紅外熱成像技術用于疾病診斷及中醫辨證研究進展?

廖結英，王天芳△，李 站，呂宏蓬，楊瑩瑩，韓鵬鵬

(1. 北京中醫藥大學，北京 100029； 2. 北京中醫醫院懷柔醫院，北京 101400)

物體溫度大于絕對零度(-273.15 ℃)就會有紅外輻射，而紅外輻射與溫度有關。人體是恒溫動物，是天然的生物紅外輻射源，如何跨過視覺障礙，將不可見的紅外輻射轉化成有形可見的具體熱像就產生了醫學紅外熱像學[1]。醫用紅外熱成像技術(Infrared thermography, IRT)是一門結合醫學、物理和計算機學等綜合科學技術，它運用光電技術探測人體熱輻射的紅外線特定波段信號，經過一系列信號處理，將體表溫度轉化為視覺可分辨的圖像和圖形，并計算出溫度值，有助于疾病的研究及早期發現等[2]。

1 IRT在醫療學上的發展歷程

早在公元前480年西方醫學之父Hippocrates就提出：“人體某部分感覺過熱或過涼，表示這部分有疾病存在。”1593年伽利略發明了第一只溫度計；直到18世紀，英國William Hersch爵士發現太陽光譜包含的波長比用棱鏡觀測到的紅光波長更長；1840年威廉爵士的兒子Herschel用文字記載了不可見波長的存在；1934年Hardy描述了人體皮膚的紅外波長發射率超過4 nm，證明人體輻射集中在長波紅外波段，首次利用紅外輻射原理準確測量到人體皮膚溫度；1954年Winsor描述了一種熱敏電阻，它適用于通過傳導測量溫度的醫療用途，可用作輻射計；1950年英國外科醫生Lawson發現乳腺癌患處的皮膚溫度較高，1957年他用紅外熱圖掃描儀證實了乳腺患處溫度高于正常部位，也因此開創了臨床醫學熱成像這一領域，因此被稱為現代醫用紅外熱像之父；1960年Wallliam用輻射溫差電堆檢測了100例乳房病變患者，結果發現在57例乳腺惡性病變中檢測出54 例；1960～1961年，阿爾伯特愛因斯坦醫學中心的Gershon-Coheng發起了合作研究，以探索熱成像作為診斷工具的整體潛力；1963年在美國紐約成立了熱像圖研究機構，并開啟了臨床應用；1970年全世界約260家醫療研究機構研究紅外熱圖的疾病診斷；1972年歐洲熱像協會成立；1974年在阿姆斯特丹舉辦了首次醫學熱像會議，并提出紅外熱像儀的檢查指南；到20世紀80年代，熱像圖的專有名詞Thermography出現；1982年FDA批準IRT檢查可作為乳腺癌的一種輔助篩查方法；1997年世界上第一臺具有熱斷層功能的熱掃描成像系統由美國貝億公司開發完成，2002年美國決定用熱斷層技術來監測乳腺癌的療效[1,3-6]。IRT的臨床應用已有60多年，在我國作為一種醫用診斷技術的研究始于20世紀60年代，70年代中期我國研制成功了首臺紅外熱像儀并應用于臨床診斷[7]。

2 現代醫學視角下IRT疾病診斷與療效評估

人體是一個天然的發熱體，通過體表不斷向周圍輻射紅外線，體表溫度受多種因素的影響，內在因素如人體解剖結構、組織新陳代謝、皮下血液循環、皮膚熱傳導性及神經狀態等[8-9]，外界因素如溫度、濕度等。人體具有一定的調節能力，當這些因素的影響超過這一調節能力，機體就會出現病變產生某些癥狀，而體表溫度變化就是判斷是否健康的重要標志之一。IRT作為監測體表溫度變化的診斷技術，是繼B超、CT、X光、核磁共振等影像診斷技術的一個嶄新分支。B超和X射線等只有在病變發生到一定體積、密度時，才能被檢測出這種異常的結構與形態的變化，而IRT能夠實現從組織代謝或器官功能變化時的診斷，從疾病發生發展的進程看，功能的改變先于結構和形態，因此IRT具有能實現疾病早期診斷的優勢[7]。隨著計算機技術的發展，IRT成像的質量與速度得到了很大提升，應用范圍也擴展到醫學的各個領域，包括腫瘤學如乳腺癌、皮膚癌、疼痛學，血管相關疾病如糖尿病、雷諾氏病、炎癥疾病、風濕病、燒傷、藥物療效檢測與運動醫學等[6]。

