紅外熱成像技術(shù)在兒科疾病診療中的應(yīng)用

張慧，董凡，黃博明，樊新榮

1.陜西中醫(yī)藥大學 第一臨床醫(yī)學院，陜西 咸陽 712000；2.中和亞健康服務(wù)中心，北京 100020；3.中國中醫(yī)科學院，北京 100700

引言

體溫異常通常被認為是疾病的自然指標。紅外熱成像（Infrared Thermography，IRT）技術(shù)是一種以紅外熱成像為基礎(chǔ)，鎖定機體細胞相對新陳代謝強度為途徑的測量人體體表溫度的功能影像技術(shù)。19世紀，威廉·赫歇爾爵士確定紅外輻射的存在，其子約翰·赫歇爾利用熱輻射制作出第一幅“熱成像圖”，為溫度測量開辟了新道路。1934年，Hardy等闡述了人體紅外輻射的生理作用，將IRT技術(shù)應(yīng)用于臨床，確立了通過IRT技術(shù)進行檢測人體溫度的診斷方法。1940年初，世界上第一臺可用于熱成像的紅外輻射電子傳感器誕生，十年之后在倫敦的Middlesex醫(yī)院和巴斯的皇家風濕病國家醫(yī)院拍攝了第一批醫(yī)學紅外熱像圖。1963年，巴恩斯證明熱像圖可以提供身體異常的信息，確立了IRT技術(shù)對人體熱異常相關(guān)病理表現(xiàn)的診斷意義[1]。1977年，全球已有75個醫(yī)療機構(gòu)將IRT技術(shù)用于疾病診斷。而在國內(nèi)，該項技術(shù)的臨床應(yīng)用較晚，20世紀70年代末，國內(nèi)僅有幾所醫(yī)院和學術(shù)機構(gòu)開始將IRT技術(shù)用于臨床研究。由于其具有非接觸式和非侵入性、高效便捷等優(yōu)勢，IRT技術(shù)應(yīng)用研究迅速增多，由最初的乳腺癌早期診斷，擴大到發(fā)熱、燒傷、疼痛、血管疾病、癌癥等疾病篩查和藥物療效監(jiān)測等多領(lǐng)域[2]。此外，IRT技術(shù)還與中醫(yī)學理論相結(jié)合，廣泛運用于中醫(yī)學領(lǐng)域，如輔助中醫(yī)診斷、療效評估、中醫(yī)體質(zhì)辨識[3]。目前，國內(nèi)外醫(yī)學IRT技術(shù)的研究多聚焦于成人，兒童領(lǐng)域研究較少。隨著兒科學的發(fā)展，IRT技術(shù)在兒科疾病診療中應(yīng)用逐漸增多。

1 兒童生理學體溫研究

人體任何局部生理溫度或總體溫度的異常，都提示臨床可能存在功能性或器質(zhì)性病理反應(yīng)。常用溫度計通過腋窩、口腔等局部進行測溫，不同部位或工具測量結(jié)果不一樣，并且部分溫度計可能存在安全隱患。IRT技術(shù)作為非接觸式和非侵入性功能學影像技術(shù)，沒有任何生物學副作用，且不需要鎮(zhèn)靜或麻醉配合完成就能夠繪制出人體“體溫云雨圖”。該方法不僅使體溫監(jiān)測具體到點面，而且可根據(jù)需要重復(fù)測量。Kolosovas 等[4]運用IRT技術(shù)對25名墨西哥健康兒童的皮膚溫度分布進行研究，結(jié)果顯示兒童皮膚溫度分布與成人相似，但溫度變化低于成人；男、女孩溫度分布相似。兒童體溫生理特征與成人相似，但體溫調(diào)節(jié)功能差于成人，該研究表明IRT技術(shù)測量兒童體溫可能比成人更為精確。Knobel等[5]通過IRT技術(shù)全面監(jiān)測早產(chǎn)兒體溫動態(tài)變化和區(qū)域差異，降低早產(chǎn)兒因體溫過低或過高導(dǎo)致的高發(fā)病率和高死亡率。而在國內(nèi)，兒童紅外研究常同祖國醫(yī)學相結(jié)合，吳敏等[6]將兒童局部紅外熱像圖譜與中醫(yī)望診相結(jié)合，通過比較700名健康學齡前兒童的面部、舌部紅外熱像圖和中醫(yī)望診信息，初步建立我國健康學齡期兒童紅外熱像圖特征譜。

