红外热成像在医学疼痛中的应用

胡 珊，薛朝霞，李晓洁，陆 谛

1山西医科大学麻醉学院，山西 太原030001；2山西医科大学第一医院疼痛科，山西 太原 030001；3山西医科大学第二医院麻醉科，山西 太原030001

温度的研究在医学和科学领域有着广泛的应用，红外热成像（ITI）在测量实时体表温度方面占有巨大优势，一幅红外热图可包含数千个温度点，在几分之一秒内就能记录大范围体表温度。人体是恒温的，通过产热或散热等自身调节和增减衣物等行为调节从而维持核心温度相对稳定，而通过测量皮肤温度可以在一定程度上体现出调节的过程。在疼痛学科领域，可以用热成像诊断一些疾病，这些疾病的皮肤温度可以反映底层组织炎症的存在，或由于临床疾病导致的血流增加或减少。对于慢性疼痛的患者而言，长时间的疼痛可能导致精神压力较大、痛觉过敏、植物神经功能紊乱等，而主观的疼痛评分和痛阈测量可能不太准确，ITI便可以作为一种客观的评价工具去评估治疗效果。许多治疗手段可以改善循环、缓解肌肉痉挛、减轻肌内压力和炎症，ITI实际上可以揭示这些治疗所致的皮肤温度变化。大多数的治疗方法（如短波激光、按摩、冲击波、银针导热治疗等）似乎都能改善皮肤表面的温度，但实际上它们已经深入到组织中。原则上，热成像可以应用于医学疼痛，既可以作为诊断工具，也可以用于临床试验的结果衡量。ITI因其完全不接触、无辐射、操作简便等特点，在临床上越来越受到重视，现就ITI的原理及其在医学疼痛中的应用现状进行综述。

1 ITI的发展及工作原理

1.1 ITI简介

自1957年，有学者首次发现乳腺肿瘤的皮肤温度高于正常组织的皮肤温度以来［1］，ITI得到了医学界的广泛关注。目前，ITI被应用于多个临床科室，包括儿科、疼痛、肿瘤（乳腺癌、甲状腺)、血管疾病(糖尿病、深静脉血栓、雷诺氏现象)、风湿病、发热监控等，应用前景十分广阔。

1.2 ITI的工作原理

红外热成像仪通过检测人体向外辐射的红外热，将不可见的体表温度转变为可见的ITI图，直观的显示体表温度，其结果表示为彩虹色图像，红色代表热，黑色代表冷［2-4］。健康人体皮肤温度分布一般呈对侧对称性，由于右利手人群的右上肢肌肉较为发达，温度较左上肢略高。不对称图像应被视为一种预警信号［5-6］，除非是双侧对称性病变（如强直性脊柱炎，双侧对称肌筋膜炎等），但双侧病变的图像一般与周围相邻组织存在温度过渡带，便于识别病变部位［7］。局部炎症以血管扩张、毛细血管通透性增加和血流增加为特征，与局部高温表型一致［8］，温度偏高多为炎症，偏低多为缺血，甚至当临床症状还未出现，ITI即可在早期发现阳性结果，既可以作为诊断检查，也可以衡量临床试验的结果［9-11］。

2 ITI在医学疼痛中的应用

2.1 软组织疼痛

Merla等［12］可能首先为肌筋膜疼痛的诊断提供了运用ITI的临床意义，他利用红外热成像仪测量并对比了健康受试者和肌筋膜疼痛患者在最大自愿握紧期间的双侧温度差，发现健康受试者的温度差变异性远低于肌筋膜疼痛患者，可以利用ITI准确地区分出健康受试者和肌筋膜疼痛患者；有研究发现正常人双足温度对称且均匀过渡，而足底肌筋膜炎患者温度分3种：温度偏高、混合温度、温度偏低，可能与发病时程相关［13］。慢性肌筋膜炎常常表现为皮肤温度降低，急性肌筋膜炎表现为皮肤温度升高，而反复发作的肌筋膜炎表现为混合温度［14-15］。Ali等［2］利用ITI测量去神经支配的足下垂腿部温度，发现足下垂患者的腿部去神经背屈肌对应区域的皮肤表面温度明显下降，这与去神经后肌肉萎缩，产热减少有关。肌肉收缩产热是人体热增加最重要的来源，因此肌肉的收缩和放松在很大程度上影响了皮肤表面温度分布变化。急性肌肉损伤可以被认为是由于创伤早期状态的炎症引起的温度升高；而持久的损伤和疤痕出现在低体温区域，这是由于肌肉收缩减少，从而减少了热量的产生。有研究利用ITI测量足底肌筋膜炎患者的足跟温度，发现患侧足跟部温度高于健侧，足跟部平均温度高低与疼痛程度无相关性，而与足踝残疾指数呈负相关，认为足跟部温度可以反映足底筋膜微血管增生及足部退行性变程度，并用来评价足部临床功能［16］。李莉等［17］利用ITI评价依托芬那酯凝胶超声透入治疗软组织疼痛的疗效，发现疗程治疗后疼痛明显减轻，温度明显降低。

