紅外熱成像在醫學疼痛中的應用

胡 珊，薛朝霞，李曉潔，陸 諦

1山西醫科大學麻醉學院，山西 太原030001；2山西醫科大學第一醫院疼痛科，山西 太原 030001；3山西醫科大學第二醫院麻醉科，山西 太原030001

溫度的研究在醫學和科學領域有著廣泛的應用，紅外熱成像（ITI）在測量實時體表溫度方面占有巨大優勢，一幅紅外熱圖可包含數千個溫度點，在幾分之一秒內就能記錄大范圍體表溫度。人體是恒溫的，通過產熱或散熱等自身調節和增減衣物等行為調節從而維持核心溫度相對穩定，而通過測量皮膚溫度可以在一定程度上體現出調節的過程。在疼痛學科領域，可以用熱成像診斷一些疾病，這些疾病的皮膚溫度可以反映底層組織炎癥的存在，或由于臨床疾病導致的血流增加或減少。對于慢性疼痛的患者而言，長時間的疼痛可能導致精神壓力較大、痛覺過敏、植物神經功能紊亂等，而主觀的疼痛評分和痛閾測量可能不太準確，ITI便可以作為一種客觀的評價工具去評估治療效果。許多治療手段可以改善循環、緩解肌肉痙攣、減輕肌內壓力和炎癥，ITI實際上可以揭示這些治療所致的皮膚溫度變化。大多數的治療方法（如短波激光、按摩、沖擊波、銀針導熱治療等）似乎都能改善皮膚表面的溫度，但實際上它們已經深入到組織中。原則上，熱成像可以應用于醫學疼痛，既可以作為診斷工具，也可以用于臨床試驗的結果衡量。ITI因其完全不接觸、無輻射、操作簡便等特點，在臨床上越來越受到重視，現就ITI的原理及其在醫學疼痛中的應用現狀進行綜述。

1 ITI的發展及工作原理

1.1 ITI簡介

自1957年，有學者首次發現乳腺腫瘤的皮膚溫度高于正常組織的皮膚溫度以來［1］，ITI得到了醫學界的廣泛關注。目前，ITI被應用于多個臨床科室，包括兒科、疼痛、腫瘤（乳腺癌、甲狀腺)、血管疾病(糖尿病、深靜脈血栓、雷諾氏現象)、風濕病、發熱監控等，應用前景十分廣闊。

1.2 ITI的工作原理

紅外熱成像儀通過檢測人體向外輻射的紅外熱，將不可見的體表溫度轉變為可見的ITI圖，直觀的顯示體表溫度，其結果表示為彩虹色圖像，紅色代表熱，黑色代表冷［2-4］。健康人體皮膚溫度分布一般呈對側對稱性，由于右利手人群的右上肢肌肉較為發達，溫度較左上肢略高。不對稱圖像應被視為一種預警信號［5-6］，除非是雙側對稱性病變（如強直性脊柱炎，雙側對稱肌筋膜炎等），但雙側病變的圖像一般與周圍相鄰組織存在溫度過渡帶，便于識別病變部位［7］。局部炎癥以血管擴張、毛細血管通透性增加和血流增加為特征，與局部高溫表型一致［8］，溫度偏高多為炎癥，偏低多為缺血，甚至當臨床癥狀還未出現，ITI即可在早期發現陽性結果，既可以作為診斷檢查，也可以衡量臨床試驗的結果［9-11］。

