红外热成像技术用于疾病诊断及中医辨证研究进展❋

廖结英，王天芳△，李 站，吕宏蓬，杨莹莹，韩鹏鹏

(1. 北京中医药大学，北京 100029； 2. 北京中医医院怀柔医院，北京 101400)

物体温度大于绝对零度(-273.15 ℃)就会有红外辐射，而红外辐射与温度有关。人体是恒温动物，是天然的生物红外辐射源，如何跨过视觉障碍，将不可见的红外辐射转化成有形可见的具体热像就产生了医学红外热像学[1]。医用红外热成像技术(Infrared thermography, IRT)是一门结合医学、物理和计算机学等综合科学技术，它运用光电技术探测人体热辐射的红外线特定波段信号，经过一系列信号处理，将体表温度转化为视觉可分辨的图像和图形，并计算出温度值，有助于疾病的研究及早期发现等[2]。

1 IRT在医疗学上的发展历程

早在公元前480年西方医学之父Hippocrates就提出：“人体某部分感觉过热或过凉，表示这部分有疾病存在。”1593年伽利略发明了第一只温度计；直到18世纪，英国William Hersch爵士发现太阳光谱包含的波长比用棱镜观测到的红光波长更长；1840年威廉爵士的儿子Herschel用文字记载了不可见波长的存在；1934年Hardy描述了人体皮肤的红外波长发射率超过4 nm，证明人体辐射集中在长波红外波段，首次利用红外辐射原理准确测量到人体皮肤温度；1954年Winsor描述了一种热敏电阻，它适用于通过传导测量温度的医疗用途，可用作辐射计；1950年英国外科医生Lawson发现乳腺癌患处的皮肤温度较高，1957年他用红外热图扫描仪证实了乳腺患处温度高于正常部位，也因此开创了临床医学热成像这一领域，因此被称为现代医用红外热像之父；1960年Wallliam用辐射温差电堆检测了100例乳房病变患者，结果发现在57例乳腺恶性病变中检测出54 例；1960～1961年，阿尔伯特爱因斯坦医学中心的Gershon-Coheng发起了合作研究，以探索热成像作为诊断工具的整体潜力；1963年在美国纽约成立了热像图研究机构，并开启了临床应用；1970年全世界约260家医疗研究机构研究红外热图的疾病诊断；1972年欧洲热像协会成立；1974年在阿姆斯特丹举办了首次医学热像会议，并提出红外热像仪的检查指南；到20世纪80年代，热像图的专有名词Thermography出现；1982年FDA批准IRT检查可作为乳腺癌的一种辅助筛查方法；1997年世界上第一台具有热断层功能的热扫描成像系统由美国贝亿公司开发完成，2002年美国决定用热断层技术来监测乳腺癌的疗效[1,3-6]。IRT的临床应用已有60多年，在我国作为一种医用诊断技术的研究始于20世纪60年代，70年代中期我国研制成功了首台红外热像仪并应用于临床诊断[7]。

2 现代医学视角下IRT疾病诊断与疗效评估

人体是一个天然的发热体，通过体表不断向周围辐射红外线，体表温度受多种因素的影响，内在因素如人体解剖结构、组织新陈代谢、皮下血液循环、皮肤热传导性及神经状态等[8-9]，外界因素如温度、湿度等。人体具有一定的调节能力，当这些因素的影响超过这一调节能力，机体就会出现病变产生某些症状，而体表温度变化就是判断是否健康的重要标志之一。IRT作为监测体表温度变化的诊断技术，是继B超、CT、X光、核磁共振等影像诊断技术的一个崭新分支。B超和X射线等只有在病变发生到一定体积、密度时，才能被检测出这种异常的结构与形态的变化，而IRT能够实现从组织代谢或器官功能变化时的诊断，从疾病发生发展的进程看，功能的改变先于结构和形态，因此IRT具有能实现疾病早期诊断的优势[7]。随着计算机技术的发展，IRT成像的质量与速度得到了很大提升，应用范围也扩展到医学的各个领域，包括肿瘤学如乳腺癌、皮肤癌、疼痛学，血管相关疾病如糖尿病、雷诺氏病、炎症疾病、风湿病、烧伤、药物疗效检测与运动医学等[6]。