有研究表明，通过皮肤温度测量可以成功诊断手部腱鞘炎和肱骨外上髁炎，并通过ITI结果改变判定疗效［18］。肘部尖端的急性滑囊炎也可以通过靠近鹰嘴的一个强烈的热点检测到。有研究采用ITI测量肱骨外上髁炎患者的肱骨外上髁后外侧、桡骨颈外缘、肱桡关节间隙与肱骨小头等皮肤温度，发现这些检测点的温度均明显低于健侧［19］。其研究认为，肱骨外上髁炎是局部组织微小创伤长期积累导致的局部慢性无菌性炎症，表现为局部组织增生，微循环障碍，故在ITI上显示温度降低，采用ITI定位肱骨外上髁炎的治疗靶点可提高其准确性，通过早期干预改善预后。陈菲等［20］采用ITI测量并计算肱骨外上髁炎患者双侧肘部的温差，发现温差与疼痛强度呈正相关，提倡用温度来量化疼痛，避免疼痛评估过于主观化。

2.2 带状疱疹及带状疱疹性神经痛

有学者观察到，ITI图上，急性期带状疱疹和疱疹后神经痛（PHN）在沿神经支配的区域均表现为单侧不规则条带，受影响的区域大部分较对侧偏热，少数个体可能较对侧偏冷，也可能与对侧无差别［21-22］。ITI可以早期预测PHN，尤其是早期仅有局部疼痛还没有出现明显疱疹的时候。急性状态下疼痛越严重，ITI所示的不对称区域越宽，温差越大，PHN发生率越高［23］。利用ITI测量并计算带状疱疹急性期患侧与健侧温度差△T，对比患者治疗前后△T，发现△T降低幅度越大的患者，出现带状疱疹后神经痛的可能性越低，表示免疫炎症恢复快，预后好［24］。有研究利用ITI观察高电压长时程双极脉冲射频对PHN局部皮肤温度的影响，发现治疗后，术前较健侧温度升高的区域术后温差下降，但仍较健侧偏高［25］。尚芸等［26］利用ITI观察臭氧联合镇痛药物注射治疗PHN患者的疗效，发现治疗前、后患者ITI图温度与VAS和ODI（Oswestry功能障碍指数）均呈正性相关，认为ITI可以作为评价PHN疗效的有效指标。

2.3 关节炎

当关节急性发炎时，关节表面温度发生明显变化，而炎症的加重或减轻可以直接表现为温度的轻微升高和降低。这意味着因治疗引起的变化，无论是药物、物理或手术治疗，都可以被ITI客观地测量。在一系列使用皮质醇类和非甾体类药物治疗类风湿性关节炎的实验中，通过热成像对患者组进行温度测量，并客观地确定炎症减轻的持续时间和程度，使受影响关节的温度变化作为疗效客观的评价指标［4,27-28］。Varju等［29］比较了手部骨关节炎患者的热像图和X线片，认为关节表面温度随骨性关节炎的严重程度而变化，轻微的退化性变温度增高，而温度降低则意味着病变加重。张斌青等［30］对325例骨关节疾病患者表现为高温的红外热图资料进行分析，从热图形态、边界清晰程度进行分型，认为高温ITI图可分为充血型、混合型、淤血型3类，充血型先冷疗、后热疗，淤血型热疗，混合型冷热交替治疗，治疗效果满意。此分型可为临床冷热治疗的选择提供客观指导依据。临床上，膝骨性关节炎的常用影像学检査（X线、CT、MRI等）主要是检测关节的组织形态结构，而早期骨性关节炎往往没有组织结构的改变，因此为了避免延误病情，ITI技术为膝骨性关节炎的早期诊断提供了一种新思路［31］。金超等［32］通过对177例膝关节骨性关节炎患者的红外热图数据分析，认为ITI初步诊断准确率达91.6%，识别异常关节热分布的灵敏度为93.5%，可以对膝关节骨性关节炎进行早期筛查。马碧涛等［33］发现急、慢性期膝骨关节炎ITI温度明显增高，且急性期的温度和疼痛程度均高于慢性期，患者膝关节区域平均温度与VAS评分呈正相关。刘薛峰等［34］利用ITI评价细银质针和传统玻璃酸钠注射治疗膝骨关节炎的疗效，发现细银质针治疗后膝周温度升高，ITI可以帮助医生判断病变严重程度并指导治疗。蒋春梅等［35］观察了曲安奈德关节内注射治疗痛风性关节炎的疗效，治疗后双侧温差减小，炎症反应和疼痛感减轻。以膝关节疼痛为主要表现的髌骨软化症也可以用ITI诊断，表现为髌骨区域明显低温改变，且敏感度高于MRI［36］。

