红外热成像技术在儿科疾病诊疗中的应用

张慧，董凡，黄博明，樊新荣

1.陕西中医药大学 第一临床医学院，陕西 咸阳 712000；2.中和亚健康服务中心，北京 100020；3.中国中医科学院，北京 100700

引言

体温异常通常被认为是疾病的自然指标。红外热成像（Infrared Thermography，IRT）技术是一种以红外热成像为基础，锁定机体细胞相对新陈代谢强度为途径的测量人体体表温度的功能影像技术。19世纪，威廉·赫歇尔爵士确定红外辐射的存在，其子约翰·赫歇尔利用热辐射制作出第一幅“热成像图”，为温度测量开辟了新道路。1934年，Hardy等阐述了人体红外辐射的生理作用，将IRT技术应用于临床，确立了通过IRT技术进行检测人体温度的诊断方法。1940年初，世界上第一台可用于热成像的红外辐射电子传感器诞生，十年之后在伦敦的Middlesex医院和巴斯的皇家风湿病国家医院拍摄了第一批医学红外热像图。1963年，巴恩斯证明热像图可以提供身体异常的信息，确立了IRT技术对人体热异常相关病理表现的诊断意义[1]。1977年，全球已有75个医疗机构将IRT技术用于疾病诊断。而在国内，该项技术的临床应用较晚，20世纪70年代末，国内仅有几所医院和学术机构开始将IRT技术用于临床研究。由于其具有非接触式和非侵入性、高效便捷等优势，IRT技术应用研究迅速增多，由最初的乳腺癌早期诊断，扩大到发热、烧伤、疼痛、血管疾病、癌症等疾病筛查和药物疗效监测等多领域[2]。此外，IRT技术还与中医学理论相结合，广泛运用于中医学领域，如辅助中医诊断、疗效评估、中医体质辨识[3]。目前，国内外医学IRT技术的研究多聚焦于成人，儿童领域研究较少。随着儿科学的发展，IRT技术在儿科疾病诊疗中应用逐渐增多。

1 儿童生理学体温研究

人体任何局部生理温度或总体温度的异常，都提示临床可能存在功能性或器质性病理反应。常用温度计通过腋窝、口腔等局部进行测温，不同部位或工具测量结果不一样，并且部分温度计可能存在安全隐患。IRT技术作为非接触式和非侵入性功能学影像技术，没有任何生物学副作用，且不需要镇静或麻醉配合完成就能够绘制出人体“体温云雨图”。该方法不仅使体温监测具体到点面，而且可根据需要重复测量。Kolosovas 等[4]运用IRT技术对25名墨西哥健康儿童的皮肤温度分布进行研究，结果显示儿童皮肤温度分布与成人相似，但温度变化低于成人；男、女孩温度分布相似。儿童体温生理特征与成人相似，但体温调节功能差于成人，该研究表明IRT技术测量儿童体温可能比成人更为精确。Knobel等[5]通过IRT技术全面监测早产儿体温动态变化和区域差异，降低早产儿因体温过低或过高导致的高发病率和高死亡率。而在国内，儿童红外研究常同祖国医学相结合，吴敏等[6]将儿童局部红外热像图谱与中医望诊相结合，通过比较700名健康学龄前儿童的面部、舌部红外热像图和中医望诊信息，初步建立我国健康学龄期儿童红外热像图特征谱。

近日，一项研究表明，过去两个世纪人体正常体温呈现下降趋势[7]，IRT技术作为良好的体温监测工具，将有助于监测人体正常体温的动态变化。目前，国内外尚缺乏大规模健康儿童红外热像研究报道，儿童红外热像数据库尚未建立。儿童生长发育迅速，各生长阶段生理表现存在差异，通过IRT技术对儿童各年龄段生理学体温分布特征、动态变化及区域差异深入研究，有助于分年龄段建立红外热像图特征谱，建立儿童红外热像数据库。

