紅外熱成像技術(shù)在心臟手術(shù)中的應(yīng)用

紅外熱成像技術(shù)在心臟手術(shù)中的應(yīng)用

掃描可以直觀地顯示人體熱輻射的分布。如果身體組織的代謝和血液循環(huán)發(fā)生變化，紅色區(qū)域的成像也會發(fā)生變化，以形成異常的熱分布格局。它提供了一種以功能影響診斷為特點的新方法,既是組織形態(tài)學(xué)診斷的補(bǔ)充,又是功能形態(tài)學(xué)診斷的新發(fā)展。多項臨床實驗已證明熱成像手段的靈敏度及特異性。迄今為止,該領(lǐng)域臨床應(yīng)用取得顯著成果,特別是在腫瘤診斷方面尤其引人注目(乳腺癌、卵巢癌、鼻咽癌等)。我們在動物實驗和臨床實踐中應(yīng)用紅外熱成像技術(shù),監(jiān)測心臟手術(shù)中的心肌保護(hù)、冠狀動脈血流、心肌溫度等,以期為心臟手術(shù)提供直觀的術(shù)中指導(dǎo)。1材料和方法1.1動物實驗1.1.1試驗對象12～18個月齡實驗用比格犬20只(上海交大醫(yī)學(xué)院實驗動物中心提供),雌雄不拘,體質(zhì)量10～15kg,平均12.25kg。1.1.2儀器、設(shè)備和儀器512×512像素高精度醫(yī)學(xué)熱診斷(medicalthermo-diagnose,MTD)數(shù)字圖像掃描系統(tǒng)(上海三晶光電醫(yī)學(xué)高技術(shù)有限公司研制),PragerOxy2000型呼吸機(jī),Siemens除顫儀(Siemens公司),ALC-MPA多道生物信號分析儀(上海奧爾科特生物科技有限公司)。1.1.3固體溫度的測定全部比格犬術(shù)前禁食12h,禁水4h。術(shù)前不予備皮及消毒,避免皮溫變化影響體表溫度。室溫維持于20～25℃,常規(guī)麻醉,氣管插管,動脈測壓,連接生物信號分析儀。常規(guī)開胸,心包懸吊,建立體外循環(huán),分別于開胸前、開胸后、建立體外循環(huán)、主動脈阻斷、灌注停搏液、主動脈開放、停體外循環(huán)等時段行紅外熱成像數(shù)據(jù)采集。1.2臨床疾病監(jiān)測1.2.1不同范圍心肌梗死存在的病例基本資料經(jīng)冠脈造影術(shù)同期臨床確診冠心病,多支病變患者12例,男性7例,女性5例,年齡57～74歲,平均年齡63歲,其中9例經(jīng)心電圖、心肌酶譜等檢查證實不同范圍心肌梗死存在。1.2.2研究設(shè)備NECSan-eiVisualTH5100紅外熱成像儀(NEC公司)。余設(shè)備為手術(shù)室常規(guī)心臟手術(shù)、體外循環(huán)及麻醉設(shè)備。1.2.3紅外熱成像數(shù)據(jù)采集室溫維持于15～20℃,所有患者常規(guī)行冠狀動脈旁路移植術(shù)(coronaryarterybypassgraft,CABG),分別于開胸前、開胸后、建立體外循環(huán)、主動脈阻斷、灌注停搏液、主動脈開放、橋血管開放、停體外循環(huán)等時段行紅外熱成像數(shù)據(jù)采集。2結(jié)果2.1主動脈開放前后心臟表面溫度變化動物實驗開胸前心臟體表投影區(qū)的溫度高于周圍區(qū)域,開胸后打開心包至體外循環(huán)建立前,心臟表面溫度逐漸穩(wěn)定于20～23℃左右。主動脈阻斷后(心包腔放置冰屑前)心臟表面溫度迅速下降。體外循環(huán)初期心臟表面溫度穩(wěn)定于12～15℃,后緩慢上升至20℃左右。主動脈開放10min后心臟表面溫度明顯回升并穩(wěn)定于原平衡溫度(20～23.5℃)。主動脈開放30min后,停止體外循環(huán)。停止體外循環(huán)前后心臟表面溫度無明顯差異(20～23℃)。