從紅外熱圖像測量淺靜脈血流速度的非侵入性方法

      針對細管內液體的體積流量提出了一種基于紅外熱圖像的測量技術。利用了沿管道流動的液體的流速和溫度之間的對流傳熱依賴性。通過從紅外熱像儀的單個熱圖像測量體積血流量，可以將所提出的方法應用于無創性淺表靜脈疾病的診斷，實現非接觸快速測溫。
      測量血流速度在許多醫療應用中起著重要作用，其中包括血管疾病的診斷。血管疾病是一種發生在血管中的疾病，可導致人體血液循環不當。在血管疾病中，有影響從心臟向身體器官輸送富氧血液的動脈的動脈疾病，和影響將血液從器官輸送回到要凈化的心臟的靜脈的靜脈疾病。關于靜脈，可以將其分類為遠離人的皮膚表面的深靜脈和位于皮膚表面附近的淺靜脈。可以使用紅外熱圖像對淺表靜脈進行非接觸快速測溫，從而診斷實際疾病。
      淺表靜脈會受到血栓性靜脈炎的影響，這是靜脈中血栓的形成，降低了其中的血流速度。并且，由于淺靜脈負責通過皮膚在血液與周圍環境之間傳遞熱量，因此這些靜脈中的低血流速度會導致不正確的傳熱過程以及受影響的靜脈區域中皮膚的溫度不適當。例如，如果應該讓某個淺表靜脈中的溫暖血液散發出一定的熱量，由于血液流動會流經其周圍較冷的組織更長的時間，從而導致更多的熱量，因此它可能會因流量低而損失更多的熱量。熱損失會升高這些組織的溫度。那么，通過紅外熱成像可以清楚地看到異常區域的皮膚溫度高于正常區域的皮膚溫度。

圖為淺表靜脈注射紅外熱成相

      之前的研究使用紅外熱成像技術研究了強烈的熱變化對皮膚的熱機械行為的影響，該行為可用于身體灼傷。以定量的方式解釋了這個工作，單個淺表靜脈紅外熱圖像不僅可以檢測到異常，還可以測量通過靜脈的血流量，沿靜脈的壓降以及由于血液粘度施加的剪切應力而損失的熱量。在整個工作中，將假設血液是層流的牛頓不可壓縮流體。血管將被建模為圓柱管，其中流動的血液通過與周圍的對流損失熱量。此外，時間平均速度被用來處理脈動流作為穩態流。
      使用單個紅外熱圖像以非侵入方式非接觸快速測溫細管內液體。利用了由于對流傳熱引起的管子入口和出口處液體溫度的差異。通過分析和實驗表明，該溫差取決于體積流量，因此可以用來很好地估算流量。用人類前臂的淺靜脈測試了這個方法。對于正常血流情況進行了一次實驗，對于狹窄血流情況進行了一次實驗。并且建議使用這項紅外熱成像技術來非侵入性地診斷明顯影響靜脈血流的淺表靜脈疾病。