红外热成像技术在西医学领域的研究进展

[摘要] 近些年来，随着科学技术的快速发展，红外热成像技术在医学领域的研究越来越多。文章中对红外热成像技术的成像原理，应用条件以及在西医学领域的应用等方面进行综述，并提出参考性意见，希望红外热成像技术可以在医学领域得到更好的发展。

[关键词] 红外热成像技术;应用原理;应用条件;应用实践

[中图分类号] TN219[文献标识码] A[文章编号] 1672-5654（2019）02（a）-0197-02

医用红外热成像技术是医学技术、红外摄像技术及计算机多媒体技术相结合的产物，通过收集人体产生的远红外辐射热，经计算机处理形成直观的温度彩色图谱。当人体机能发生变化时，病变所在部位的温度与正常组织相比会发生显著的变化，这种变化可以通过红外热成像技术所捕获，从而起到辅助诊断疾病、判断病灶位置及范围的作用。是一种能够反映机体代谢的功能影像。具有图像采集迅速，在较短的时间内可重复测量;具有非侵入性、无辐射、被动、快速、无痛、便宜、非接触性等这些优点。

1  医用红外热成像的原理

健康人体是由四肢和多个腔构成的一个开放的热能相对平衡体。包括人体表面温度和人体内部温度。人体通过复杂的下丘脑体温调节中枢不断的调节体温以保持体温恒定。

正常人体的温度分布具有一定的稳定性和对称性。由于解剖结构、组织代谢、血液循环及神经活动状态的不同，可形成不同的热场，同时反映到体表。当人体某一部位发生生理或病理性改变时，该部位或全身的新陈代谢、血液循环将发生变化，导致局部或全身的热平衡分布状态被破坏，产生温度异常区域，红外热辐射能随之改变，可能提示存在疾病或损伤。因此，温度是最常用的观察与衡量人体功能正常与否的指标之一。

医学红外热成像技术设备通过光学电子系统将人体细胞新陈代谢过程中的热态的远红外光波经滤波聚集、调制及光电转换，变为电信号，并转换为数字量，经多媒体图像处理技术处理，以伪色彩热成像图形式显示人体的温度场。同时，应用红外热成像专用软件分析，对获取的温差进行分析，并以图像的形式表现出来，通过计算机自动分析技术，对人体体表热场所对应的组织器官进行热值、热态、热源定位的分析与深度估测。再结合临床以判断病灶的部位、疾病的性质、病变的程度。

2  红外热成像应用条件

2.1  实验室要求

红外热成像技术受环境温度、湿度和空气流速的影响较大，因此应严格控制实验室测试条件。使用红外热成像技术测试前应提前30 min开机，摄像头固定在距离受试者1.5～2.5 m的位置，室温控制在20～24℃左右[1]，湿度保持在50%～60%。受试者身后以黑色或灰暗色、蓝黑深色为背板。室内空调避免直吹受检者身体，减少空气流速对实验结果的影响。保持室内光线柔和舒适，避免强光直射受检者身体[2]。

2.2  受检者要求

受检者应提前15～20 min进入实验室，适应实验室环境条件。实验前一周禁止日光浴。测试前72 h测试部位禁止针灸、推拿、按摩等。测试前24 h禁止服用酒精、咖啡等刺激性食物等[3]。检查当天避免在测试区域使用化妆品和药膏，在实验之前禁止进食，并在实验开始前去厕所。实验前进行仔细的体格检查排除其他疾病的影响，在检查和触诊时要避免一些压迫和组织摩擦。

因此，红外热成像技术既要控制实验室条件，避免客观环境的影响，也要避免受试者自身变化引起的温度变化，从而保证数据采集的准确性。

3  红外热成像在西医学的应用

3.1  红外热成像在西医临床诊断的应用

红外热成像技术应用于医学领域已有60多年。首次临床应用是在肿瘤学领域。许多研究已经显示红外热成像技术能够成功评估乳腺癌，并且Ng等[4]的研究显示，红外热成像技术检测乳腺癌敏感性和特异性可以达到90%。红外热图像显示患有恶性肿瘤的皮肤温度高于正常乳房组织的温度，可能的原因是在肿瘤的部位或者是肿瘤周围血流量、新陈代谢活动、血管生成等增加[5]。近年，Hossein等[4]的研究提出了红外热成像一种新的诊断乳腺癌组织的模型，利用这一模型可以区分不正常乳腺组织是良性还是恶性，这为乳腺癌的评估提供了更加精确的诊断。此外，红外热成像技术还应用于皮肤癌的检测。Godoy等[1]使用动态红外热成像技术检测皮肤癌，他们的研究发现，红外热成像技术对于皮肤癌诊断的特异性和敏感性均能达到99%以上。这为皮肤癌的诊断提供了一种便捷、精确、无创的诊断方法。此外，红外热成像还用来诊断血管障碍的可能性、定量雷诺现象中血管痉挛反应等。