實驗中1只犬于主動脈開放時冠脈氣栓形成,心臟持續(xù)室顫,行電除顫后復(fù)跳。開放后心臟表面僅局部區(qū)域溫度回升,于主動脈開放10min后所得圖像與常規(guī)實驗差異明顯(圖1,圖2),其低溫區(qū)域與探查所見氣栓栓塞血管支配心肌范圍相同。經(jīng)手法排氣后心臟表面低溫區(qū)域逐漸升溫,于停止體外循環(huán)30min后恢復(fù)至原平衡溫度(20～23℃)。2.2心臟病臨床治療2.2.1年齡開始時的紅色信號和體外循環(huán)與動物實驗相似。個別患者因心臟表面局部脂肪堆積影響該處成像效果。2.2.2心臟表面溫度主動脈阻斷后(心包腔放置冰屑前)心臟表面溫度迅速由32～33℃下降至29～30℃,灌注停搏液后沿冠脈走行、支配區(qū)域溫度降低尤其明顯并迅速下降至20～22℃(圖3,圖4)。心包腔放置冰屑,冰屑吸凈后心臟表面溫度維持于12～15℃左右。心臟停搏20min起表面溫度開始緩慢回升,于25～35min左右升至22～25℃,部分患者可觀察到心肌細(xì)顫,心電監(jiān)護(hù)模擬導(dǎo)聯(lián)見微弱電活動。予再次灌注后圖像重復(fù)上述變化過程。2.2.3溶栓后入路基因突變開胸前各患者心臟體表投影部位溫度無明顯差異。心包打開后,心臟表面成像見明顯局部低溫區(qū)域,以術(shù)前確診為心肌梗死患者為甚,且其區(qū)域與肉眼所觀察到梗死區(qū)域及冠脈造影所示狹窄段冠脈血供支配區(qū)域一致。停搏液灌注過程中,迅速出現(xiàn)的沿冠脈走行低溫區(qū)域于冠脈造影所示阻塞部位附近截至,其血供支配區(qū)域溫度下降明顯較周邊區(qū)域緩慢。該冠脈阻塞部位遠(yuǎn)端即為所行旁路移植部位。2.2.4條索狀高溫區(qū)域旁路血管吻合完成后,開放主動脈根部后及旁路血管,圖像中沿主動脈及旁路血管迅速出現(xiàn)條索狀高溫區(qū)域,直達(dá)靶血管阻塞處以遠(yuǎn)及其各分支。靶血管遠(yuǎn)端所支配血供區(qū)域溫度逐漸上升并較術(shù)前該區(qū)域溫度有不同程度升高,但部分患者術(shù)前所明確梗死區(qū)域心肌心臟表面溫度仍明顯低于周圍區(qū)域溫度(圖5,圖6)。3mtd圖像熱像圖檢測的有效性紅外熱成像是依據(jù)正常與異常組織區(qū)域的熱輻射差值來診斷疾病,通過接收機(jī)體細(xì)胞新陳代謝過程中的紅外熱輻射,測量出熱輻射源的深度、形態(tài)和數(shù)值,根據(jù)機(jī)體全身熱輻射的分布狀態(tài)與各組織和疾病的對應(yīng)關(guān)系,經(jīng)過整理量化后,利用圖像重建算法得到溫度圖像,加以斷層,通過分析機(jī)體細(xì)胞代謝的熱輻射差和健康狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系,來判別機(jī)體病灶的部位、病變性質(zhì),為診斷疾病提供依據(jù)。醫(yī)學(xué)熱診斷技術(shù)具有其他醫(yī)用影像技術(shù)不可替代的特點。該系統(tǒng)可彌補(bǔ)X光、CT、MRI某些科目定性定量不足問題,補(bǔ)足當(dāng)今影像技術(shù)部分空白科目(定位方面不及形態(tài)學(xué)影像檢測準(zhǔn)確)。醫(yī)用熱成像診斷(Medicalthermo-diagnose,MTD)系統(tǒng)與CT、MRI、超聲成像相比,具有如下優(yōu)勢:無創(chuàng)傷、無射線、無痛苦、非接觸式、全身掃描、直觀形象、快速準(zhǔn)確、無毒副作用;靈敏度高,分辨率高,可清晰顯示病灶和功能異常部位,尤其有助于腫瘤的早期發(fā)現(xiàn);對于異常部位可通過計算機(jī)進(jìn)行智能計算,定量分析;成像快,采集和留存經(jīng)濟(jì)方便;便攜式掃描儀可進(jìn)入病房或流動監(jiān)測,可反復(fù)檢查。