非發(fā)熱型AURI應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)研究

曹贊鋒，張作鵬，鄧方閣，劉榮，楊展正，晏平，陳少英

(1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院急診科， 2.呼吸疾病國家重點實驗室，廣東 廣州 510120)

急性上呼吸道感染(acute upper respiratory tract infection，AURI)簡稱上感，為鼻腔、咽或喉部急性炎癥是總稱；主要病源體是病毒，少數(shù)是細(xì)菌[1]。常發(fā)生在冬季和春季，受涼、淋雨、氣候突變、過度疲勞等原因均可誘發(fā)本病，并導(dǎo)致全身或呼吸道局部防御功能降低。它還可能導(dǎo)致一些局部或其他大規(guī)模的流行病[2-3]。AURI早期不一定有發(fā)熱，急性肺部感染患者同樣如此。2020年初在中國暴發(fā)的新型冠狀病毒感染肺炎，入院的病人僅43.8%合并發(fā)熱，有56.2%沒有發(fā)熱，67.8%合并咳嗽[4]?；颊叨嘁陨虾粑栏腥景Y狀為首發(fā)，相當(dāng)一部分患者早期沒有發(fā)熱臨床表現(xiàn)，并且容易成為隱性感染者。自2003年SARS病毒爆發(fā)以來，全球經(jīng)歷了多次病毒全球感染事件，如中東MERS、H1N1、H7N7等多起病毒感染，無接觸的紅外檢測及成像儀在一些人群密集的環(huán)境中使用越來越廣泛，因此發(fā)展醫(yī)學(xué)紅外技術(shù)對流行性疾病的預(yù)防顯得尤為重要。在本研究中，我們利用紅外熱成像(infrared thermal imaging,IRTI)技術(shù)，對非發(fā)熱型的急性上呼吸道人群進(jìn)行檢測，探討其紅外表達(dá)圖像、熱值及特性，以期為闡述AURI患者的病生機(jī)理提供客觀的可量化的參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

從2019年4月～6月，在廣州醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院急診科隨機(jī)抽取68名非發(fā)熱型AURI患者。其中男女比：27/41，其中男性27例，女性41例，年齡14～87歲，平均年齡：39.25±17.46歲。當(dāng)腋溫達(dá)到發(fā)熱閾值(≥37.1 ℃)時為發(fā)熱[5]，熱值未達(dá)到并伴隨上呼吸道感染癥狀者為非發(fā)熱型AURI患者。選取40位健康人群為正常對照組，其中男性19例，女性21例，年齡在19歲～74歲，平均年齡：37.08±16.69。兩組間的年齡比較無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。排除標(biāo)準(zhǔn)：頭面部局部組織特異性高代謝 (如腫瘤、感染等)、異常低代謝(如良性結(jié)節(jié))、異常血流量(如血管瘤等)等病患者。

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1健康人診斷標(biāo)準(zhǔn) 參考世衛(wèi)組織(WHO)的診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]，自愿接受紅外熱成像檢測，簽署知情同意書者。

1.2.2采集方法 采圖環(huán)境要求：溫度在23～25 ℃，無強(qiáng)光，無風(fēng)，濕度50%～60%，

無干擾性熱源(采圖按照國標(biāo)GB/T 19665—2005電子紅外成像人體表面測溫儀通用規(guī)范要求進(jìn)行)。采用非制冷焦平面HYIR I-1206型非制冷醫(yī)用IRTI，對受檢者進(jìn)行紅外熱成像檢測及體溫檢測，儀器符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19665—2005)，儀器配備320×240非制冷焦平面紅外采集鏡頭，光譜響應(yīng)8～14 μm、空間分辨率(IFOV)為1.3 mrad、溫度分辨率0.05 ℃、采集速度30幀/s，另外配件為主機(jī)、顯示屏、彩色打印機(jī)以及推車一臺。以偽彩色熱圖形式、數(shù)字化、客觀化地顯示人體熱結(jié)構(gòu)。所有受試者取端正坐姿、裸露檢查部位、距紅外鏡頭2 m、分別取面部正位等，操作時均經(jīng)調(diào)焦、校溫、采集圖像、存儲、圖像處理等。

