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医用红外热像技术

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1 拼音

yī yòng hóng wài rè xiàng jì shù

2 概述

自然界中,一切温度高于绝对零度的物体都在不断地发射红外热磁辐射并遵守红外辐射定律。医用红外热像技术正是通过采集人体的红外辐射能、通过光电转换将其转化为电信号、利用计算机处理而获得以不同色彩表示人体温度的图像,并通过软件分析,实现对人体功能的了解和疾病的诊断。本文简要介绍红外热像技术在医学领域的发展渊源,阐述人体红外辐射的探测原理及其生理结构基础,探讨人体红外辐射信息的本质和意义。从早期探查、诊断疾病、疗效评定及预后、科研方面分析当前红外热像技术在医学领域的应用现状,讨论医用红外热像分析技术的合理开发与应用。[1]

3 工作原理

红外能量电磁波谱的一部分,物体均根据自身温度排放相应数量的红外辐射。红外热像仪基于红外辐射原理,以人体为辐射源,采用红外探测器,捕捉对象发出的红外辐射能,将空间物体表面发出的红外辐射以不同色阶的颜色表示,转变为可视性、可定量的伪彩热图,以亮色调表示高温、暗色调表示低温,使红外热图更直观、更易解读。

人体是一个自然的生物红外辐射源,多数生化过程会产生并损耗热能,其中皮肤通过血液循环成为人体散热的主要途径。正常人体表温度分布具有稳定性和一定特征,机体各部位温度不同,形成不同的热场。体表温度可作为新陈代谢、血流动力学检测指标。为准确测量体表温度,宜采取非接触方法收集人体红外热辐射。

4 热像技术的发展概况

疾病与温度的关系如同医学本身一样古老。早在两千多年前,古希腊医生希波克拉底将湿润的泥土涂在患者身上,泥土迅速干裂的部位对应着病灶——这是人类将体表温度用于疾病诊断的最早记载。虽然人们很早就意识体温与疾病的关系,但直至十六世纪体温计问世之前,未能实现体温的测量。1957年外科医生RanLawson首次利用红外扫描技术,发现乳腺癌患者肿瘤处皮温增高

。1961年英国医生Walliams

KL拍摄了第一张乳腺癌红外热图。20世纪70年代,随着电脑图像处理技术、彩色显示器、图像分析及数据图像储存功能技术的发展,开始探讨量化热成像技术。1971年在第九届国际医学生物工程会议上,Meborme正式提出医用热像图摄影装置,标志着医用红外热像技术日趋成熟,其开发、应用迅速在世界各地兴起。1979年,姜宗桥发表了第一篇国产热像仪的临床应用报道,标志着我国早期医用红外热成像技术的开发应用水平与国际基本同步。虽然医用红外热像技术在医学领域的研究迅速展开,但由于该技术尚未成熟,存在探测器灵敏度低、标准拍摄尚不统一等诸多技术问题,推迟了这项技术在临床的广泛推广。

近十余年来,随着光电技术、计算机技术的发展,热成像仪的分辨率、灵敏度有了较大提高,正在逐步满足临床需要。现代技术系统又将具有高分辨率、可快速闪怕的焦平面阵列红外探测器引进红外热成像仪,其热像图片质量有了提升,使红外热像仪成为辅助诊断更多疾病的工具。2000年,一种以物理学半功率点为理论基础解读红外热成像的方法申报到美国专利;同年,美国CTI公司率先通过红外热像仪诊断乳腺疾病的美国FDA临床试用;2003年,美国FLIR公司将红外热像仪产品用于SARS禽流感等流行病筛查并获得美国FDA认证。

5 医用红外热像技术的应用

红外热像仪应用于临床诊断涉及多领域、多学科。随着红外热像技术的不断发展,当代红外热像仪已成功用于神经学、血管功能障碍、风湿性疾病组织移植、是乳腺癌、皮肤科、眼科及外科等。

