红外热成像技术在伤口护理领域的应用研究现状

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邓春霞1 郑涵2 李昕3

三峡大学附属仁和医院,湖北宜昌,443001

摘要

红外热成像技术自1961年开始步入医学领域,目前已经广泛应用于疾病筛查、诊断及疗效评估。随着智能手机计算能力的进步,红外热成像技术开始尝试应用于伤口护理领域。本文阐述了红外热成像技术的原理、实施伤口监测的方法、监测伤口的常用设备,以及红外热成像技术在压力性损伤、术后切口感染、下肢血管性溃疡、烧伤、糖尿病足等伤口护理领域的应用。旨在为伤口护理同仁提供一种新的伤口评估思路。


关键词

红外热成像;伤口护理;应用;研究;现状

正文


红外热成像技术(infrared thermal imaging,IRTI)是基于物体表面发射的红外辐射,利用光电转换和伪彩色编码等技术转化成可视图像(热图),来显示成像物体表面温度分布情况的一项技术[1]。是一种具有规则(矩形)传感器网格的多点测量设备,具有无接触、非侵入、可反复监测、快速灵敏等优势,最早应用于军事和工业领域。IRTI始于20世纪30年代,1961年Lawson、Lloyd-Willams等人[2]首次将其用于乳腺癌的诊断,IRTI的应用开始步入医学领域。近 20年来,随着计算机技术的不断进步,专业的分析软件应运而生,IRTI已广泛应用于疾病筛查、诊断及疗效评价[3,4,5]。本文将就IRTI在伤口护理领域的应用现状进行综述,旨在提供伤口评估和管理的新视角,促进该技术在伤口领域的应用。

一、IRTI技术介绍  

1.IRTI在伤口评估和管理中的应用原理   

人体是个天然的生物红外线辐射体,能够不断的向周围发射和吸收红外辐射,人体皮肤的发射率接近完美黑体,非常适合进行红外热成像评估。

体温作为疾病标志的概念在临床实践中具有悠久的历史。正常人体的温度分布具有一定的稳定型和特征性,当人体某处发生疾病或功能改变时,该处血流量会发生改变,导致人体局部温度改变。IRTI技术可以将这种温度改变转化为热图像并清晰成像[6]。在伤口护理中,IRTI应用于记录伤口床和伤口周围的温度。引起伤口床和伤口周围温度变化的原因主要有两种情况:基于炎症的(血流增加)和基于灌注的(血流减少)[7, 8]。通过对温度变化的监测,可以对伤口的预防及发展做出判断。

2.IRTI在伤口评估和管理中的应用方法

由于皮肤温度调节易受多种因素影响,Martinez Jimenez等人[9]认为,测量“温度梯度”(两点之间的温度差)被认为是一种更客观的测量方法。正梯度可能表示局部血流增加(例如炎症),而负梯度可能表示血液供应减少(例如血流受阻)。Arjun Chanmugam等人[10]将用作比较的区域称作“参考区域”,选择参考区域的原因是因为参考区域和感兴趣的伤口或区域可能受到相同环境和宿主内在因素的影响,因此使用相对值进行比较,可以减轻这些因素对皮肤表面温度的影响。参考区域定义为靠近伤口部位未受影响的组织区域,该区域必须满足2个标准:(1)该区域内部温度变化不超过1℃;(2)该区域没有骨突起、大血管或可见皮肤异常 [11]

为了减少影响因素,Arjun Chanmugam等人[10]在成像之前移除伤口敷料和衣物,暴露伤口附近的组织并使其适应环境室温5分钟,在与皮肤表面成90度角且距离伤口部位或感兴趣区域46cm处拍摄图像。M.E.H. Jaspers等人[12]在拍摄前关闭加热灯和其他外部热源,在伤口清洁和干燥后,照相机距离伤口50-100厘米,垂直拍摄。江小琼等人[13]在拍摄患者骶尾部时,使用的仪器、拍摄时间、拍摄部位、拍摄距离及观察人员相对固定。拍摄前30 min内禁止活动、进食、洗漱、沐浴;拍摄前1h内禁止物理治疗、热敷或冷敷等。

