【】黃碩，劉靜＊,2

1 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，北京，100084 2 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，北京，100190

基于手機(jī)的液晶熱成像方法及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用

【作 者】黃碩1，劉靜＊1,2

1 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，北京，100084 2 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，北京，100190

介紹了在以手機(jī)為核心的醫(yī)學(xué)成像新模式下，將熱色液晶熱成像技術(shù)與手機(jī)相結(jié)合，借助手機(jī)攝像頭獲取熱色液晶的圖像的方法。并基于實(shí)驗(yàn)中建立的溫度-色調(diào)校對(duì)曲線，采用數(shù)字圖像處理方法重建出定量化的人體體表溫度分布熱圖。進(jìn)一步將該方法用于手部測溫及熱動(dòng)力學(xué)檢查，并根據(jù)人體生物傳熱模型獲得了與人體溫度分布密切相關(guān)的熱學(xué)參數(shù)。本文方法可望發(fā)展成為一種泛在的獲取人體體表溫度圖譜的低成本影像技術(shù)。

熱色液晶；手機(jī)；熱醫(yī)學(xué)圖像；低成本醫(yī)療；生物傳熱

0 引言

近二、三十年來，采集人體體表溫度分布的熱成像方法被用于多種疾病診斷，如神經(jīng)功能紊亂、血管疾病、燒傷、皮膚病和腫瘤早期檢測（特別是乳腺癌）等[1]。人體體表溫度分布與其生理熱參數(shù)、生物傳熱機(jī)制密切相關(guān)，健康人體的體表溫度一般呈對(duì)稱分布，若出現(xiàn)不規(guī)則性，則可能預(yù)示著患病風(fēng)險(xiǎn)[2]。表1比較了常用的點(diǎn)/面溫度獲取方法的優(yōu)劣，其中遠(yuǎn)紅外成像和熱色液晶熱成像均能定量測取溫度的2維分布，顯示溫度的變化過程并識(shí)別人體體表上微小區(qū)域的異常冷/熱點(diǎn)。與遠(yuǎn)紅外成像相比，熱色液晶熱成像的優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格便宜，適合用于社區(qū)、家庭健康評(píng)估和普遍的疾病早期排查[3]。

當(dāng)前，隨著移動(dòng)通訊工具的快速普及應(yīng)用，以手機(jī)為載體的移動(dòng)健康技術(shù)（Mobile Health）正逐步得到關(guān)注，代表了一大類嶄新的生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展前沿[4,5]。移動(dòng)醫(yī)療的目標(biāo)在于將健康監(jiān)護(hù)帶給最大多數(shù)人群[5]，符合未來個(gè)人醫(yī)療的發(fā)展模式，有助于促成疾病的早期發(fā)現(xiàn)，從而改變過去那種患者單純?cè)卺t(yī)療中心接收被動(dòng)治療的不足，而實(shí)現(xiàn)在社區(qū)、家庭中接受對(duì)健康主動(dòng)的長期監(jiān)護(hù)等需求。家庭健康監(jiān)護(hù)和疾病診斷一般涉及到生理電學(xué)、熱學(xué)檢查和生化檢查等多種檢測手段，而醫(yī)學(xué)影像是其中重要的信息獲取方式。目前的手機(jī)支持了一系列技術(shù)功能，除最基本的語音和文字通訊外，許多手機(jī)還集成有高分辨率的攝像頭，從而可用于拍攝圖像或者短視頻，并提供影像處理、顯示以及高速無線數(shù)據(jù)傳輸（如藍(lán)牙，WiFi）等功能。隨著前端便攜式信息采集技術(shù)的進(jìn)步，手機(jī)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)能力的提高以及GSM和3G網(wǎng)絡(luò)的普及，將給個(gè)人醫(yī)療應(yīng)用中新的醫(yī)學(xué)成像模式提供技術(shù)上的支持[4]。

表1 常用溫度傳感器比較Tab.1 Comparison of sensors commonly used in temperature measurement

本文旨在發(fā)展出以手機(jī)為核心，利用熱色液晶作為溫敏傳感器的熱成像新模式，并嘗試將其用于個(gè)人的健康評(píng)估。

1 熱色液晶熱成像技術(shù)

