基于紅外熱成像技術(shù)下急性上呼吸道感染紅外熱圖精準(zhǔn)分析

張作鵬 鄧方閣 曹贊鋒 吳贄忻 聶卉一 陳曉瑩

2018 年底至2019 年初，中國南方地區(qū)出現(xiàn)流感高峰，由于早期篩檢手段的匱乏，許多醫(yī)院面對(duì)突發(fā)公共衛(wèi)生事件處于失控狀態(tài)。流感常伴有典型的急性上呼吸道感染（AURI），表現(xiàn)為發(fā)熱、咳嗽、鼻腔及咽喉部炎癥的癥狀［1］。然而也有部分流感患者并無發(fā)熱，表現(xiàn)為非發(fā)熱型AURI 癥狀［2］。AURI 為鼻腔、咽或喉部急性炎癥的總稱［3］。此提示目前機(jī)場用的跟蹤測溫的熱像儀和醫(yī)院常用的紅外點(diǎn)溫儀只能將發(fā)熱的人群檢出，而無法在早期篩查出不發(fā)熱患者。本研究運(yùn)用紅外熱成像（infrared thermal imaging，IRTI）技術(shù)，對(duì)發(fā)熱型和非發(fā)熱型AURI 患者進(jìn)行檢測，探究其紅外表達(dá)部位及特性，以及明確表達(dá)溫度的定量，以期為闡述AURI 人群的病生機(jī)理提供客觀的可量化的參考依據(jù)，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 臨床資料

1.1 一般資料2019 年8 月-2020 年1 月在廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院急診科隨機(jī)采集154 例AURI 患者，其中男73 例，女81 例。腋下溫度達(dá)到發(fā)熱閾值（≥37.1℃）時(shí)為發(fā)熱型患者，并除外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)等）及異常血流量（如血管瘤）等疾病。根據(jù)發(fā)熱情況由臨床醫(yī)生將受試者分為發(fā)熱型AURI 組和非發(fā)熱型AURI 組。發(fā)熱組76例，男女比：40/36；年齡14-81 歲，平均年齡（37.7±18.5）歲。非發(fā)熱組78 例，男女比：33/45 例；年齡14-87 歲，平均年齡（38.8±17.2）歲。另選40 例健康人群為對(duì)照組，男女比：19/21 例；年齡范圍19-80歲，平均年齡（39.2±19.2）歲。三組間性別、年齡無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P均>0.05），資料具有可比性。

1.2 方法采圖按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19665-2005電子紅外成像人體表面測溫儀通用規(guī)范要求進(jìn)行，即采圖環(huán)境溫度22-24℃，無干擾性熱源，濕度50%-60%，無強(qiáng)光、無風(fēng)。采用非制冷焦平面HYIR I?1206 型非制冷醫(yī)用IRTI 對(duì)受檢者進(jìn)行紅外熱成像檢測，儀器符合國家標(biāo)準(zhǔn)，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。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)。所有受試者均按照紅外熱成像檢查規(guī)范進(jìn)行檢測前準(zhǔn)備，檢測時(shí)受檢者取端正坐姿，裸露檢查部位，距紅外鏡頭2 m，取1面部正位，2 面部仰面位等。經(jīng)調(diào)焦、校溫、采圖、存儲(chǔ)、圖像處理等。

1.3 紅外熱像評(píng)判（1）定性指標(biāo)：觀察紅外熱像表達(dá)與分布特性（PDC），不同的色階代表不同的溫度。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)）、綠色或綠色中有黃（涼區(qū)）、藍(lán)色或藍(lán)中有綠（低溫區(qū)）、黑色（超低溫區(qū)）。（2）定量指標(biāo)：分別提取發(fā)熱型及非發(fā)熱型AURI 患者及對(duì)照組面部正位鼻腔區(qū)、仰面位咽喉區(qū)左右側(cè)相對(duì)應(yīng)的平均溫的溫度值，進(jìn)行定量比較分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理數(shù)據(jù)由紅外軟件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)相應(yīng)部位提取，采用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，計(jì)量資料以（）表示。3 組間平均溫度的比較采用方差分析，再用Bonferroni 進(jìn)行兩兩比較。以P?0.05 時(shí)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P?0.01 時(shí)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著意義。