2.1 IRT应用于肿瘤

肿瘤是机体在致瘤因子作用下，局部组织细胞增生形成的新生物，与周围正常细胞比较，肿瘤细胞代谢快。肿瘤的诊断原理可根据代谢率异常和动静脉吻合产生的高温皮肤区进行鉴别诊断[9]。医用IRT最先用于乳腺癌诊断，在过去20年有多种检测技术被用于乳腺检查如X光线，但用某一检测技术检测出的假阳性结果，可能用其他检测技术为阳性，且X线潜在副作用[10]。周娅妮等[11]对125例乳腺疾病进行了IRT、乳腺超声及乳腺钼靶 X 线检查，结果显示乳腺IRT数学均值与乳腺的病变程度成正相关，IRT与乳腺超声与乳腺钼靶 X 线检查结果比较，差异无统计学意义(P>0.05)，IRT检查对乳腺疾病的诊断一定程度上比乳腺超声检查更敏感。任珊瑛等[11]对1000例乳腺病患者进行了IRT检查，结果发现乳腺癌和乳腺纤维瘤诊断符合率分别高达85%和100%。该研究指出，IRT能检测出早期乳腺癌，因为癌组织的代谢变化比肿块形成与血管变化要早，对较小的乳腺肿瘤能进行良性和恶性诊断，这对于其他检查技术是很大挑战。Magalhaes等[13]对14篇IRT用于检测皮肤肿瘤的文章进行综述发现，IRT已被用于描述和区分恶性与良性肿瘤以及不同类型的皮肤癌。IRT对微小肿瘤也有很大诊断价值。Balasubramaniam等[14]发现，局限性脉络膜血管瘤(CCH)红外成像显示有暗珠状空间，通过测量红外图像上存在的肿瘤内脉络膜血管环和血管丛，并确定肿瘤内脉络膜血管环对CCH的IRT诊断的敏感性和特异性，结果表明95.5%的CCH红外热图上有血管环，瘤内血管对CCH红外热图的敏感性为95.4%，因此红外成像的血管环对CCH的诊断灵敏度高，且红外热图缺少血管丛，有助于排除CCH的诊断。

2.2 IRT应用于风湿、关节和疼痛性疾病

炎症既可为感染性也可为非感染性，既可能是有益的防御反应，也可能是有害的自身攻击反应，常表现为红、肿、热、痛和功能障碍等。出现炎症时，由于血管扩张导致充血而使局部温度升高。王晓非等[15]选择31例手或足自觉发凉而无明确风湿性疾病体征者进行相应部位的IRT检查，红外检测有58%(18例)的异常改变率，而机体免疫指标检查结果发现，18例异常者中大部分存在机体免疫指标异常，而13例红外为异常者中仅4例异常。由于风湿性疾病病变在血管炎性改变，疾病早期的血液循环异常或微循环障碍无法用肉眼观察，而采用IRT检查为争取预防和治疗带来有利时机，这对早期风湿性疾病的诊断具有重要意义。非甾体类抗炎药和甾体类抗炎药用于风湿病关节炎的临床试验发现，IRT作为一种客观的检查手段，可以通过监测温度间接检验药物剂量大小对疾病的疗效[16]。Spalding等[17]发现，温度升高与三维图像检测到手指关节肿胀高度吻合，对关节炎肿胀的诊断敏感性为67%，特异性100%。朱学才[18]受IRT肺癌诊断研究的启发，首次对呼吸道炎症性疾病进行IRT检查，选取30例呼吸道炎症患儿的胸、背热图，结合X射线检查(阳性率为96.7%)，对热区温差在0.4 ℃或以上作为热图阳性，阳性率为66.7%，结果显示红外热图仅能显示患部温度升高，而不能像X线能显示肺纹理增生，表明IRT检查对诊断小儿呼吸道炎症性疾病有一定的辅助诊断价值。李自立等[19]对IRT诊断脊柱疼痛性疾病，如颈椎病、腰椎间盘突出症、强直性脊柱炎等特点进行了分析，根据疼痛的区域和范围，指出代谢旺盛、血液循环丰富，如炎症、肿瘤等疾病IRT温度高；代谢较旺盛、血液循环较丰富的疾病，如肌肉劳损等红外热图温度次于前者；而代谢和血管循环功能低下、局部缺血的热图，如骨转移痛则表现为明显的低温区域。

2.3 IRT应用于腺体和血管相关疾病

陈丁山等[20]对88例甲状腺疾病患者采用彩色多普勒超声和医用红外热像仪检查，结果二者对甲状腺疾病的诊断符合率分别为79.5%和71.6%，而二者结合的诊断符合率为90.9%，大于2种单一检查(P<0.05)，能提高甲状腺疾病的诊断准确性。彭玲玲等[21]利用远红外热像仪对18例涎腺(唾液腺)疾病患者进行了术前IRT拍摄和术后病理检查，对照发现二者诊断符合率为81%，其中涎腺疾病越重诊断正确率越高，恶性肿瘤达100%。机体因内外因素会导致血液循环不畅，血流堵塞产生的发炎、肿胀、静脉曲张形成静脉团等症状。IRT可用于血行障碍疾病或症状，如闭塞性血管症、动脉狭窄、动静脉血管畸形等，还可用于评估治疗血行障碍的药剂和各种疗法的效果，以及判断皮肤移植的成活状况等[3]。IRT用于血管疾病诊断的优势能直观反映病变部位的血液循环、微循环和组织代谢等状态与变化[6]。Selvarani等[22]对1型糖尿病患者进行了红外热图研究，他们通过对1型糖尿病和正常健康人的舌头进行饭前饭后的红外热图分析发现，正常舌在进食前后的热活性区增加，因此认为通过舌头红外热图像能早期诊断糖尿病。

