基于红外热成像技术下急性上呼吸道感染红外热图精准分析

张作鹏 邓方阁 曹赞锋 吴贽忻 聂卉一 陈晓莹

2018 年底至2019 年初，中国南方地区出现流感高峰，由于早期筛检手段的匮乏，许多医院面对突发公共卫生事件处于失控状态。流感常伴有典型的急性上呼吸道感染（AURI），表现为发热、咳嗽、鼻腔及咽喉部炎症的症状［1］。然而也有部分流感患者并无发热，表现为非发热型AURI 症状［2］。AURI 为鼻腔、咽或喉部急性炎症的总称［3］。此提示目前机场用的跟踪测温的热像仪和医院常用的红外点温仪只能将发热的人群检出，而无法在早期筛查出不发热患者。本研究运用红外热成像（infrared thermal imaging，IRTI）技术，对发热型和非发热型AURI 患者进行检测，探究其红外表达部位及特性，以及明确表达温度的定量，以期为阐述AURI 人群的病生机理提供客观的可量化的参考依据，现报告如下。

1 临床资料

1.1 一般资料2019 年8 月-2020 年1 月在广州医科大学附属第一医院急诊科随机采集154 例AURI 患者，其中男73 例，女81 例。腋下温度达到发热阈值（≥37.1℃）时为发热型患者，并除外头面部局部组织特异性高代谢（如肿瘤、感染等）、异常低代谢（如良性结节等）及异常血流量（如血管瘤）等疾病。根据发热情况由临床医生将受试者分为发热型AURI 组和非发热型AURI 组。发热组76例，男女比：40/36；年龄14-81 岁，平均年龄（37.7±18.5）岁。非发热组78 例，男女比：33/45 例；年龄14-87 岁，平均年龄（38.8±17.2）岁。另选40 例健康人群为对照组，男女比：19/21 例；年龄范围19-80岁，平均年龄（39.2±19.2）岁。三组间性别、年龄无统计学差异（P均>0.05），资料具有可比性。

1.2 方法采图按照国家标准GB/T19665-2005电子红外成像人体表面测温仪通用规范要求进行，即采图环境温度22-24℃，无干扰性热源，湿度50%-60%，无强光、无风。采用非制冷焦平面HYIR I⁃1206 型非制冷医用IRTI 对受检者进行红外热成像检测，仪器符合国家标准，仪器配备320×240 非制冷焦平面红外采集镜头，光谱响应8-14 μm、空间分辨率（IFOV）为1.3 mrad、温度分辨率0.05℃、采集速度30 帧/s。以伪彩色热图形式，数字化、客观化地显示人体热结构。所有受试者均按照红外热成像检查规范进行检测前准备，检测时受检者取端正坐姿，裸露检查部位，距红外镜头2 m，取1面部正位，2 面部仰面位等。经调焦、校温、采图、存储、图像处理等。

1.3 红外热像评判（1）定性指标：观察红外热像表达与分布特性（PDC），不同的色阶代表不同的温度。其中白色（超高热区）、红色（高热区）、粉色（热区）、黄色（温区）、绿色或绿色中有黄（凉区）、蓝色或蓝中有绿（低温区）、黑色（超低温区）。（2）定量指标：分别提取发热型及非发热型AURI 患者及对照组面部正位鼻腔区、仰面位咽喉区左右侧相对应的平均温的温度值，进行定量比较分析。

1.4 统计学处理数据由红外软件系统对应相应部位提取，采用SPSS 23.0 统计软件包进行数据整理，计量资料以（）表示。3 组间平均温度的比较采用方差分析，再用Bonferroni 进行两两比较。以P˂0.05 时差异具有统计学意义，P˂0.01 时差异具有统计学显著意义。

2 结 果

2.1 不同组别表达红外热像图的定位分布及特征正常组热图以“低温”的蓝色或者绿色为主，左右两侧红外表达对称性良好，平均温度差值不超过1℃；而发热组与非发热组在鼻腔区与咽喉区相对应的体表区域可见明显异常的“高温”区域，两组的红外热图表达相近，均表现为相对应的体表区域呈现局灶性或大片状的灶性或弥漫性的粉色热区或红色高热区；发热组较非发热组更为明显。

2.2 不同组别表达红外热像图温度的定量分布及比较见表1。

表1 三组面部鼻腔区及咽喉区平均温度比较（±s，℃）

表1 三组面部鼻腔区及咽喉区平均温度比较（±s，℃）

注：与对照组比较，*P<0.01。

组别发热组非发热组对照组例数（例）76 78 40鼻腔区咽喉区左侧36.78±0.57*34.54±0.37*33.28±0.32右侧36.85±0.62*34.63±0.39*33.37±0.37左侧36.34±0.56*34.28±0.43*33.09±0.39右侧36.40±0.58*34.25±0.46*33.14±0.67