圖1 典型的熱色液晶反射光波長（顏色）/溫度相關(guān)曲線[5]Fig.1 Typical reflected wavelength (color)/temperature response of a thermochromic liquid crystal mixture

熱色液晶是隨溫度變化而產(chǎn)生不同顏色的特殊溫度敏感材料。由于液晶材料的分子間距與其反射光的頻率密切相關(guān)，當(dāng)溫度變化時(shí)，液晶層狀分子結(jié)構(gòu)的間距會(huì)相應(yīng)改變，導(dǎo)致反射光頻率隨之改變，于是液晶表面呈現(xiàn)不同顏色。在周圍環(huán)境條件確定的情況下，液晶表面顏色與其溫度值存在特定的函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖1）[6]。為保護(hù)材料的溫敏特性，熱色液晶通常被包裹在5-10 μm的球形微膠囊中，并懸浮于水溶液內(nèi)，但裸露的熱色液晶能產(chǎn)生更鮮艷的顏色，其對(duì)溫度變化也更敏感。在實(shí)際的測溫應(yīng)用中，直接將熱色液晶涂抹于干凈的目標(biāo)表面，或者先在目標(biāo)表面涂抹一層黑漆背景后再涂覆以熱色液晶，此時(shí)即使用肉眼觀察顏色變化，也能得到定性的溫度分布。但若要讀取定量精確的溫度值，則需借助RGB三原色相機(jī)獲得顏色信息并根據(jù)已知的液晶標(biāo)定曲線，才能反算出準(zhǔn)確的溫度值。不同熱色液晶的測溫范圍從-30oC到120oC不等，溫度分辨率則從0.1oC到30oC，但其對(duì)溫度變化的響應(yīng)時(shí)間均在10 ms左右。醫(yī)學(xué)檢查應(yīng)用中熱色液晶的測溫范圍一般選在20-40oC之間，溫度分辨率則選擇為0.1oC左右，顯然，較短的溫度響應(yīng)時(shí)間已足以反映人體溫度變化的動(dòng)態(tài)過程。熱色液晶在測溫范圍的下限溫度顯示紅色，在上限溫度則顯示紫色，而用于反算溫度的顏色區(qū)間（Color-Display Interval）需要在顏色之間平滑過渡，因而顏色區(qū)間一般定義為首次出現(xiàn)的紅色和末次出現(xiàn)的藍(lán)色（圖2）。

圖2 熱色液晶的顏色區(qū)間Fig.2 Color-Display Interval of thermochromic liquid crystal

2 基于手機(jī)的熱色液晶熱成像技術(shù)

