姜碧瑤，張文征，羅文軒，陳宗俊，李艷麗，葉 晨，楊睿博，肖永華

（1.北京中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，北京中醫(yī)藥大學東直門醫(yī)院，北京 100029；2.北京中醫(yī)藥大學東直門醫(yī)院國際部健康管理中心，北京 100007；3.北京中醫(yī)藥大學東直門醫(yī)院腎病內(nèi)分泌Ⅱ科，北京 100700）

代謝性疾病是指機體內(nèi)糖、脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝紊亂引發(fā)的一類疾病，主要包括糖尿病、肥胖、血脂異常和高血壓等［1］。隨著紊亂程度的加重，還會導致多種并發(fā)癥的出現(xiàn)，引發(fā)動脈粥樣硬化等各種心腦血管疾病［2］。近年來，各種代謝性疾病的患病率不斷攀升，嚴重影響著人們的身體健康與生命安全。盡早發(fā)現(xiàn)并及時進行干預治療，可以大幅度延緩其進程，對于降低心腦血管疾病及相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)病率及死亡率具有重要意義［3?5］。

紅外熱成像（Infrared thermography，IRT）是一種非入侵的功能影像新技術(shù)， 它可以測量并記錄人體體表的溫度分布， 通過分析體表的溫度分布特征獲取組織體的新陳代謝及生理功能狀態(tài)等信息［6］。當人體功能出現(xiàn)異常，對應區(qū)域的熱代謝會發(fā)生變化，在紅外熱圖上會有相應的呈現(xiàn)，因此，我們可以借助IRT 盡早發(fā)現(xiàn)機體在代謝性疾病前期出現(xiàn)的功能改變，在疾病尚未發(fā)展嚴重的階段進行干預，減輕患者損失。目前IRT 的應用研究多集中在血管疾病、乳腺癌篩查等方面，本文綜述了IRT 在代謝性疾病相關(guān)的應用情況，分析代謝性疾病在IRT下的特征表達及疾病發(fā)展過程中熱圖變化的規(guī)律，為今后IRT 在代謝性疾病的臨床應用探索提供參考。

1 體表溫度與代謝簡述

機體深部（心、肺、腦和腹腔內(nèi)臟等處）的溫度稱為深部溫度或體核溫度，人體的外周組織包括皮膚、皮下組織和肌肉等的溫度稱為表層溫度，人體表層最外層的溫度，則稱為體表溫度［7］。相較于相對恒定的體核溫度，體表溫度會受到局部血液循環(huán)、組織代謝水平和深部組織器官功能狀態(tài)的影響［8］。研究表明，正常人的體表溫度分布具有一定的規(guī)律，以頭項脊柱為軸兩側(cè)基本保持左右對稱，并同時存在著明顯的溫度梯度，人體四肢遠端的皮膚溫度最低，越靠近軀干，皮膚溫度則越高，這與軀干內(nèi)部臟器以及近心部位的豐富血流供給有著密切的聯(lián)系［9］。

當機體出現(xiàn)代謝功能紊亂時，可伴有局部的微小病變，導致該處循環(huán)散熱的血流出現(xiàn)異常，對應部位對于體溫調(diào)節(jié)機制的響應也可能會受到影響，出現(xiàn)體表溫度異乎尋常的改變，破壞正常體表溫度分布的對稱性和有序性，因此針對體表溫度的觀察對于評估機體代謝功能具有重大意義［10，11］。

2 代謝性疾病不同階段與紅外熱成像

臨床中代謝性疾病常呈進行性發(fā)展，最初可能僅出現(xiàn)單一組分的代謝異常，而不同組分的代謝異常之間存在著緊密的聯(lián)系［12］，隨著病情發(fā)展，異常組分的數(shù)目逐漸增加，長期的糖、脂、血壓水平異常還會對器官造成損害，導致其功能逐漸減退，同時提高各種并發(fā)癥發(fā)生的風險［13］。根據(jù)以上規(guī)律，在此將討論分為三個部分，分別圍繞單一組分代謝異常階段、多組分代謝異常階段，以及代謝性疾病造成器官病變及損傷的最終階段展開。