2 ITI在醫學疼痛中的應用

2.1 軟組織疼痛

Merla等［12］可能首先為肌筋膜疼痛的診斷提供了運用ITI的臨床意義，他利用紅外熱成像儀測量并對比了健康受試者和肌筋膜疼痛患者在最大自愿握緊期間的雙側溫度差，發現健康受試者的溫度差變異性遠低于肌筋膜疼痛患者，可以利用ITI準確地區分出健康受試者和肌筋膜疼痛患者；有研究發現正常人雙足溫度對稱且均勻過渡，而足底肌筋膜炎患者溫度分3種：溫度偏高、混合溫度、溫度偏低，可能與發病時程相關［13］。慢性肌筋膜炎常常表現為皮膚溫度降低，急性肌筋膜炎表現為皮膚溫度升高，而反復發作的肌筋膜炎表現為混合溫度［14-15］。Ali等［2］利用ITI測量去神經支配的足下垂腿部溫度，發現足下垂患者的腿部去神經背屈肌對應區域的皮膚表面溫度明顯下降，這與去神經后肌肉萎縮，產熱減少有關。肌肉收縮產熱是人體熱增加最重要的來源，因此肌肉的收縮和放松在很大程度上影響了皮膚表面溫度分布變化。急性肌肉損傷可以被認為是由于創傷早期狀態的炎癥引起的溫度升高；而持久的損傷和疤痕出現在低體溫區域，這是由于肌肉收縮減少，從而減少了熱量的產生。有研究利用ITI測量足底肌筋膜炎患者的足跟溫度，發現患側足跟部溫度高于健側，足跟部平均溫度高低與疼痛程度無相關性，而與足踝殘疾指數呈負相關，認為足跟部溫度可以反映足底筋膜微血管增生及足部退行性變程度，并用來評價足部臨床功能［16］。李莉等［17］利用ITI評價依托芬那酯凝膠超聲透入治療軟組織疼痛的療效，發現療程治療后疼痛明顯減輕，溫度明顯降低。

有研究表明，通過皮膚溫度測量可以成功診斷手部腱鞘炎和肱骨外上髁炎，并通過ITI結果改變判定療效［18］。肘部尖端的急性滑囊炎也可以通過靠近鷹嘴的一個強烈的熱點檢測到。有研究采用ITI測量肱骨外上髁炎患者的肱骨外上髁后外側、橈骨頸外緣、肱橈關節間隙與肱骨小頭等皮膚溫度，發現這些檢測點的溫度均明顯低于健側［19］。其研究認為，肱骨外上髁炎是局部組織微小創傷長期積累導致的局部慢性無菌性炎癥，表現為局部組織增生，微循環障礙，故在ITI上顯示溫度降低，采用ITI定位肱骨外上髁炎的治療靶點可提高其準確性，通過早期干預改善預后。陳菲等［20］采用ITI測量并計算肱骨外上髁炎患者雙側肘部的溫差，發現溫差與疼痛強度呈正相關，提倡用溫度來量化疼痛，避免疼痛評估過于主觀化。

2.2 帶狀皰疹及帶狀皰疹性神經痛

有學者觀察到，ITI圖上，急性期帶狀皰疹和皰疹后神經痛（PHN）在沿神經支配的區域均表現為單側不規則條帶，受影響的區域大部分較對側偏熱，少數個體可能較對側偏冷，也可能與對側無差別［21-22］。ITI可以早期預測PHN，尤其是早期僅有局部疼痛還沒有出現明顯皰疹的時候。急性狀態下疼痛越嚴重，ITI所示的不對稱區域越寬，溫差越大，PHN發生率越高［23］。利用ITI測量并計算帶狀皰疹急性期患側與健側溫度差△T，對比患者治療前后△T，發現△T降低幅度越大的患者，出現帶狀皰疹后神經痛的可能性越低，表示免疫炎癥恢復快，預后好［24］。有研究利用ITI觀察高電壓長時程雙極脈沖射頻對PHN局部皮膚溫度的影響，發現治療后，術前較健側溫度升高的區域術后溫差下降，但仍較健側偏高［25］。尚蕓等［26］利用ITI觀察臭氧聯合鎮痛藥物注射治療PHN患者的療效，發現治療前、后患者ITI圖溫度與VAS和ODI（Oswestry功能障礙指數）均呈正性相關，認為ITI可以作為評價PHN療效的有效指標。

