红外线热成像测温在诊断脓毒性休克的意义

吕兴， 杨镒宇， 邓皓晖， 廖伟强， 何小红， 廖艳霞， 陈金璐， 高海燕， 萧慧敏

1东莞市妇幼保健院儿科(广东东莞 523000)； 2广州市妇女儿童医疗中心儿童重症医学科(广东广州 510000)； 3广东医科大学附属厚街医院儿科(广东东莞 523945)

脓毒性休克是一种常见的危重急症，其病死率高，抢救难度大，其发生是机体由多种感染因素引起的有效血容量不足导致急性微循环障碍，组织与细胞缺血、缺氧、代谢障碍和器官功能受损等，其本质是机体毛细血管网广泛的灌注不足最终导致细胞代谢和脏器功能障碍的循环功能衰竭综合征。治疗休克的关键是早诊断、早治疗，在临床上，经验不足的医生往往因对脓毒性休克的诊断缺乏简单易得的定量指标的指引，容易导致延缓诊断。在基础状态或安静时，人体产热主要由内脏和脑等器官代谢产生，经血流输注及辐射等传导到全身，热交换率与血液灌注量成正比，当休克时，引起机体有效血容量不足导致急性微循环障碍，组织灌注血流量减少，会导致局部机体的温度下降[1]。红外线热成像是接受人体表面在不同部位上辐射出不同强度的红外线，并转换成温度，其不但可以观测整个肢体，甚至全身的温度，而且还能设计观测某一点的温度，对全面及重点部位血液循环的研究提供了有利条件，能即刻灵敏地显示温度分布图像及数据，可以反映出0.05～0.1 ℃的温度变化，还可以连续观察局部血流量动态变化，并可通过记录器录像，进行重复分析，可充分观察血液循环改变的规律。可将不同时间、不同条件、不同部位的记录图像一次调出，经统计学处理，进行比较分析，并有无需接触测试肢体，且可近距离观察监护的优点[2]。本研究探索以红外线热成像仪测定脓毒性休克患者的局部机体温度与正常人加以比对，从而探讨其对脓毒性休克诊断的意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料 脓毒性休克诊断标准[3-6]为脓毒症患者出现组织灌注不足和心血管功能障碍即可诊断为脓毒性休克，表现：(1)低血压：血压<该年龄组第5百分位，或收缩压<该年龄组正常值2个标准差以下。(2)需用血管活性药物始能维持血压在正常范围[多巴胺>5 μg/(kg·min)]或任何剂量的多巴酚丁胺、去甲肾上腺素、肾上腺素。(3)具备下列组织低灌注表现中3条：①心率、脉搏变化：外周动脉搏动细弱，心率、脉搏增快。②皮肤改变：面色苍白或苍灰，湿冷，大理石样花纹。如暖休克可表现为四肢温暖、皮肤干燥。③毛细血管再充盈时间(CRT)延长(>3 s)(需除外环境温度影响)，暖休克时CRT可以正常。④意识改变：早期烦躁不安或萎靡，表情淡漠。晚期意识模糊，甚至昏迷、惊厥。⑤液体复苏后尿量仍<0．5 mL/(kg·h)，持续至少2 h。⑥乳酸性酸中毒(除外其他缺血缺氧及代谢因素等)，动脉血乳酸>2 mmol/L。

本研究于2012年1月至2017年12月选取符合上述脓毒性休克诊断标准的入住广州市妇女儿童治疗中心儿童重症医学科及广东医科大学附属厚街医院新生儿重症监护室、儿童重症监护室的住院患者30例作为观察组，其中男16例，女14例，年龄7 d～7岁，平均(3±1.40)岁，观察组原发疾病中肺炎18例、肠道感染6例、败血症4例、脑炎2例，其中死亡11例，痊愈19例，在休克早期测定21例、休克晚期9例。合并症方面，呼吸窘迫综合征12例，急性肾损伤5例、心力衰竭3例，DIC 5例、中毒性脑病5例，中毒性肠麻痹8例、肺出血3例；血培养检出病原体：大肠埃希菌、肺炎链球菌、酵母样真菌、肺炎克雷佰菌；呼吸机治疗15例。选取在产科正常分娩、儿童保健门诊体检正常的婴幼儿及幼儿园、小学体检正常无患疾病的儿童30例，其中男16例，女14例，年龄15 d～7岁，平均(3±1.60)岁，作为对照组，两组间年龄、性别差异无统计学意义(P>0.05)。

