醫(yī)用紅外熱像儀技術(shù)在皮膚科中的應(yīng)用

冉杰 林能興（華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院皮膚科）

隨著紅外熱像儀技術(shù)的不斷發(fā)展，其非侵入性、價(jià)廉的成像方式，易于執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)不斷被用于多種疾病的早期診斷。本文分別從熱成像技術(shù)原理、紅外熱像儀技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，以及熱成像技術(shù)在皮膚科中的應(yīng)用等方面分析紅外熱像技術(shù)的臨床應(yīng)用和研究近況，為多種疾病的早期診斷、療效評(píng)價(jià)和應(yīng)用研究提供參考依據(jù)，以促進(jìn)醫(yī)用熱成像技術(shù)在臨床皮膚疾病的應(yīng)用和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：紅外熱成像技術(shù)；臨床皮膚病學(xué)；醫(yī)學(xué)診斷；皮膚細(xì)胞代謝

醫(yī)用紅外熱像儀技術(shù)（infrared thermography，IRT）是一種通過(guò)檢測(cè)人體表面的紅外線輻射來(lái)了解人體代謝情況的技術(shù)。早期的紅外成像系統(tǒng)是在20世紀(jì)40年代開(kāi)發(fā)的，于1959年在巴斯首次使用，用于對(duì)關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)上增加的熱量進(jìn)行成像。

在過(guò)去的20年里，紅外成像設(shè)備的性能、技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和熱成像的臨床方案都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，體表溫度分布的生理機(jī)制現(xiàn)在得到了更好的理解。皮膚是人體最大的器官之一，參與整個(gè)機(jī)體的新陳代謝過(guò)程，其中皮膚細(xì)胞代謝是皮膚健康的重要指標(biāo)。皮膚細(xì)胞代謝可以通過(guò)檢測(cè)皮膚表面的溫度變化來(lái)得出，這使得熱成像技術(shù)可以應(yīng)用在許多細(xì)胞代謝異常的皮膚疾病中。

醫(yī)用紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)其基本原理是利用紅外線相對(duì)于其他波段的穿透力更強(qiáng)的特性，通過(guò)接收不同部位輻射的強(qiáng)度不等的紅外線，并轉(zhuǎn)化為不同的溫度分布圖。以不同的色彩顯示人體表面的溫度分布，定量地分析溫度變化，判斷出某些病灶的性質(zhì)、位置，達(dá)到診斷疾病的目的。

當(dāng)人體的組織或器官發(fā)生代謝活動(dòng)時(shí)，細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生熱量。細(xì)胞代謝活動(dòng)的強(qiáng)度與機(jī)體活動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。例如，骨骼肌、心臟和肝臟等組織具有較高的代謝率，因?yàn)樗鼈冃枰母嗟哪芰縼?lái)維持其功能。而一些較少活躍的組織，如脂肪組織，代謝率相對(duì)較低。

當(dāng)體表溫度升高時(shí)，通常意味著組織或器官的代謝活動(dòng)正在增加，因?yàn)槠洚a(chǎn)生的熱量增加。通過(guò)測(cè)量體表的溫度分布，醫(yī)用紅外熱成像技術(shù)可以提供有關(guān)身體不同部位代謝活動(dòng)和血液循環(huán)的信息。這些信息有助于疾病的早期診斷，例如腫瘤、炎癥和感染等。

2.1 風(fēng)濕性疾病

紅外熱像儀技術(shù)已成功用于雷諾現(xiàn)象治療后恢復(fù)的診斷和評(píng)估，Chikura等在一項(xiàng)回顧性研究中，回顧了患者既往2年熱成像圖像，以評(píng)估原發(fā)性雷諾現(xiàn)象（PRP）和繼發(fā)性雷諾現(xiàn)象（SRP）之間的拇指受累程度是否不同。一項(xiàng)研究研究了輕度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)活動(dòng)性銀屑病關(guān)節(jié)炎患者的影響。與健康對(duì)照組相比，活動(dòng)性銀屑病關(guān)節(jié)炎患者組的平均基線溫度更高。作者記錄了與對(duì)照組相比，從運(yùn)動(dòng)結(jié)束到達(dá)到最低溫度所需的時(shí)間更長(zhǎng)?；炯僭O(shè)是，即使沒(méi)有臨床癥狀，炎癥相關(guān)過(guò)程也可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)引起的皮膚溫度改變。Ring證明，受試者患在有類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，幼年關(guān)節(jié)炎，骨關(guān)節(jié)病，痛風(fēng)等疾病時(shí)，關(guān)節(jié)溫度分布異常。Collins等開(kāi)發(fā)了一種基于熱成像指數(shù)的方法，用于量化人類受試者的關(guān)節(jié)炎癥。已經(jīng)證明了使用IRT來(lái)量化非甾體抗炎藥（阿司匹林、吲哚美辛和苯諾利特）對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎和痛風(fēng)受試者的影。根據(jù)他們的研究，已經(jīng)得出結(jié)論，IRT是評(píng)估抗炎治療反應(yīng)的合適工具。