2.3 關節炎

當關節急性發炎時，關節表面溫度發生明顯變化，而炎癥的加重或減輕可以直接表現為溫度的輕微升高和降低。這意味著因治療引起的變化，無論是藥物、物理或手術治療，都可以被ITI客觀地測量。在一系列使用皮質醇類和非甾體類藥物治療類風濕性關節炎的實驗中，通過熱成像對患者組進行溫度測量，并客觀地確定炎癥減輕的持續時間和程度，使受影響關節的溫度變化作為療效客觀的評價指標［4,27-28］。Varju等［29］比較了手部骨關節炎患者的熱像圖和X線片，認為關節表面溫度隨骨性關節炎的嚴重程度而變化，輕微的退化性變溫度增高，而溫度降低則意味著病變加重。張斌青等［30］對325例骨關節疾病患者表現為高溫的紅外熱圖資料進行分析，從熱圖形態、邊界清晰程度進行分型，認為高溫ITI圖可分為充血型、混合型、淤血型3類，充血型先冷療、后熱療，淤血型熱療，混合型冷熱交替治療，治療效果滿意。此分型可為臨床冷熱治療的選擇提供客觀指導依據。臨床上，膝骨性關節炎的常用影像學檢査（X線、CT、MRI等）主要是檢測關節的組織形態結構，而早期骨性關節炎往往沒有組織結構的改變，因此為了避免延誤病情，ITI技術為膝骨性關節炎的早期診斷提供了一種新思路［31］。金超等［32］通過對177例膝關節骨性關節炎患者的紅外熱圖數據分析，認為ITI初步診斷準確率達91.6%，識別異常關節熱分布的靈敏度為93.5%，可以對膝關節骨性關節炎進行早期篩查。馬碧濤等［33］發現急、慢性期膝骨關節炎ITI溫度明顯增高，且急性期的溫度和疼痛程度均高于慢性期，患者膝關節區域平均溫度與VAS評分呈正相關。劉薛峰等［34］利用ITI評價細銀質針和傳統玻璃酸鈉注射治療膝骨關節炎的療效，發現細銀質針治療后膝周溫度升高，ITI可以幫助醫生判斷病變嚴重程度并指導治療。蔣春梅等［35］觀察了曲安奈德關節內注射治療痛風性關節炎的療效，治療后雙側溫差減小，炎癥反應和疼痛感減輕。以膝關節疼痛為主要表現的髕骨軟化癥也可以用ITI診斷，表現為髕骨區域明顯低溫改變，且敏感度高于MRI［36］。

2.4 頸腰椎病

梁芳等［37］對1000例經CT/MRI 確診腰椎間盤突出的患者行ITI檢查，診斷陽性率94.40%。典型的腰椎間盤突出患者ITI表現為：腰骶部區域溫度較高，正常的腰脊柱區紅色菱形區域面積擴大，向周圍延伸；或呈現出顯著的不對稱性，色彩嚴重不勻，脊柱力線間斷。當出現下肢癥狀時，患肢溫度明顯低于健康肢體，與突出側脊神經的皮膚神經支配區域一致［38］?？梢哉J為ITI檢測腰椎間盤突出癥具有較高的準確性，適用于初步檢測。張超等［39］利用ITI觀察雙極射頻聯合臭氧治療單側下肢麻木的腰椎間盤突出患者的療效，測量并計算治療前后雙下肢溫差，發現治療后小腿前、后、外側溫差明顯降低，可能由于射頻熱凝治療使突出的髓核變性、縮小，結合臭氧的酶類失活和消炎鎮痛，使炎癥減輕，溫度降低。