2 結(jié) 果

2.1 不同組別表達(dá)紅外熱像圖的定位分布及特征正常組熱圖以“低溫”的藍(lán)色或者綠色為主，左右兩側(cè)紅外表達(dá)對(duì)稱性良好，平均溫度差值不超過1℃；而發(fā)熱組與非發(fā)熱組在鼻腔區(qū)與咽喉區(qū)相對(duì)應(yīng)的體表區(qū)域可見明顯異常的“高溫”區(qū)域，兩組的紅外熱圖表達(dá)相近，均表現(xiàn)為相對(duì)應(yīng)的體表區(qū)域呈現(xiàn)局灶性或大片狀的灶性或彌漫性的粉色熱區(qū)或紅色高熱區(qū)；發(fā)熱組較非發(fā)熱組更為明顯。

2.2 不同組別表達(dá)紅外熱像圖溫度的定量分布及比較見表1。

表1 三組面部鼻腔區(qū)及咽喉區(qū)平均溫度比較（±s，℃）

表1 三組面部鼻腔區(qū)及咽喉區(qū)平均溫度比較（±s，℃）

注：與對(duì)照組比較，*P<0.01。

組別發(fā)熱組非發(fā)熱組對(duì)照組例數(shù)（例）76 78 40鼻腔區(qū)咽喉區(qū)左側(cè)36.78±0.57*34.54±0.37*33.28±0.32右側(cè)36.85±0.62*34.63±0.39*33.37±0.37左側(cè)36.34±0.56*34.28±0.43*33.09±0.39右側(cè)36.40±0.58*34.25±0.46*33.14±0.67

3 討 論

3.1 IRTI 的機(jī)制及臨床應(yīng)用在經(jīng)歷2003 年“非典”疫情的嚴(yán)峻考驗(yàn)后，我國從未放松對(duì)重大危害公共安全的上呼吸道突發(fā)傳染病的密切關(guān)注及相關(guān)早期監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)。而上呼吸道突發(fā)傳染病常伴有典型的發(fā)熱、咳嗽、鼻腔及咽喉部炎癥等AURI 癥狀。盡管發(fā)熱被認(rèn)為是流感的標(biāo)志性癥狀，并且根據(jù)發(fā)熱和咳嗽診斷流感的準(zhǔn)確率能達(dá)90%，但事實(shí)上，相當(dāng)一部分感染患者并沒有發(fā)熱的癥狀，或者是發(fā)熱的發(fā)生晚于上感癥狀［4］。這部分患者被稱為非發(fā)熱型AURI 患者。目前國內(nèi)外對(duì)發(fā)熱型及非發(fā)熱型AURI的紅外檢測分析及系統(tǒng)評(píng)價(jià)尚缺乏較大規(guī)模的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，更缺乏對(duì)AURI患者紅外熱成像表達(dá)、分布特性及精準(zhǔn)定性和定量研究。IRTI 技術(shù)能比較準(zhǔn)確地測量機(jī)體熱平衡的變化情況，甚至在疾病處于功能性改變時(shí)、尚未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)改變或癥狀時(shí)，就能早期掃描發(fā)現(xiàn)陽性結(jié)果。紅外熱成像的溫差用色彩來表達(dá)，鮮明的顏色表示高溫區(qū)，深暗的顏色表示低溫區(qū)，顏色之間的過渡區(qū)分比較明顯。紅外熱圖以不同色彩顯示人體表面的溫度分布，根據(jù)從低溫到高溫的偽彩表達(dá)特性及不同局部的溫度熱值，定位、定性、定量地分析溫度變化，從而診斷疾病和評(píng)價(jià)人體功能狀態(tài)。IRTI 技術(shù)可用于關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕病、強(qiáng)直性脊柱炎、下肢靜脈炎、附睪炎、肺炎、踝關(guān)節(jié)炎等炎癥性疾病的分析診斷［5］。因此，IRTI 技術(shù)可作為臨床診斷疾病的依據(jù)和判定療效的指標(biāo)［6，7］。