3. IRTI在伤口伤口评估和管理中的常用设备介绍

理想的设备要具备便携、价格低、易于使用等特点。目前文献中报告中使用最多的是Scout图像测量系统设备和 FLIR-ONE热成像仪,两者均为手持式设备。

Scout图像测量系统是FDA批准的非接触和非辐射组合数码相机和LWIT相机,可用于美国18岁以上的非妊娠成年人。该设备从电磁光谱中捕获光波,然后利用专有软件分析,测量伤口、伤口周围和伤口部位之间的温度差,并与参考区域进行比较,计算出两者间的温度差。Scout图像呈现的是相对温度图像,颜色反映了控制区域与参考区域的温度差。这些图像的调色板以绿色(基线)为中心,顶部为黄色、橙色和红色(较暖),底部为浅蓝色、蓝色和紫色(较冷)。通过Scout图像的呈现,非常直观的显示了控制区域与参考区域之间的温度差。

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骶骨压力性损伤Scout图像[10]

 

FLIR ONE热成像仪(FLIR 1 Systems,Inc.,Wilsonville,OR,USA)可以连接到iOS以及Android平板电脑或智能手机,并应用FLIR程序立即进行分析。与Scout图像不同,FLIR 图像呈现的是绝度温度。

二、IRTI在伤口护理领域的应用

1.IRTI在压力性损伤护理和管理中的应用  

1.1 IRTI能够帮助早期识别深部组织压力损伤,提醒医护人员早期干预,降低压力性损伤的发生率。

    深部组织压力损伤(DTPI)是一种严重的压力损伤,有报告表明,从组织损伤时起,DTPI需要1-5d 才能在视觉上观察出来[14],这种差异让DTPI的早期察觉和干预变得困难,温度测量成为一个非常重要的参数。2014年《压力性溃疡的国际预防和治疗:临床实践指南》建议在每次皮肤评估中包括皮肤温度评估,特别是对于皮肤呈深色的个体[15]。相关研究也表明,热成像能够识别组织和皮肤的温度变化,比压力性评价量表具有更强的敏感性与精确度。

赵正焱等人将热成像系统作为ICU 新入科病人视觉皮肤评估技术的辅助手段,应用Scout114 例病人的308 个解剖区域(左足跟、右足跟、骶骨/尾骨)进行成像,在9例病人中共发现12 处热异常,2处表现为DTPI(均为2),在早期强化防治干预后,其余的7例热异常未进展为DTPI。发生的2处经鉴别,为院外带入压力性损伤。

江小琼等人[13]对349例重症患者的骶尾部皮肤温度进行监测,其中82例发生了压力性损伤,监测结果提示:临床上应密切关注患者入院后第4、5天骶尾部皮肤温度变化情况,当皮肤相对温差≤-0.1 时,暗示具有PI形成风险,应及时采取干预措施,以降低PI的发生率。

1.2 IRTI以作为压力性损伤愈的客观评价指标

对于已经形成的PI, Toshiki Kanazawa1等人通过热像仪检测到压力性损伤伤口边缘较低的温度预示着压力性损伤的发展,这可以指导临床医生在压力性损伤破坏发展的早期阶段提供及时和适当的干预。林燕熙等人对50例2-4级压力性损伤和248例红外热像温度记录进行分析,在一项多变量分析中发现,伤口周围温度值越高,伤口愈合越好(p = 0.028),伤口周围温度高与伤口愈合呈正相关。红外热像图可以作为压力性损伤愈后的客观评价指标。

2. IRTI在手术后切口感染管理中的应用

手术部位感染是常见的医疗相关感染之一,其诊断的金标准是要求在感染诊断时出现化脓性渗出物和微生物学结果,而这些标准往往是作为晚期事件出现。IRTI可以帮助早期发现术后切口延迟愈合,指导医护人员进行早期预防和治疗干预。

SIAH Chiew-Jiat等人收集了60例肠造口还纳病人术后第1-4天的手术切口红外热像图,共318张,并于术后第7天和第30天,分别致电患者,询问伤口情况。对比45例腹部手术伤口未感染患者和15例腹部手术伤口感染患者的伤口红外热图,发现虽然感染和非感染的手术伤口在第1天至第4天的伤口温度都有明显的升高,但感染伤口的温度明显低于非感染伤口,并在红外热图中检测到绿色或蓝色的“冷点”。通过这个研究可以早期发现创伤延迟愈合风险,并可以在患者出院前对其进行早期预防和治疗干预。

