2 概述
在自然界中，一切溫度高於絕對零度的物體都在不斷地發射紅外熱磁輻射並遵守紅外輻射定律。醫用紅外熱像技術正是通過採集人體的紅外輻射能、通過光電轉換將其轉化爲電信號、利用計算機處理而獲得以不同色彩表示人體溫度的圖像，並通過軟件分析，實現對人體功能的瞭解和疾病的診斷。本文簡要介紹紅外熱像技術在醫學領域的發展淵源，闡述人體紅外輻射的探測原理及其生理結構基礎，探討人體紅外輻射信息的本質和意義。從早期探查、診斷疾病、療效評定及預後、科研方面分析當前紅外熱像技術在醫學領域的應用現狀，討論醫用紅外熱像分析技術的合理開發與應用。[1]
3 工作原理
紅外能量是電磁波譜的一部分，物體均根據自身溫度排放相應數量的紅外輻射。紅外熱像儀基於紅外輻射原理，以人體爲輻射源，採用紅外探測器，捕捉對象發出的紅外輻射能，將空間物體表面發出的紅外輻射以不同色階的顏色表示，轉變爲可視性、可定量的僞彩熱圖，以亮色調錶示高溫、暗色調錶示低溫，使紅外熱圖更直觀、更易解讀。
人體是一個自然的生物紅外輻射源，多數生化過程會產生並損耗熱能，其中皮膚通過血液循環成爲人體散熱的主要途徑。正常人體表溫度分佈具有穩定性和一定特徵，機體各部位溫度不同，形成不同的熱場。體表溫度可作爲新陳代謝、血流動力學的檢測指標。爲準確測量體表溫度，宜採取非接觸方法收集人體紅外熱輻射。
4 熱像技術的發展概況
疾病與溫度的關係如同醫學本身一樣古老。早在兩千多年前，古希臘醫生希波克拉底將溼潤的泥土塗在患者身上，泥土迅速乾裂的部位對應着病竈——這是人類將體表溫度用於疾病診斷的最早記載。雖然人們很早就意識到體溫與疾病的關係，但直至十六世紀體溫計問世之前，未能實現體溫的測量。1957年外科醫生RanLawson首次利用紅外掃描技術，發現乳腺癌患者腫瘤處皮溫增高
。1961年英國醫生Walliams
KL拍攝了第一張乳腺癌紅外熱圖。20世紀70年代，隨着電腦圖像處理技術、彩色顯示器、圖像分析及數據圖像儲存功能技術的發展，開始探討量化熱成像技術。1971年在第九屆國際醫學生物工程會議上，Meborme正式提出醫用熱像圖攝影裝置，標誌着醫用紅外熱像技術日趨成熟，其開發、應用迅速在世界各地興起。1979年，姜宗橋發表了第一篇國產熱像儀的臨牀應用報道，標誌着我國早期醫用紅外熱成像技術的開發應用水平與國際基本同步。雖然醫用紅外熱像技術在醫學領域的研究迅速展開，但由於該技術尚未成熟，存在探測器靈敏度低、標準拍攝尚不統一等諸多技術問題，推遲了這項技術在臨牀的廣泛推廣。
近十餘年來，隨着光電技術、計算機技術的發展，熱成像儀的分辨率、靈敏度有了較大提高，正在逐步滿足臨牀需要。現代技術系統又將具有高分辨率、可快速閃怕的焦平面陣列紅外探測器引進紅外熱成像儀，其熱像圖片質量有了提升，使紅外熱像儀成爲輔助診斷更多疾病的工具。2000年，一種以物理學半功率點爲理論基礎解讀紅外熱成像的方法申報到美國專利；同年，美國CTI公司率先通過紅外熱像儀診斷乳腺疾病的美國FDA臨牀試用；2003年，美國FLIR公司將紅外熱像儀產品用於SARS、禽流感等流行病篩查並獲得美國FDA認證。
5 醫用紅外熱像技術的應用
紅外熱像儀應用於臨牀診斷涉及多領域、多學科。隨着紅外熱像技術的不斷髮展，當代紅外熱像儀已成功用於神經學、血管功能障礙、風溼性疾病、組織移植、是乳腺癌、皮膚科、眼科及外科等。