2.1手機(jī)型熱色液晶熱成像新模式

熱色液晶熱成像系統(tǒng)包括3個(gè)主要部分：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和圖像顯示模塊。一套完整的熱色液晶真彩色圖像處理和控制系統(tǒng)包括了RGB相機(jī)、HIS色幀抓取器、輔助幀處理器、RGB轉(zhuǎn)換器、記錄器和個(gè)人電腦[7]。這種傳統(tǒng)模式的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)在物理結(jié)構(gòu)上包含所有的3個(gè)部分，其價(jià)格昂貴，對(duì)使用者操作敏感、保養(yǎng)維護(hù)不方便且不夠便攜?；谑謾C(jī)的熱色液晶熱成像模式則將數(shù)據(jù)采集、處理和顯示在物理結(jié)構(gòu)上分開，并借助手機(jī)這種隨處可見的移動(dòng)通訊工具將整個(gè)系統(tǒng)在邏輯上連成一個(gè)完整的魯棒性好的整體，在此模式下用戶無需專門的操作培訓(xùn)、節(jié)省了用戶端的占用空間，降低了用戶的花費(fèi)，滿足了個(gè)人健康評(píng)估的隨時(shí)泛在性需求。熱色液晶作為人體表面溫度的傳感器在用戶端涂抹于需要檢測的身體部位，帶有高清攝像頭的手機(jī)拍攝到相應(yīng)的光學(xué)圖像后，將所獲原始圖像數(shù)據(jù)通過GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到醫(yī)療中心移動(dòng)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，或者通過Bluetooth等短程通訊方式傳輸?shù)絺€(gè)人PC或者社區(qū)醫(yī)療服務(wù)站上，進(jìn)行目標(biāo)熱圖的重建和疾病診斷，反算得到的熱圖和診斷結(jié)果通過同樣的傳輸方式反饋給用戶手機(jī)（圖3）。手機(jī)在新的熱色液晶熱醫(yī)學(xué)成像模式中處于核心位置，起到獲取原始數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)和接受反饋結(jié)果的作用，對(duì)其計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力沒有特殊的要求。與傳統(tǒng)遠(yuǎn)程醫(yī)療方式不同的是，新模式下原始數(shù)據(jù)的處理、控制不在客戶端而在數(shù)據(jù)處理中心完成。這樣，一方面簡化了客戶端的設(shè)備，降低了其花費(fèi)和操作難度，另一方面也擴(kuò)展了系統(tǒng)應(yīng)用范圍。實(shí)際上，除了熱色液晶熱成像外，其他需要大計(jì)算量的醫(yī)學(xué)成像，如電阻抗斷層成像（Electric Impedance Tomography，EIT）、超聲（Ultrasound Imaging）[8]甚至如CT成像等，在便攜式的數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)后也有可能得到應(yīng)用。此模式用于實(shí)際時(shí)，原始圖像數(shù)據(jù)在個(gè)人PC、社區(qū)醫(yī)療服務(wù)器和醫(yī)療中心的數(shù)據(jù)處理中心分別得到處理，根據(jù)不同需求調(diào)用適合的遠(yuǎn)端硬件資源及醫(yī)療服務(wù)，就地處理或者傳送到上一級(jí)的醫(yī)療服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和反饋，使得數(shù)據(jù)處理靈活方便，且性價(jià)比較高。

圖3 基于手機(jī)的熱色液晶熱成像系統(tǒng)框架圖Fig.3 System framework diagram of mobile phone based liquid crystal thermal imaging

2.2熱色液晶的色調(diào)-溫度標(biāo)定曲線

2.2.1 HIS顏色坐標(biāo)系

普通CCD相機(jī)拍攝的可見光圖像的顏色采用RGB3原色坐標(biāo)系，不適合對(duì)熱色液晶顏色作定量分析。熱色液晶分子間距的改變，會(huì)導(dǎo)致不同溫度下反射光波長的變化，繼而反映出顏色的不同，呈現(xiàn)出從紅色到藍(lán)色的變化過程，而與該變化過程相對(duì)應(yīng)的特征量是其顏色的色度值，與其強(qiáng)度和色飽和度兩個(gè)參數(shù)無關(guān)。因此，可引進(jìn)HIS（Hue-Saturation-Intensity）坐標(biāo)系，表述熱色液晶圖像的顏色變化，圖像中單個(gè)像素點(diǎn)的R(Red)、G(Green)、B(Blue)信息轉(zhuǎn)化成像素點(diǎn)的Hue色調(diào)信息，其變換數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

2.2.2 熱色液晶色調(diào)-溫度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1) 實(shí)驗(yàn)材料 熱色液晶材料采用臺(tái)灣金利公司出廠的TJL-308型可噴涂熱色液晶，其測溫范圍為24oC—34oC，顏色區(qū)間為紅色到藍(lán)色。

(2) 實(shí)驗(yàn)方法 采用平整的大面積銅板作為傳熱表面，銅板背面用導(dǎo)熱膠粘連可控溫的電加熱片進(jìn)行加熱，調(diào)節(jié)加熱片電流的大小控制加熱速率，緩慢均勻提高銅板表面溫度。在用噴槍噴射熱色液晶到銅板正面之前，先噴涂一層黑色底漆以吸收透射光，以增強(qiáng)液晶的色彩分辨率，提高實(shí)驗(yàn)的精度，后在黑漆上均勻噴涂一層熱色液晶。使用FILR A40型遠(yuǎn)紅外相機(jī)和普通的CONAN 可見光單反相機(jī)在0度拍攝視角處，同時(shí)對(duì)加熱的液晶材料分別拍攝遠(yuǎn)紅外圖像和可見光圖像，以作對(duì)比。

(3) 實(shí)驗(yàn)步驟

① 待銅板和周圍環(huán)境達(dá)到熱平衡狀態(tài)后，電加熱片通以恒定的電流，利用單反相機(jī)和遠(yuǎn)紅外相機(jī)同時(shí)抓拍熱色液晶的圖像。

