像技术也是减少或消除传染病传播的理想工具，它使医务人员能够远距离监测或诊断患者，而无需应对设备处置或消毒的问题。此外，对于需要快速筛查大量患者的应用（如新冠疫情期间的发热检测）而言，它也是一种理想的技术。

此外，热成像还可以用作乳腺癌的筛查工具，如果检测出异常的温度模式，便可能预示着存在肿瘤或其他尚无法通过其他方式观察到的异常情况，以便及早治疗。这项技术还特别适用于血流成像，因为其高分辨率意味着它可以非常精确地检测温度变化。这对血管疾病的诊断大有裨益，因为热成像技术可用于识别患者的血流异常，从而帮助检测深静脉血栓、外周血管病变和脉管炎等疾病。

热成像设备的灵敏特性可以提供非常准确的信息，以表明受影响组织内温度升高的来源，使医疗专业人员能够决定具体的治疗策略。同样的技术也可以用来对病变区域的温度变化进行可视化呈现，以便评估疼痛状况。它可以帮助确定疼痛来源、评估神经功能，并可用于实时监测治疗效果。

• 荧光成像

实际上，医学热成像也并非只能被动地检测患者发出的辐射。目前，一些正在开发的热成像技术有望成为免疫疗法的一部分，刺激免疫系统对抗癌细胞。

在免疫治疗过程中，医生会使用一种叫做荧光成像的技术来监测免疫细胞。他们会给患者注射一种化学制剂，这种制剂会聚集到肿瘤细胞的周围，并在近红外 (NIR) 光的照射下发出荧光，这样就可以非常精确地检测到癌细胞的界限。

使用近红外技术对患者和医生都很安全，它可以穿透皮肤表层以下，生成深层组织结构的图像。利用这项技术，医生可以准确了解免疫疗法的效果，为癌症患者带来希望。

• 健康应用

热成像技术的应用已经超出传统意义上的医疗保健范畴。例如，职业运动员在剧烈运动时，身体某些部位的温度会超过37°C，尤其是关节和肌肉。通过热成像技术，运动医疗服务提供者可以更详细地检查这些温度变化，帮助运动员缩短恢复时间、提高未来的比赛成绩，同时降低组织损伤的风险。

结语

借助先进的图像处理技术，热成像可以为医疗领域带来诸多优势。这种非接触、非侵入性的方法有望成为诊断慢性和急性疾病的核心手段。它与其他诊断技术相辅相成，可实现快速监测，并提供实时分析功能。这项技术与先进的图像分析和识别软件相结合，可以构成强大的早期诊断工具集合。通过及时干预，医生能够迅速启动治疗方案，尽可能改善患者的预后。

微型电子产品的发展为热管理带来了令人振奋的机遇。现在，每智能手机都安装了摄像头，那么热成像技术会成为未来医疗保健的关键吗？这项技术能够在早期阶段检测和诊断病情，这往往是有效治疗的关键，因此热成像技术是医疗行业不可或缺的工具。这项技术的发展潜力，是不是能与抗生素或基因疗法相媲美呢？

David Pike以其热情和普遍的极客精神在互连行业广为人知。他的网名是Connector Geek。