2.1 單一組分代謝異常與紅外熱成像

2.1.1 肥胖 肥胖癥是一種由多因素引起的慢性代謝性疾病，指體內(nèi)脂肪堆積過多和（或）分布異常，通常伴有體重增加，國內(nèi)以BMI≥24 和≥28 分別作為中國成人超重和肥胖的界限［14］。而在BMI之外，國外的許多相關(guān)指南中還包含了一些其他指標，如腰圍、腰臀比、腰圍身高比等等，主要用于定義脂肪在腹腔內(nèi)腸系膜、內(nèi)臟器官以及主動脈周圍囤積的腹型肥胖［15，16］。Savastan 等［17］對23 例肥胖患者與13 例正常人利用IRT 與熱敏設(shè)備進行溫度測定，發(fā)現(xiàn)在肥胖患者與正常人的體核溫度無顯著差異的同時，他們的指甲床溫度明顯高于正常人，而腹部溫度則顯著低于正常人。Chudecka 等［18］研究發(fā)現(xiàn)，肥胖患者大部分體表的皮膚溫度都較低，且平均體表溫度隨腹部體脂百分比的增加而降低，手掌溫度則呈現(xiàn)一個相反的規(guī)律。上述研究都表明肥胖患者腹部的脂肪層可能減弱了腹部的傳熱，而在其與健康人體核溫度無明顯差異的情況下，手部熱量散失的升高則抵消了這類部位熱量散失的降低，因此出現(xiàn)了肥胖患者與正常人不同的熱圖表現(xiàn)。Jalil 等［19］對肥胖女性和健康女性同時進行IRT監(jiān)測和糖耐量試驗，除了驗證以上溫度分布規(guī)律外，還發(fā)現(xiàn)在糖耐量試驗后肥胖患者觀察區(qū)域的溫度變化模式與健康女性也明顯不同，健康女性的手部與腹部溫度在時長3 h 的監(jiān)測過程中保持持續(xù)上升，而肥胖患者該區(qū)域的溫度則主要在糖耐量試驗后的兩個小時內(nèi)升高。肥胖患者的熱量傳導和機體代謝情況都與健康人存在差異，而借助IRT 可以敏感地察覺這個差異。

2.1.2 血糖異常 糖尿?。―iabetes mellitus，DM）是以高血糖為特征的慢性代謝性疾病，目前關(guān)于血糖調(diào)節(jié)異常的IRT 研究并不多，對于早期DM 患者紅外熱圖的特征也并沒有比較一致的看法。Siva?nandam 等［11］發(fā)現(xiàn)DM 患者的糖化血紅蛋白（glycat?ed hemoglobin，HbA1c）與頸動脈區(qū)域皮膚溫度呈負相關(guān)，患者的腘窩、下肢脛骨區(qū)域、手掌和額部的溫度較健康人亦有所降低，他們認為這可能與血糖升高引起的周圍血流灌注和代謝率改變相關(guān)。在Zeng 等［20］的研究中，對DM 患者和正常人進行手指降溫試驗（fingercooling test，F(xiàn)CT），可以發(fā)現(xiàn)DM患者在接受冷刺激后由即刻溫度恢復到基線溫度的復溫時間較正常人明顯延長，該復溫時間同時還與DM 病程（r=0.513，P=0.001）和HbA1c 水平呈正相關(guān)（r=0.446，P=0.003），這可能與DM 患者的微循環(huán)障礙相關(guān)。