② 在銅板溫度均勻上升的過程中，使用遠(yuǎn)紅外相機(jī)監(jiān)控液晶溫度的變化，每隔0.2oC抓拍圖像，得到整個(gè)測溫區(qū)間內(nèi)液晶薄膜的遠(yuǎn)紅外圖像和可見光圖像。

③ 使用FLIR公司提供的遠(yuǎn)紅外圖像分析軟件ThermaCAM Researcher Pro.2.9（http://www.flir. com），選取遠(yuǎn)紅外圖像上某點(diǎn)或者小區(qū)域內(nèi)的平均溫度；使用MATLAB計(jì)算對(duì)應(yīng)溫度下可見光圖像相同位置上的點(diǎn)或者小區(qū)域的Hue平均值。

④將得到的溫度數(shù)據(jù)T和色調(diào)數(shù)據(jù)H u e在MATLAB中做數(shù)據(jù)擬合，從而獲得液晶的標(biāo)定曲線。

(4) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4 TJL-308型熱色液晶的溫度-色調(diào)曲線，溫度區(qū)間24oC-34oCFig.4 The temperature-hue response curve of the TJL-308 thermochromic liquid crystal whose temperature range is from 24oC to 34oC

圖4給出了TJL-308型熱色液晶的色調(diào)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，與前人實(shí)驗(yàn)得到的階梯狀規(guī)律一致，說明試驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。由此，在借助手機(jī)拍攝到待測體表的液晶圖像后，即可反算出對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)值。

3 基于手機(jī)的液晶熱成像方式在醫(yī)學(xué)中的初步應(yīng)用

3.1人體表面溫度圖譜的拍攝標(biāo)準(zhǔn)

人體體表溫度分布容易受環(huán)境溫度、濕度、熱源和儀器誤差等非自身因素的影響而發(fā)生變化，因此在臨床上使用熱成像方式診斷疾病時(shí)，熱圖的標(biāo)準(zhǔn)化主要決定于3方面因素：環(huán)境變量的控制、病人熱狀態(tài)的控制及熱圖拍攝過程的統(tǒng)一化。標(biāo)準(zhǔn)拍攝的人體體表溫度分布圖像最小化了環(huán)境變量的影響，提高了測量的可靠性和可重復(fù)性，讓在不同時(shí)間、不同空間下和采用不同方式獲得的人體體表熱圖具有可比較性[9-10]。

醫(yī)用熱圖拍攝標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容如下：

(1) 拍攝的周圍環(huán)境溫度控制在25oC左右，濕度控制在50%左右，病人在這樣的環(huán)境下能維持自然舒適的狀態(tài)，同時(shí)要避免空氣流通以及因日光或燈光照明帶來額外的熱輻射。

(2) 病人在拍攝圖像之前要保持穩(wěn)定和安靜的精神狀態(tài)，避免藥物、咖啡和茶等對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的刺激以及化妝品對(duì)皮膚溫度的影響，將拍攝圖像的身體部位曝露于空氣中10-20 min，使人體與周圍環(huán)境達(dá)到充分的熱平衡。

(3) 病人會(huì)根據(jù)需要采用不同的姿態(tài)（站姿、坐姿、躺倒）拍攝圖像，無論何種姿態(tài)，均要保證病人拍攝的身體部位處于自然的位置上，防止由于阻礙血液循環(huán)導(dǎo)致皮膚溫度發(fā)生變化。此外，拍攝圖像時(shí)的角度、距離和高度也需統(tǒng)一并記錄。

(4) 對(duì)于熱色液晶的熱成像，涂抹于人體表面的液晶厚度要均勻一致。若使用液晶薄膜，則其要與被測部位緊密貼合。拍攝的角度不可過大，最佳的拍攝角度是0o。拍攝液晶的光學(xué)圖像時(shí)，周圍環(huán)境光照需要適中，以保證拍攝圖像的質(zhì)量和清晰度。

