姚 振，趙敏艷，劉玉龍

(蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院，江蘇 蘇州 215004)

早在公元前480年Hippocrates的著作中就有描述,人體發(fā)出的熱能可用來診斷疾病。如在患者身體表面涂了一層泥土，推斷泥土干裂處可能就有病灶存在[1]。1800年，英國天文學(xué)家William Hirschel就發(fā)現(xiàn)了熱與紅外輻射的關(guān)系[2]。紅外熱成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)臨床上的應(yīng)用主要始于20世紀(jì)50年代后期用于乳腺腫瘤的診斷。1956年，R.Lawson使用紅外技術(shù)證實(shí)乳腺癌處的體表溫度比正常部位溫度偏高[3]，這一發(fā)現(xiàn)開啟了醫(yī)學(xué)紅外熱成像技術(shù)研究的大門。目前，國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)已將紅外線熱成像技術(shù)納入輻射損傷防護(hù)指南，此外，紅外線熱成像技術(shù)在腫瘤的早期診治、心血管疾病的預(yù)后評估、炎癥疾病的轉(zhuǎn)歸、中醫(yī)針灸等方面也得到了廣泛的應(yīng)用。

1 醫(yī)用紅外熱成像的原理

自然界一切溫度高于絕對零度的物體都會向外界發(fā)出紅外輻射(紅外線)，醫(yī)用紅外線可分為遠(yuǎn)紅外線和近紅外線，遠(yuǎn)紅外線波長1.5～400 μm，穿透人體組織深度為2 mm，絕大部分被表層皮膚吸收或者被反射；近紅外線波長為0.76～1.5 μm，可穿透深度為5～10 mm[4]。人體也會產(chǎn)生紅外輻射，且電磁波的波長主要是在遠(yuǎn)紅外區(qū)域，波長范圍為4～14 μm，峰值約9.34 μm[5]。醫(yī)用紅外熱成像技術(shù)是醫(yī)學(xué)技術(shù)、紅外攝像技術(shù)及計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過收集人體產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外輻射熱，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理形成直觀的溫度彩色圖譜。

當(dāng)人體機(jī)能發(fā)生變化時(shí)，病變所在部位的溫度與正常組織相比會發(fā)生顯著的變化，這種變化可以通過紅外熱成像技術(shù)所捕獲，從而起到輔助診斷疾病、判斷病灶位置及范圍的作用[6]。

2 紅外熱成像的影響因素

2.1 溫度

環(huán)境溫度的過高和過低都會影響遠(yuǎn)紅外線的測量，導(dǎo)致被測物體的紅外圖像清晰度下降，質(zhì)量降低，圖片出現(xiàn)絮狀邊緣。當(dāng)被測物體為生物體時(shí)，若生物體與環(huán)境溫度相差過大，則生物體會與環(huán)境發(fā)生熱傳導(dǎo)，從而影響測量結(jié)果。此外，在進(jìn)行遠(yuǎn)紅外測量時(shí)，應(yīng)控制環(huán)境溫度低于被測物體溫度以減少熱噪音，防止圖像的準(zhǔn)確度和精度受到影響。實(shí)際操作時(shí)，使用遠(yuǎn)紅外熱成像技術(shù)測試前應(yīng)提前30 min開機(jī)，攝像頭固定在距離受試者1.5～2.5 m的位置，室溫控制在20～24 ℃左右[7]，濕度保持在50%～60%。

2.2 風(fēng)速

當(dāng)紅外設(shè)備在運(yùn)作時(shí)，測量環(huán)境的空氣流動會對測量結(jié)果有影響。因?yàn)榭諝饬鲃拥募铀?，會增?qiáng)被測物體表面與所處環(huán)境的對流換熱，減少被測物體與周圍環(huán)境之間的溫差。當(dāng)被測物體為生物體時(shí)，高速流動的空氣會增加生物體的汗液蒸發(fā)，導(dǎo)致生物體溫度降低。因此，紅外設(shè)備在工作時(shí)，應(yīng)控制所處環(huán)境的空氣流動，以免影響紅外圖像的精度和準(zhǔn)確度。實(shí)際操作時(shí)，室內(nèi)空調(diào)避免直吹受檢者身體，減少空氣流速對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

2.3 光線

光線對于遠(yuǎn)紅外測量是有影響的，測量過程中，應(yīng)當(dāng)選擇適宜的測量環(huán)境，防止光線的變化影響測量結(jié)果，以增強(qiáng)紅外成像的準(zhǔn)確度和可比性。實(shí)際操作時(shí)，要保持室內(nèi)光線柔和舒適，避免強(qiáng)光直射受檢者身體[8]。受檢者應(yīng)提前15～20 min進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件。實(shí)驗(yàn)前一周禁止日光浴[9]。

2.4 顏色

顏色對紅外熱成像測量結(jié)果的影響可忽略不計(jì)。

3 紅外熱成像在輻射防護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 理論基礎(chǔ)

