紅外熱成像技術(shù)在西醫(yī)學領(lǐng)域的研究進展

張冉 朱勝群 瞿強 余波

[摘要] 近些年來，隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，紅外熱成像技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的研究越來越多。文章中對紅外熱成像技術(shù)的成像原理，應(yīng)用條件以及在西醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用等方面進行綜述，并提出參考性意見，希望紅外熱成像技術(shù)可以在醫(yī)學領(lǐng)域得到更好的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 紅外熱成像技術(shù);應(yīng)用原理;應(yīng)用條件;應(yīng)用實踐

[中圖分類號] TN219 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2019）02（a）-0197-02

醫(yī)用紅外熱成像技術(shù)是醫(yī)學技術(shù)、紅外攝像技術(shù)及計算機多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過收集人體產(chǎn)生的遠紅外輻射熱，經(jīng)計算機處理形成直觀的溫度彩色圖譜。當人體機能發(fā)生變化時，病變所在部位的溫度與正常組織相比會發(fā)生顯著的變化，這種變化可以通過紅外熱成像技術(shù)所捕獲，從而起到輔助診斷疾病、判斷病灶位置及范圍的作用。是一種能夠反映機體代謝的功能影像。具有圖像采集迅速，在較短的時間內(nèi)可重復測量;具有非侵入性、無輻射、被動、快速、無痛、便宜、非接觸性等這些優(yōu)點。

1? 醫(yī)用紅外熱成像的原理

健康人體是由四肢和多個腔構(gòu)成的一個開放的熱能相對平衡體。包括人體表面溫度和人體內(nèi)部溫度。人體通過復雜的下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞不斷的調(diào)節(jié)體溫以保持體溫恒定。

正常人體的溫度分布具有一定的穩(wěn)定性和對稱性。由于解剖結(jié)構(gòu)、組織代謝、血液循環(huán)及神經(jīng)活動狀態(tài)的不同，可形成不同的熱場，同時反映到體表。當人體某一部位發(fā)生生理或病理性改變時，該部位或全身的新陳代謝、血液循環(huán)將發(fā)生變化，導致局部或全身的熱平衡分布狀態(tài)被破壞，產(chǎn)生溫度異常區(qū)域，紅外熱輻射能隨之改變，可能提示存在疾病或損傷。因此，溫度是最常用的觀察與衡量人體功能正常與否的指標之一。

醫(yī)學紅外熱成像技術(shù)設(shè)備通過光學電子系統(tǒng)將人體細胞新陳代謝過程中的熱態(tài)的遠紅外光波經(jīng)濾波聚集、調(diào)制及光電轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娦盘?，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)多媒體圖像處理技術(shù)處理，以偽色彩熱成像圖形式顯示人體的溫度場。同時，應(yīng)用紅外熱成像專用軟件分析，對獲取的溫差進行分析，并以圖像的形式表現(xiàn)出來，通過計算機自動分析技術(shù)，對人體體表熱場所對應(yīng)的組織器官進行熱值、熱態(tài)、熱源定位的分析與深度估測。再結(jié)合臨床以判斷病灶的部位、疾病的性質(zhì)、病變的程度。

2? 紅外熱成像應(yīng)用條件

2.1? 實驗室要求

紅外熱成像技術(shù)受環(huán)境溫度、濕度和空氣流速的影響較大，因此應(yīng)嚴格控制實驗室測試條件。使用紅外熱成像技術(shù)測試前應(yīng)提前30 min開機，攝像頭固定在距離受試者1.5～2.5 m的位置，室溫控制在20～24℃左右[1]，濕度保持在50%～60%。受試者身后以黑色或灰暗色、藍黑深色為背板。室內(nèi)空調(diào)避免直吹受檢者身體，減少空氣流速對實驗結(jié)果的影響。保持室內(nèi)光線柔和舒適，避免強光直射受檢者身體[2]。