5.1 早期探查
當機體發生功能改變或病變時，病竈組織的代謝會出現變化，當器質性組織形態變化尚未體現時，常規的影像學儀器無法檢測出病變；隨着病竈組織代謝率的改變，其發射的紅外熱能也會相應改變。根據這一原理，專業醫師通過分析熱圖，可判斷人體病竈的部位、疾病的性質和病變程度，爲臨牀診斷提供依據。這樣便可在某些疾病發生初期及時發現可疑病變，指導臨牀醫生進一步檢查或跟蹤監測，以贏得確診時間，實現疾病的早期發現、早期治療。紅外熱像儀引入醫學領域，最早始於乳腺癌檢查。因爲腫瘤的生長、轉移與血管生成息息相關。劉躍華等 對11200名女性進行乳腺紅外熱像普查，乳腺癌診斷符合率爲89．3％。郭豔萍等對1052例女性進行了乳腺檢查，檢出惡性及可疑熱圖（可疑2例、惡性9例）11例，其中9例經病理切片證實爲乳腺癌，診斷符合率爲81．8％。Umadevi V採用熱像儀探測乳房皮膚表面輪廓的溫度以估計乳腺腫瘤的大小、深度等參數，並與核磁共振成像結果對比。結果認爲，熱像儀的出錯率低，且是非侵入性、無電離、可用於乳腺癌診斷的潛在醫學影像技術，有助於乳腺癌的定位診斷。夏明銀等
應用紅外熱像儀發現無症狀結腸癌5例，熱圖顯示相應部位顯示高溫區，經進一步診斷爲結腸癌早期。國內學者發現，一些經x線、CT證明對側轉移的惡性腫瘤，在熱圖上已有明顯改變，相比影像學早2～3個月，但鑑於例數尚少，仍需進一步觀察、追蹤。
紅外熱像儀因其對人體無接觸、無輻射、無損傷，適合於健康體檢，所以紅外熱像乳腺檢查在世界各地尤其是歐美地區廣泛開展，但是否可納入臨牀常規乳腺檢查仍有待進一步的探討。Anita Fitzgerald和Berentson-Shaw通過搜索電子數據庫並進行數據分析，篩選符合無症狀人羣進行紅外熱像檢測和乳腺鉬靶診斷的數據，發現熱像法作爲影像工具檢驗乳腺癌的敏感性低於鉬靶相，因此提出異於其他學者的觀點，認爲目前還沒有證據支持熱像儀作爲乳腺鉬靶的輔助篩查工具而使患者受益。
5.2 診斷疾病
紅外熱像圖的特徵主要受解剖形態、組織結構、血液循環、神經調節、組織代謝5方面因素影響。通過分析紅外熱圖的熱場分佈情況，推斷其循環、代謝狀態，結合臨牀判斷病變性質、程度及累及的區域，從而對疾病做出診斷。紅外熱像圖對老年人甲狀腺疾病的體檢及早期診斷具有重要價值。郄曉紅和喻梅通過採集老年人甲狀腺熱圖數據發現，甲狀腺癌熱像圖爲不規則單發高溫區，而甲亢熱像圖則表現雙側瀰漫性高溫，藉此可鑑別兩者。陳杰翔和李利應用醫用紅外熱像技術診斷腎上腺腫瘤，檢測57例患者後發現該病患者腰部皮溫增高。宋朝陽和鞏凌彩應用紅外熱圖技術對63例慢性病毒性肝炎患者進行檢查，結果顯示，63例慢性病毒性肝炎患者的紅外熱圖均出現異常改變。S．Sivanandam等採用紅外熱像儀對糖尿病患者、非糖尿病患者進行檢查，發現糖尿病患者平均體表溫度均值低於正常人。體現了紅外熱像儀在診斷、預測2型糖尿病及其併發症方面的潛在能力。Henry E．Rice等。
