醫用紅外熱像儀

醫用紅外熱像技術 ^[1]  是醫學技術和紅外攝像技術,計算機多媒體技術結合的產物 ,這是一種記錄人體熱場的影像裝置 。人體是一個天然的生物發熱體,由於解剖結構、組織代謝 、血液循環及神經狀態的不同,機體各部位温度不同 ,形成不同的熱場。紅外熱像儀通過光學電子系統將人體輻射的遠紅外光波經濾波聚集, 調製及光電轉換, 變為電信號 , 並經A/D 轉換為數字量, 然後經多媒體圖像處理技術 ^[2]  ,以偽彩色熱圖形式 , 顯示人體的温度場。正常的機體狀態有正常的熱圖 。異常的機體狀態有異常的熱圖,比較兩者的異同 , 結合臨牀就可以診斷, 推論疾病的性質和程度 。

紅外熱像技術被發現應用醫學領域已有 40 多年曆史 ^[3]  , 自從 1956 年英國醫生 Lawson 用紅外熱像技術診斷乳腺癌以來, 醫用紅外熱像技術逐步受到人們的注意。特別是近 5 年來, 由於光電技術 、計算機多媒體技術的發展 ,使熱像儀的分辨能力、清晰度進入可以滿足臨牀需要的水平 ^[4]  。美國 、英國、日本、瑞典、德國、法國等國家相繼在熱像技術上作出了很有意義的工作, 取得很大進步。美國的 CTI 公司率先在美國向FDA 提出了申請 ,並於2000 年 6 月份通過了 FDA 的臨牀試用(用於診斷乳腺疾病),美國、法國、日本、德國在非致冷紅外熱像儀方面也做出了較好的產品。據 1999 年底統計, 全世界共有500 個以上醫療機構開始使用紅外熱像儀。國際光學工程會議亦開始出現醫用紅外熱像技術交流文章, 並在互聯網上開始出現交流。我國自 70 年代由國家電子部受命進行紅外熱像技術的軍事 、研究, 80年代 ,出現早期民用熱像儀 ^[5]  HR -Ⅱ型 ,自後逐步在工業 ,醫學領域中推廣。但由於歷史原因, 現有的該類熱像儀均基於 DOS 系統使用, 所使用的顯卡為8900 、9000 類別的,Windows 的許多先進功能均無法應用 。在臨牀應用中,缺乏深入系統的研究 ,如生理熱圖 ,干擾熱圖,病理熱圖,疾病特徵, 整個紅外熱像儀研究處於初級階段。近 2 年, 在全體紅外熱像儀工作者的努力下, 紅外熱像技術取得了較大的進步。目前約有近 100 多家科研技術單位、醫療機構在使用,中華醫學會已經正式舉行了紅外熱像學術交流會。

紅外熱像技術被應用到醫學領域已有40多年曆史。紅外熱像技術在我國起步較晚，1976年上海率先試製成功第一台樣機，但由於成像質量差及熱像規律複雜，進展較慢 ^[3]  。近5年來，隨着光電技術、計算機多媒體技術，尤其是半導體技術的發展，使熱像儀的分辨能力、清晰度達到了臨牀需求 ^[6]  的水平，成為國際上新的研究熱點。

探測器從早期的單元發展到多元，從多元發展到焦平面經歷了一個緩慢的過程。通過光學機械掃描，用單元紅外探測器就能獲得目標的熱圖象，用多元紅外探測器可以提高系統的性能。在紅外技術、材料技術和微電子技術等的推動下，紅外探測器迅速向焦平面組件（FPA）方向發展。FPA有兩大特徵：一是探測元數量很大，以至於可以直接放在望遠鏡的焦面上面而無須光機掃描結構；二是探測器信號的讀出、處理工作由與探測器芯片互連在一起的集成電路完成。紅外熱像儀 ^[7]  按其採用的探測技術和致冷方式有以下三種類型：

採用單元紅外探測技術和液氮致冷，結構簡單，屬早期產品，目前國內使用的大多數醫用紅外熱像儀都是該種類型 ^[7]  。

採用焦平面紅外探測技術和司特令內循環致冷成像，但噪聲大、易磨損、壽命短、致冷器更換成本高，一般應用於軍事方面。

採用目前世界先進的非致冷焦平面陣列技術，可批量生產，成本和組件的複雜性大大降低，可靠性提高，掃描速度快，無噪聲，可長期連續工作，體積小，重量輕，攜帶方便，是理想的發展目標 ^[8]  。