2.1 IRT應用于腫瘤

腫瘤是機體在致瘤因子作用下，局部組織細胞增生形成的新生物，與周圍正常細胞比較，腫瘤細胞代謝快。腫瘤的診斷原理可根據代謝率異常和動靜脈吻合產生的高溫皮膚區進行鑒別診斷[9]。醫用IRT最先用于乳腺癌診斷，在過去20年有多種檢測技術被用于乳腺檢查如X光線，但用某一檢測技術檢測出的假陽性結果，可能用其他檢測技術為陽性，且X線潛在副作用[10]。周婭妮等[11]對125例乳腺疾病進行了IRT、乳腺超聲及乳腺鉬靶 X 線檢查，結果顯示乳腺IRT數學均值與乳腺的病變程度成正相關，IRT與乳腺超聲與乳腺鉬靶 X 線檢查結果比較，差異無統計學意義(P>0.05)，IRT檢查對乳腺疾病的診斷一定程度上比乳腺超聲檢查更敏感。任珊瑛等[11]對1000例乳腺病患者進行了IRT檢查，結果發現乳腺癌和乳腺纖維瘤診斷符合率分別高達85%和100%。該研究指出，IRT能檢測出早期乳腺癌，因為癌組織的代謝變化比腫塊形成與血管變化要早，對較小的乳腺腫瘤能進行良性和惡性診斷，這對于其他檢查技術是很大挑戰。Magalhaes等[13]對14篇IRT用于檢測皮膚腫瘤的文章進行綜述發現，IRT已被用于描述和區分惡性與良性腫瘤以及不同類型的皮膚癌。IRT對微小腫瘤也有很大診斷價值。Balasubramaniam等[14]發現，局限性脈絡膜血管瘤(CCH)紅外成像顯示有暗珠狀空間，通過測量紅外圖像上存在的腫瘤內脈絡膜血管環和血管叢，并確定腫瘤內脈絡膜血管環對CCH的IRT診斷的敏感性和特異性，結果表明95.5%的CCH紅外熱圖上有血管環，瘤內血管對CCH紅外熱圖的敏感性為95.4%，因此紅外成像的血管環對CCH的診斷靈敏度高，且紅外熱圖缺少血管叢，有助于排除CCH的診斷。

2.2 IRT應用于風濕、關節和疼痛性疾病

炎癥既可為感染性也可為非感染性，既可能是有益的防御反應，也可能是有害的自身攻擊反應，常表現為紅、腫、熱、痛和功能障礙等。出現炎癥時，由于血管擴張導致充血而使局部溫度升高。王曉非等[15]選擇31例手或足自覺發涼而無明確風濕性疾病體征者進行相應部位的IRT檢查，紅外檢測有58%(18例)的異常改變率，而機體免疫指標檢查結果發現，18例異常者中大部分存在機體免疫指標異常，而13例紅外為異常者中僅4例異常。由于風濕性疾病病變在血管炎性改變，疾病早期的血液循環異常或微循環障礙無法用肉眼觀察，而采用IRT檢查為爭取預防和治療帶來有利時機，這對早期風濕性疾病的診斷具有重要意義。非甾體類抗炎藥和甾體類抗炎藥用于風濕病關節炎的臨床試驗發現，IRT作為一種客觀的檢查手段，可以通過監測溫度間接檢驗藥物劑量大小對疾病的療效[16]。Spalding等[17]發現，溫度升高與三維圖像檢測到手指關節腫脹高度吻合，對關節炎腫脹的診斷敏感性為67%，特異性100%。朱學才[18]受IRT肺癌診斷研究的啟發，首次對呼吸道炎癥性疾病進行IRT檢查，選取30例呼吸道炎癥患兒的胸、背熱圖，結合X射線檢查(陽性率為96.7%)，對熱區溫差在0.4 ℃或以上作為熱圖陽性，陽性率為66.7%，結果顯示紅外熱圖僅能顯示患部溫度升高，而不能像X線能顯示肺紋理增生，表明IRT檢查對診斷小兒呼吸道炎癥性疾病有一定的輔助診斷價值。李自立等[19]對IRT診斷脊柱疼痛性疾病，如頸椎病、腰椎間盤突出癥、強直性脊柱炎等特點進行了分析，根據疼痛的區域和范圍，指出代謝旺盛、血液循環豐富，如炎癥、腫瘤等疾病IRT溫度高；代謝較旺盛、血液循環較豐富的疾病，如肌肉勞損等紅外熱圖溫度次于前者；而代謝和血管循環功能低下、局部缺血的熱圖，如骨轉移痛則表現為明顯的低溫區域。

