16、基于红外图像的真实乳腺肿瘤热模型分析

基于红外图像的真实乳腺肿瘤热模型分析

1. 引言

乳腺癌是女性中最常见的癌症之一，在 2018 年，乳腺癌的死亡率在女性癌症中位居第二。红外成像（IRI）或乳腺热成像作为一种相对廉价的诊断技术，与乳腺钼靶检查相比，具有无创、安全的特点，且不受组织密度的影响，因此有望成为乳腺钼靶检查的辅助工具。

2. 红外成像原理

红外成像利用红外相机捕捉人体发出的红外辐射，并记录人体表面温度的变化。癌症会导致乳房内的病理生理变化，包括代谢和血管变化，从而使患癌区域的温度升高。辐射强度与物体温度的关系由普朗克辐射定律给出：
[I(\lambda, T)=\frac{2hc^{2}}{\lambda^{5}(e^{\frac{hc}{\lambda kT}} - 1)}]
其中，(I) 是辐射强度，(\lambda) 是波长，(T) 是绝对温度，(h) 是普朗克常数，(c) 是真空中的光速，(k) 是玻尔兹曼常数。对于人体，大部分辐射位于 2 - 20μm 的红外光谱范围内。

3. 背景知识

3.1 癌细胞产热原因

癌细胞比正常细胞产生更多的热量，原因如下：
- 释放一氧化氮到血液中，导致微循环改变；
- 血管扩张；
- 新生血管形成；
- 癌细胞代谢活动增加。

3.2 相关研究

许多研究致力于通过计算热模型来模拟乳腺癌的热特性，例如：
- Ng 和 Sudharsan 使用真实的红外图像验证了他们的稳态数值模型；
- Mital 和 Pidaparti 模拟了简化的二维乳腺模型来确定肿瘤参数；