非发热型AURI应用红外热成像技术研究

曹赞锋，张作鹏，邓方阁，刘荣，杨展正，晏平，陈少英

(1.广州医科大学附属第一医院急诊科， 2.呼吸疾病国家重点实验室，广东 广州 510120)

急性上呼吸道感染(acute upper respiratory tract infection，AURI)简称上感，为鼻腔、咽或喉部急性炎症是总称；主要病源体是病毒，少数是细菌[1]。常发生在冬季和春季，受凉、淋雨、气候突变、过度疲劳等原因均可诱发本病，并导致全身或呼吸道局部防御功能降低。它还可能导致一些局部或其他大规模的流行病[2-3]。AURI早期不一定有发热，急性肺部感染患者同样如此。2020年初在中国暴发的新型冠状病毒感染肺炎，入院的病人仅43.8%合并发热，有56.2%没有发热，67.8%合并咳嗽[4]。患者多以上呼吸道感染症状为首发，相当一部分患者早期没有发热临床表现，并且容易成为隐性感染者。自2003年SARS病毒爆发以来，全球经历了多次病毒全球感染事件，如中东MERS、H1N1、H7N7等多起病毒感染，无接触的红外检测及成像仪在一些人群密集的环境中使用越来越广泛，因此发展医学红外技术对流行性疾病的预防显得尤为重要。在本研究中，我们利用红外热成像(infrared thermal imaging,IRTI)技术，对非发热型的急性上呼吸道人群进行检测，探讨其红外表达图像、热值及特性，以期为阐述AURI患者的病生机理提供客观的可量化的参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

从2019年4月～6月，在广州医科大学第一附属医院急诊科随机抽取68名非发热型AURI患者。其中男女比：27/41，其中男性27例，女性41例，年龄14～87岁，平均年龄：39.25±17.46岁。当腋温达到发热阈值(≥37.1 ℃)时为发热[5]，热值未达到并伴随上呼吸道感染症状者为非发热型AURI患者。选取40位健康人群为正常对照组，其中男性19例，女性21例，年龄在19岁～74岁，平均年龄：37.08±16.69。两组间的年龄比较无统计学差异(P>0.05)。排除标准：头面部局部组织特异性高代谢 (如肿瘤、感染等)、异常低代谢(如良性结节)、异常血流量(如血管瘤等)等病患者。

1.2 诊断标准

1.2.1健康人诊断标准 参考世卫组织(WHO)的诊断标准[6]，自愿接受红外热成像检测，签署知情同意书者。

1.2.2采集方法 采图环境要求：温度在23～25 ℃，无强光，无风，湿度50%～60%，

无干扰性热源(采图按照国标GB/T 19665—2005电子红外成像人体表面测温仪通用规范要求进行)。采用非制冷焦平面HYIR I-1206型非制冷医用IRTI，对受检者进行红外热成像检测及体温检测，仪器符合国家标准(GB/T 19665—2005)，仪器配备320×240非制冷焦平面红外采集镜头，光谱响应8～14 μm、空间分辨率(IFOV)为1.3 mrad、温度分辨率0.05 ℃、采集速度30帧/s，另外配件为主机、显示屏、彩色打印机以及推车一台。以伪彩色热图形式、数字化、客观化地显示人体热结构。所有受试者取端正坐姿、裸露检查部位、距红外镜头2 m、分别取面部正位等，操作时均经调焦、校温、采集图像、存储、图像处理等。

1.2.3红外热像评判标准 红外热像具有以不同色阶代表的刻度伪码条对应从低温到高温的相应的红外热像表达与分布特性(presentation and distribution characteristics，PDC)，其中白色：超高热区；红色：高热区；粉色：热区；黄色：温区；绿色：凉区；蓝色：冷区；黑色：超冷区。取人体正中矢状线为中轴线，将额部、眼内眦、鼻咽部相对应的体表区域按照红外热图像的表达予进行定位评价，受试者取端坐立位，根据不同温度值从低温到高温的红外热成像，按照不同色阶代表的刻度伪码条描绘相对应红外热像图的温度，分别记录面部正位红外热成像图额部、眼内眦、鼻咽部左右侧均温的温度值，对热像图的表达分布与形态及相对应的温度值进行定性、定量比较分析。

1.3 统计学处理

2 结果

2.1 一般资料统计

两组性别比较：两组的性别经χ2检验，P=0.626，P>0.05，从而可以得到上面两组的性别差异不具有统计学的意义，所以两组被观察者的性别具有可比性。见表1。

表1 两组性别比较

2.2 两组表达红外热像图的定位分布及特征

正常组红外表达为大片状蓝色冷区或绿色凉区；而非发热型AURI组在额部、眼内眦和鼻咽部相对应的体表区域可见较明显异常的红外热图表达，或多或少呈现出条索状、斑片状等多形状的灶性或弥漫性的粉色热区或红色高热区。