2.2 乳腺癌

乳腺癌是女性患癌中最常見(jiàn)的癌癥，早期診斷治療是乳腺癌治療的關(guān)鍵。目前許多技術(shù)可用于******疾病篩查，如******X光檢查，MRI，CT，超聲波等。******X光檢查是最流行的技術(shù)，但存在一些固有的問(wèn)題，例如暴露于X射線輻射，相對(duì)較高的成本，檢測(cè)較小尺寸的腫瘤的問(wèn)題以及對(duì)年輕女性******的敏感性低。紅外熱像儀不純?cè)谶@些問(wèn)題，因此，它是研究乳腺癌的新工具。

Ng等對(duì)IRT作為一種非侵入性乳腺腫瘤檢測(cè)方式進(jìn)行了很好的綜述，他詳細(xì)描述了基本方法、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐、圖像捕獲和圖像分析。他描述說(shuō)，******溫度圖異常表明存在重大的生物學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。腫瘤通常具有增加的血液供應(yīng)和增加的代謝率，這導(dǎo)致這些區(qū)域出現(xiàn)局部高溫斑點(diǎn)，使它們通過(guò)熱像儀可視化。Gamagami通過(guò)IRT研究了血管生成，并報(bào)道了15%的病例IRT可以檢測(cè)到乳腺X線攝影無(wú)法識(shí)別的癌癥。他還表明，在86%的不可觸及的乳腺癌病例中可以看到血管過(guò)多和體溫過(guò)高。

2.3 糖尿病神經(jīng)病變和周圍血管疾病

糖尿病神經(jīng)病變和血管疾病通常都會(huì)引起皮膚表面溫度的改變，這使得IRT成為診斷糖尿病神經(jīng)病變或血管疾病的合適工具。Branemark等對(duì)許多糖尿病受試者進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)他們的腳和手都有異常的溫度模式，如腳趾、跖骨區(qū)域和手指的溫度降低。Sun等研究了足底皮膚溫度與糖尿病高危足部交感神經(jīng)功能障礙之間的關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)，與正常受試者（30.2±1.3）℃相比，糖尿病高危受試者的平均腳部溫度（26.8±1.8）℃顯著更高。他們的研究證實(shí)，體溫調(diào)節(jié)出汗障礙意味著糖尿病足的早期交感神經(jīng)損傷，這可以在使用IRT的疾病初始階段檢測(cè)到。

2.4 發(fā)熱篩查

Nguyen等研究了紅外熱成像對(duì)發(fā)熱進(jìn)行大規(guī)模篩查的有效性，記錄了頸部和面部區(qū)域的熱圖。他們觀察到，熱成像方法的敏感性與自我報(bào)告的發(fā)燒病例相似，并得出結(jié)論，IRT是快速和非接觸式發(fā)熱大規(guī)模篩查的有效工具。Hewlett等將發(fā)燒受試者與健康個(gè)體區(qū)分開(kāi)來(lái)，敏感性為0.70，特異性為0.92。此外，Chiu等調(diào)查了醫(yī)院發(fā)熱篩查的有效性，獲得了75%的敏感性和99.6%的特異性。由此表明，IRT未來(lái)可以在多方面用于發(fā)熱篩查。

2.5 其他方面

IRT還被廣泛用于腦成像（熱腦鏡檢查），牙科和皮膚病學(xué)，肌肉疼痛和肩部撞擊綜合征研究，風(fēng)濕性疾病的診斷，干眼癥診斷，寄生蟲肝病的治療，檢測(cè)轉(zhuǎn)移性肝病等疾病。