3 讨 论

3.1 IRTI 的机制及临床应用在经历2003 年“非典”疫情的严峻考验后，我国从未放松对重大危害公共安全的上呼吸道突发传染病的密切关注及相关早期监测技术的研发。而上呼吸道突发传染病常伴有典型的发热、咳嗽、鼻腔及咽喉部炎症等AURI 症状。尽管发热被认为是流感的标志性症状，并且根据发热和咳嗽诊断流感的准确率能达90%，但事实上，相当一部分感染患者并没有发热的症状，或者是发热的发生晚于上感症状［4］。这部分患者被称为非发热型AURI 患者。目前国内外对发热型及非发热型AURI的红外检测分析及系统评价尚缺乏较大规模的试验数据，更缺乏对AURI患者红外热成像表达、分布特性及精准定性和定量研究。IRTI 技术能比较准确地测量机体热平衡的变化情况，甚至在疾病处于功能性改变时、尚未出现结构改变或症状时，就能早期扫描发现阳性结果。红外热成像的温差用色彩来表达，鲜明的颜色表示高温区，深暗的颜色表示低温区，颜色之间的过渡区分比较明显。红外热图以不同色彩显示人体表面的温度分布，根据从低温到高温的伪彩表达特性及不同局部的温度热值，定位、定性、定量地分析温度变化，从而诊断疾病和评价人体功能状态。IRTI 技术可用于关节炎、风湿病、强直性脊柱炎、下肢静脉炎、附睾炎、肺炎、踝关节炎等炎症性疾病的分析诊断［5］。因此，IRTI 技术可作为临床诊断疾病的依据和判定疗效的指标［6，7］。

3.2 IRTI 在AURI 中的表达鼻腔炎与咽喉炎是上呼吸道感染常见的疾病，均存在发热型与非发热型AURI 中，只是程度有所不同。鼻腔炎症的病理常表现为鼻黏膜通透性增高、黏膜血管逐渐扩张、鼻腔分泌物增加、黏液腺功能逐渐活跃、腺体及血管周围出现以浆细胞及淋巴细胞为主的细胞浸润［8］；咽喉炎症的病理可表现为咽喉部黏膜充血、水肿、上皮细胞破坏、有浆液性或黏液性炎性渗出［9］，由于黏膜增厚，淋巴组织和纤维结缔组织明显增生，而形成淋巴滤泡。急性鼻腔炎和急性咽喉炎的病理特点都是以血管渗出为中心环节的炎症性改变，因此局部可表现为温度增高。由于IRTI 对血管性疾病或炎症具高度敏感，通过红外检测可显示急性鼻腔炎和急性咽喉炎相对应体表的鼻腔区和颈中部咽喉区的平均温度值明显增高，呈现出典型的异常热像图。本研究对发热型与非发热型AURI 患者被检测部位（左右侧鼻腔部与咽喉部）的热像图进行平均温度测量，然后将热图所表现的异常热源的平均温度热值、形状及形态大小，与对照组对应部位进行比对分析。本研究结果显示：与正常组比较，IRTI 检测对AURI 患者鼻腔部及咽喉部急性炎症高度敏感，发热型及非发热型AURI 患者可在体表相对应的区域呈现明显异常的红外热图表达特点；证明IRTI 可应用于发热型与非发热型AURI 定性检测；通过红外软件提取相应部位的平均温值进行精准定量分析，发现发热型与非发热型急性鼻腔炎与急性咽喉炎相对应的体表部位所测到的平均温度明显高于正常对照组，说明IRTI 可以为AURI 人群的直观诊断提供客观的可量化的参考依据，并可作为临床诊断的有效指标之一。研究还发现，虽然同样表现为“高温”区域，但正常与发热型及非发热型AURI 患者之间的红外热成像表达存在一定的差异，是否存在差异性表达阈值，以及该阈值是否可以作为精准定量分析的标准参数？这为我们下一步研究与精准分析AURI 红外热像变化提供了方向和思路。

综上所述，发热型及非发热型AURI 患者行IRTI 检测可在体表相对应的区域呈现明显异常的红外热图表达，IRTI 检测对AURI 鼻腔部及咽喉部急性炎症高度敏感，可作为临床诊断的有效指标之一。