Sivanandam 的研究中發(fā)現(xiàn)DM 患者手掌溫度較健康人降低，而厚磊等［21］經(jīng)過對DM 患者熱圖的分析總結(jié)，則認為DM 患者可能出現(xiàn)手掌的高熱征象，這可能與兩個研究中受試者的DM 病程不同有關(guān)，也可能是試驗中的樣本量過小導致了兩者的結(jié)論出現(xiàn)不同。在Shan Zeng 的研究中，DM 患者和正常人的手指基線溫度差異并沒有統(tǒng)計學意義，雖然該研究與前二者的選取部位稍有不同，但手掌與手指部位同屬四肢末端區(qū)域，三者之間對于基線溫度的不同結(jié)論更加提示了這類區(qū)域的溫度是研究DM熱圖變化時值得關(guān)注的重點，張麗華等［22］的研究中利用冷負荷后雙手溫度的變化來評估機體的糖代謝功能，同樣也說明了手部對于DM 患者IRT 研究的重要性。因此后續(xù)應該對此進行更多的研究及分析以明確它與血糖代謝之間的關(guān)系。

2.1.3 血壓異常 血壓異常主要包括低血壓和高血壓，其中高血壓與心血管事件的發(fā)生密切相關(guān)，是目前臨床所關(guān)注的重點［23］，而關(guān)于血壓異常的IRT 研究也主要集中在這一方面。劉偉等［24］對150例健康志愿者、高血壓前期及高血壓患者用IRT 技術(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)高血壓前期人群在頭面部、心前區(qū)、背部有特定的紅外熱圖表現(xiàn)。高血壓前期組頭面部平均溫度與心前區(qū)平均溫度在與健康志愿者組以及高血壓病組比較時具有顯著差異，并且溫度介于這兩者之間，三組之間存在著由正常組向高血壓組兩區(qū)域平均溫度逐漸升高的趨勢。黃冠華［10］對健康人群、高血壓患者、高血壓合并糖尿病患者的面部熱圖進行分析，發(fā)現(xiàn)高血壓組和高血壓合并糖尿病組的面部最高溫度都至少高出健康組0.5 ℃，出現(xiàn)溫差斑的概率也明顯高于健康組。高血壓患者發(fā)病后外周小動脈收縮時，全身的血流重新分配，重要器官的血供增加，而面部動脈供血隨著腦供血的增加而增加，此外患者動脈病變破壞了正常的體溫調(diào)節(jié)機制，共同作用下出現(xiàn)面部的溫度升高。溫差斑的形成則可能與高血壓患者小血管的痙攣、硬化等改變導致局部溫度變化相關(guān)。

代謝異常會影響整個機體的功能狀態(tài)，即使是僅出現(xiàn)單一組分代謝異常的患者，其熱圖變化也往往不局限于某個部位或器官。同時代謝異常對人體狀態(tài)的影響是十分復雜的，在以上研究中，同一研究中納入的不同區(qū)域也會出現(xiàn)溫度變化趨勢相反的情況，如肥胖者相較于正常對照組同時出現(xiàn)腹部溫度的下降和手掌溫度的上升，早期糖尿病患者在頸部、腘窩等部位的溫度下降，而高血壓前期患者頭面部和心前區(qū)溫度上升等等。

2.2 多組分代謝異常與紅外熱成像

當單一組分代謝異常出現(xiàn)的時候，人體的紅外熱圖就會相應地呈現(xiàn)出一些改變。而不同組分的代謝異常之間常?；ハ嘤绊懀噍^于單一組分，多組分代謝異常在臨床上更為常見［25］。代謝綜合征（Metabolic syndrome， MS）就是其中一種以血脂異常、高血糖、高血壓以及腹型肥胖為主要表現(xiàn)的多代謝失常的臨床癥候群。許多研究表明，MS 會導致包括心腦血管疾病和2 型糖尿病并發(fā)癥在內(nèi)的多種疾病發(fā)病率增加，并與這些疾病引起的死亡率上升顯著相關(guān)［26］。