皮膚作為調(diào)節(jié)人體體溫的重要器官之一，與血液循環(huán)共同調(diào)節(jié)體內(nèi)外溫度平衡。目前，皮膚溫度被認(rèn)為是診斷和監(jiān)測(cè)幾種皮膚疾病治療的重要參數(shù)。熱成像作為高效、準(zhǔn)確、安全、非接觸性等優(yōu)點(diǎn)，在皮膚疾病診斷治療中的應(yīng)用得到了不斷加強(qiáng)。

3.1 痤瘡

痤瘡（acne）作為一種炎癥性疾病,由于皮下脂肪的產(chǎn)生過(guò)多，會(huì)改變受影響皮膚區(qū)域的血流動(dòng)態(tài)，從而改變溫度。Padilla-Medina等指出了應(yīng)用IRT來(lái)確定患者痤瘡嚴(yán)重程度的可能性，因?yàn)閺臒嵯駡D中獲得了定量信息，此外還可以更有效地監(jiān)測(cè)疾病治療的進(jìn)展。

3.2 銀屑病

銀屑病（psoriasis）是一種慢性炎癥性皮膚病，其特征是組織病理學(xué)檢查中有一些明顯的特征，即角化過(guò)度、表皮缺乏顆粒層、真皮炎性浸潤(rùn)以及血管變化，例如新血管形成和管腔增寬。Zalewska等對(duì)84例病人穩(wěn)定的銀屑病斑塊以及相應(yīng)的84例無(wú)病變皮膚區(qū)域進(jìn)行了紅外光譜分析。在活動(dòng)性病變處觀察到皮膚溫度升高，隨著背部和下肢皮膚病變的消退，皮膚溫度降低。

Castillo-Martínez等通過(guò)熱成像監(jiān)測(cè)了1例患有牛皮癬的9歲兒童的8周治療。在治療8周后，患者炎癥活動(dòng)區(qū)域的平均溫度明顯下降，達(dá)到與正常兒童溫度模式一致。這種情況表明，數(shù)字紅外成像可能是評(píng)估牛皮癬嚴(yán)重程度的有用技術(shù)，該技術(shù)也可用于選擇適當(dāng)?shù)闹委熀驮u(píng)估患者對(duì)當(dāng)前治療的反應(yīng)。通過(guò)使用數(shù)字紅外成像和觀察高溫區(qū)域，可以調(diào)整治療劑量，并根據(jù)情況切換到另一種治療甚至停止用藥。

3.3 化膿性汗腺炎

化膿性汗腺炎（hidradenitis suppurativa）是一種慢性、復(fù)發(fā)性皮膚病，其特征是在身體的大汗腺分泌區(qū)域出現(xiàn)深部、疼痛的炎性結(jié)節(jié)、膿腫和瘺管。熱成像是檢測(cè)化膿性汗腺炎病變炎癥嚴(yán)重程度的有前途的工具，可用作內(nèi)科和外科HS治療評(píng)估研究中的臨床生物標(biāo)志物。化膿性汗腺炎炎癥部位的特征是溫度升高，切除HS病變后,溫度與健康組織相似。

3.4 系統(tǒng)性硬皮病

系統(tǒng)性硬皮病（systemic sclerosis scleroderma，SSc）是一種全身性結(jié)締組織疾病，其特征是纖維化的皮膚和內(nèi)臟器官，血管功能障礙以及免疫紊亂。Ranosz-Janicka等采用IRT對(duì)40例局部硬皮病病變進(jìn)行檢查，并與對(duì)側(cè)健康皮膚進(jìn)行比較。IRT檢測(cè)活動(dòng)性/炎癥的敏感性和特異性分別為80.7%和86.3%。

Motegi等采用IRT評(píng)估10例日本患者在基線和治療后4周的肉毒毒素A對(duì)雷諾現(xiàn)象的療效。為了評(píng)估治療手指皮膚溫度的恢復(fù)情況，在冰浴浸泡后和浸泡20 min后分別進(jìn)行IRT測(cè)量。注射后4周冷水刺激后皮膚溫度恢復(fù)較治療前明顯增強(qiáng)。