冠狀動脈血液循環(huán)、心肌細(xì)胞代謝及心肌的舒縮運動可以產(chǎn)生較多的熱量,熱量通過熱傳遞到達(dá)胸壁,使心前區(qū)溫度高于周圍組織溫度,這種溫度的差異可以被紅外熱成像系統(tǒng)探測到,并以圖像的形式表現(xiàn)出來,就形成了熱像圖。臨床實驗已經(jīng)證明紅外線熱成像手段具有高度的靈敏度及特異性。迄今為止,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用取得的成果是極為成功的,特別是在腫瘤診斷方面尤其引人注目。此項技術(shù)已于美國、加拿大等地區(qū)通過有效性驗證。已經(jīng)有超過50萬例患者接受過熱斷層掃描系統(tǒng)檢查。加拿大VilleMaire乳腺癌中心:200例熱斷層掃描系統(tǒng)診斷結(jié)果中的198例與該中心的臨床診斷完全符合。美國路易斯安那州BatonRonge的ElliottMastology中心和美國國家健康研究院(NIH):有輕微癥狀而EKG(-)的61例患者進(jìn)行紅外熱成像檢查,結(jié)合24h動態(tài)心電圖進(jìn)行比較,同時服用硝酸甘油和硝苯地平進(jìn)行臨床觀察。熱成像診斷心肌缺血改變者56例,占91.8%;而24h動態(tài)心電圖診斷心肌缺血改變者41例占67.2%。經(jīng)口服硝酸甘油和硝苯地平治療一周后,心前區(qū)不適,胸悶氣短癥狀減輕者57例,占93.4%。此研究說明熱成像手段對心肌缺血的早期診斷的有效性及其重要意義。正常人的熱像圖上,心前區(qū)可出現(xiàn)一個肉眼可識別的高溫區(qū),當(dāng)冠脈疾病使部分心肌缺血,缺血區(qū)域心肌單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量減少,心前區(qū)的高溫可以消失,甚至出現(xiàn)低溫。因此,本文所檢測的冠心病患者,在未經(jīng)治療的情況下,均在熱像圖上表現(xiàn)為低溫。當(dāng)接受治療后,心肌缺血得到一定程度的緩解,溫度可以有所恢復(fù),甚至到正常;溫度恢復(fù)的程度取決于個體對治療敏感性的差異。這也同時表明,即使藥物治療,癥狀緩解,體外檢查胸壁溫度恢復(fù),但是僅是整體溫度有所升高,其基礎(chǔ)病理改變事實上仍然存在。手術(shù)中,由于熱量傳遞不再經(jīng)過胸壁,正常心肌和缺血區(qū)域心肌的差異會更加明顯。搭橋完成后,缺血區(qū)域心肌缺血現(xiàn)象緩解,心肌產(chǎn)熱恢復(fù)正常,與周圍心肌之間的溫差縮小甚至消失,因而熱像圖上不再顯示缺血區(qū)域。MTD所顯示的熱圖與冠心病患者局部心肌的病理生理變化相符合。有關(guān)心臟停跳及心肌保護(hù)方法灌注間隔的安全時間,以往研究集中在細(xì)胞形態(tài)學(xué)及分子生物學(xué)的變化,而功能學(xué)變化研究少見,紅外成像技術(shù)通過功能學(xué)判定心肌保護(hù)的有效性及可靠性更加直觀可靠。本研究發(fā)現(xiàn)紅外熱成像可清楚、直觀地反映心臟停跳及保護(hù)液在心肌內(nèi)的分布情況,并對心肌溫度變化持續(xù)監(jiān)測,為重復(fù)灌注心肌保護(hù)液的間隔時間提供指導(dǎo)。但此方法尚需要分子生物學(xué)和結(jié)構(gòu)學(xué)的支持,我們正在進(jìn)行心肌溫度與形態(tài)、功能學(xué)的綜合研究,對常規(guī)間隔灌注方法的合理性重新評價