高夢蕉等［27］根據(jù)MS 的診斷標準將受試者分為健康對照組、一項代謝異常組、兩項代謝異常組及代謝綜合征組，她們將頭面部、雙手掌、雙足背作為觀察興趣區(qū)，以各個觀察區(qū)域的平均溫度和正面軀干平均溫度的差值作為相對溫度。發(fā)現(xiàn)與正常人相比，MS 患者頭面、雙手、雙足的相對溫度顯著升高（P＆lt;0.01），呈現(xiàn)頭面、雙手、雙足熱的熱分布模式。此外，1 項異常組、2 項異常組較正常組也呈現(xiàn)出觀察區(qū)域溫度升高的趨勢。

這項研究中關(guān)于手掌溫度變化的結(jié)論與上文提到的對肥胖人群的研究結(jié)果十分相似，頭面部溫度變化規(guī)律又與高血壓相關(guān)研究相符合。代謝綜合征作為多種代謝異常聚集的綜合表現(xiàn)，結(jié)合其與單一組分代謝異常患者的熱圖表現(xiàn)或許可窺見代謝性疾病患者體表熱圖的變化趨勢。但該研究采用的是相對溫度數(shù)據(jù)，所得結(jié)論還受到了正面軀干溫度一定程度的影響，而以上單一組分代謝異常的相關(guān)研究則多采用局部的區(qū)域溫度數(shù)據(jù)，因此想要討論單一組分代謝異常發(fā)展至多組分代謝異常的過程中熱圖變化的特點，還需要更多的研究來一同參考。

2.3 代謝性疾病最終階段與紅外熱成像

各種代謝異常的最大危害就是發(fā)展到后期會造成重要器官的病變及損傷，許多代謝異常指標都是心腦血管疾病的危險因素［28］。以MS 為例，與單一組分代謝異常單獨存在相比，MS 各癥候通過疊加效應增加了頸動脈粥樣硬化的危險程度，也提高了腦血管受損的風險，因此MS 患者冠心病、腦卒中等心腦血管疾病的發(fā)病率明顯高于非MS 患者［29，30］。此外，糖尿病發(fā)展到后期出現(xiàn)的各種并發(fā)癥也同樣是臨床關(guān)注的重點，而代謝異常的聚集出現(xiàn)則會從各個角度促進糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生［31］。而IRT 在此階段也可應用，具體簡介如下。

2.3.1 心腦血管疾病 當頸動脈出現(xiàn)粥樣硬化斑塊時，管腔狹窄導致的血流動力學改變會影響其向周圍組織的熱傳遞，因此可見局部的溫度變化，Sax?ena 等［32］在對健康人及單、雙側(cè)頸動脈狹窄患者進行研究后便發(fā)現(xiàn)，頸動脈狹窄患者頸部溫度較之正常人有明顯下降。頸動脈狹窄同時會導致面部血流灌注減少，還有可能引起眼部的缺血，甚至出現(xiàn)“眼缺血綜合癥”，而血流的減少則會導致相應區(qū)域的溫度下降，有研究就表明IRT 下可見頸動脈狹窄患者的面部及額部的溫度降低，另一項研究還發(fā)現(xiàn)患者的眼部溫度與動脈狹窄程度呈負相關(guān)［33］。冠心病患者的心肌處于缺血狀態(tài)，心肌血液循環(huán)減少，細胞代謝產(chǎn)熱降低，也會導致體表相關(guān)區(qū)域的溫度下降。潘躍紅等［34］選取冠心病患者及健康對照組各20 例進行紅外熱圖的拍攝，發(fā)現(xiàn)對照組右胸溫度低于左胸，而觀察組左胸溫度低于右胸。狄靈等［35］對100 名冠心病患者與100 例健康對照組進行研究，發(fā)現(xiàn)冠心病患者在熱圖上呈現(xiàn)特異性的心前區(qū)橢圓形或圓形低溫區(qū)，同時心前區(qū)溫度明顯低于左胸平均溫度及正常人胸部平均溫度。急性缺血性腦卒中是最常見的卒中類型，占我國腦卒中的69.6%～70.8%，與冠心病同為具有局部缺血情況的疾病，其溫度變化機制與表現(xiàn)形式亦與之類似。秦 鈺 等［36］對20 例 中 風 患 者 和50 例 健 康 人 進 行 分析，發(fā)現(xiàn)中風患者左右面頰和左右額部的溫度差與健康對照組相比均有明顯升高，且差異具有統(tǒng)計學意義（P＆lt;0.01）。

