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1、项目名称 云服务的医用专家系统中红外热 像关键技术研究 项目负责人（签名）_ _所在学校（盖章）_1本项目研究意义及国内外同类研究工作现状（附主要参考文献及出处）：医用红外热像（Infrared Thermography, IRT）技术是一门新兴的综合性高新技术，具有灵敏精确、成像直观、信息丰富、无创检测、简便经济等特性，受到国内外学者的普遍关注。红外热像仪自上世纪英国医生将成果应用于临床以来，目前在医学领域已取得了广泛的应用，包括医学诊断、医学治疗以及大面积的医学防疫等领域。1）医学诊断方面根据人体的生理温度基本规律，热传导及散热现象，生理热区、生理低温区及反应性热区、机体散热的不均衡性，血
2、管阻力、血液流量分配互补现象，以及肿瘤的 Folkman-Michel理论、恶性肿瘤的低温问题等，红外诊断以其得天独厚的优势被应用于医学诊断。从上世纪90 年代开始，傅里叶变换红外光谱方法(FT-IR)被应用于肿瘤检测。国内外多个研究小组已经对常见的人类肿瘤组织(如肠 ,胃,乳腺,胆囊,肺,肝,口腔等) 进行了光谱学特征研究 1,2,15-17。目前，一般通过观察和对比分析正常组织和肿瘤组织的多个谱学参数(如峰位、峰高、峰位差、峰高比等) 的差异进行分类判别。特别是军事医学科学院国家生物医学分析中心以及 军事医学科学院 307 医院病理科在长期临床实验中，在实验考察的波长范围内发现人乳腺癌与良
3、性病变组织在红外光谱上存在明显不同的特征，这些光谱特征与细胞发生癌变有关。从癌变组织与良性病变组织的红外光谱特征出发，可以为乳腺癌的早期诊断提供有益的帮助。然而要想对光谱信息进行深入系统的研究，需要依靠化学计量学方法和计算机技术相结合，克服传统鉴别方法的局限性、复杂性及主观性。此外，在一些慢性病的检测上，如腰椎间盘突出等3,10,18，红外诊断也越来越凸显出优势。2）医学治疗方面在国内外研究的治疗方法之中，中医理疗多用于治疗慢性病，如风湿病、颈椎病等，而且此类方法多与传统中医的针灸、推拿等结合。在使用理疗设备发射光线照射病变部位后，通过移动红外探测设备对病变组织进行照射强度、时间等的控制，最终
4、达到最佳治疗效果。此类的应用诸如利用理疗设备对穴位照射治疗椎动脉型颈椎、利用理疗设备辐照治疗乙型肝炎肝纤维化4 、红外热像观察针刺合谷穴对面瘫治疗作用 5等。3）医学防疫方面在红外技术理论中，有“黑体”的概念。黑体是理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，但没有能量的反射和透过，它是一种与入射辐射的波长和偏振方向、传播方向无关的物体。在现实中绝对黑体并不存在，而主要是用于理论分析。如果某一物体在任何温度下的光谱发射率是一个与波长无关的常数，该物体被称为“灰体”。实际物体在某温度下的辐射强度与波长的关系是不规则的，因此不是灰体。但在工程计算上为了方便起见，近似把它们都看作是灰体。人体是一个天然
5、的红外辐射源，可被视为是灰体。研究发现，当皮肤温度在 3038。C 之间时，以人体为灰体，套入相关公式计算出红外测温仪的工作波段应该在 814um，而这个波长范围属于大气窗口，即红外辐射热能量并不被空气所吸收，从而保证了红外测量人体温度的准确性6。Hughes 早在 1985 年就将用于工业的通过一定距离测量机器温度的红外测温仪用于检测人体温度，并以肠温作为标准进行对照，结果发现在发热患者、无发热患者以及所有患者中的红外测温的诊断符合率分别为 95、90和 92，研究证明红外用于测温方法可行，并认为随着红外技术的进一步发展，该技术将会成为常规的临床应用手段7,13-15。人们对红外体温检测技术