在輻射防護(hù)、輻射損傷的診斷和治療過程中，物理劑量學(xué)是非常重要的，在局部輻射損傷的早期沒有合適的生物劑量學(xué)方法，所以事故的詳細(xì)歷史應(yīng)該被記錄下來。體格檢查方面，應(yīng)借助彩色照片資料，并觀察每日的皮膚反應(yīng)。在局部輻射損傷的情況下，使用電子自旋共振方法可以估算牙齒、衣服、紐扣、耳環(huán)或任何有機(jī)物質(zhì)受照所產(chǎn)生的劑量。在事故發(fā)生后的第一周，每日的血細(xì)胞計(jì)數(shù)可有助于預(yù)測全身暴露的可能性，因?yàn)樵诰植枯椛鋼p傷中只能觀察到某些非特異性的變化，如輕度白細(xì)胞增多或血沉增快。局部暴露于5～10 Gy的劑量范圍內(nèi)，僅能在少量培養(yǎng)的淋巴細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)染色體畸變，這提供了定性而非定量的信息[10]。

目前，有兩種診斷方法可用于評估局部過度暴露的嚴(yán)重程度:熱同位素法和放射性同位素法。當(dāng)輻照區(qū)域與相應(yīng)的未輻照區(qū)域相比較時(shí)，兩者都是最可靠的。熱成像可以用來識別任何損傷并確定其程度，這是一種有效而靈敏的局部放射損傷檢測技術(shù)，尤其在臨床癥狀不明顯的早期和潛伏期。此外，接觸熱像儀和紅外遠(yuǎn)距熱像儀都可用于評估。雖然后一種技術(shù)在全身局部照射的診斷上可能更有優(yōu)勢，但其局限于四肢受到影響時(shí)，且費(fèi)用也高得多。當(dāng)99mTc高鈦酸鹽靜脈注射時(shí)，放射同位素方法可用于記錄器官或身體部分的血管循環(huán)，并用閃爍攝像機(jī)監(jiān)測其分布。熱像圖法和放射性同位素法是互補(bǔ)的，他們不能進(jìn)行精確的劑量評估，但有助于評估臨床損傷的嚴(yán)重程度[10]。

此外，很多新技術(shù)日益進(jìn)步，如毛發(fā)皮層細(xì)胞計(jì)數(shù)，正在作為人體部分輻射暴露的指標(biāo)進(jìn)行研究[10]。

3.2 應(yīng)用病例：南京“5．7”192Ir源放射事故患者的臨床救治

2014年，蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院劉玉龍團(tuán)隊(duì)在南京“5．7"192Ir源放射事故患者的臨床救治過程中，應(yīng)用美國Fluke公司生產(chǎn)的Ti 400型紅外線熱成像儀，在不同時(shí)期對右下肢放射損傷區(qū)及需要部位進(jìn)行紅外線熱成像檢查。

患者在受照后的不同時(shí)期應(yīng)用紅外線熱成像儀對右下肢放射損傷區(qū)及相應(yīng)部位進(jìn)行檢測。結(jié)果表明，受照后第13天右大腿所測溫度 為35．5～36．8 ℃，較左側(cè)高2～3 ℃；受照后30天，該區(qū)溫度較左側(cè)高1～2 ℃(圖1a)；受照后60 天，該區(qū)溫度較左側(cè)高1 ℃以下(圖1b)，一般來說，溫度升高處皮膚逐漸變性壞死。

在治療過程中，患者右下肢放射損傷傷口持續(xù)進(jìn)展， 經(jīng)過初期分區(qū)換藥方案——“三明治”換藥法及清創(chuàng)處理，傷口潰瘍壞死范圍逐步擴(kuò)大。使用紅外線熱成像照射提示傷口周圍皮溫較正常皮膚偏高約1．5 ℃，后持續(xù)使用紅外線熱成像照射，待損傷傷口界限明確后，多次行肌皮瓣移植術(shù)，并予臍帶MSCs輸注的治療。經(jīng)過上述治療，患者右下肢放射損傷傷口及背部取皮區(qū)域傷口完全愈合[11]。

圖1 受照后不同時(shí)間紅外線熱成像檢查結(jié)果Fig.1 Results of infrared thermal imaging at different time after exposure

4 紅外熱成像在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

表1列出了紅處熱成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的主要應(yīng)用情況。

表1 紅外熱成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用情況Tab.1 Application of infrared thermal imaging technology in medical field

5 結(jié)語

紅外熱成像技術(shù)自1957開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之后，經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的階段，尤其是在輻射損傷的防護(hù)及診治、腫瘤的早期診斷、心血管疾病的預(yù)后評估、炎性疾病的分析和治療觀察等方面取得了重大的成果。近年來，紅外熱成像技術(shù)在中醫(yī)領(lǐng)域也有了廣泛應(yīng)用，其與中醫(yī)的整體觀與辨證觀的核心理念高度吻合，可以為中醫(yī)診斷現(xiàn)代化提供思路，但紅外熱成像技術(shù)在中醫(yī)方面研究尚未形成系統(tǒng)，影響其可推廣性，遂值得進(jìn)一步研究。

雖然紅外熱成像系統(tǒng)的圖像采集仍然受溫度、濕度、空氣流速等因素的影響，但標(biāo)準(zhǔn)化的測量環(huán)境逐漸完善，我們相信紅外熱成像技術(shù)將會對輻射防護(hù)及中西醫(yī)學(xué)的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。