2.3 两组表达红外热像图温度的定量比较

非发热型AURI组额部、眼内眦和鼻咽部左右两侧的红外热像图表达的平均温均高于正常对照组(均P<0.01)，差异有统计学意义。见表2。

表3 两组面部各部位平均温度值比较

3 讨论

IRTI技术把人体的温度场以伪色彩热成像图形式显示，应用计算机分析技术，对体表热场对应的组织器官从热值、热态、热源定位方面进行分析和估测，再结合临床症状、体征来辅助判断病灶部位、疾病性质和病变程度，可反映人体血液循环、炎症反应、体液流动、细胞内部的生化反应等情况。研究已证实，按照相关研究文献可以证实，红外热成像技术具有较高的敏感性，便于操作，能够直观检测出患者体温变化情况[7]。目前红外测温技术的应用越来越广泛，尤其在2020年新冠肺炎全球爆发期间，可以说达到前所未有的高度，许多公共场所诸如离境口岸、机场、地铁等轨道交通、医院等人群密集的地方，均安装有红外热成像仪或红外点温仪测量体温，目标是找出人群中发热的病人。但当前红外技术并无应用于非发热的呼吸道感染患者身上，也少有此方面相关报道。本研究利用医学IRTI技术对非发热型AURI患者进行图像采集，通过和正常人进行对照，以探讨IRTI检测技术对此类患者的病变部位进行精准的、定性、定量和定位。利用热图有助于捕捉非发热型AURI症状的发展变化情况，帮助判断病变性质，可应用于临床，根据其检测结果制定相应的治疗方案。

人体是一个自然的生物发热体，由于人体的解剖结构、各部位的血液运行及新陈代谢各有差异，导致人体每个部位的热场就不同。健康和非健康人群的人体热图具有不同的表现。前者表现为正常的红外热图，后者表现为不正常的红外热图。各组织器官的病理生理状态，比如：体液流动、细胞内部的生化反应、血液循环、病理组织的炎性变化等等都会使相应部位的体表温度分布表现出不同的阶梯变化。 而这种阶梯变化可以通过IRTI技术客观形象而清晰地反应出来。临床上通常利用这种技术检测和记录到相应的变化，发现异常高温或低温的部位，并显示出病灶的部位和大小，有助于疾病的定位、定性诊断，例如高代谢 (如肿瘤、感染等)或异常低代谢(如良性结节)疾病。非发热型AURI由于体内出现炎症刺激反应、血管充血、炎症水肿，故在红外线热成像仪系统会显示不同的热值及异常图像，与健康人群具有明显的差异，如本研究所示。对量化后的热图进行差异性对比，再结合临床表现，有助于可诊断或者推断出非发热型AURI疾病的程度与疾病的性质。

红外热图技术能够直观显示出温度变化的画面，在时间、空间上能连续测定温度变化，为判断人体机能健康与否提供判断依据。红外热图能客观直接的显示出人体某个部位的病理生理改变，当人体某个部位的血液运行和新陈代谢发生改变时，该部位的温度可能会随之变化。 温度的空间分布和梯度变化可以进一步反映疾病的具体范围，揭示疾病发生发展的性质[8]。随着红外热成像技术(IRTI)的熟练应用,越来越多的医疗机构和科研人员逐渐开始引进该技术运用于科研和医疗活动中。

上呼吸道感染的发病率很高，它可以在小范围内传播，甚至可能引起大流行[9]。早期发现非发热症状的病例对阻止潜在的疾病流行意义重大。在本项研究中，我们对非发热型AURI人群进行检测，利用IRTI定位AURI常见炎症区域额部、眼内眦、鼻咽部等部位热像图，以及在相应部位提取平均温度值与正常对照，显示出IRTI对非发热型AURI的诊断意义。此外，新型冠状病毒感染肺炎患者疾病初始多出现咳嗽、咽痛等急性上呼吸道感染症状，仅43.8%合并发热。我们完全可以利用IRTI监测人群，检测上呼吸道炎症好发部位相应体表区域，寻找异常热图，对异常者进一步进行病毒核酸检测，如此可以有效隔离患病人群或查找疑似病例，从而起到阻断病源、防止传播，对搜索早期患者、控制疫情等起到积极防控作用。可见，在与这些呼吸道病毒的防疫战中，红外技术以其独特的应用价值起到了重要的作用[10]。