治疗：一旦诊断脓毒性休克，按方案[3-6]治疗。

1.2 方法 采用瑞士Flir公司红外线热成像仪拍摄，测定观察组及对照组人群中指根部、母趾根部、胸骨柄的局部温度，拍摄测定距离0.5～1 m，环境温度为22～26 ℃，并排除因环境因素导致的机体局部温度降低的情况。所有患者一旦诊断脓毒性休克就进行测量，每次取焦距对准中指根部、母趾根部、胸骨柄的显示最大值，一个部位测3次、取其平均值。本研究已通过广东医科大学附属厚街医院医院伦理委员会的批准(厚街医院伦理委员会2011年10月10日文)

2 结果

2.1 两组局部温度比较 观察组中指根部、母趾根部的温度较对照组低，差异有统计学意义(P<0.001)，两组间胸骨柄温度差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 脓毒性休克患者与正常人局部温度的比较 ℃

2.2 两组患者的红外线热成像 观察组患者的足部红外线热成像监测温度：Sp1:26.7 ℃、Sp2:33.4℃、Sp3:34.0 ℃;双足末端可见黑色低温影像，见图1。对照组儿童的红外线热成像监测温度：Sp1:32.5 ℃、Sp2:32.2 ℃、Sp3:34.4 ℃、Sp4:33.3 ℃，双足末端可见金黄色正常温度影像，见图2。