6、的更进一步的认识是源于 SARS，在“非典”以及 2009年全球暴发的“甲型 H1N1 流感”期间，许多公共场所诸如机场、口岸、医院均安装有红外热成像仪或红外点温仪测量体温，通过对体温的监测查找热源，隔离患病人群或疑似病例，阻断病源、防止传播，这为疫情的控制发挥了重要作用。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。深圳口岸为提高口岸传染病检出率曾在 2007年 8 月2008 年 7 月间使用红外热成像体温监测系统对入境人员进行数据监测，统计每月发热病例的检出率，红外热成像体温监测系统报警的准确率、精确度，最终确认该系统在口岸传染病防疫中具有较好的应用效果8-1
7、0,16-17。 与现有的医学诊断 X 线、CT、MRI（核磁共振）、B 超等成像技术相比，医用红外热像技术还不为人们所熟悉，X 线、 CT、MRI、B 超是针对解剖结构的检测，而红外技术则是一种生理学检测。基于红外辐射原理，以人体为辐射源，采用先进的红外扫描技术，探测人体红外辐射，经过一系列信号处理，把不可见的体表温度变化转变为可视性的和可定量的红外热图，与 X 线、CT、MRI、B 超等结构影像有着本质的不同，医用红外热像技术可以实现机能与结构多元信息的转换和表达，为探索机能信息和结构信息的内在联系开辟了新的途径。医用红外热像技术与传统的检测技术相比，存在很大的区别，如 表 1 所示。表
8、1：红外热像仪与传统检测仪的比较X 线、CT 、MRI 、B 超 红外热像仪诊断性质 结构影像学 功能影像学诊断特点 考察病变的组织结构和机理 考察病变的新陈代谢，血液循环状况温度改变以及神经调节优劣势检验快速，成本较低。对于病变的早期诊断不灵敏，个别检查有损健康。无损检查，对于病变部位的早期诊断优势明显。诊断成本较高，单次采购较为昂贵。从表中可以看出，医用红外热像技术对结构成像技术的传统检测技术（X 线、CT、MRI 、B 超）是一个很好的补充。许多基于结构成像技术不能表现或晚于机能表现的异常信息，却能通过红外热成像技术呈现。例如，在发现肿瘤方面，比 CT、核磁共振早发现612 个月。和传统
9、检测技术相比，医用红外热像仪又是疼痛及软组织损伤的唯一可查技术11-13。1976 年我国首台医用红外热像仪试制成功，1979 年姜宗桥发表了第一篇国产热像仪临床应用的报道，表明我国医用红外热像技术的开发和应用的迫切性，然而由于部分关键技术仅由美国、以色列、法国等极少数国家掌握，我国的技术研究发展遇到瓶颈。目前国内所用高端的三算子数字式近红外诊断仪等医用红外热像仪仍由国外进口12。国产医用红外热像仪在性能上也与国际水平有所差异，如 表 2。表 2：医用热红外成像仪国内外厂商数据对比由 于医用红 外热像仪 单次采购 成本昂贵， 我国目前 使用的医 用红外热 像仪仅有 200 多台。现有的近 10
10、00 家的三甲医院，只有不到 10%的比例有红外热像仪。因此，各医院采用的检测技术，还是以结构性检测为主，缺乏功能检测手段。对于疾病的及早预防、及时发现及时跟踪发展状况缺乏必要的检测方式和技术支持。面对我国每年近亿计的检测数量需求，我国医用红外热像仪还存在很大的缺口，市场产品供求潜力巨大。因此，研究医用国际 国内主要生产厂商 MedithermNEC上海维恩伟业红外医学科技公司重庆伟联科技有限公司中电科技集团红外工程技术有限公司产品价格 80-100 万人民币 50 万人民币温度分析功能 0.01 0.08-0.05图像显示功能 0.9-1.0mr 1.5-1.0mr红外热像的关键技术以及研发
11、迫在眉睫。将医用红外热像技术切实有效的应用于实践，降低成本惠及大众群体，并结合现代计算机技术的发展潮流，本研究提出基于云计算的医用红外热像仪关键技术研究：1）使用云计算技术，减轻计算压力，降低医疗成本医用红外热像诊断、治疗以及防疫所需用的计算量较为庞大，而云计算可以减轻计算压力。同时，对于一家医院来说，传统上需要购买服务器、医疗设备等建立自己的 IT 体系，但医院之间的信息共享与实时交流却很难付诸实践。而未来借助云平台，通过 IT 技术与医疗技术的结合及创新型应用，可以实现以前很多无法实现的东西。通过区域医疗信息共享，为区域内的临床用户提供优质的临床数据浏览与使用服务。另一方面，国内优势医疗资