2.2? 受檢者要求

受檢者應(yīng)提前15～20 min進入實驗室，適應(yīng)實驗室環(huán)境條件。實驗前一周禁止日光浴。測試前72 h測試部位禁止針灸、推拿、按摩等。測試前24 h禁止服用酒精、咖啡等刺激性食物等[3]。檢查當天避免在測試區(qū)域使用化妝品和藥膏，在實驗之前禁止進食，并在實驗開始前去廁所。實驗前進行仔細的體格檢查排除其他疾病的影響，在檢查和觸診時要避免一些壓迫和組織摩擦。

因此，紅外熱成像技術(shù)既要控制實驗室條件，避免客觀環(huán)境的影響，也要避免受試者自身變化引起的溫度變化，從而保證數(shù)據(jù)采集的準確性。

3? 紅外熱成像在西醫(yī)學的應(yīng)用

3.1? 紅外熱成像在西醫(yī)臨床診斷的應(yīng)用

紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學領(lǐng)域已有60多年。首次臨床應(yīng)用是在腫瘤學領(lǐng)域。許多研究已經(jīng)顯示紅外熱成像技術(shù)能夠成功評估乳腺癌，并且Ng等[4]的研究顯示，紅外熱成像技術(shù)檢測乳腺癌敏感性和特異性可以達到90%。紅外熱圖像顯示患有惡性腫瘤的皮膚溫度高于正常乳房組織的溫度，可能的原因是在腫瘤的部位或者是腫瘤周圍血流量、新陳代謝活動、血管生成等增加[5]。近年，Hossein等[4]的研究提出了紅外熱成像一種新的診斷乳腺癌組織的模型，利用這一模型可以區(qū)分不正常乳腺組織是良性還是惡性，這為乳腺癌的評估提供了更加精確的診斷。此外，紅外熱成像技術(shù)還應(yīng)用于皮膚癌的檢測。Godoy等[1]使用動態(tài)紅外熱成像技術(shù)檢測皮膚癌，他們的研究發(fā)現(xiàn)，紅外熱成像技術(shù)對于皮膚癌診斷的特異性和敏感性均能達到99%以上。這為皮膚癌的診斷提供了一種便捷、精確、無創(chuàng)的診斷方法。此外，紅外熱成像還用來診斷血管障礙的可能性、定量雷諾現(xiàn)象中血管痙攣反應(yīng)等。

綜上所述，紅外熱成像作為一種診斷技術(shù)，可以及早發(fā)現(xiàn)溫度的變化，對損傷部位的溫度和熱成像進行較準確的呈現(xiàn)。雖然紅外熱像圖可以體現(xiàn)病癥引起的溫度變化，但是尚不能對某些部位進行準確的定位，還需要別的診療技術(shù)的輔助。

3.2? 紅外熱成像在西醫(yī)臨床療效的應(yīng)用

1978年，Esselinckx等人[6]在使用一系列強的松龍（所有糖皮質(zhì)激素）不同類似物的實驗中，采用紅外熱成像技術(shù)測量各組患者的體溫，并客觀地確定炎癥減輕的持續(xù)時間和程度，以確定最佳的藥物劑量。20世紀七八十年代，一些新的非甾體類抗炎藥物引入風濕病學，紅外熱成像技術(shù)也成為證明這些藥物臨床療效的有力工具，通過關(guān)節(jié)的溫度變化作為客觀評價指標。

許多研究也使用紅外熱成像技術(shù)來監(jiān)測膝關(guān)節(jié)內(nèi)置換術(shù)后患者。Lambiris等人[7]發(fā)現(xiàn)，如果膝關(guān)節(jié)手術(shù)后發(fā)生感染，溫度會升高，并且短暫的升高會在4到6周內(nèi)恢復到正常值。Baic等[8]使用紅外熱成像技術(shù)診斷和監(jiān)測腕管綜合征減壓手術(shù)后的恢復過程。他們的研究發(fā)現(xiàn)患有腕管綜合征一側(cè)的手與正常一側(cè)相比呈現(xiàn)高的溫度梯度。此外手術(shù)后患者患側(cè)腕部溫度分布改善，接近于正常人。因此也證明了減壓術(shù)對于腕管綜合征的治療效果。