5.1 早期探查

当机体发生功能改变或病变时,病灶组织的代谢会出现变化,当器质性组织形态变化尚未体现时,常规的影像学仪器无法检测出病变;随着病灶组织代谢率的改变,其发射的红外热能也会相应改变。根据这一原理,专业医师通过分析热图,可判断人体病灶的部位、疾病的性质和病变程度,为临床诊断提供依据。这样便可在某些疾病发生初期及时发现可疑病变,指导临床医生进一步检查或跟踪监测,以赢得确诊时间,实现疾病的早期发现、早期治疗。红外热像仪引入医学领域,最早始于乳腺癌检查。因为肿瘤的生长转移与血管生成息息相关。刘跃华等  对11200名女性进行乳腺红外热像普查,乳腺癌诊断符合率为89.3%。郭艳萍等对1052例女性进行了乳腺检查,检出恶性及可疑热图(可疑2例、恶性9例)11例,其中9例经病理切片证实为乳腺癌,诊断符合率为81.8%。Umadevi V采用热像仪探测乳房皮肤表面轮廓的温度以估计乳腺肿瘤大小、深度等参数,并与核磁共振成像结果对比。结果认为,热像仪的出错率低,且是非侵入性、无电离、可用于乳腺癌诊断的潜在医学影像技术,有助于乳腺癌的定位诊断。夏明银等

应用红外热像仪发现无症状结肠癌5例,热图显示相应部位显示高温区,经进一步诊断为结肠癌早期。国内学者发现,一些经x线、CT证明对侧转移的恶性肿瘤,在热图上已有明显改变,相比影像学早2~3个月,但鉴于例数尚少,仍需进一步观察、追踪。

红外热像仪因其对人体无接触、无辐射、无损伤,适合于健康体检,所以红外热像乳腺检查在世界各地尤其是欧美地区广泛开展,但是否可纳入临床常规乳腺检查仍有待进一步的探讨。Anita Fitzgerald和Berentson-Shaw通过搜索电子数据库并进行数据分析,筛选符合无症状人群进行红外热像检测和乳腺钼靶诊断的数据,发现热像法作为影像工具检验乳腺癌的敏感性低于钼靶相,因此提出异于其他学者的观点,认为目前还没有证据支持热像仪作为乳腺钼靶的辅助筛查工具而使患者受益。

5.2 诊断疾病

红外热像图的特征主要受解剖形态、组织结构、血液循环、神经调节、组织代谢5方面因素影响。通过分析红外热图的热场分布情况,推断其循环、代谢状态,结合临床判断病变性质、程度及累及的区域,从而对疾病做出诊断。红外热像图对老年人甲状腺疾病的体检及早期诊断具有重要价值。郄晓红和喻梅通过采集老年人甲状腺热图数据发现,甲状腺癌热像图为不规则单发高温区,而甲亢热像图则表现双侧弥漫性高温,藉此可鉴别两者。陈杰翔和李利应用医用红外热像技术诊断肾上腺肿瘤,检测57例患者后发现该病患者腰部皮温增高。宋朝阳和巩凌彩应用红外热图技术对63例慢性病毒性肝炎患者进行检查,结果显示,63例慢性病毒性肝炎患者的红外热图均出现异常改变。S.Sivanandam等采用红外热像仪对糖尿病患者、非糖尿病患者进行检查,发现糖尿病患者平均体表温度均值低于正常人。体现了红外热像仪在诊断、预测2型糖尿病及其并发症方面的潜在能力。Henry E.Rice等。

将其运用于超低重早产儿(ELBW)的体表温度测量,以评估用红外热像仪测量ELBW腹部温度的可行性,比较胸腹部温度以寻找腹部温度变化与坏死性小肠结肠炎(NEC)的关系。结果,患有NEC的早产儿腹部平均温度低于非NEC的早产儿。这一技术将有助于热像仪在ELBW婴儿体温调节的研究,并提示小肠结肠炎血流灌注情况。Kulis T等通过测量比较患者左右侧精索静脉丛、阴囊的红外热图,确定其诊断精索静脉曲张的可行性。认为红外热像仪诊断精索静脉曲张具有耗时短、成本低的优势,但仍需进行大样本临床对照试验以检验此方法的敏感性、特异性与准确性。