2.4 IRT应用于其他疾病

此外IRT还用于早孕诊断。黄东晖等[23]研究发现，早期宫内妊娠妇女的红外热图在子宫区呈现团块状高温区，高温区与周围皮肤平均温差明显高于未孕妇女；早孕妇女的红外热图在乳腺区呈现热引流型高温，高温区与周围皮肤平均温差明显高于未孕妇女。这对于妊娠妇女和胎儿是一种非接触、无创与利于优生优育的早孕诊断方法。任时俊等[24]对45例阴囊部疾病进行了红外热图检查，诊断符合率86%。这一研究表明，红外热图诊断对阴囊良性与恶性病变鉴别、精索静脉曲张和不育症等有诊断参考价值。Ortiz-Dosal等[25]通过对8名重症监护室的休克患儿使用数字IRT检查发现，与没有休克的重症患者和健康儿童比较，休克患儿的远端温度显著下降(下降至少7 ℃)，表明红外热像仪可用于监测重症监护室患者的体温，以便在早期发现休克而提前采取医疗措施。浅度烧伤和深度烧伤的临床检查存在一定问题。Singer A J等[26]使用IRT技术预测烧伤深度，对39例烧伤患者在第1天和第2天进行IRT检查，非深度烧伤1～2 d平均温度升高(1.5±2.3 ℃)，深度烧伤1～2 d平均温度降低(-1.5±2.0 ℃)。1～2 d下降任意温度都预示为深度烧伤，而升高任意温度都预示为非深度烧伤。以最终烧伤深度为标准，IRT的整体诊断符合率明显高于临床检查，分别为87.2%和54.1%。结果表明，在预测烧伤深度方面，使用IRT比临床检查更准确，而且有可能免除不必要的手术与降低手术的延误。

3 IRT与中医辨证分型与疗效评估

3.1 IRT的中医理论基础

IRT应用于中医药研究，最早于对人体经络腧穴的研究，主要服务于临床辨证和辨病[27]。IRT可作为中医四诊中望诊的延伸[28]，如关于红外热成像的健康人与中风患者的面诊研究等[29-30]，都符合中医诊断的基本原理，如司外揣内、见微知著和以常衡变。IRT通过获取人体表面辐射的红外热能，通过信号处理，结合计算机技术将体表温度转化为可视、定量的红外热图，通过观察外部体温变化以“司外揣内”得知相应部位的病变状况；根据人是恒温动物，正常人体温度分布具有一定的稳定性和对称性[31]，通过监视机体体温变化或者温差的出现，“以常衡变”机体的健康状态；同时，通过局部具体温度变化，如局部皮肤温度下降，结合其他症状和体征，可“见微知著”判断血管阻塞或供血不足，从中医整体观的角度对病灶做出诊断。辨证论治是中医诊断和治疗疾病的思维方法与过程，而八纲辨证是其基础。《黄帝内经》有“善诊者，察色按脉，先别阴阳”“治病必求于本，本于阴阳”。阴阳两证是其他六纲表、里、寒、热、虚、实的总纲，而阴阳的典型表现就是寒热，在红外热图中寒表现为凉偏离，热表现为热偏离，寒热越明显偏离越显著，因此根据“人体是一个红外热辐射”理论，IRT通过观察体表温度变化推断机体病变状态就有了中医的理论基础[26]。