我國醫用紅外熱像儀的研製起步較晚，由於技術和市場的原因，銷售量一直較小，目前在使用的醫用紅外熱像儀產品大概在二百多台。近兩年的發展速度較快，應用面也在不斷拓寬。國內生產醫用紅外熱像儀的廠家不多，非致冷焦平面技術飛速發展，現已逐步取代早期的單元光機掃描和液氮致冷技術，隨着成本的降低和市場的成熟，非致冷焦平面紅外熱像儀以其卓越的性能價格比必將被廣大用户所接受，並最終取代液氮致冷型產品佔據市場的主導地位。

紅外熱像的基本功能是 :熱監視、熱診斷、熱測定、熱研究 ^[8]  。

①早期探查:熱圖檢查無創 、安全 、客觀 ,直觀 ,計算機存檔 、自動對比分析, 適於普查 、保健 ,能及時發現異常和異常苗頭 ,以利患者去作進一步深查和及早治療, 使許多疾病消滅於早期階段 ^[6]  。

②疾病診斷:熱圖能提供病變部位的熱場分佈情況, 以此推斷其循環、代謝狀態 , 判斷病變性質、程度及累及的區域 ,以利作出正確診治方案 ^[1]  。

③療效評定:藥物作用後炎症狀態 、代謝狀態、血液循環狀態的改善評估,傳統療法、現代療法的療效考證和研究等。

④追蹤觀察:熱像儀被動攝取人體自身發出的紅外熱輻射 ,對機體無任何損傷, 可反覆進行;計算機化後的紅外熱圖 ,由磁盤保存圖像,可以反覆調讀。能對病情進行局部和全身的動態監視 ,及時發現新的變化 ,對診斷及治療進行修正 ^[3]  。

⑤科研探索:熱活動貫穿人體生命全過程 ,熱活動規律是生命活動的基本規律 。迄今為止 ,尚無關於人體熱活動的系統熱圖規律報告, 紅外熱圖系統可以客觀的記錄研究人體熱活動的生理規律、病理規律 。為醫學科學探索提供新的研究手段 。

①利用CT 、MRI 等了解患者的組織結構變化情況,又通過紅外熱圖上了解其局部血循神經狀態等功能狀態變化 ,即結構影像和功能影像結合 ,才能使臨牀論斷有較全面的影像學依據 ^[9]  。

②急慢性炎症的部位、範圍、程度

炎症是一個極常見的病理現象 ,紅腫熱痛是炎症的最常見表現。但在實際人體 , 當臨牀分析有炎症, 通過血常規血沉等檢驗確定有炎症 ,但炎症在何處,這往往是診斷上的一個非常關心的問題。利用紅外熱圖則可以較容易的解決這個問題:凡是急性炎症的病灶處其温度一定是高温 ;慢性炎症灶處 ,由於機化粘連, 局部血液循環下降 , 其温度應就會下降;若慢性炎症灶, 急性發作, 則可出現高低温交錯的情況等 ^[10]  。此功能將給臨牀帶來很好的方便。

③肢體血管供血狀態功能狀態監測

紅外熱圖檢測血管性病變, 特別是肢體血管的供血狀態 ,功能狀態有一定優勢 ^[2]  。凡是動脈病變影響供血,其遠端一定是低温 ;凡是靜脈病變, 其遠端由於瘀血 、充血,一定是偏高温改變;當血管離斷時,血供支配區域一定出現相應低温 ;當血管離斷恢復後,血運支配區域一定出現復温現象 。較其它手段如超聲多普勒 ,皮温計測量等紅外熱圖顯得既方便又直觀。

④腫瘤預警指示, 全程監視, 療效評估 ^[11] 

目前早期發現的手段甚少。紅外熱像有較明顯的優勢。當正常的細胞開始惡變, 正常的細胞代謝變為異常細胞代謝時細胞高速增殖, 為了滿足細胞生長需要 ,必然伴有血液循環的增加, 同時由於腫瘤毒性因子的作用,帶來局部的血管擴張 。上述變化的結果必須導致局部熱的升高 。但腫瘤的中晚期, 由於腫瘤中心液化壞死 ,僅僅出現低温 。醫用紅外熱像儀, 靈敏度高, 當温度變化超過0 .05 ℃時 ,就可以檢測和記錄到這種變化, 顯示出異常高温的部位 ^[7]  。