12、源集中在大型医院，资源分配极为不均。在云计算概念下，通过 IT 技术的创新型应用，打造区域医疗信息系统平台，连接基层医院和三级甲等医院的信息共享与远程诊疗成为可能，医用红外热像诊断、治疗以及防疫可以进行大众普及化的使用。2）构建专家系统，提高医用精度，惠及大众群体医学信息学是伴随世界科技进步与发展而脱颖而出的具有现实、使用和超前等性能的学科。由于信息存储及利用方面受到人脑智能相对局限与简单的约束或限制，就不可能具有极快的运算速度、极强的记忆能力、极高的逻辑分析与判断能力。专家系统是指运用一个或多个专家提供的特殊领域知识进行推理和判断，以求解那些需要专家才能解决的复杂问题的一种智能计算机程序。将
13、医用红外热像技术融入专家系统之中，可以有效提高红外热像技术的诊断、治疗以及防疫的速度和精度，从而惠及大众群体。参考文献1沈世杰, 李清. 人乳腺癌组织的特征红外光谱研究J. 光谱学与光谱分析, 2000, 20(1): 28-30.2杨子彬. 医用热像图的理论基础和临床应用J. 生物医学工程研究 , 2004, 22(3): 1-8.3李庆波, 杨丽敏, 凌晓锋, 等. SIMCA 法在中红外癌症检测技术中的应用J. 光谱学与光谱分析, 2004, 24(4): 414-417.4王乐新, 赵志敏. 血液的红外吸收光谱分析及应用研究J. 光谱学与光谱分析, 2002, 22(6): 980-9
14、82.5Folkman J.The role of angiongenesis in tumor growth. Seminars in Cancer Biology . 19926Folkman J.What is the evidence that tumors areangiogenesis dependent. Journal of National Cancer Institute . 19907Folkman J,Watson K,Ingber D.Induction of angiogenesis during the transition from hyperlasia to
15、neoplasia. Nature . 19898WU Jin-guang,XU Yi-zhuang,WENG Shi-fu,et al. Biopolymers(Biospectroscopy) . 20019王军, 邓方阁, 王刚, 等. 红外热成像在腰椎间盘突出症诊断中的地位J. 临床军医杂志, 2010, 38(1): 133-135.10张栋, 彭悦. 针刺合谷穴对面瘫治疗作用的红外热像观察 J. 中医杂志, 1989, 30(5): 32-34.11怀智勇, 贾冬梅. 推拿结合红外偏振光穴位照射治疗椎动脉型颈椎病疗效观察J. 中国康复医学杂志, 2008, 23(2): 171-1
16、72.12李成东, 高良, 游国师, 等. 红外温针治疗急性痛风性关节发作 126 例J. 内蒙古中医药, 2009, 27(12): 38-39.13杨景发, 刘玉颖. 中红外与短波红光综合治疗仪的临床应用与实验研究 J. 红外技术, 2002, 24(3): 56-58.14黄彤文, 刘春芳, 徐媛, 等. 深圳口岸红外热成像体温监测结果分析J. 中国国境卫生检疫杂志, 2009, 32(4): 253-255.15邓方阁, 邓秀芳, 钟南山. 红外技术及其在发热测温中的应用J. 中华生物医学工程杂志, 2010 (2): 174-176.16Hughes WT,Patterson GG,Thornton D,et al.Detection of fever