2.3 IRT應用于腺體和血管相關疾病

陳丁山等[20]對88例甲狀腺疾病患者采用彩色多普勒超聲和醫用紅外熱像儀檢查，結果二者對甲狀腺疾病的診斷符合率分別為79.5%和71.6%，而二者結合的診斷符合率為90.9%，大于2種單一檢查(P<0.05)，能提高甲狀腺疾病的診斷準確性。彭玲玲等[21]利用遠紅外熱像儀對18例涎腺(唾液腺)疾病患者進行了術前IRT拍攝和術后病理檢查，對照發現二者診斷符合率為81%，其中涎腺疾病越重診斷正確率越高，惡性腫瘤達100%。機體因內外因素會導致血液循環不暢，血流堵塞產生的發炎、腫脹、靜脈曲張形成靜脈團等癥狀。IRT可用于血行障礙疾病或癥狀，如閉塞性血管癥、動脈狹窄、動靜脈血管畸形等，還可用于評估治療血行障礙的藥劑和各種療法的效果，以及判斷皮膚移植的成活狀況等[3]。IRT用于血管疾病診斷的優勢能直觀反映病變部位的血液循環、微循環和組織代謝等狀態與變化[6]。Selvarani等[22]對1型糖尿病患者進行了紅外熱圖研究，他們通過對1型糖尿病和正常健康人的舌頭進行飯前飯后的紅外熱圖分析發現，正常舌在進食前后的熱活性區增加，因此認為通過舌頭紅外熱圖像能早期診斷糖尿病。

2.4 IRT應用于其他疾病

此外IRT還用于早孕診斷。黃東暉等[23]研究發現，早期宮內妊娠婦女的紅外熱圖在子宮區呈現團塊狀高溫區，高溫區與周圍皮膚平均溫差明顯高于未孕婦女；早孕婦女的紅外熱圖在乳腺區呈現熱引流型高溫，高溫區與周圍皮膚平均溫差明顯高于未孕婦女。這對于妊娠婦女和胎兒是一種非接觸、無創與利于優生優育的早孕診斷方法。任時俊等[24]對45例陰囊部疾病進行了紅外熱圖檢查，診斷符合率86%。這一研究表明，紅外熱圖診斷對陰囊良性與惡性病變鑒別、精索靜脈曲張和不育癥等有診斷參考價值。Ortiz-Dosal等[25]通過對8名重癥監護室的休克患兒使用數字IRT檢查發現，與沒有休克的重癥患者和健康兒童比較，休克患兒的遠端溫度顯著下降(下降至少7 ℃)，表明紅外熱像儀可用于監測重癥監護室患者的體溫，以便在早期發現休克而提前采取醫療措施。淺度燒傷和深度燒傷的臨床檢查存在一定問題。Singer A J等[26]使用IRT技術預測燒傷深度，對39例燒傷患者在第1天和第2天進行IRT檢查，非深度燒傷1～2 d平均溫度升高(1.5±2.3 ℃)，深度燒傷1～2 d平均溫度降低(-1.5±2.0 ℃)。1～2 d下降任意溫度都預示為深度燒傷，而升高任意溫度都預示為非深度燒傷。以最終燒傷深度為標準，IRT的整體診斷符合率明顯高于臨床檢查，分別為87.2%和54.1%。結果表明，在預測燒傷深度方面，使用IRT比臨床檢查更準確，而且有可能免除不必要的手術與降低手術的延誤。