3.5 醫(yī)用紅外熱像儀檢測(cè)患者皮膚細(xì)胞代謝

皮膚作為人體最重要的器官之一參與整個(gè)人體的新陳代謝過(guò)程，尤其是機(jī)體的體溫調(diào)節(jié)。當(dāng)人體處于健康狀態(tài)時(shí)，皮膚組織的表面溫度，將始終處于一個(gè)正常范圍內(nèi)；而當(dāng)人體的某個(gè)組織發(fā)生病變，會(huì)引發(fā)血流血氧及細(xì)胞新陳代謝改變，最終導(dǎo)致該組織表面溫度發(fā)生異常變化，這為利用人體組織表面溫度進(jìn)行疾病輔助診斷提供了依據(jù)。

皮膚黑色素瘤被認(rèn)為皮膚癌是最常見(jiàn)和增長(zhǎng)最快的癌癥之一。目前臨床常用皮膚鏡檢測(cè)以及切除可疑病變和組織病理學(xué)檢查來(lái)確認(rèn)診斷。此外，紅外熱像儀在皮膚黑色素瘤的檢測(cè)中應(yīng)用越來(lái)越多。

Bonmarin和Le Gal構(gòu)建了一個(gè)模擬不同皮膚癌階段的多層傳熱模型，并測(cè)試了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)鎖相熱成像（LIT）熱成像檢測(cè)此類腫瘤的能力。在該模型中病變區(qū)域和周圍組織之間的溫度差異被證明有助于區(qū)分惡性和良性皮膚腫瘤。Godoy等使用動(dòng)態(tài)熱成像（DTI）證明了這些結(jié)果，并記錄了施加冷應(yīng)激后皮膚腫瘤的熱恢復(fù)情況，分別實(shí)現(xiàn)了95%和83%的靈敏度和特異性值。

與正常皮膚細(xì)胞相比，皮膚癌細(xì)胞增大，因?yàn)椴皇芸刂频募?xì)胞分裂率很高。由于細(xì)胞分裂率高，癌細(xì)胞必須轉(zhuǎn)換更多的能量來(lái)運(yùn)行細(xì)胞過(guò)程。這種化學(xué)過(guò)程稱為細(xì)胞新陳代謝。由于高新陳代謝，有更高的能量需求，這也導(dǎo)致血管生成增加。血管生成是從現(xiàn)有血管形成新血管以提供必要的額外能量的生理過(guò)程。結(jié)合能量需求的增加，黑色素瘤皮膚病變被認(rèn)為具有更高的的溫度比周圍健康皮膚。

因此，黑色素瘤皮膚病變的紅外成像基于對(duì)新血管的檢測(cè)以及與腫瘤發(fā)生和生長(zhǎng)相關(guān)的化學(xué)變化。其他皮膚腫瘤類型（如基底細(xì)胞癌）可能形成受累細(xì)胞的封裝層，其作用類似于熱絕緣體，導(dǎo)致體溫調(diào)節(jié)過(guò)程延遲。同樣，González等研究了不同皮膚病變（黑色素瘤和非黑色素瘤）的血管性，發(fā)現(xiàn)每種癌癥類型都有自己的熱特征。使用FLIR T400紅外攝像機(jī)（FLIR Systems，Wilsonville，OR，USA）對(duì)30例黑色素瘤和非黑色素瘤皮膚癌患者進(jìn)行了檢查。結(jié)果顯示不同類型的皮膚腫瘤具有典型的熱特征，與鱗狀細(xì)胞癌和黑色素瘤相比，基底細(xì)胞癌表現(xiàn)為冷特征，這與這三種類型的皮膚癌的血管性質(zhì)相一致。

基底細(xì)胞癌和鱗狀細(xì)胞癌表現(xiàn)出較大的血管范圍，而鱗狀細(xì)胞癌的熱分布基本保持不變，基底細(xì)胞癌的熱分布變化很大。在黑色素瘤的情況下，他們表現(xiàn)出高血管性和幾乎恒定的熱特征，這表明代謝熱的產(chǎn)生與評(píng)估侵略性更相關(guān)?；准?xì)胞癌的溫度分布范圍較大，血管性差異較大，在分析基底細(xì)胞癌各亞型時(shí)觀察到血管性與溫度分布之間存在相關(guān)性，表明基底細(xì)胞癌的熱行為高度依賴于其亞型。對(duì)于鱗狀細(xì)胞癌，測(cè)量了脈管系統(tǒng)的大范圍，但是其熱分布的溫度范圍沒(méi)有顯著變化，這表明可能存在代謝性熱量產(chǎn)生-脈管系統(tǒng)參數(shù)似乎保持不變。