3.2基于手機(jī)的熱色液晶熱成像用于家庭醫(yī)療的實(shí)驗(yàn)研究

(1) 實(shí)驗(yàn)材料 SamSung i780智能手機(jī)，攝像頭的最大像素值為200萬，拍攝靜態(tài)圖像的最大分辨率為1600*1200?？蓢娚錈嵘壕Р牧系臏y溫區(qū)間在 24oC—34oC 之間，顯示的顏色為5色，并已得到其溫度-色調(diào)曲線。USB藍(lán)牙適配器，DELL臺(tái)式計(jì)算機(jī)。

(2) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?手背測溫及其熱動(dòng)力學(xué)檢查

(3) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 使用噴槍將熱色液晶均勻涂抹于手背，液晶層的厚度在1-3 mm之間。等待20 min左右，使得液晶溶液中的水分蒸發(fā)完全能夠顯示出顏色的變化。拍攝圖像時(shí)的環(huán)境溫度是23oC，濕度為46%。采用風(fēng)冷的方式給手部降溫，之后使用手機(jī)攝像頭連續(xù)拍攝手部溫度恢復(fù)過程中的熱色液晶圖像。通過藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑謾C(jī)將拍攝的圖像發(fā)送到個(gè)人PC上處理。在可見光的圖像處理過程中，首先分割出手背涂抹液晶的區(qū)域，然后根據(jù)已知的溫度-色調(diào)曲線反算出區(qū)域的溫度分布數(shù)據(jù)，并將區(qū)域打上偽彩色顯示溫度的分布情況，最后將偽彩色圖像與原始的可見光圖像融合，即得到人體生理位置對(duì)應(yīng)的溫度分布圖譜。之后，同樣借助藍(lán)牙無線傳輸方式，PC將得出的結(jié)果發(fā)送到手機(jī)上顯示。

(4) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 手機(jī)拍攝的原始圖像、PC機(jī)處理后得到的圖像及其在手機(jī)上的顯示結(jié)果如圖5、圖6所示。圖5 中手背的平均溫度為26.4oC，溫度分布的標(biāo)準(zhǔn)差為0.4oC。圖 6中手背的平均溫度是26.8oC，溫度分布的標(biāo)準(zhǔn)差為0.2oC。可見，用手機(jī)及熱色液晶，能成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)體表溫度的定量測定。

3.3手機(jī)型熱色液晶熱成像在人體體表熱流定量分析中的應(yīng)用

圖5 時(shí)刻1手機(jī)拍攝到的手背熱色液晶圖像及處理后得到的熱圖在手機(jī)上的顯示，手背的平均溫度為26.4oCFig.5 The visual image of the hand painted with thermochromic liquid crystal captured at the moment 1 by the camera of the mobile phone and its relative thermography displayed on the mobile phone. The average temperature of the hand is 26.4oC

圖6 時(shí)刻2手機(jī)拍攝到的手背熱色液晶圖像及處理后得到的熱圖在手機(jī)上的顯示，手背平均溫度為26.8oCFig.6 The visual image of the hand painted with thermochromic liquid crystal captured at the moment 2 by the camera of the mobile phone and its relative thermography displayed on the mobile phone. The average temperature of the hand is 26.8oC

根據(jù)3維Pennes生物傳熱方程，人體體表熱流計(jì)算的是一段時(shí)間中整個(gè)身體組織空間內(nèi)的所有產(chǎn)熱，組織內(nèi)出現(xiàn)的任何異常的熱行為能反映在體表的熱流異常變化中[11]。對(duì)人體體表熱流定量分析得到的組織功能估計(jì)包含了更多人體健康的信息，增加了熱圖對(duì)疾病診斷的特異性，在一定程度上避免了環(huán)境因素的影響，對(duì)熱色液晶熱圖像進(jìn)一步處理后，可更好地評(píng)估人體健康。

人體體表定量分析中通過計(jì)算3類人體與周圍環(huán)境主要的傳熱量，來得到人體體表熱流量的估計(jì)值，即Q0=Qr+Qc+Qe，其中，Q0是人體體表的總熱流量（W/ m2），Qr、Qr、Qe分別是人體體表的輻射散熱量、對(duì)流散熱量和蒸發(fā)散熱量。對(duì)3類散熱量的估計(jì)可以得到人體體表熱流量的計(jì)算公式[12]：