近日，一項研究表明，過去兩個世紀人體正常體溫呈現(xiàn)下降趨勢[7]，IRT技術(shù)作為良好的體溫監(jiān)測工具，將有助于監(jiān)測人體正常體溫的動態(tài)變化。目前，國內(nèi)外尚缺乏大規(guī)模健康兒童紅外熱像研究報道，兒童紅外熱像數(shù)據(jù)庫尚未建立。兒童生長發(fā)育迅速，各生長階段生理表現(xiàn)存在差異，通過IRT技術(shù)對兒童各年齡段生理學體溫分布特征、動態(tài)變化及區(qū)域差異深入研究，有助于分年齡段建立紅外熱像圖特征譜，建立兒童紅外熱像數(shù)據(jù)庫。

2 IRT技術(shù)在兒童疾病早期診斷的臨床應(yīng)用

2.1 兒童發(fā)熱篩查

IRT技術(shù)用于發(fā)熱篩查，由來已久，是醫(yī)用IRT技術(shù)率先實現(xiàn)標準化的領(lǐng)域。通過紅外熱像儀掃描采集人體輻射的紅外能量，經(jīng)計算機技術(shù)量化人體皮膚溫度而形成紅外熱像圖，用于臨床發(fā)熱篩查。Ata?等[8]對非接觸式IRT技術(shù)檢測兒童體溫進行發(fā)熱篩查研究，結(jié)果表明IRT技術(shù)對2～6歲兒童體溫敏感度為95.5%，特異度為72.7%，可作為腋窩測溫的替代方法。臨床約20%的發(fā)熱患兒難以找到發(fā)病原因，通常需要大量化驗來尋找病因[9]，無明顯原因的發(fā)熱經(jīng)常被誤診，運用IRT技術(shù)測量發(fā)熱患兒所得“體溫云雨圖”，便于觀察患兒熱異常狀況，為查找發(fā)熱原因提供依據(jù)。小兒體溫調(diào)節(jié)中樞發(fā)育不全，臨床癥狀多變，紅外熱像儀靈敏度更高，能夠?qū)崟r監(jiān)測到患兒體溫的動態(tài)變化，對小兒發(fā)熱篩查具有較高的臨床實用性。IRT技術(shù)測溫有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溫度計測溫方式，對患兒配合度要求不高，非接觸式測溫能夠避免病毒接觸傳播，兒科分診室及大規(guī)模發(fā)熱篩查較為實用。國內(nèi)，在SARS和新型冠狀病毒肺炎等流行性疾病爆發(fā)期間，多地開展發(fā)熱篩查，采用IRT技術(shù)檢測體溫，可高效便捷地篩查發(fā)熱癥狀患者，減少遺漏者，有效避免病毒接觸傳播，提高疫情防控效率[10]。但目前IRT技術(shù)發(fā)熱篩查缺乏兒童標準，確立兒童發(fā)熱篩查標準是應(yīng)用IRT技術(shù)進行兒童發(fā)熱篩查的基礎(chǔ)，開展大規(guī)模的兒童發(fā)熱臨床研究將推動發(fā)熱篩查的研究。

2.2 燒傷評估

IRT技術(shù)在不接觸的情況下，能客觀測量患兒體溫分布，通過量化熱異常和熱不對稱，推斷人體深層組織的代謝狀態(tài)，輔助臨床病理診斷。機體表面發(fā)生燒傷，溫度會因血管擴張和炎癥反應(yīng)等因素而升高；深部燒傷中，因血管栓塞和傷口區(qū)域缺乏血液灌注，溫度將降低。Medina-Preciado等[11]運用IRT技術(shù)評估小兒燒傷創(chuàng)面嚴重程度，確定燒傷深度，估算皮膚深度燒傷所需的移植物大小。結(jié)果表明IRT技術(shù)對表淺患處和深層組織狀態(tài)的評估優(yōu)于常規(guī)臨床診斷，明確其在燒傷深度評估中的診斷價值。Singer等[12]運用IRT技術(shù)和常規(guī)臨床評估、激光多普勒成像技術(shù)同時對8月齡到80歲燒傷患者進行燒傷深度測量，證實在分辨淺表燒傷與深度燒傷中，IRT評估更準確。運用IRT技術(shù)檢測患兒燒傷部位溫度，量化對比患處與健側(cè)的熱不對稱性，評估燒傷深度、嚴重程度等，為減少不必要的手術(shù)和在必要時減少手術(shù)延遲提供依據(jù)，但尚缺乏診斷標準，仍需要進一步研究。