2.3.2 糖尿病并發(fā)癥 糖尿病慢性并發(fā)癥主要包括糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變、糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病下肢血管病變和糖尿病足?。?］。IRT 相關(guān)研究則主要集中在以下肢遠端神經(jīng)功能異常和周圍血管病變表現(xiàn)為主的糖尿病足方面，這或許是因為糖尿病足的病變部位在肢體末端，受到內(nèi)部器官狀態(tài)的影響小，同時病變涉及的部位較為淺表，更有利于研究者們進行分析鑒別。

有研究表明，DM 患者的足部溫度普遍較高，足部雙側(cè)溫差也明顯增大，隨著足部溫度的升高，出現(xiàn)足部并發(fā)癥的可能性也會增加，還有研究認為足部異常熱點的出現(xiàn)可能預示著潰瘍的發(fā)生，這些在IRT 中極具特征的表現(xiàn)可以幫助研究者們更早地識別出糖尿病足的潛在患者［37?39］。還有研究者嘗試通過采取一定的干預手段來提高IRT 篩查糖尿病足的準確性，汪培清等［40］對55 例DM 患者和20 例健康對照組進行手背冷刺激，而后分別采集冷刺激前及刺激后連續(xù)30min 內(nèi)的30 張足背紅外熱圖進行分析，根據(jù)這些圖像中的溫度信息繪制冷刺激后雙足背溫度的振幅圖。發(fā)現(xiàn)健康組無異常溫度表現(xiàn)的同時，DM 組中呈現(xiàn)異常溫度振幅圖的例數(shù)占總數(shù)81.8%，而這些出現(xiàn)異常溫度的受試者，在臨床上均出現(xiàn)不同程度的糖尿病血管病變和神經(jīng)病變癥狀。以上都可以作為IRT 篩查及預測糖尿病足發(fā)展的依據(jù)。

在代謝性疾病最終階段里，心腦血管疾病如冠心病、腦卒中的主要熱圖特征是心前區(qū)或頭面部的溫度改變，而糖尿病足則主要是足部溫度的特異性改變。我們可以發(fā)現(xiàn)，對于這類患者，具有特異性的局部區(qū)域是易于提取的，同時也的確具有十分顯著的圖像變化。

2.4 小結(jié)

在整個代謝性疾病的發(fā)展過程中，代謝異常對于機體影響的整體性和復雜性不止體現(xiàn)在功能上，也體現(xiàn)在熱圖上。單一組分代謝異常的患者的熱圖改變都是整體發(fā)生的，且不同區(qū)域的溫度變化并不一定同步；當代謝異常組分增多后，值得關(guān)注的區(qū)域依然不局限，其溫度變化趨勢也與單一組分代謝異常的患者極為相似；而發(fā)展到最終階段，局部熱圖的改變即具有很高的特異性，對于機體溫度分布的整體情況則沒有具體描述。

3 思考與展望

3.1 目前代謝性疾病相關(guān)IRT 研究的常見問題

當前這些與IRT 相關(guān)的研究同樣存在著一定的問題：

（1）IRT 技術(shù)在應用于人體測溫時會在不同的環(huán)境溫度和濕度、個人的性別、年齡、生理節(jié)律下出現(xiàn)不同的表現(xiàn)［41］。而各研究在環(huán)境條件控制上是否統(tǒng)一，是否適宜推廣，在受試者的選擇上是否都考慮到了影響體溫的諸多個人因素，對選取部位生理結(jié)構(gòu)下必然存在的干擾又是否進行了一定的控制和排除，這些問題并沒有得到很好的解答；