其中，ε為人體表面發(fā)射率（約為0.99），σ為波爾茲曼常數(shù)，Ts為人體體表溫度，T0為周圍環(huán)境溫度，Wrsw為皮膚濕度，Pa為周圍空氣的蒸汽壓。

這樣，基于熱色液晶熱成像得到的人體體表溫度分布及式(4)，可以定量計(jì)算出人體體表的熱流量分布情況。經(jīng)過計(jì)算，可得到圖5中手背熱流量的平均值為69.2 W/m2，標(biāo)準(zhǔn)差為7.0 W/m2；圖 6 中手背熱流的平均值為76.1 W/m2，標(biāo)準(zhǔn)差為2.8 W/m2。

4 討論

4.1手機(jī)熱色液晶熱成像的應(yīng)用前景

熱色液晶材料性能的改進(jìn)可以提升所拍攝到的熱圖質(zhì)量，其中若液晶測溫范圍更寬，會(huì)確保覆蓋常見疾病所涉及的體表溫度變化范圍；液晶溫度分辨率更高，則有助于能檢測出早期腫瘤導(dǎo)致的微小溫差和熱點(diǎn)；此外，液晶顯示顏色的色調(diào)與溫度若有更好的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，將減少系統(tǒng)的誤差?？傊?，這些性能的提高，使熱色液晶熱成像能用于更多種類疾病的診斷，從而提供更可靠的體表溫度分布，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)健康狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。

手機(jī)型熱色液晶熱成像作為低成本易推廣的功能性醫(yī)學(xué)成像，一方面需要發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化的熱色液晶傳感器產(chǎn)品，如采用氣墊式液晶薄膜的形式可以避免液晶涂抹過程中厚度不均勻，增加實(shí)際應(yīng)用中的方便性。用戶只需按照要求拍攝液晶的圖像并將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器，就能得到診斷和評(píng)估的結(jié)果。另一方面通過建立醫(yī)用網(wǎng)絡(luò)熱色液晶熱圖數(shù)據(jù)庫收集各類疾病熱圖，在大量數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上建立起解讀圖像的方法、診斷疾病標(biāo)準(zhǔn)以及獲得評(píng)估健康狀態(tài)的參數(shù)，可望實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)熱圖數(shù)據(jù)庫的電腦自動(dòng)疾病檢測和健康評(píng)估。同時(shí)，根據(jù)人體的各類傳熱模型計(jì)算熱色液晶熱圖，可獲得更多與人體健康相關(guān)的生理參數(shù)，如文獻(xiàn)[13]中提到根據(jù)人體熱平衡狀態(tài)下的4層傳熱模型，可得到淺表血流速率和相應(yīng)位置體表的溫度關(guān)系，于是，借助人體體表熱圖有望獲得人體體表的血流分布圖。

4.2基于手機(jī)的各類醫(yī)學(xué)成像的技術(shù)及道德問題

各類廉價(jià)、便攜式、高性能和高可靠性的前端圖像傳感器技術(shù)是手機(jī)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)，成熟實(shí)用的微型圖像傳感器將為基于手機(jī)的家庭醫(yī)學(xué)影像中心的建立提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，手機(jī)本身的硬件處理速度與存儲(chǔ)能力，基于嵌入式系統(tǒng)的軟件技術(shù)，多媒體數(shù)據(jù)管理和微型化的投影技術(shù)發(fā)展，也是未來該技術(shù)能得到廣泛普及的重要因素。

需要注意的是，手機(jī)醫(yī)學(xué)成像在家庭應(yīng)用過程中會(huì)涉及到幾個(gè)方面的安全風(fēng)險(xiǎn)和道德風(fēng)險(xiǎn)，包括采集醫(yī)學(xué)圖像時(shí)的人體安全風(fēng)險(xiǎn)、手機(jī)中存儲(chǔ)的個(gè)人醫(yī)學(xué)信息的隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)以及手機(jī)與網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的數(shù)據(jù)安全和完整性風(fēng)險(xiǎn)。這些都需要在今后的研究中逐步解決。

5 小結(jié)