2 IRT技术在儿童疾病早期诊断的临床应用

2.1 儿童发热筛查

IRT技术用于发热筛查，由来已久，是医用IRT技术率先实现标准化的领域。通过红外热像仪扫描采集人体辐射的红外能量，经计算机技术量化人体皮肤温度而形成红外热像图，用于临床发热筛查。Ataş等[8]对非接触式IRT技术检测儿童体温进行发热筛查研究，结果表明IRT技术对2～6岁儿童体温敏感度为95.5%，特异度为72.7%，可作为腋窝测温的替代方法。临床约20%的发热患儿难以找到发病原因，通常需要大量化验来寻找病因[9]，无明显原因的发热经常被误诊，运用IRT技术测量发热患儿所得“体温云雨图”，便于观察患儿热异常状况，为查找发热原因提供依据。小儿体温调节中枢发育不全，临床症状多变，红外热像仪灵敏度更高，能够实时监测到患儿体温的动态变化，对小儿发热筛查具有较高的临床实用性。IRT技术测温有效代替传统的温度计测温方式，对患儿配合度要求不高，非接触式测温能够避免病毒接触传播，儿科分诊室及大规模发热筛查较为实用。国内，在SARS和新型冠状病毒肺炎等流行性疾病爆发期间，多地开展发热筛查，采用IRT技术检测体温，可高效便捷地筛查发热症状患者，减少遗漏者，有效避免病毒接触传播，提高疫情防控效率[10]。但目前IRT技术发热筛查缺乏儿童标准，确立儿童发热筛查标准是应用IRT技术进行儿童发热筛查的基础，开展大规模的儿童发热临床研究将推动发热筛查的研究。

2.2 烧伤评估

IRT技术在不接触的情况下，能客观测量患儿体温分布，通过量化热异常和热不对称，推断人体深层组织的代谢状态，辅助临床病理诊断。机体表面发生烧伤，温度会因血管扩张和炎症反应等因素而升高；深部烧伤中，因血管栓塞和伤口区域缺乏血液灌注，温度将降低。Medina-Preciado等[11]运用IRT技术评估小儿烧伤创面严重程度，确定烧伤深度，估算皮肤深度烧伤所需的移植物大小。结果表明IRT技术对表浅患处和深层组织状态的评估优于常规临床诊断，明确其在烧伤深度评估中的诊断价值。Singer等[12]运用IRT技术和常规临床评估、激光多普勒成像技术同时对8月龄到80岁烧伤患者进行烧伤深度测量，证实在分辨浅表烧伤与深度烧伤中，IRT评估更准确。运用IRT技术检测患儿烧伤部位温度，量化对比患处与健侧的热不对称性，评估烧伤深度、严重程度等，为减少不必要的手术和在必要时减少手术延迟提供依据，但尚缺乏诊断标准，仍需要进一步研究。

2.3 辅助诊断早期炎症反应

IRT技术对以温度升高为基本表现的炎症反应表现出高度敏感性，无症状的早期炎症反应尤为适用，IRT技术能辅助诊断早期炎症反应，预见感染，检测并发症等。Seuser等[13]通过IRT技术研究临床无症状血友病患儿与同龄健康儿童肌肉骨骼系统的差异，结果显示，红外热像图测温精度、敏感度、特异度、阴性预测值均有显著性差异。IRT技术对血友病患儿早期关节出血、肌肉骨骼损伤等病变检测有效，能区分轻、中、重度出血。Casanova等[14]运用IRT技术诊断外周静脉置入中心静脉导管的肿瘤患儿是否存在感染，是否伴有血栓形成，结果表明导管感染的肿瘤患儿热不对称值高于没有感染的对照组，IRT技术能实现对肿瘤患儿外周静脉穿刺中心静脉置导管感染进行定性、定量、定位检测。IRT技术对温度的敏感性、特异性和非接触、可获得、减少电离辐射等优势，有助于预见感染和发现早期炎症反应迹象，帮助患儿实施早期诊断和预防策略。IRT技术辅助诊断早期炎症反应相关研究尚少，且样本量小，有待进一步加大样本量、扩大研究范围和加深研究。