2.3 輔助診斷早期炎癥反應(yīng)

IRT技術(shù)對以溫度升高為基本表現(xiàn)的炎癥反應(yīng)表現(xiàn)出高度敏感性，無癥狀的早期炎癥反應(yīng)尤為適用，IRT技術(shù)能輔助診斷早期炎癥反應(yīng)，預(yù)見感染，檢測并發(fā)癥等。Seuser等[13]通過IRT技術(shù)研究臨床無癥狀血友病患兒與同齡健康兒童肌肉骨骼系統(tǒng)的差異，結(jié)果顯示，紅外熱像圖測溫精度、敏感度、特異度、陰性預(yù)測值均有顯著性差異。IRT技術(shù)對血友病患兒早期關(guān)節(jié)出血、肌肉骨骼損傷等病變檢測有效，能區(qū)分輕、中、重度出血。Casanova等[14]運用IRT技術(shù)診斷外周靜脈置入中心靜脈導(dǎo)管的腫瘤患兒是否存在感染，是否伴有血栓形成，結(jié)果表明導(dǎo)管感染的腫瘤患兒熱不對稱值高于沒有感染的對照組，IRT技術(shù)能實現(xiàn)對腫瘤患兒外周靜脈穿刺中心靜脈置導(dǎo)管感染進行定性、定量、定位檢測。IRT技術(shù)對溫度的敏感性、特異性和非接觸、可獲得、減少電離輻射等優(yōu)勢，有助于預(yù)見感染和發(fā)現(xiàn)早期炎癥反應(yīng)跡象，幫助患兒實施早期診斷和預(yù)防策略。IRT技術(shù)輔助診斷早期炎癥反應(yīng)相關(guān)研究尚少，且樣本量小，有待進一步加大樣本量、擴大研究范圍和加深研究。

2.4 輔助診斷兒童免疫性疾病

機體免疫性疾病常導(dǎo)致皮膚溫度分布紊亂，IRT技術(shù)能通過分析皮膚溫度分布特征推測患兒免疫反應(yīng)的嚴重程度。

2.4.1 兒童炎癥性骨病

自身炎癥性骨病是以反復(fù)發(fā)熱、疼痛，或伴局部腫脹為臨床表現(xiàn)的自身免疫性疾病，IRT技術(shù)能有效輔助臨床篩查。慢性非細菌性骨髓炎是在缺乏感染性病因的情況下發(fā)生的自身炎癥性骨病，可發(fā)展為骨破壞和畸形，臨床癥狀常滯后出現(xiàn)，易與感染、腫瘤等所致的骨病混淆，早期診斷難度較大[15]。Zhao等[16]對疑似慢性非細菌性骨髓炎兒童和健康兒童同時進行IRT和核磁共振檢查，結(jié)果顯示患兒的局部溫度明顯高于健康兒童，IRT技術(shù)能夠輔助診斷該病。磁共振檢查費用昂貴，需要患兒鎮(zhèn)靜配合，其檢查范圍不全面，對實際疾病狀況的可預(yù)測性差；但IRT技術(shù)綠色便捷，經(jīng)濟有效，配合度要求低，檢查范圍廣，為慢性非細菌性骨髓炎的臨床篩查提供新思路。