3.2 IRTI 在AURI 中的表達(dá)鼻腔炎與咽喉炎是上呼吸道感染常見的疾病，均存在發(fā)熱型與非發(fā)熱型AURI 中，只是程度有所不同。鼻腔炎癥的病理常表現(xiàn)為鼻黏膜通透性增高、黏膜血管逐漸擴(kuò)張、鼻腔分泌物增加、黏液腺功能逐漸活躍、腺體及血管周圍出現(xiàn)以漿細(xì)胞及淋巴細(xì)胞為主的細(xì)胞浸潤［8］；咽喉炎癥的病理可表現(xiàn)為咽喉部黏膜充血、水腫、上皮細(xì)胞破壞、有漿液性或黏液性炎性滲出［9］，由于黏膜增厚，淋巴組織和纖維結(jié)締組織明顯增生，而形成淋巴濾泡。急性鼻腔炎和急性咽喉炎的病理特點(diǎn)都是以血管滲出為中心環(huán)節(jié)的炎癥性改變，因此局部可表現(xiàn)為溫度增高。由于IRTI 對(duì)血管性疾病或炎癥具高度敏感，通過紅外檢測可顯示急性鼻腔炎和急性咽喉炎相對(duì)應(yīng)體表的鼻腔區(qū)和頸中部咽喉區(qū)的平均溫度值明顯增高，呈現(xiàn)出典型的異常熱像圖。本研究對(duì)發(fā)熱型與非發(fā)熱型AURI 患者被檢測部位（左右側(cè)鼻腔部與咽喉部）的熱像圖進(jìn)行平均溫度測量，然后將熱圖所表現(xiàn)的異常熱源的平均溫度熱值、形狀及形態(tài)大小，與對(duì)照組對(duì)應(yīng)部位進(jìn)行比對(duì)分析。本研究結(jié)果顯示：與正常組比較，IRTI 檢測對(duì)AURI 患者鼻腔部及咽喉部急性炎癥高度敏感，發(fā)熱型及非發(fā)熱型AURI 患者可在體表相對(duì)應(yīng)的區(qū)域呈現(xiàn)明顯異常的紅外熱圖表達(dá)特點(diǎn)；證明IRTI 可應(yīng)用于發(fā)熱型與非發(fā)熱型AURI 定性檢測；通過紅外軟件提取相應(yīng)部位的平均溫值進(jìn)行精準(zhǔn)定量分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱型與非發(fā)熱型急性鼻腔炎與急性咽喉炎相對(duì)應(yīng)的體表部位所測到的平均溫度明顯高于正常對(duì)照組，說明IRTI 可以為AURI 人群的直觀診斷提供客觀的可量化的參考依據(jù)，并可作為臨床診斷的有效指標(biāo)之一。研究還發(fā)現(xiàn)，雖然同樣表現(xiàn)為“高溫”區(qū)域，但正常與發(fā)熱型及非發(fā)熱型AURI 患者之間的紅外熱成像表達(dá)存在一定的差異，是否存在差異性表達(dá)閾值，以及該閾值是否可以作為精準(zhǔn)定量分析的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)？這為我們下一步研究與精準(zhǔn)分析AURI 紅外熱像變化提供了方向和思路。

綜上所述，發(fā)熱型及非發(fā)熱型AURI 患者行IRTI 檢測可在體表相對(duì)應(yīng)的區(qū)域呈現(xiàn)明顯異常的紅外熱圖表達(dá)，IRTI 檢測對(duì)AURI 鼻腔部及咽喉部急性炎癥高度敏感，可作為臨床診斷的有效指標(biāo)之一。