將其運用於超低重早產兒（ELBW）的體表溫度測量，以評估用紅外熱像儀測量ELBW腹部溫度的可行性，比較胸腹部溫度以尋找腹部溫度變化與壞死性小腸結腸炎（NEC）的關係。結果，患有NEC的早產兒腹部平均溫度低於非NEC的早產兒。這一技術將有助於熱像儀在ELBW嬰兒體溫調節的研究，並提示小腸結腸炎血流灌注情況。Kulis T等通過測量比較患者左右側精索靜脈叢、陰囊的紅外熱圖，確定其診斷精索靜脈曲張的可行性。認爲紅外熱像儀診斷精索靜脈曲張具有耗時短、成本低的優勢，但仍需進行大樣本臨牀對照試驗以檢驗此方法的敏感性、特異性與準確性。
5.3 評價療效及預後
紅外熱像儀操作方便，可隨時採集紅外熱像數據，及時發現體表溫度的變化（包括溫度變化範圍、溫度分佈形狀和溫差大小），分析病情的變化趨勢以指導臨牀。另外，紅外熱圖可將圖像存盤並隨時提取調讀，易於對病情動態監視。高宇紅等通過動態監測急性周圍性面癱患者針刺治療前後頭面部遠紅外熱像的變化。針刺前患側呈充血性改變，面頰、內眥、眶上、額及舌區5個測溫區溫度高於健側（P<0．05～0．001）。針刺後5個測溫區左、右側的溫度無明顯差異（P>O．05）。表明遠紅外熱像可成爲臨牀診斷、治療急性周圍性面癱的無創客觀評價指標。Chin-Li Wu等通過觀察紅外熱圖變化評估治療尾骨痛的療效。結果發現，熱圖顯示與患者主觀疼痛程度吻合。韓國使用紅外熱像儀對55例帶狀皰疹後遺神經痛進行預測發現，當患側區域最高溫度高於健側>0．5℃時，易患帶狀皰疹後遺神經痛。
5.4 科研手段
紅外熱像圖可直觀地將人體體表各部位溫度的二維分佈通過僞彩畫面生動展現出來，爲科研探索提供了新的手段。陳彬等對實驗性腫瘤動物模型發生、發展過程進行了動態的紅外熱圖、病理形態觀察，並檢測了血漿NO含量、組織微血管密度。結果，血漿NO含量、組織微血管密度隨小鼠腫瘤生長持續增高，且與腫瘤區平均溫度呈正相關。提示NO含量增高、腫瘤區微血管密度增高可能是腫瘤局部高溫的原因。Zhang等使用紅外熱像儀拍攝被測者手指在受到不同溫度冷水刺激前後的動態紅外熱圖像，並用多普勒血流儀檢測刺激前後指尖血流量的變化。結果發現，手指受到冷水刺激後，指尖溫度產生非正常波動，未受刺激的手指也出現類似波動，但各手指的溫度波動週期與血流脈動週期不同，證實了血管收縮神經的週期性調節是引起手指溫度波動的重要因素。
6 結語
當代數字化紅外熱像儀具有體積小、造價低、靈敏度高、無需製冷等優勢，在空間分辨率與熱敏度及相關分析軟件等方面都較前有了較大提升，因其使用方便、無創傷、無污染，具有無痛、無創、簡單、可重複、可量化臨牀數據的優勢，易於進行臨牀檢查和科學研究。
近些年來，紅外熱像技術憑藉其特有的物理熱敏性得到臨牀的重視，紅外熱像儀的應用範圍不斷擴大，甚至將其應用於外科手術中，如麻醉術、心臟手術；亦有不少學者、聯盟在嘗試設立紅外熱像圖的診斷標準，但介於市面上紅外熱像儀型號種類繁多、相關配置軟件各異，加之對各類疾病的大樣本研究尚少，均難以形成有說服力的規範化診斷標準，從而阻礙了熱像學的交流與發展。另外，人體是一個複雜的生物體，體表溫度的異常變化可由多種原因造成，而目前醫用紅外熱裝置尚不能對體內不同深度溫度進行測量、分析，降低了其診斷的準確性。相信隨着高速、大內存微型計算機與軟件技術的發展，以及人們對生命科學探索的不斷進步，醫用紅外熱像技術將成爲維護人類健康的重要技術。
7 參考資料
- ^ [1] 李想，史慧研．"醫用紅外熱像技術的應用現狀"．國際中醫中藥雜誌