3. IRTI在下肢血管性溃疡护理中的应用

3.1  通过IRTI监测下肢溃疡区域伤口与周围皮肤的温度差,有助于预测溃疡的愈合。

Justyna Cwajda-Białasik等人进行了一项为期12周的前瞻性研究,研究纳入了53名患有慢性静脉性下肢溃疡的成年人,每两周通过平面测量和红外热像仪评估伤口愈合动态,每次测量三个区域的温度——伤口、距离边缘5厘米的伤口周围皮肤和参考区域(对侧健康区域)。结果发现伤口面积每减少1平方厘米,伤口周围皮肤和伤口之间的温差就会减少0.04°C。伤口周围皮肤与伤口床温差的减小是唯一有益的预后标志,评估肢体的温度可能有助于预测溃疡的愈合。

3.2  在不可用或不能用ABI的情况下,通过IRTI监测热ABI,对周围灌注的评估具有一定的价值。

 踝肱指数(Ankle brachial index, ABI)描述了上肢和下肢动脉血压的关系,并已被作为无创评估下肢灌注的金标准,尽管ABI被广泛应用,但在有些临床场景下不可用或不能用。Emler, C等人使用数字传感器和红外摄像机评价外周动脉疾病的压力指数,研究发现传统的踝肱指数(ABI)和四肢温度之间有很好的一致性。

4. IRTI在糖尿病足预防和护理中的应用

糖尿病足溃疡是糖尿病最严重的并发症之一,早期发现溃疡风险对于预防糖尿病足是非常重要的,糖尿病足测温是评估溃疡风险的有效方法。

足底温度的急性升高是溃疡前炎症的易感迹象,需要紧急干预;慢性温度升高可提示神经病变糖尿病足;慢性温度下降提示DM相关的周围血管疾病。José T orreblanca González等人使用红外热像仪开发可穿戴袜子,可监测糖尿病患者的脚的温度。通过穿戴智能袜子,能够测量脚上不同点的温度,当任何一个测量值超过某个设定值时,智能袜子就会向电话发送警报,病人就会知道他/她应该停下来。

5. IRTI在烧伤伤口护理中的应用

烧伤深度是烧伤预后和治疗的主要决定因素,因为烧伤的进展或转化,使得烧伤深度的测定并不简单。烧伤患者体表温度随烧伤深度的增加而降低,这种温度的变化可以通过红外热像仪精确和敏感地检测(精度高达0.1°C)。

浅表烧伤一般在2周内愈合而不留下疤痕,但深度烧伤(深度部分和全厚度)一般至少要3周才能愈合并产生明显的疤痕。Michelle E. Carrière等人对32例患者的43个烧伤创面进行了测量。ΔT计算0.6°C(敏感性68%,特异性95%)和-2.3°C(敏感性30%,特异性95%)的临界值,分别区分可能在2周以内愈合和三周以上愈合的创面,该研究表明IRTI用于烧伤创面愈合潜力评估是一项很有前途的技术,可以作为一个有价值的附加临床评估应用于烧伤病人。

三、讨论

IRTI技术于上世纪60年代开始步入医学领域,但是早期并没有得到广泛的推广使用。刘逸南、王佳丽等人检索了CNKI 万方、Embase、PubMed、SCIE五个数据库从建库至 2021年 3月的所有文献,关于热成像技术的临床应用研究文献共计1151篇,其中关于内分泌代谢疾病69篇,皮肤疾病73篇,外周血管疾病53篇,这些分类中涵盖部分关于伤口的文章。随着智能手机计算能力的进步,便携式热成像技术在伤口护理领域得到越来越多的应用,但是目前文献报道的均为小范围的研究,尚没有大数据或多中心的研究。本文阐述了IRTI在伤口护理五个领域的应用,旨在为伤口护理同仁提供一种新的伤口评估思路,希望有更多相关研究,填补临床数据的现有差距,并带来一系列新的机会。

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个人简介:邓春霞,1981年1月出生,副主任护师,本科,从事伤口护理研究

基金项目:肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室(三峡大学)开放基金课题(2022KZL1-12

 

 

 


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