2.4 辅助诊断儿童免疫性疾病

机体免疫性疾病常导致皮肤温度分布紊乱，IRT技术能通过分析皮肤温度分布特征推测患儿免疫反应的严重程度。

2.4.1 儿童炎症性骨病

自身炎症性骨病是以反复发热、疼痛，或伴局部肿胀为临床表现的自身免疫性疾病，IRT技术能有效辅助临床筛查。慢性非细菌性骨髓炎是在缺乏感染性病因的情况下发生的自身炎症性骨病，可发展为骨破坏和畸形，临床症状常滞后出现，易与感染、肿瘤等所致的骨病混淆，早期诊断难度较大[15]。Zhao等[16]对疑似慢性非细菌性骨髓炎儿童和健康儿童同时进行IRT和核磁共振检查，结果显示患儿的局部温度明显高于健康儿童，IRT技术能够辅助诊断该病。磁共振检查费用昂贵，需要患儿镇静配合，其检查范围不全面，对实际疾病状况的可预测性差；但IRT技术绿色便捷，经济有效，配合度要求低，检查范围广，为慢性非细菌性骨髓炎的临床筛查提供新思路。

2.4.2 儿童特发性血小板减少性紫癜

特发性血小板减少性紫癜是儿童常见的发病机制复杂的出血性免疫疾病，临床诊断尚缺乏特异性检测指标，仍处于排他性诊断水平。张文征团队首次运用IRT技术检测该病，通过红外热像图推测患儿免疫反应严重程度，在研究皮肤温度分布差异性时，他们提出TDSNU算法以解读红外热像图。结果表明IRT技术对儿童特发性血小板减少性紫癜有较高特异性和敏感性[17-18]。这项研究作为IRT技术在儿童特发性血小板减少性紫癜领域的新的尝试，不但为该病实验室检查提供了新的方法，而且新算法解读红外热像图，融合更多疾病特性，为红外热像图的解读提供新的思路。IRT技术能辅助儿童免疫性疾病的早期诊断，红外热像图运用新算法解读，既融合了疾病特性，又融合了儿童生理特性，在解读红外热像图时可以考虑多变量，临床实用性更高，能够实现实时分析，快速获得诊断结果，为IRT技术的临床应用提供新方向。但目前IRT技术在儿童免疫性疾病诊断中的应用研究有限，有待拓展应用研究，且需要进行大规模的临床研究，以证实IRT技术的临床诊断有效性，完善疾病临床特征与算法的融合，提高临床诊断有效性。

2.5 辅助诊断儿童肥胖症

目前肥胖症的临床诊断标准是以体重指数为依据的整体性评估，无法确定体脂分布，而IRT技术能检测脂肪组织的分布和活性。Rashmi等[19]运用超声、CT、核磁共振、密度测定、体积描记、IRT测温等方法对肥胖症患者和正常体重者身体成分进行测量评估，表明IRT技术是一种能够评估个人或研究肥胖人群的可靠诊断方法。棕色脂肪组织是一种高度代谢的产热组织，其与预防代谢性疾病，如肥胖症，Ⅱ型糖尿病等相关[20]。青春期前儿童棕色脂肪组织的产热增加可能在儿童肥胖患病率上升的背景下尤为重要。Malpique等[21]通过IRT技术测量青春期前儿童的锁骨上区域皮肤温度，评估棕色脂肪组织的活性，结果表明棕色脂肪组织的活性较高与较少的内脏脂肪和良好的代谢特性有关。运用IRT技术检测儿童棕色脂肪组织的产热来评估其功能和活性，以辅助诊断儿童肥胖症；IRT技术精准检测患儿全身脂肪组织分布和活性，能够为患儿制定因人制宜的治疗策略。IRT技术能否用于其他代谢性疾病的辅助诊断将是未来的又一大研究方向。