综上所述，红外热成像作为一种诊断技术，可以及早发现温度的变化，对损伤部位的温度和热成像进行较准确的呈现。虽然红外热像图可以体现病症引起的温度变化，但是尚不能对某些部位进行准确的定位，还需要别的诊疗技术的辅助。

3.2  红外热成像在西医临床疗效的应用

1978年，Esselinckx等人[6]在使用一系列强的松龙（所有糖皮质激素）不同类似物的实验中，采用红外热成像技术测量各组患者的體温，并客观地确定炎症减轻的持续时间和程度，以确定最佳的药物剂量。20世纪七八十年代，一些新的非甾体类抗炎药物引入风湿病学，红外热成像技术也成为证明这些药物临床疗效的有力工具，通过关节的温度变化作为客观评价指标。

许多研究也使用红外热成像技术来监测膝关节内置换术后患者。Lambiris等人[7]发现，如果膝关节手术后发生感染，温度会升高，并且短暂的升高会在4到6周内恢复到正常值。Baic等[8]使用红外热成像技术诊断和监测腕管综合征减压手术后的恢复过程。他们的研究发现患有腕管综合征一侧的手与正常一侧相比呈现高的温度梯度。此外手术后患者患侧腕部温度分布改善，接近于正常人。因此也证明了减压术对于腕管综合征的治疗效果。

綜上所述，红外热成像技术通过对人体体表部位温度进行精确的呈现，可使人体寒热信息客观化、可视化、数据化，可以随时追踪治疗动态。同时，红外热成像技术可以为一些模糊的描述或患者的主观表达提供客观依据，对治疗方案的设计和评估具有指导性意义。

由此可见，红外热成像技术作为一种诊疗辅助工具，在临床疾病的诊断、治疗过程的监测以及疗效评估都有一定价值。

4  结论

红外热成像技术自1957年首次应用于医学领域之后，获得了快速发展，应用范围越来越广。而且随着科学技术的发展，红外热成像技术变得更加经济、有效、便捷。但是目前，红外热成像系统的图像采集仍然受温度、湿度、空气流速等因素的影响，这可能是使其在某些方面应用受限或数据采集不准确的一个重要原因。因此，降低干扰，使数据采集更加稳定准确，将是今后红外热成像技术发展的方向之一。

[参考文献]

[1]  Godoy SE，Hayat MM，Ramirez DA，et al.Detection theory for accurate and non-invasive skin cancer diagnosis using dynamic thermal imaging[J].Biomedical Optics Express，2017，8（4）：2301-2323.

[2]  袁云娥.医学数字红外热成像技术概论[M].郑州：郑州大学出版社，2013.

[3]  Namkoong S，Shim J，Kim S，et al.Effects of different sitting positions on skin temperature of the lowerextremity[J].Journal of Physical Therapy Science，2015，27（8）：2637-2640.

[4]  Ng YK.A review of thermography as promising non-invasive detection modality for breast tumor[J].International Journal of Thermal Sciences，2009，48（5）：849-859.

[5]  Hossein GZ，Javad H，Alimohammad M.A Model for Diagnosing Breast Cancerous Tissue from Thermal Images Using Active Contour and Lyapunov Exponent[J].Iranian Journal of Public Health，2016，45（5）：657-669.

[6]  Esselinckx W，Bacon PA，Ring EF，et al.A thermographic assessment of three intra-aricular prednisolone analogues given in rheumatoid synovitis. Br J Clin Pharmac 5：447-451[J].British Journal of Clinical Pharmacology，1978，5（5）：447-451.

[7]  Lambiris E，Stoboy H.Thermographie bei Osteosynthesen und Totalendoprothesen des Kniegelenkes mit und ohne Infektion[J].Zeitschrift Für Orthop？覿die Und Ihre Grenzgebiete，1981，119（5）：521-524.

[8]  Baic A，Kasprzyk T，R？觪any M，et al.Can we use thermal imaging to evaluate the effects of carpal tunnel syndrome surgical decompression[J].Medicine，2017，96（39）：e7982.

（收稿日期：2018-11-09）

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