有研究指出，頸椎病患者的ITI有以下共同點：脊柱力線中斷或消失；熱圖不對稱：冷熱區分界明顯；不同類型頸椎病有不同的ITI特征［40］。蔣崇博等［41］發現神經根型頸椎病的突出椎間盤壓迫受累神經根后，該神經支配區域表現明顯低溫，即：C4-肩部，C5-肱三頭肌，C6-大魚際，拇指及食指，C7-前臂尺側緣和手掌，C8-肩胛部、上肢伸側和手背側。郭錳等［42］根據神經根型頸椎病患者ITI結果，對高溫區域進行按壓、揉捏、撥伸、彈撥、拍打，對低溫區采用敷法、摩擦法、振法、熨法等，以便于推拿過程中，針對重點區域重點治療，改善血液循環，舒筋活血，解痙去痛，獲得最佳療效。習世琴等［43］利用ITI觀察內熱針松解頸部軟組織治療頸型頸椎病的療效，發現治療后患區ITI溫度增高，可以用來客觀評價治療效果。

2.5 原發性骨質疏松

當脊柱解剖結構和功能正常時，ITI顯示脊柱投影區域的熱像從上到下會聚成條狀，分布均勻、對稱，溫度較周圍組織正?；蛏愿撸ㄉ戆枷荩?。趙雪圓等［44］觀察到，當脊柱節段椎體移位、韌帶緊張時，會出現ITI截斷、不連續、非均勻擴散、移位、過熱或過冷等現象。脊柱異常的熱狀態也可以直觀地顯示原發性骨質疏松患者腰痛和壓縮性骨折的位置。其利用ITI對比藥物治療和夾脊穴針刺治療原發性骨質疏松，發現夾脊穴針刺利于改善患者腰背部疼痛，加快康復，且ITI對骨質疏松患者的疼痛程度有一定提示作用，并可用于療效評估。

2.6 其他

在一些循環紊亂的疾病中，如雷諾現象或手臂振動綜合征，對小血管的損傷和局部血液循環對皮膚溫度的影響可以通過熱成像來評估。尤其是熱激發試驗，適用于量化雷諾現象中發現的血管痙攣反應。測量雙手溫度，然后用塑料手套保護雙手，在水?。ㄍǔＪ?8～20 ℃）中浸泡1 min，然后監測熱恢復情況。正常健康受試者中，可能導致手指反應性充血，而雷諾氏患者反應延長約15 min。ITI還可以用于全身體檢，由于腫瘤細胞分裂快，局部代謝旺盛，可使局部溫度升高，利用這一點可以用于癌癥篩查及轉移性癌痛的觀察，目前的研究主要集中于乳腺癌、肺癌、甲狀腺癌等［45］。ITI還可以用于手術部位愈合期間的溫度觀察，Romano等［46］研究了9年前植入人工膝關節后發生膝關節前疼痛的患者，認為ITI具有監測手術后傷口愈合和篩查術后早期感染的能力，通過根據熱圖所示傷口的大小和顏色由時間變化而發生的變化來判斷愈合過程，從而可以準確而間接地觀察傷口及其周圍的生理熱變化。

3 總結

目前ITI常用于疾病篩查、診斷以及治療效果的判定。這種檢測手段的優勢主要有無痛、安全、可重現、無輻射、相對便宜、無需接觸（從而降低了從外部感染的風險），在全身大面積或局部小面積均能提供絕對準確的溫度圖像，且紅外熱圖的分析相對簡單；治療以后的隨訪檢查在門診就診時很容易進行，且執行效率高。如今的便攜式紅外熱像儀重量輕，易操作，可以在醫院等場所用作疾病篩查工具。在疾病的進展過程中，生理功能的改變往往早于組織結構的改變，足可見ITI相對于其他影像學檢查的優勢。但ITI也有許多局限，如無法精準定位到身體的某個部位，需要借助外部標記點；同樣溫度條件下，無法區分炎癥和血供的影響；個體差異會對ITI結果產生較大影響，如肌肉發達程度、脂肪層厚度、自身合并癥等都會對人體表面溫度的分布產生較大影響。以中心和外周進行對比，或者左右兩側對稱溫差等自我對比的方式可以在一定程度減小誤差。另外，與X線、CT、超聲等結構型影像相比，ITI只能提供與疾病發生發展相關的熱生理信息，無法體現具體的結構變化，因此在需要確定結構性改變的時候，還要結合超聲、CT等影像學手段。