5.3 评价疗效及预后

红外热像仪操作方便,可随时采集红外热像数据,及时发现体表温度的变化(包括温度变化范围、温度分布形状和温差大小),分析病情的变化趋势以指导临床。另外,红外热图可将图像存盘并随时提取调读,易于对病情动态监视。高宇红等通过动态监测急性周围性面瘫患者针刺治疗前后头面部远红外热像的变化。针刺前患侧呈充血性改变,面颊内眦、眶上、额及舌区5个测温区温度高于健侧(P<0.05~0.001)。针刺后5个测温区左、右侧的温度无明显差异(P>O.05)。表明远红外热像可成为临床诊断、治疗急性周围性面瘫的无创客观评价指标。Chin-Li Wu等通过观察红外热图变化评估治疗尾骨痛的疗效。结果发现,热图显示与患者主观疼痛程度吻合。韩国使用红外热像仪对55例带状疱疹后遗神经痛进行预测发现,当患侧区域最高温度高于健侧>0.5℃时,易患带状疱疹后遗神经痛。

5.4 科研手段

红外热像图可直观地将人体体表各部位温度的二维分布通过伪彩画面生动展现出来,为科研探索提供了新的手段。陈彬等对实验性肿瘤动物模型发生、发展过程进行了动态的红外热图、病理形态观察,并检测了血浆NO含量、组织微血管密度。结果,血浆NO含量、组织微血管密度随小鼠肿瘤生长持续增高,且与肿瘤区平均温度呈正相关。提示NO含量增高、肿瘤区微血管密度增高可能是肿瘤局部高温的原因。Zhang等使用红外热像仪拍摄被测者手指在受到不同温度冷水刺激前后的动态红外热图像,并用多普勒血流仪检测刺激前后指尖血流量的变化。结果发现,手指受到冷水刺激后,指尖温度产生非正常波动,未受刺激的手指也出现类似波动,但各手指的温度波动周期与血流脉动周期不同,证实了血管收缩神经的周期性调节是引起手指温度波动的重要因素。

6 结语

当代数字化红外热像仪具有体积小、造价低、灵敏度高、无需制冷等优势,在空间分辨率与热敏度及相关分析软件等方面都较前有了较大提升,因其使用方便、无创伤、无污染,具有无痛、无创、简单、可重复、可量化临床数据的优势,易于进行临床检查和科学研究

近些年来,红外热像技术凭借其特有的物理热敏性得到临床的重视,红外热像仪的应用范围不断扩大,甚至将其应用于外科手术中,如麻醉术、心脏手术;亦有不少学者、联盟在尝试设立红外热像图的诊断标准,但介于市面上红外热像仪型号种类繁多、相关配置软件各异,加之对各类疾病的大样本研究尚少,均难以形成有说服力的规范化诊断标准,从而阻碍了热像学的交流与发展。另外,人体是一个复杂的生物体,体表温度的异常变化可由多种原因造成,而目前医用红外热装置尚不能对体内不同深度温度进行测量、分析,降低了其诊断的准确性。相信随着高速、大内存微型计算机与软件技术的发展,以及人们对生命科学探索的不断进步,医用红外热像技术将成为维护人类健康的重要技术。

7 参考资料

  1. ^ [1] 李想,史慧研. "医用红外热像技术的应用现状". 国际中医中药杂志

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开放分类:医学影像学手术
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  • 评论总管
    2021/1/23 20:08:26 | #0
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本页最后修订于 2013年12月16日 星期一 14:30:54 (GMT+08:00)
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