1.2.3紅外熱像評判標(biāo)準(zhǔn) 紅外熱像具有以不同色階代表的刻度偽碼條對應(yīng)從低溫到高溫的相應(yīng)的紅外熱像表達(dá)與分布特性(presentation and distribution characteristics，PDC)，其中白色：超高熱區(qū)；紅色：高熱區(qū)；粉色：熱區(qū)；黃色：溫區(qū)；綠色：涼區(qū)；藍(lán)色：冷區(qū)；黑色：超冷區(qū)。取人體正中矢狀線為中軸線，將額部、眼內(nèi)眥、鼻咽部相對應(yīng)的體表區(qū)域按照紅外熱圖像的表達(dá)予進(jìn)行定位評價，受試者取端坐立位，根據(jù)不同溫度值從低溫到高溫的紅外熱成像，按照不同色階代表的刻度偽碼條描繪相對應(yīng)紅外熱像圖的溫度，分別記錄面部正位紅外熱成像圖額部、眼內(nèi)眥、鼻咽部左右側(cè)均溫的溫度值，對熱像圖的表達(dá)分布與形態(tài)及相對應(yīng)的溫度值進(jìn)行定性、定量比較分析。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 一般資料統(tǒng)計

兩組性別比較：兩組的性別經(jīng)χ2檢驗，P=0.626，P>0.05，從而可以得到上面兩組的性別差異不具有統(tǒng)計學(xué)的意義，所以兩組被觀察者的性別具有可比性。見表1。

表1 兩組性別比較

2.2 兩組表達(dá)紅外熱像圖的定位分布及特征

正常組紅外表達(dá)為大片狀藍(lán)色冷區(qū)或綠色涼區(qū)；而非發(fā)熱型AURI組在額部、眼內(nèi)眥和鼻咽部相對應(yīng)的體表區(qū)域可見較明顯異常的紅外熱圖表達(dá)，或多或少呈現(xiàn)出條索狀、斑片狀等多形狀的灶性或彌漫性的粉色熱區(qū)或紅色高熱區(qū)。

2.3 兩組表達(dá)紅外熱像圖溫度的定量比較

非發(fā)熱型AURI組額部、眼內(nèi)眥和鼻咽部左右兩側(cè)的紅外熱像圖表達(dá)的平均溫均高于正常對照組(均P<0.01)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。見表2。

表3 兩組面部各部位平均溫度值比較

3 討論

IRTI技術(shù)把人體的溫度場以偽色彩熱成像圖形式顯示，應(yīng)用計算機(jī)分析技術(shù)，對體表熱場對應(yīng)的組織器官從熱值、熱態(tài)、熱源定位方面進(jìn)行分析和估測，再結(jié)合臨床癥狀、體征來輔助判斷病灶部位、疾病性質(zhì)和病變程度，可反映人體血液循環(huán)、炎癥反應(yīng)、體液流動、細(xì)胞內(nèi)部的生化反應(yīng)等情況。研究已證實，按照相關(guān)研究文獻(xiàn)可以證實，紅外熱成像技術(shù)具有較高的敏感性，便于操作，能夠直觀檢測出患者體溫變化情況[7]。目前紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在2020年新冠肺炎全球爆發(fā)期間，可以說達(dá)到前所未有的高度，許多公共場所諸如離境口岸、機(jī)場、地鐵等軌道交通、醫(yī)院等人群密集的地方，均安裝有紅外熱成像儀或紅外點溫儀測量體溫，目標(biāo)是找出人群中發(fā)熱的病人。但當(dāng)前紅外技術(shù)并無應(yīng)用于非發(fā)熱的呼吸道感染患者身上，也少有此方面相關(guān)報道。本研究利用醫(yī)學(xué)IRTI技術(shù)對非發(fā)熱型AURI患者進(jìn)行圖像采集，通過和正常人進(jìn)行對照，以探討IRTI檢測技術(shù)對此類患者的病變部位進(jìn)行精準(zhǔn)的、定性、定量和定位。利用熱圖有助于捕捉非發(fā)熱型AURI癥狀的發(fā)展變化情況，幫助判斷病變性質(zhì)，可應(yīng)用于臨床，根據(jù)其檢測結(jié)果制定相應(yīng)的治療方案。