2.4.2 兒童特發(fā)性血小板減少性紫癜

特發(fā)性血小板減少性紫癜是兒童常見的發(fā)病機制復(fù)雜的出血性免疫疾病，臨床診斷尚缺乏特異性檢測指標，仍處于排他性診斷水平。張文征團隊首次運用IRT技術(shù)檢測該病，通過紅外熱像圖推測患兒免疫反應(yīng)嚴重程度，在研究皮膚溫度分布差異性時，他們提出TDSNU算法以解讀紅外熱像圖。結(jié)果表明IRT技術(shù)對兒童特發(fā)性血小板減少性紫癜有較高特異性和敏感性[17-18]。這項研究作為IRT技術(shù)在兒童特發(fā)性血小板減少性紫癜領(lǐng)域的新的嘗試，不但為該病實驗室檢查提供了新的方法，而且新算法解讀紅外熱像圖，融合更多疾病特性，為紅外熱像圖的解讀提供新的思路。IRT技術(shù)能輔助兒童免疫性疾病的早期診斷，紅外熱像圖運用新算法解讀，既融合了疾病特性，又融合了兒童生理特性，在解讀紅外熱像圖時可以考慮多變量，臨床實用性更高，能夠?qū)崿F(xiàn)實時分析，快速獲得診斷結(jié)果，為IRT技術(shù)的臨床應(yīng)用提供新方向。但目前IRT技術(shù)在兒童免疫性疾病診斷中的應(yīng)用研究有限，有待拓展應(yīng)用研究，且需要進行大規(guī)模的臨床研究，以證實IRT技術(shù)的臨床診斷有效性，完善疾病臨床特征與算法的融合，提高臨床診斷有效性。

2.5 輔助診斷兒童肥胖癥

目前肥胖癥的臨床診斷標準是以體重指數(shù)為依據(jù)的整體性評估，無法確定體脂分布，而IRT技術(shù)能檢測脂肪組織的分布和活性。Rashmi等[19]運用超聲、CT、核磁共振、密度測定、體積描記、IRT測溫等方法對肥胖癥患者和正常體重者身體成分進行測量評估，表明IRT技術(shù)是一種能夠評估個人或研究肥胖人群的可靠診斷方法。棕色脂肪組織是一種高度代謝的產(chǎn)熱組織，其與預(yù)防代謝性疾病，如肥胖癥，Ⅱ型糖尿病等相關(guān)[20]。青春期前兒童棕色脂肪組織的產(chǎn)熱增加可能在兒童肥胖患病率上升的背景下尤為重要。Malpique等[21]通過IRT技術(shù)測量青春期前兒童的鎖骨上區(qū)域皮膚溫度，評估棕色脂肪組織的活性，結(jié)果表明棕色脂肪組織的活性較高與較少的內(nèi)臟脂肪和良好的代謝特性有關(guān)。運用IRT技術(shù)檢測兒童棕色脂肪組織的產(chǎn)熱來評估其功能和活性，以輔助診斷兒童肥胖癥；IRT技術(shù)精準檢測患兒全身脂肪組織分布和活性，能夠為患兒制定因人制宜的治療策略。IRT技術(shù)能否用于其他代謝性疾病的輔助診斷將是未來的又一大研究方向。

3 IRT技術(shù)在兒科疾病臨床療效評價中的應(yīng)用

3.1 骨折療效評價

目前，X射線掃描是骨科最常用的成像方法，但多次接觸X射線，電離輻射存在健康隱患。IRT技術(shù)以非侵入性和非接觸性的優(yōu)勢，有效避免電離輻射，能定期進行熱成像檢測以跟蹤病灶的進展。骨折的發(fā)炎、修復(fù)階段是微血管侵襲的特有階段，較高血流量升高骨折部位及周圍局部溫度。重塑階段，血管、纖維愈傷組織被重塑成骨橋，局部溫度降低。?urkovi?等[22]對前臂骨折的患兒同時進行IRT測量溫度與X線掃描研究，并繪制熱譜圖，可視化和量化骨折愈合過程中皮膚表面溫度的變化差異、動態(tài)和持續(xù)時間，結(jié)果表明骨折部位局部溫度的變化遵循兒童骨骼的放射學愈合。Blasco等[23]運用IRT技術(shù)與其他成像工具對患兒骨折病灶定期檢查，明確IRT技術(shù)是重復(fù)和長期檢查的有用且可重現(xiàn)的方法，IRT檢測的并發(fā)癥少。IRT技術(shù)能準確有效地檢測骨折患兒體溫變化，為減少骨折患兒臨床療效評估及愈后隨訪期間暴露于X射線的頻率提供代替方案思路。