3 IRT與中醫辨證分型與療效評估

3.1 IRT的中醫理論基礎

IRT應用于中醫藥研究，最早于對人體經絡腧穴的研究，主要服務于臨床辨證和辨病[27]。IRT可作為中醫四診中望診的延伸[28]，如關于紅外熱成像的健康人與中風患者的面診研究等[29-30]，都符合中醫診斷的基本原理，如司外揣內、見微知著和以常衡變。IRT通過獲取人體表面輻射的紅外熱能，通過信號處理，結合計算機技術將體表溫度轉化為可視、定量的紅外熱圖，通過觀察外部體溫變化以“司外揣內”得知相應部位的病變狀況；根據人是恒溫動物，正常人體溫度分布具有一定的穩定性和對稱性[31]，通過監視機體體溫變化或者溫差的出現，“以常衡變”機體的健康狀態；同時，通過局部具體溫度變化，如局部皮膚溫度下降，結合其他癥狀和體征，可“見微知著”判斷血管阻塞或供血不足，從中醫整體觀的角度對病灶做出診斷。辨證論治是中醫診斷和治療疾病的思維方法與過程，而八綱辨證是其基礎。《黃帝內經》有“善診者，察色按脈，先別陰陽”“治病必求于本，本于陰陽”。陰陽兩證是其他六綱表、里、寒、熱、虛、實的總綱，而陰陽的典型表現就是寒熱，在紅外熱圖中寒表現為涼偏離，熱表現為熱偏離，寒熱越明顯偏離越顯著，因此根據“人體是一個紅外熱輻射”理論，IRT通過觀察體表溫度變化推斷機體病變狀態就有了中醫的理論基礎[26]。

3.2 IRT與中醫辨證分型

IRT用于中醫辨證分型的疾病種類多，如胃痛、胃食管反流、女性盆腔炎、多囊卵巢綜合征、腰椎間盤突出、骨關節炎、腫瘤、高血壓、腦供血不足等[32-39]。如許艷巧等[40]對130例胃痛患者8個證型的紅外熱圖分析發現，與健康組比較，寒邪客胃組和脾胃虛寒組相應的穴位溫度較低(P<0.05)，而濕熱蘊胃組和胃陰虧虛組相應的穴位溫度較高(P<0.05)，而其他證型與健康組溫度比較差異無統計學意義。因此，IRT檢查對于寒熱有關的證型診斷較有意義。王軼蓉等[41]通過對88例多囊卵巢綜合癥患者4種證型的經穴紅外溫度對比發現，肝郁組和痰濕組乳中穴溫度左右兩側有差異，且乳中穴和帶脈穴相對溫度高于其他各組(P<0.05)；腎虛組腎俞穴和神闕穴的相對溫度明顯低于其他各組(P<0.05)；痰濕組中脘穴相對溫度低于其他各組，足三里相對溫度高于其他各組(P<0.05)。結合上述研究發現，IRT檢查對與寒熱無明顯關系的辨證分型也可能有鑒別價值。張信成等[42]對120例腰椎間盤突出癥患者的4種證候進行IRT鑒別，以健康人為對照組，對大腿外側和小腿后外側記錄兩側同區域溫度，結果與對照組比較各組的雙側溫差均高(P<0.05)，寒濕組溫差大于腎虛證組，血瘀組溫差大于濕熱證組，但差異均無統計學意義；血瘀組的下肢溫差高于寒濕組、腎虛組，差異有統計學意義。腰椎間盤突出癥的中醫證型與紅外熱圖溫度有一定的對應關系。宋青鳳等[43]對200例腰椎間盤突出患者進行辨證分型，對腰骶部和小腿進行IRT分析發現，各證型之間的腰骶部和患肢神經支配區的溫度差異無統計學意義。胡思彥等[44]選取54例腰椎間盤突出癥患者進行類似研究發現，腰骶部和小腿的IRT溫度差異也無統計學意義。上述3個研究的結果有差異性，表明IRT對腰椎間盤突出的辨證分型存在局限性。宋青鳳和胡思彥的研究結果相似，這可能與紅外拍攝所選取部位、樣本量選取或試驗過程中的質量控制等有關，還需要進一步的研究證實。