2.4 颈腰椎病

梁芳等［37］对1000例经CT/MRI 确诊腰椎间盘突出的患者行ITI检查，诊断阳性率94.40%。典型的腰椎间盘突出患者ITI表现为：腰骶部区域温度较高，正常的腰脊柱区红色菱形区域面积扩大，向周围延伸；或呈现出显著的不对称性，色彩严重不匀，脊柱力线间断。当出现下肢症状时，患肢温度明显低于健康肢体，与突出侧脊神经的皮肤神经支配区域一致［38］。可以认为ITI检测腰椎间盘突出症具有较高的准确性，适用于初步检测。张超等［39］利用ITI观察双极射频联合臭氧治疗单侧下肢麻木的腰椎间盘突出患者的疗效，测量并计算治疗前后双下肢温差，发现治疗后小腿前、后、外侧温差明显降低，可能由于射频热凝治疗使突出的髓核变性、缩小，结合臭氧的酶类失活和消炎镇痛，使炎症减轻，温度降低。

有研究指出，颈椎病患者的ITI有以下共同点：脊柱力线中断或消失；热图不对称：冷热区分界明显；不同类型颈椎病有不同的ITI特征［40］。蒋崇博等［41］发现神经根型颈椎病的突出椎间盘压迫受累神经根后，该神经支配区域表现明显低温，即：C4-肩部，C5-肱三头肌，C6-大鱼际，拇指及食指，C7-前臂尺侧缘和手掌，C8-肩胛部、上肢伸侧和手背侧。郭锰等［42］根据神经根型颈椎病患者ITI结果，对高温区域进行按压、揉捏、拨伸、弹拨、拍打，对低温区采用敷法、摩擦法、振法、熨法等，以便于推拿过程中，针对重点区域重点治疗，改善血液循环，舒筋活血，解痉去痛，获得最佳疗效。习世琴等［43］利用ITI观察内热针松解颈部软组织治疗颈型颈椎病的疗效，发现治疗后患区ITI温度增高，可以用来客观评价治疗效果。

2.5 原发性骨质疏松

当脊柱解剖结构和功能正常时，ITI显示脊柱投影区域的热像从上到下会聚成条状，分布均匀、对称，温度较周围组织正常或稍高（生理凹陷）。赵雪圆等［44］观察到，当脊柱节段椎体移位、韧带紧张时，会出现ITI截断、不连续、非均匀扩散、移位、过热或过冷等现象。脊柱异常的热状态也可以直观地显示原发性骨质疏松患者腰痛和压缩性骨折的位置。其利用ITI对比药物治疗和夹脊穴针刺治疗原发性骨质疏松，发现夹脊穴针刺利于改善患者腰背部疼痛，加快康复，且ITI对骨质疏松患者的疼痛程度有一定提示作用，并可用于疗效评估。

2.6 其他

在一些循环紊乱的疾病中，如雷诺现象或手臂振动综合征，对小血管的损伤和局部血液循环对皮肤温度的影响可以通过热成像来评估。尤其是热激发试验，适用于量化雷诺现象中发现的血管痉挛反应。测量双手温度，然后用塑料手套保护双手，在水浴（通常是18～20 ℃）中浸泡1 min，然后监测热恢复情况。正常健康受试者中，可能导致手指反应性充血，而雷诺氏患者反应延长约15 min。ITI还可以用于全身体检，由于肿瘤细胞分裂快，局部代谢旺盛，可使局部温度升高，利用这一点可以用于癌症筛查及转移性癌痛的观察，目前的研究主要集中于乳腺癌、肺癌、甲状腺癌等［45］。ITI还可以用于手术部位愈合期间的温度观察，Romano等［46］研究了9年前植入人工膝关节后发生膝关节前疼痛的患者，认为ITI具有监测手术后伤口愈合和筛查术后早期感染的能力，通过根据热图所示伤口的大小和颜色由时间变化而发生的变化来判断愈合过程，从而可以准确而间接地观察伤口及其周围的生理热变化。

3 总结

目前ITI常用于疾病筛查、诊断以及治疗效果的判定。这种检测手段的优势主要有无痛、安全、可重现、无辐射、相对便宜、无需接触（从而降低了从外部感染的风险），在全身大面积或局部小面积均能提供绝对准确的温度图像，且红外热图的分析相对简单；治疗以后的随访检查在门诊就诊时很容易进行，且执行效率高。如今的便携式红外热像仪重量轻，易操作，可以在医院等场所用作疾病筛查工具。在疾病的进展过程中，生理功能的改变往往早于组织结构的改变，足可见ITI相对于其他影像学检查的优势。但ITI也有许多局限，如无法精准定位到身体的某个部位，需要借助外部标记点；同样温度条件下，无法区分炎症和血供的影响；个体差异会对ITI结果产生较大影响，如肌肉发达程度、脂肪层厚度、自身合并症等都会对人体表面温度的分布产生较大影响。以中心和外周进行对比，或者左右两侧对称温差等自我对比的方式可以在一定程度减小误差。另外，与X线、CT、超声等结构型影像相比，ITI只能提供与疾病发生发展相关的热生理信息，无法体现具体的结构变化，因此在需要确定结构性改变的时候，还要结合超声、CT等影像学手段。