3.2 血管瘤療效評價

IRT技術(shù)廣泛運用于癌癥篩查。嬰兒血管瘤是常見的快速增生的血管腫瘤，目前少有客觀有效方法來客觀定量評估其治療反應(yīng)。嬰兒血管瘤最初因增殖和灌注增加而變暖，然后隨著細胞凋亡和灌注減少而溫度降低。Mohammed等[24]運用IRT技術(shù)測溫，研究血管瘤狀態(tài)與皮膚溫度之間的關(guān)系以及隨時間變化的情況。Burkes等[25]運用IRT技術(shù)測量嬰兒血管瘤表面溫度，探究IRT技術(shù)評估嬰兒血管瘤臨床療效的有效性。兩項研究均證實IRT技術(shù)能有效衡量嬰兒血管瘤狀態(tài)，有助于預(yù)測嬰兒血管瘤的增殖潛力，為臨床醫(yī)生治療決策和療效評價提供依據(jù)。IRT技術(shù)使嬰兒血管瘤實現(xiàn)了臨床定性和定量的雙重評估，為其他兒童腫瘤的臨床評估提供新的方法，作為安全、無痛、非侵入性評估工具，被患兒、家長廣泛接受。

IRT技術(shù)在兒科疾病臨床療效評價中的應(yīng)用，既能實現(xiàn)定性、定量的可視化評估，又因綠色便捷、無輻射等優(yōu)勢，在疾病治療、愈后隨訪實現(xiàn)全過程追蹤評估，臨床接受度高，但目前研究樣本量少，紅外熱像圖解讀尚未實現(xiàn)標準化，有待進一步擴大臨床研究樣本量和建立讀圖標準。

4 中醫(yī)兒科學的應(yīng)用

IRT技術(shù)被認為是中醫(yī)望診的延伸，紅外熱圖變化影射人體氣血陰陽的變化，使中醫(yī)診斷客觀化，輔助中醫(yī)臨床辨證、體質(zhì)辨識等。IRT技術(shù)能獲得體表整體的溫度分布，運用中醫(yī)藏象理論、經(jīng)絡(luò)理論，從不同的臟腑體表對應(yīng)區(qū)域、經(jīng)絡(luò)循行區(qū)域、特定穴位點的溫度變化綜合判斷中醫(yī)病證，與中醫(yī)學“整體觀”相一致，通過對紅外熱像圖的涼偏離與熱偏離解讀，結(jié)合中醫(yī)八綱辨證中“寒”、“熱”兩綱，既能辨別臟腑陰陽盛衰，又能從總體把握疾病的寒熱屬性。IRT技術(shù)在疾病預(yù)警方面具有明顯優(yōu)勢，與中醫(yī)“治未病”理論相符[26]。目前，IRT技術(shù)運用于中醫(yī)兒科學的研究尚少。范洪力等[27]運用IRT技術(shù)觀察懸灸法治療兒童慢性持續(xù)期支氣管哮喘過程中背部腧穴動態(tài)變異情況。宋媛媛[28]基于IRT技術(shù)在成人中醫(yī)體質(zhì)辨識中的應(yīng)用，探究IRT技術(shù)量化兒童偏肺虛質(zhì)的科學性和可行性。王翠薇[29]將IRT技術(shù)用于對小兒中醫(yī)體質(zhì)的評估，小兒臨床常見疾病，如便秘、厭食等的輔助診斷。兒童尚未久經(jīng)風雨，肌膚嬌嫩，與成人相比，兒童紅外熱像圖更能反映兒童氣血陰陽變化和臟腑組織機能，使中醫(yī)望診實現(xiàn)可視化、數(shù)據(jù)化。目前IRT技術(shù)在中醫(yī)兒科的運用尚處于探索階段，紅外熱圖解讀多依照成人讀圖標準，研究樣本量小，有待加大研究樣本量，制定兒童紅外熱圖解讀中醫(yī)標準，以期擴大IRT技術(shù)在中醫(yī)兒科領(lǐng)域的應(yīng)用。