本文引入手機(jī)自帶的相機(jī)功能拍攝人體體表的熱色液晶圖像，通過數(shù)字圖像處理方法獲得了人體體表解剖學(xué)部位對(duì)應(yīng)的溫度分布，并在以手機(jī)為核心的醫(yī)學(xué)成像新模式下，將這種新的低成本熱圖成像技術(shù)應(yīng)用于家庭健康評(píng)估中，展示了新方法的現(xiàn)實(shí)意義。本文工作是對(duì)以手機(jī)為應(yīng)用平臺(tái)的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)成像的一種有益嘗試。致謝：

本文工作得到清華-裕元醫(yī)學(xué)科學(xué)研究基金及中國科學(xué)院創(chuàng)新基金支持。

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上海神經(jīng)電生理與康復(fù)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟

上海神經(jīng)電生理與康復(fù)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟是上海市科委批準(zhǔn)的產(chǎn)學(xué)研合作組織，整合醫(yī)院、高?？蒲袉挝?、企業(yè)的資源，建成一個(gè)成果、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)利益共享的開放性平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。該創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟是由復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院、 上海市兒童醫(yī)院、 上海交通大學(xué)、 上海理工大學(xué)、上海諾誠電氣有限公司等單位發(fā)起的，聯(lián)盟的理事長為上海諾誠電氣有限公司茆順明總經(jīng)理。

該聯(lián)盟自2010年8月6日在上海正式啟動(dòng)以來，已簽訂了二個(gè)合作項(xiàng)目。一項(xiàng)是由復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院、上海理工大學(xué)、上海諾誠電氣有限公司合作研發(fā)的“基于光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉的步態(tài)分析與康復(fù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)”；另一項(xiàng)是由復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院、 上海市兒童醫(yī)院、 上海交通大學(xué)、 上海理工大學(xué)、上海諾誠電氣有限公司合作研究的“腦電生理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)-CDF的制定與相關(guān)產(chǎn)品”。

為加快研究進(jìn)度， 聯(lián)盟成員利用這一新的交流平臺(tái)，圍繞上述合作項(xiàng)目積極開展活動(dòng)。

2010年8月13日、9月1日在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院花園大廳會(huì)議室舉行了“基于語音/肌電混合控制的上肢功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)”項(xiàng)目討論會(huì)。8月26日在上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院三樓會(huì)議室舉行了“基于光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉的步態(tài)分析與表面肌電”的項(xiàng)目討論會(huì)；9月13日在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院綜合樓會(huì)議室舉行了上海市2010年生物醫(yī)藥領(lǐng)域重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“集成多信號(hào)檢測分析和反饋電刺激的交互式康復(fù)評(píng)定和治療系統(tǒng)”項(xiàng)目討論會(huì)。與會(huì)期間，各與專家緊緊把握項(xiàng)目的臨床應(yīng)用可行性、技術(shù)實(shí)現(xiàn)可行性和產(chǎn)業(yè)化可行性，從各自專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行深入討論，并確定項(xiàng)目下一步的分工安排和項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)，明確下一次討論的時(shí)間和議題。

通過學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，拓寬了思路，加強(qiáng)了聯(lián)系，有利于應(yīng)用產(chǎn)學(xué)研用資源，加快項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，它將為上海市的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

（本刊訊）

Mobile Phone Based Liquid Crystal Thermal Imaging Method and Its Medical Implementation

【W(wǎng)riters】Huang Shuo1, Liu Jing＊1,2
1 Department of Biomedical Engineering, School of Medicine, Tsinghua University, Beijing, 100084 2 Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190

thermochromic liquid crystal, mobile phone, medical thermal imaging, low-cost healthcare, bioheat transfer

】In this paper, a new medical imaging strategy based on mobile phone is developed to obtain the quantitative temperature mappings of human skin. The visual images reflected by the TLC pre-painted on human skin are captured by the camera of mobile phone and transformed to the thermographies of human skin through digital image processing method according to the Temperature-Hue curve pre-estabished in the calibration experiment. The mobile phone acquired imaging is then applied to reconstruct the temperature distribution of dorsal hand and for thermodynamic check. Additional thermal parameters related to body health status are calculated based on the bioheat transfer model of human body. The present method is expected to be developed as a pervasive and low cost way to map the skin temperature imaging of human body.

1671-7104(2010)05-0317-06

2010-05-06

劉靜，教授，E-mail: jliubme@tsinghua.edu.cn

R445.7

A

10.3969/j.isnn.1671-7104.2010.05.002

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