人體是一個自然的生物發(fā)熱體，由于人體的解剖結(jié)構(gòu)、各部位的血液運行及新陳代謝各有差異，導(dǎo)致人體每個部位的熱場就不同。健康和非健康人群的人體熱圖具有不同的表現(xiàn)。前者表現(xiàn)為正常的紅外熱圖，后者表現(xiàn)為不正常的紅外熱圖。各組織器官的病理生理狀態(tài)，比如：體液流動、細(xì)胞內(nèi)部的生化反應(yīng)、血液循環(huán)、病理組織的炎性變化等等都會使相應(yīng)部位的體表溫度分布表現(xiàn)出不同的階梯變化。 而這種階梯變化可以通過IRTI技術(shù)客觀形象而清晰地反應(yīng)出來。臨床上通常利用這種技術(shù)檢測和記錄到相應(yīng)的變化，發(fā)現(xiàn)異常高溫或低溫的部位，并顯示出病灶的部位和大小，有助于疾病的定位、定性診斷，例如高代謝 (如腫瘤、感染等)或異常低代謝(如良性結(jié)節(jié))疾病。非發(fā)熱型AURI由于體內(nèi)出現(xiàn)炎癥刺激反應(yīng)、血管充血、炎癥水腫，故在紅外線熱成像儀系統(tǒng)會顯示不同的熱值及異常圖像，與健康人群具有明顯的差異，如本研究所示。對量化后的熱圖進(jìn)行差異性對比，再結(jié)合臨床表現(xiàn)，有助于可診斷或者推斷出非發(fā)熱型AURI疾病的程度與疾病的性質(zhì)。

紅外熱圖技術(shù)能夠直觀顯示出溫度變化的畫面，在時間、空間上能連續(xù)測定溫度變化，為判斷人體機(jī)能健康與否提供判斷依據(jù)。紅外熱圖能客觀直接的顯示出人體某個部位的病理生理改變，當(dāng)人體某個部位的血液運行和新陳代謝發(fā)生改變時，該部位的溫度可能會隨之變化。 溫度的空間分布和梯度變化可以進(jìn)一步反映疾病的具體范圍，揭示疾病發(fā)生發(fā)展的性質(zhì)[8]。隨著紅外熱成像技術(shù)(IRTI)的熟練應(yīng)用,越來越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)和科研人員逐漸開始引進(jìn)該技術(shù)運用于科研和醫(yī)療活動中。

上呼吸道感染的發(fā)病率很高，它可以在小范圍內(nèi)傳播，甚至可能引起大流行[9]。早期發(fā)現(xiàn)非發(fā)熱癥狀的病例對阻止?jié)撛诘募膊×餍幸饬x重大。在本項研究中，我們對非發(fā)熱型AURI人群進(jìn)行檢測，利用IRTI定位AURI常見炎癥區(qū)域額部、眼內(nèi)眥、鼻咽部等部位熱像圖，以及在相應(yīng)部位提取平均溫度值與正常對照，顯示出IRTI對非發(fā)熱型AURI的診斷意義。此外，新型冠狀病毒感染肺炎患者疾病初始多出現(xiàn)咳嗽、咽痛等急性上呼吸道感染癥狀，僅43.8%合并發(fā)熱。我們完全可以利用IRTI監(jiān)測人群，檢測上呼吸道炎癥好發(fā)部位相應(yīng)體表區(qū)域，尋找異常熱圖，對異常者進(jìn)一步進(jìn)行病毒核酸檢測，如此可以有效隔離患病人群或查找疑似病例，從而起到阻斷病源、防止傳播，對搜索早期患者、控制疫情等起到積極防控作用?？梢姡谂c這些呼吸道病毒的防疫戰(zhàn)中，紅外技術(shù)以其獨特的應(yīng)用價值起到了重要的作用[10]。