Infrarot-Bildgebung

Einleitung:

Der menschliche Körper produziert im Rahmen seines Stoffwechsels im Körperinneren Wärme. Durch Abgabe der Wärmeenergie über die Haut mittels Verdunstung, Konvektion und Wärmestrahlung wird dabei die Kerntemperatur konstant gehalten. Treten allerdings im Stoffwechsel Probleme auf, so können diese sich durch eine Temperatursignatur auf der Haut verraten. Das Messverfahren der Wahl hierfür ist die Infrarot-Bildgebung (IR-Bildgebung oder Thermographie). Die Faszination dieses Verfahrens geht davon aus, dass es praktisch das einzige bildgebende Verfahren der Medizin ist, das ideal nicht-invasiv und kontaktlos arbeitet. Bei der Infrarot-Bildgebung wird nämlich die Strahlung passiv gemessen, die vom menschlichen Körper ohnehin zur Regelung des Temperaturgleichgewichts über die Haut abgegeben wird, die Wärmestrahlung. Die Infrarot-Bildgebung ist zweifellos eine effektive medizinische Screening-Modalität. Dies hat sich erst kürzlich im Zusammenhang mit SARS gezeigt, als fiebrige Personen innerhalb einer großen Zahl von Fluggästen im Sicherheitsbereich der Flughäfen aufgrund ihres GesichtsTemperaturprofils identifiziert werden konnten. Seit Beginn der technischen Verfügbarkeit von Infrarot-Kameras wurde diese Modalität als funktionelle medizinische Bildgebung (IRFI: Infrared Functional Imaging) gesehen, die z. B. einen pathologisch erhöhten Metabolismus anhand seiner spezifischen Temperatursignatur visualisieren kann. Speziell bei der Diagnose einiger Krebsarten folgt die Tumordetektion dem thermographischen Paradigma, sodass das starke Wachstum maligner Tumore notwendigerweise von einem Anstieg des Stoffwechsels begleitet ist, der sich in der Konsequenz als Änderung der Temperatursignatur widerspiegelt. Elektromagnetische Wellen zwischen dem sichtbaren Licht und den Mikrowellen werden als Infrarot-Strahlung bezeichnet. ⊡ Abb. 20.1 ( auch 4-Farbteil am Buchende) gibt das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Wellen zusammen mit den physikalischen bzw. technischen Bezeichnungen der Bänder von den extrem kurzwelligen γ-Strahlen zu den kilometerlangen Radiowellen wieder. Die Infrarot-Bildgebung nutzt das so genannte thermische Infrarot-Spektralband. Grundsätzlich ist man bei der Temperaturmessung über die spektrale Verteilung der Intensitäten elektromagnetischer Strahlung natürlich nicht auf das InfrarotBand beschränkt. Die wenigen physikalischen Formeln, die den Zusammenhang zwischen dem zugrunde liegenden Planck’schen Strahlungsgesetz, dem Wien’schen Verschiebungsgesetz sowie dem Stefan-Boltzmann-Gesetz beschreiben, werden ohne Herleitung im nächsten Abschnitt kurz dargestellt.