3.2 IRT与中医辨证分型

IRT用于中医辨证分型的疾病种类多，如胃痛、胃食管反流、女性盆腔炎、多囊卵巢综合征、腰椎间盘突出、骨关节炎、肿瘤、高血压、脑供血不足等[32-39]。如许艳巧等[40]对130例胃痛患者8个证型的红外热图分析发现，与健康组比较，寒邪客胃组和脾胃虚寒组相应的穴位温度较低(P<0.05)，而湿热蕴胃组和胃阴亏虚组相应的穴位温度较高(P<0.05)，而其他证型与健康组温度比较差异无统计学意义。因此，IRT检查对于寒热有关的证型诊断较有意义。王轶蓉等[41]通过对88例多囊卵巢综合症患者4种证型的经穴红外温度对比发现，肝郁组和痰湿组乳中穴温度左右两侧有差异，且乳中穴和带脉穴相对温度高于其他各组(P<0.05)；肾虚组肾俞穴和神阙穴的相对温度明显低于其他各组(P<0.05)；痰湿组中脘穴相对温度低于其他各组，足三里相对温度高于其他各组(P<0.05)。结合上述研究发现，IRT检查对与寒热无明显关系的辨证分型也可能有鉴别价值。张信成等[42]对120例腰椎间盘突出症患者的4种证候进行IRT鉴别，以健康人为对照组，对大腿外侧和小腿后外侧记录两侧同区域温度，结果与对照组比较各组的双侧温差均高(P<0.05)，寒湿组温差大于肾虚证组，血瘀组温差大于湿热证组，但差异均无统计学意义；血瘀组的下肢温差高于寒湿组、肾虚组，差异有统计学意义。腰椎间盘突出症的中医证型与红外热图温度有一定的对应关系。宋青凤等[43]对200例腰椎间盘突出患者进行辨证分型，对腰骶部和小腿进行IRT分析发现，各证型之间的腰骶部和患肢神经支配区的温度差异无统计学意义。胡思彦等[44]选取54例腰椎间盘突出症患者进行类似研究发现，腰骶部和小腿的IRT温度差异也无统计学意义。上述3个研究的结果有差异性，表明IRT对腰椎间盘突出的辨证分型存在局限性。宋青凤和胡思彦的研究结果相似，这可能与红外拍摄所选取部位、样本量选取或试验过程中的质量控制等有关，还需要进一步的研究证实。

3.3 IRT对疾病中医治疗效果评估

邱扬等[32]采用IRT评估辨证论治98名女性盆腔炎性疾病的临床疗效，结果治疗后盆腔红外温度显著下降(P<0.05)，IRT检测与临床疗效分别为96.9%和99.0%(P>0.05)，2种评估法效能相当。李洪娟等[45-46]研究发现，艾滋病患者的身体热结构为督脉温度下降，表现为上热下寒，脏腑病变为元阳不足与气血逆乱，中医的辨证论治通过调整机体病变的热结构，使身体能量分布恢复正常平稳状态，而IRT即可起到评估身体热结构平稳的作用，使艾滋病复杂的病理变化直观化和数字化。宋青风等[41]对200例接受非手术综合疗法的腰椎间盘突出症患者辨证分型后进行IRT检查，结果发现与健康对照组比较，治疗后腰骶部温度降低，患肢神经支配区温度升高，差异有统计学意义，说明IRT能辅助腰椎间盘突出症的疗效评价。同样，胡思彦等[42]的研究结果与之相似，表明IRT对腰椎间盘突出症的疗效评价具有积极的指导作用。解国华[47]对30名肾虚寒证的强直性脊柱炎中药治疗前后进行IRT检测，发现脊背软组织在治疗前后温差明显下降(P<0.05)。李霞[48]对286例脑供血不足患者进行IRT辅助中医辨证分型治疗，3个月的治疗有效率高达96.85%，这些研究均表明，IRT在对疾病疗效的评估上具有显著的辅助作用与参考价值。

4 结语

现代医学和中医学对IRT的临床研究内容与范围都在不断壮大。从疾病诊断角度看，IRT技术为多数疾病诊断的有效辅助检查手段，但在某些疾病或症状诊断上，如面临烧伤深度的判定及决定手术与否的临床问题，却是目前临床检查准确性所不及的。从中医证候分型看，在证候特点分析除了对有温度属性的寒热证候IRT区分比较明显突出，其他证型的鉴别并没有规律性特点，目前尚未见文献报道IRT对某一疾病的证候分型判断有明显规律性，因此在中医辨证方面IRT还存在一定的局限性。从疗效评估看，很多疾病采用IRT评估疗效显著，但IRT评估疾病疗效的范围还需要进一步研究。从疾病诊断与筛查的效果看，疗效评估与疾病或症状的种类和性质是相关的，如烧伤患者的治疗采用IRT检查进行疗效评估效果应很显著。

IRT作为一种直观化、视觉化、数字化的现代影像学技术，在我国医学领域虽已有广泛的应用，但也存在以下几点问题：一是研究层次和深度不够。我国医用IRT的研究多集中于中医药方面，且倾向于临床应用类，缺乏更深层次的机制研究[49]；二是研究证据等级低。国内尚没有关于IRT证据最高的随机对照试验及其系统综述；三是缺乏大样本数据。无论是在疾病诊断、病情观察、疗效评估还是健康人红外热图对比分析上都缺乏大样本研究数据支撑；四是IRT技术设备、操作规范不统一。技术参数、检测标准、拍摄环境等要求缺乏一致性；五是缺乏统一的IRT报告解读标准。红外热图的解读受医师的经验和主观性的影响大。未来在IRT相关医学研究中，我们还应深入探索，早日进入新的发展阶段。