图1 脓毒性休克婴儿的足部红外线热成像

3 讨论

在无创监测休克的技术中，目前在研究中的有：(1)激光多普勒技术。Duranteau 等[7]通过鼻胃管插入到上消化道的探头来测量相关的血流，但这种技术的最主要局限是探测血流时因组织体积的多样性而不能探测到单独的血管；Lamblin等[8]采用激光多普勒测量用加压袖带堵闭上臂血流，然后观察血流恢复的方法，估测一过性堵闭后的微血管床再补充的容量，来评估微血管床功能的完整性。(2)甲床毛细血管光镜。甲床毛细血管光镜是首先用于休克床旁监测的方法[9]，Awan等[10]将其用于慢性疾病的微循环测定，因为甲床区域对温度的变化非常敏感，但其是围绕局部而非身体的温度，外周血管的收缩可以发生在寒战及急性循环衰竭时，这种区域的观察限制了其在所有的危重患者的应用。(3)偏振光及暗视野血流观察。这两种技术近年已发展到手持装置，照射光源在组织上，通过组织表层透射到组织深层的光射来观察，在这两种技术中，特定波长的光因红细胞含有血红蛋白而被吸收， 所以可以在黑色或灰色的机体被观察到。在偏振光技术中，所采用的光是偏振化，深层组织反射的光被去偏振化而能观察到，由表层组织反射的光被偏振过滤器所剔除[11]。暗视野血流观察技术采用由多个外围发射的两极真空管提供通过组织的脉冲绿光来探测，因为内层透亮的光线来源的隔离，而表层组织反射的光是垂直的，所以其不被观察到[12]。上述两种技术当微血管充满红细胞时，可以提供良好的图像，偏振光比暗视野血流可以提供更详尽的毛细血管床的影像。(4)近红外线光谱探测血氧饱和度。该技术是应用近外红线光谱测量组织的氧合及去氧血红蛋白，由此来计算血组织氧饱和度，氧传递及氧消耗量的比例变化直接反映出新陈代谢的变化，以此来评估微血管的灌注功能，但该技术如出现水肿等组织厚薄变化会影响到监测的结果，并且外周与中央微循环在危重患者中的关系有待进一步研究。目前这些技术仅适用于覆盖在器官上较薄的上皮层，被用来评估动物实验或手术中患者的脑[13]、肺[14]、舌[15]等多种血管微循环，在这几种的技术观察中，分泌液和(或)器官的运动会影响图像的质量，另外测量选定的局部单个微血管是不足够的，而观察局部所有可见的血管需要数小时，而这在临床上是不切实际的，故目前未能广泛应用。Novljan 等[16]报道：用红外线摄像仪检查了12例动静脉瘘患者远端血流灌注反应的温度，发现指(趾)端的温度测定与对照组差异有统计学意义(P<0.05)，从而产生了对于温度不同，可视红外线成像图也不同的结论，认为红外线摄像仪可用于评估手(足)的血流灌注情况。Bagavathiappan等[17]认为体温是诊断疾病的一个非常有用的参数，体温和疾病之间有一定的相关性，因而采用红外线热成像研究周围血管疾病的无创诊断，热成像结果与临床结果相关。患肢上某些区域显示温度分布增加，可能是由于炎症和底层的静脉血流变化。由于血液循环不畅，在病变部位的温度比正常部位一般低约0.7～1 ℃。其结果表明，热成像技术是一种用于检测血管疾病患者温度变化的有效方法。Mariott 等[18]报道：用红外热像图来观察16例雷诺氏现象患者指端末端与14例正常人的对照，发现可以观察到两组的不同，并认为红外线热成像可用于血管损害程度的评估。Malafaia等[19]及Gorbach等[20]在动物实验中发现，用红外热像图可以观察到胃肠道缺血早期指标并且取得肯定的结论。Pereira等[21]研究基于红外热图像分析的无接触监测循环和灌注动力学，该实验以6头母猪为实验对象，对引起急性SIRS和脓毒症主要原因之一的急性肺损伤进行了研究，采用长波红外线相机进行测量母猪体温的分布，发现急性肺损伤由于外周灌注损伤而出现温度集中的表现；统计分析表明，皮肤温度分布状态与休克指数呈正相关(P<0.000 5)、皮肤温度分布状态和平均动脉压呈正相关(P<0.000 5)，认为红外热图像分析可以实现量化局部温度梯度的参数，以检测循环和组织灌注的损伤。Volovik 等[22]研究了重复性局部缺血对人体手部温度和皮肤微循环的影响，其应用红外热成像和激光多普勒血流仪研究正常人其中一指的单侧动静脉堵塞时，血管反应所引致的红外辐射的反应(4次/d，持续7个月，从10～30 min逐渐增加时间)。在反复单侧堵塞后，观察到双手相应皮肤区域的温度条件和体温调节模式的连续变化，发现在夹紧堵塞后的恢复阶段，实验和对照皮肤区域的红外辐射的动态之间存在高度正相关，表明了全身血管反应参与、显示远端指骨皮肤堵塞后改变的可能机制，提示多个逐渐的单侧动静脉堵塞会增强皮内血流量，并可用于预防在各种病理条件下的周围微循环障碍。Nieuwenhoff等[23]报道在临床上需要无创性方法来评估小神经纤维功能，糖尿病神经病变的早期特征是小神经纤维功能障碍，小神经纤维介导轴突反射相关的血管舒张作用，并在体温调节中起重要作用；该研究评估局部加热后的反射性血管舒张，通过红外热成像和激光多普勒成像评估，确定了健康受试者在短暂的局部加热后反射性血管舒张的重现性。健康受试者在一次试验中接受6轮加热(组Ⅰ，n=10)及两次试验(组Ⅱ，n=20)。用红外线灯加热皮肤至42℃引起反射性血管舒张。用红外热成像照相机和激光多普勒成像仪记录在加热和恢复期间的皮肤温度和皮肤血流。用数学模型来拟合皮肤温度曲线，其中用时间常数τ(τHeat和τCool1)来描述加热期和恢复期。通过加热来诱导轴突反射相关的血管舒张，发现通过红外热成像照相机和激光多普勒成像仪评估在一次试验以及两次试验都有良好的可重复性。认为τ在时间层面上描述了一个参数，并且表示包括血流在内的所有变化的影响，因此，是血管舒张功能的一个重要指标，用红外热成像照相机和激光多普勒成像仪测出的τHeat和τCool1可以精确地描述轴突-反射相关血管舒张反应在加热和恢复阶段的动态。Chojnowski等[24]阐述红外热成像作为一种非侵入性的非接触式技术，研究其在结缔组织病的应用，认为它可以把红外线辐射量化测量和可视化，在医学临床应用上，热成像已经在Raynaud现象和系统性硬化等疾病中使用多年，其对体表温度的成像和测定提供了整体评估微循环的间接测量，因此，红外热成像能够确认Raynaud现象的诊断，并且在附加的冷或热刺激下，区分原发或继发的因素。在系统性硬化症中，红外热成像在评估疾病活动和监测治疗反应中具有潜在的作用。在引入个体小、低成本的红外线相机后，在热成像临床实践中有一定应用价值，可能成为部分常规风湿病评估的手段之一。