3.3 IRT對疾病中醫治療效果評估

邱揚等[32]采用IRT評估辨證論治98名女性盆腔炎性疾病的臨床療效，結果治療后盆腔紅外溫度顯著下降(P<0.05)，IRT檢測與臨床療效分別為96.9%和99.0%(P>0.05)，2種評估法效能相當。李洪娟等[45-46]研究發現，艾滋病患者的身體熱結構為督脈溫度下降，表現為上熱下寒，臟腑病變為元陽不足與氣血逆亂，中醫的辨證論治通過調整機體病變的熱結構，使身體能量分布恢復正常平穩狀態，而IRT即可起到評估身體熱結構平穩的作用，使艾滋病復雜的病理變化直觀化和數字化。宋青風等[41]對200例接受非手術綜合療法的腰椎間盤突出癥患者辨證分型后進行IRT檢查，結果發現與健康對照組比較，治療后腰骶部溫度降低，患肢神經支配區溫度升高，差異有統計學意義，說明IRT能輔助腰椎間盤突出癥的療效評價。同樣，胡思彥等[42]的研究結果與之相似，表明IRT對腰椎間盤突出癥的療效評價具有積極的指導作用。解國華[47]對30名腎虛寒證的強直性脊柱炎中藥治療前后進行IRT檢測，發現脊背軟組織在治療前后溫差明顯下降(P<0.05)。李霞[48]對286例腦供血不足患者進行IRT輔助中醫辨證分型治療，3個月的治療有效率高達96.85%，這些研究均表明，IRT在對疾病療效的評估上具有顯著的輔助作用與參考價值。

4 結語

現代醫學和中醫學對IRT的臨床研究內容與范圍都在不斷壯大。從疾病診斷角度看，IRT技術為多數疾病診斷的有效輔助檢查手段，但在某些疾病或癥狀診斷上，如面臨燒傷深度的判定及決定手術與否的臨床問題，卻是目前臨床檢查準確性所不及的。從中醫證候分型看，在證候特點分析除了對有溫度屬性的寒熱證候IRT區分比較明顯突出，其他證型的鑒別并沒有規律性特點，目前尚未見文獻報道IRT對某一疾病的證候分型判斷有明顯規律性，因此在中醫辨證方面IRT還存在一定的局限性。從療效評估看，很多疾病采用IRT評估療效顯著，但IRT評估疾病療效的范圍還需要進一步研究。從疾病診斷與篩查的效果看，療效評估與疾病或癥狀的種類和性質是相關的，如燒傷患者的治療采用IRT檢查進行療效評估效果應很顯著。

IRT作為一種直觀化、視覺化、數字化的現代影像學技術，在我國醫學領域雖已有廣泛的應用，但也存在以下幾點問題：一是研究層次和深度不夠。我國醫用IRT的研究多集中于中醫藥方面，且傾向于臨床應用類，缺乏更深層次的機制研究[49]；二是研究證據等級低。國內尚沒有關于IRT證據最高的隨機對照試驗及其系統綜述；三是缺乏大樣本數據。無論是在疾病診斷、病情觀察、療效評估還是健康人紅外熱圖對比分析上都缺乏大樣本研究數據支撐；四是IRT技術設備、操作規范不統一。技術參數、檢測標準、拍攝環境等要求缺乏一致性；五是缺乏統一的IRT報告解讀標準。紅外熱圖的解讀受醫師的經驗和主觀性的影響大。未來在IRT相關醫學研究中，我們還應深入探索，早日進入新的發展階段。