3 IRT技术在儿科疾病临床疗效评价中的应用

3.1 骨折疗效评价

目前，X射线扫描是骨科最常用的成像方法，但多次接触X射线，电离辐射存在健康隐患。IRT技术以非侵入性和非接触性的优势，有效避免电离辐射，能定期进行热成像检测以跟踪病灶的进展。骨折的发炎、修复阶段是微血管侵袭的特有阶段，较高血流量升高骨折部位及周围局部温度。重塑阶段，血管、纤维愈伤组织被重塑成骨桥，局部温度降低。Ćurković等[22]对前臂骨折的患儿同时进行IRT测量温度与X线扫描研究，并绘制热谱图，可视化和量化骨折愈合过程中皮肤表面温度的变化差异、动态和持续时间，结果表明骨折部位局部温度的变化遵循儿童骨骼的放射学愈合。Blasco等[23]运用IRT技术与其他成像工具对患儿骨折病灶定期检查，明确IRT技术是重复和长期检查的有用且可重现的方法，IRT检测的并发症少。IRT技术能准确有效地检测骨折患儿体温变化，为减少骨折患儿临床疗效评估及愈后随访期间暴露于X射线的频率提供代替方案思路。

3.2 血管瘤疗效评价

IRT技术广泛运用于癌症筛查。婴儿血管瘤是常见的快速增生的血管肿瘤，目前少有客观有效方法来客观定量评估其治疗反应。婴儿血管瘤最初因增殖和灌注增加而变暖，然后随着细胞凋亡和灌注减少而温度降低。Mohammed等[24]运用IRT技术测温，研究血管瘤状态与皮肤温度之间的关系以及随时间变化的情况。Burkes等[25]运用IRT技术测量婴儿血管瘤表面温度，探究IRT技术评估婴儿血管瘤临床疗效的有效性。两项研究均证实IRT技术能有效衡量婴儿血管瘤状态，有助于预测婴儿血管瘤的增殖潜力，为临床医生治疗决策和疗效评价提供依据。IRT技术使婴儿血管瘤实现了临床定性和定量的双重评估，为其他儿童肿瘤的临床评估提供新的方法，作为安全、无痛、非侵入性评估工具，被患儿、家长广泛接受。

IRT技术在儿科疾病临床疗效评价中的应用，既能实现定性、定量的可视化评估，又因绿色便捷、无辐射等优势，在疾病治疗、愈后随访实现全过程追踪评估，临床接受度高，但目前研究样本量少，红外热像图解读尚未实现标准化，有待进一步扩大临床研究样本量和建立读图标准。

4 中医儿科学的应用

IRT技术被认为是中医望诊的延伸，红外热图变化影射人体气血阴阳的变化，使中医诊断客观化，辅助中医临床辨证、体质辨识等。IRT技术能获得体表整体的温度分布，运用中医藏象理论、经络理论，从不同的脏腑体表对应区域、经络循行区域、特定穴位点的温度变化综合判断中医病证，与中医学“整体观”相一致，通过对红外热像图的凉偏离与热偏离解读，结合中医八纲辨证中“寒”、“热”两纲，既能辨别脏腑阴阳盛衰，又能从总体把握疾病的寒热属性。IRT技术在疾病预警方面具有明显优势，与中医“治未病”理论相符[26]。目前，IRT技术运用于中医儿科学的研究尚少。范洪力等[27]运用IRT技术观察悬灸法治疗儿童慢性持续期支气管哮喘过程中背部腧穴动态变异情况。宋媛媛[28]基于IRT技术在成人中医体质辨识中的应用，探究IRT技术量化儿童偏肺虚质的科学性和可行性。王翠薇[29]将IRT技术用于对小儿中医体质的评估，小儿临床常见疾病，如便秘、厌食等的辅助诊断。儿童尚未久经风雨，肌肤娇嫩，与成人相比，儿童红外热像图更能反映儿童气血阴阳变化和脏腑组织机能，使中医望诊实现可视化、数据化。目前IRT技术在中医儿科的运用尚处于探索阶段，红外热图解读多依照成人读图标准，研究样本量小，有待加大研究样本量，制定儿童红外热图解读中医标准，以期扩大IRT技术在中医儿科领域的应用。