在本研究中，项目组观察到脓毒性休克患者胸骨柄部位的温度与对照组比较，差异无统计学意义(t=1.82，P>0.05)，说明该组患者脓毒性休克时躯干的微循环尚未受到明显影响；而脓毒性休克患者中指根部、母趾根部的平均温度为(28.81±2.27)℃、(27.76±1.99)℃，低于对照组的(35.12±0.43)℃、(33.64±0.76)℃，差异有统计学意义(P均<0.001)，显示脓毒性休克患者因为循环及微循环障碍导致四肢末端局部温度的显著降低，其原因是机体由多种因素引起的有效血容量不足导致急性循环、微循环障碍，机体毛细血管网广泛的灌注不足，其首先表现在四肢末端因循环、微循环障碍导致局部温度的下降。从图1、2也可以看出：热红外成像可以看到脓毒性休克患儿下肢末端的温度图像显现为低温的黑色影像，而正常小儿的显现为金黄色的正常温度图像，并通过软件可以测量到某一选择点的温度，为以脓毒性休克患者的四肢末端局部温度降低，评估微循环障碍的观察提供了可能。根据该结果可以初步认为：当中指、母趾根部温度显著降低，且无环境温度因素导致局部机体温度降低时，有感染及意识障碍等脓毒性休克临床表现的患者，应考虑诊断脓毒性休克。目前作为诊断脓毒性休克依据之一：肢冷，多依靠手感触摸的定性主观感觉来判断、而无客观测量标准定性测定，本研究以红外测温仪定量地测定中指、母趾根部的温度，代替靠手感触摸的定性主观感觉，并通过软件可以测量到某一选择点的温度，为休克的循环及微循环障碍导致四肢末端局部温度降低的观察，提供了可能，同时为抗休克的治疗提供肢体局部循环改善与否的定量的客观依据。该方法具备方便、实时、无创、直观地观察肢体微循环的优点，有望为脓毒性休克的微循环观察提供新的途径。目前，本研究积累例数尚少，得出的为初步结论，有待积累更多的病例，并计划观察舌、耳垂等更多部位，以求得出更敏感的测温部位及更可靠的结论，并通过较大的样本及多中心的研究，统计分析出脓毒性休克及正常人群95%分布区间的局部温度值，以作为参考的异常值及正常值，并对其特异度、敏感度、阳性预测值、阴性预测值进行分析，以红外测温仪定量地测定机体局部的温度来评估机体的局部循环、微循环情况，为早期诊断脓毒性休克提供定量的依据。

图2 正常婴儿的足部红外线热成像