（2）在需要設(shè)置健康對照組的情況時，各研究在對照組的納排標準設(shè)計上存在一定差異，這也可能造成偏倚從而影響研究結(jié)論的準確性；

（3）由上述研究可以發(fā)現(xiàn)代謝性疾病發(fā)展過程中的熱圖變化是復雜且涉及整體的，對于單一組分代謝異常和多組分代謝異常的研究都沒有忽視這點，而在代謝性疾病最終階段的研究中，研究者在關(guān)注局部特征的同時卻少有對整體分布規(guī)律同等重視的，研究中很少對此進行描述，這導致我們對于代謝性疾病熱圖變化規(guī)律的分析缺少一些證據(jù)。

3.2 對未來IRT 應用于代謝性疾病研究的展望

人們對于代謝性疾病的重視程度如今正在逐漸提高，而IRT 又對識別病變初期的代謝功能異常十分敏感，是有希望應用于代謝病早期篩查的一項新技術(shù)。而為了更好地將IRT 應用于代謝性疾病，未來還需要注意一些其他方面的問題：

（1）鑒于目前不同的研究對于正常對照組的設(shè)置常有所差異，日后的相關(guān)研究應該更多地考慮到統(tǒng)一標準的制定，正常生理狀態(tài)下熱圖的收集分析還需要繼續(xù)推進，這也是所有IRT 研究亟待解決的共同問題。

（2）考慮到代謝性疾病的整體性，在將IRT 應用于代謝性疾病患者熱圖研究的時候，應當將體表熱圖呈現(xiàn)的所有信息都納入分析范圍，包括局部溫度的特殊變化、溫度分布的整體規(guī)律等等。在代謝性疾病的發(fā)展過程中，或許隨著代謝紊亂程度的加重，機體溫度分布的不規(guī)律程度會相應提高，又或許隨著某一終點疾病的爆發(fā)，其余部位的熱圖表現(xiàn)反而會歸于正常，這些猜測哪個更接近事實，還有待后續(xù)研究來進行證實。

（3）基于代謝性疾病的復雜性，如何排除干擾以及確定具有特異性的觀察區(qū)域，從而精準鎖定與疾病直接相關(guān)的圖像表現(xiàn)是研究面臨的一個重要挑戰(zhàn)。而人的計算分析能力是有極限的，有研究者嘗試將一些現(xiàn)代科學技術(shù)引入紅外熱圖的分析中。Thiruvengadam 等［42］提出的高血壓計算機輔助診斷模型在滿足一定條件后，可以達到最高89%的準確率。而Thirunavukkarasu 等［43］利用計算機算法等手段開發(fā)了一個能夠?qū)μ悄虿∵M行分類的計算機輔助診斷系統(tǒng)，其準確率也可以達到94.28%。計算機輔助診斷可作為IRT 應用的另一個探索方向。

（4）最后，IRT 的優(yōu)勢階段在于代謝性疾病早期機體尚未發(fā)生結(jié)構(gòu)變異時，因此我們建議將IRT 盡量早地引入疾病診查過程中，甚至可以推廣到常規(guī)體檢中，以盡快接收機體發(fā)生早期病變時發(fā)出的信號，為代謝異常的早期干預治療作出貢獻。

作者貢獻度說明：

姜碧瑤：負責文獻的整理和文章撰寫；張文征：為本文寫作思路提供了指導；羅文軒和陳宗?。簠⑴c了文獻的搜索和文章修改；李艷麗、葉晨和楊睿博：為本文補充了部分文獻；肖永華：負責論文設(shè)計和審閱。

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。