5 心理生理健康评估

生理因素的整合对社会情感发展研究至关重要。IRT技术因其非接触和非侵入性，成为心理学研究的一种新技术。热变化作为识别情绪的客观标志，在自主神经系统的协调下，随血管在皮肤下的深度分布，以非自愿的方式发生以响应身体的热调节或情绪变化。Aureli等[30]对照料者与婴儿互动过程中婴儿的面部热反应进行IRT检测，结果与心脏测量研究结果一致。IRT技术不仅能检测婴儿面部自主神经变化，还能检测婴儿注意力的变化。Mazzone等[31]通过IRT技术检测鼻尖温度，探索儿童欺凌行为和受害与社会排斥的生理反应之间的联系。结果证实IRT技术能通过皮肤温度间接测量社会排斥引起非接触生理性改变，IRT技术能作为评估交感神经活动的有效技术。Nicolini等[32]运用功能性IRT评估Moebius综合征儿童对情绪刺激的自主反应。Goulart等[33]运用IRT技术分析健康儿童厌恶、恐惧、快乐、悲伤和惊讶5种情绪面部热图特征，结果显示情绪变化会引起儿童明显的面部热变化，热不对称现象在面颊部有明显的倾向性，准确率高达85%。IRT技术作为一种非接触式的测温方法，对儿童配合度要求低，尽可能减少因检测过程中的刺激而产生的影响，提高准确度，第三代医用红外热像仪温度分辨率达0.05 ℃，具有高度热敏感性，能检测到微小的面部热变化，检测到的生理或病理温度变化与心理学相结合，推动心理学与多学科交叉研究的进一步发展。

6 总结与展望

IRT技术在儿科疾病诊疗具有强大的应用潜能。本文就IRT技术在儿科学、中医儿科学，心理生理学多学科交叉应用现状进行综述，IRT技术在儿童领域的应用，实现了从无到有的突破，多项研究证实IRT技术在儿科疾病诊疗应用中的科学性和可行性，IRT技术具有非侵入性、非接触性、无辐射、精准便捷等优势，即使在患儿不能良好配合的情况下，也能实现测温，使“哑科”以数字化、信息化的红外热图方式发声。IRT技术在儿科的应用，还能缓解儿科临床医护人员紧缺的局面。

目前，国内外IRT技术在疾病中的应用研究良莠不齐，在儿科领域的应用较成人单一，研究深度尚浅，缺乏大规模、系统化的临床研究，儿童红外热图读图标准尚未确立，缺乏儿童红外热像图谱和数据库，儿科医生对该技术采图到读图全过程缺乏系统认识，加大了IRT技术在儿童领域应用的难度。IRT采图设备参数、采图环境等方面实现统一标准化，才能使各项临床研究具有对比性和参照性，是红外热图读图标准确立的基础。统一各项标准作为IRT技术研究方向之一，将有助于临床医生对IRT技术的全面认识，扩大IRT技术临床应用范围。IRT技术对儿童体温进行定位、定量监测，定性分析，为实现疾病的预防和早期筛查提供依据，基于疾病临床特征建立新算法或程序解读红外热图，为实现儿科个性化诊疗提供实时临床数据，有利于实现精准诊断、评估，也能够为儿科学与其他学科交叉研究，提供新的思路。IRT技术运用于中医学，从辅助辩证、疗效评价、中医体质研究、“治未病”研究等多方面的研究，提示未来IRT技术可运用于儿童全生命周期健康监测研究，将是IRT技术一大研究方向。