5 心理生理健康評估

生理因素的整合對社會情感發(fā)展研究至關(guān)重要。IRT技術(shù)因其非接觸和非侵入性，成為心理學研究的一種新技術(shù)。熱變化作為識別情緒的客觀標志，在自主神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下，隨血管在皮膚下的深度分布，以非自愿的方式發(fā)生以響應(yīng)身體的熱調(diào)節(jié)或情緒變化。Aureli等[30]對照料者與嬰兒互動過程中嬰兒的面部熱反應(yīng)進行IRT檢測，結(jié)果與心臟測量研究結(jié)果一致。IRT技術(shù)不僅能檢測嬰兒面部自主神經(jīng)變化，還能檢測嬰兒注意力的變化。Mazzone等[31]通過IRT技術(shù)檢測鼻尖溫度，探索兒童欺凌行為和受害與社會排斥的生理反應(yīng)之間的聯(lián)系。結(jié)果證實IRT技術(shù)能通過皮膚溫度間接測量社會排斥引起非接觸生理性改變，IRT技術(shù)能作為評估交感神經(jīng)活動的有效技術(shù)。Nicolini等[32]運用功能性IRT評估Moebius綜合征兒童對情緒刺激的自主反應(yīng)。Goulart等[33]運用IRT技術(shù)分析健康兒童厭惡、恐懼、快樂、悲傷和驚訝5種情緒面部熱圖特征，結(jié)果顯示情緒變化會引起兒童明顯的面部熱變化，熱不對稱現(xiàn)象在面頰部有明顯的傾向性，準確率高達85%。IRT技術(shù)作為一種非接觸式的測溫方法，對兒童配合度要求低，盡可能減少因檢測過程中的刺激而產(chǎn)生的影響，提高準確度，第三代醫(yī)用紅外熱像儀溫度分辨率達0.05 ℃，具有高度熱敏感性，能檢測到微小的面部熱變化，檢測到的生理或病理溫度變化與心理學相結(jié)合，推動心理學與多學科交叉研究的進一步發(fā)展。

6 總結(jié)與展望

IRT技術(shù)在兒科疾病診療具有強大的應(yīng)用潛能。本文就IRT技術(shù)在兒科學、中醫(yī)兒科學，心理生理學多學科交叉應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述，IRT技術(shù)在兒童領(lǐng)域的應(yīng)用，實現(xiàn)了從無到有的突破，多項研究證實IRT技術(shù)在兒科疾病診療應(yīng)用中的科學性和可行性，IRT技術(shù)具有非侵入性、非接觸性、無輻射、精準便捷等優(yōu)勢，即使在患兒不能良好配合的情況下，也能實現(xiàn)測溫，使“啞科”以數(shù)字化、信息化的紅外熱圖方式發(fā)聲。IRT技術(shù)在兒科的應(yīng)用，還能緩解兒科臨床醫(yī)護人員緊缺的局面。

目前，國內(nèi)外IRT技術(shù)在疾病中的應(yīng)用研究良莠不齊，在兒科領(lǐng)域的應(yīng)用較成人單一，研究深度尚淺，缺乏大規(guī)模、系統(tǒng)化的臨床研究，兒童紅外熱圖讀圖標準尚未確立，缺乏兒童紅外熱像圖譜和數(shù)據(jù)庫，兒科醫(yī)生對該技術(shù)采圖到讀圖全過程缺乏系統(tǒng)認識，加大了IRT技術(shù)在兒童領(lǐng)域應(yīng)用的難度。IRT采圖設(shè)備參數(shù)、采圖環(huán)境等方面實現(xiàn)統(tǒng)一標準化，才能使各項臨床研究具有對比性和參照性，是紅外熱圖讀圖標準確立的基礎(chǔ)。統(tǒng)一各項標準作為IRT技術(shù)研究方向之一，將有助于臨床醫(yī)生對IRT技術(shù)的全面認識，擴大IRT技術(shù)臨床應(yīng)用范圍。IRT技術(shù)對兒童體溫進行定位、定量監(jiān)測，定性分析，為實現(xiàn)疾病的預(yù)防和早期篩查提供依據(jù)，基于疾病臨床特征建立新算法或程序解讀紅外熱圖，為實現(xiàn)兒科個性化診療提供實時臨床數(shù)據(jù)，有利于實現(xiàn)精準診斷、評估，也能夠為兒科學與其他學科交叉研究，提供新的思路。IRT技術(shù)運用于中醫(yī)學，從輔助辯證、療效評價、中醫(yī)體質(zhì)研究、“治未病”研究等多方面的研究，提示未來IRT技術(shù)可運用于兒童全生命周期健康監(jiān)測研究，將是IRT技術(shù)一大研究方向。