為探討人體機(jī)能信息和結(jié)構(gòu)信息的內(nèi)在聯(lián)系，系統(tǒng)闡述了人體紅外輻射的探測(cè)原理及其生理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，探討了人體紅外輻射信息的本質(zhì)和意義。并利用紅外熱像技（IRT），實(shí)現(xiàn)了人體機(jī)能與結(jié)構(gòu)多元信息的轉(zhuǎn)換和表達(dá)，以促進(jìn)醫(yī)用紅外熱像分析技術(shù)的合理開發(fā)和應(yīng)用。

   醫(yī)用紅外熱像（infrared thermography, IRT）術(shù)是一門新興的綜合性高新技術(shù)，具有靈敏精確、成像直觀、信息豐富、無創(chuàng)檢測(cè)、簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)等特性，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。與相繼出現(xiàn)的Computed tomography (CT)、Nuclear magnetic resonance(
MRI)、 Brightness mode ultrasonic(B 超)等成像技術(shù)相比，IRT 還不為人們所熟悉，甚至誤將IRT當(dāng)作結(jié)構(gòu)影像進(jìn)行形態(tài)學(xué)定位與定性診斷，致使人們對(duì)人體紅外熱圖（IRT難以理解和正確分析，直接影響了其推廣普及。因此，系統(tǒng)闡述人體紅外輻射的探測(cè)原理對(duì)探討人體紅外輻射的本質(zhì)具有重要意義。

    1 醫(yī)用紅外熱像技術(shù)的發(fā)展概況
    早在 1800 年，英國(guó)天文學(xué)家William Hirschel就發(fā)現(xiàn)了熱與紅外輻射的關(guān)系。1840 年，小WilliamHirschel 把酒精浸在黑紙上觀察酒精蒸發(fā)情況，首次揭開了熱圖(thermography)之迷[1]。二戰(zhàn)期間，紅外技術(shù)得到了空前的發(fā)展，1934 年，Hardy 首次采用紅外輻射原理，不用接觸人體而準(zhǔn)確測(cè)量到人體皮膚溫度。二戰(zhàn)以后，紅外技術(shù)迅速?gòu)能娛骂I(lǐng)域向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域滲透。1956 年，美國(guó)外科醫(yī)師Ran Lanson用紅外掃描技術(shù)證實(shí)乳腺癌局部皮膚的溫度比正常部位高，這一發(fā)現(xiàn)拉開了紅外掃描技術(shù)臨床應(yīng)用研究的序幕1961 年，英國(guó)醫(yī)師Walliams KL 用紅外掃描儀拍攝了世界上第一張乳腺癌熱圖。1971年，Mebourne 在第九屆國(guó)際醫(yī)學(xué)生物工程學(xué)會(huì)議上，正式提出了醫(yī)用熱像圖攝影裝置.這標(biāo)志著醫(yī)用紅外熱像技術(shù)日趨成熟，開發(fā)、應(yīng)用熱潮迅速在世界各地興起。1976 年我國(guó)首臺(tái)醫(yī)用紅外熱像儀試制成功。1979 年姜宗橋發(fā)表了第一篇國(guó)產(chǎn)熱像儀臨床應(yīng)用的報(bào)道,表明我國(guó)醫(yī)用紅外熱像技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用與國(guó)際進(jìn)展基本同步。此后，醫(yī)用紅外熱像技術(shù)如雨后春筍，蓬勃發(fā)展，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)諸多領(lǐng)域.

    2 紅外輻射的基本特征
   “紅外”一詞源于光譜學(xué)，紅外輻射是指波長(zhǎng)范圍介于可見光與微波之間（即0.75~1000ìm）的電磁輻射，在光譜圖上位于紅光之外，其本質(zhì)與可見光相同，具有電磁波的一般屬性。此外，紅外輻射還具有與可見光不同的兩個(gè)特性：一是紅外輻射與熱能的傳遞有關(guān)，有著明顯的熱效應(yīng)；二是紅外輻射與物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的頻率一致時(shí)，入射的紅外輻射可被物體分子吸收，物體分子吸收紅外輻射后自身的熱運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)，表現(xiàn)為物體溫度升高。因?yàn)闃?gòu)成物質(zhì)的分子都是由帶電粒子組成，當(dāng)它們做熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的偶極矩發(fā)生變化，就會(huì)發(fā)生電磁波。這種由物體溫度決定的紅外波段電磁輻射被稱為熱輻射，溫度越高，熱輻射功率越大。另一方面，能吸收紅外輻射的物體也能發(fā)射紅外輻射，幾乎所
有物體（包括人體），只要它的溫度大于絕對(duì)零度（即-273℃），都在不斷地發(fā)射紅外輻射，同時(shí)也在不斷地吸收紅外輻射，而且遵守紅外輻射定律。正是利用了紅外輻射的這些特性，人們才能通過探測(cè)人體紅外輻射，獲得體表溫度所表達(dá)的多元信息。
    3 人體紅外輻射的探測(cè)原理
    人體紅外輻射探測(cè)原理基于紅外輻射的定律?；鶢柣舴蚨芍赋?，在一定溫度下，達(dá)到熱平衡的物體輻射本領(lǐng)與吸收本領(lǐng)成正比，即發(fā)射率等于吸收率（ε=α）。發(fā)射率表示一個(gè)物體發(fā)射熱輻射的本領(lǐng)，發(fā)射本領(lǐng)最大的物體稱為黑體，其他物體的發(fā)射本領(lǐng)要通過與黑體的比較而得知。這個(gè)比例系數(shù)就是發(fā)射率（也稱比輻射率），黑體的發(fā)射率總是等于1，而其他物體的發(fā)射率總是小于1。正常人體的輻射本領(lǐng)與絕對(duì)溫度310°K 的黑體相似。不論膚色，比輻射率約為0.99，說明人體具有很高的輻射本領(lǐng)。斯蒂芬—波爾茲曼定律表明，黑體單位表面積向整個(gè)半球空間發(fā)射的輻射總功率與其自身絕對(duì)溫度的四次方成正比，即Mb=σT4。Mb 表示同一溫度下黑體的輻射發(fā)射度，T 是黑體的絕對(duì)溫度，σ是一個(gè)常數(shù)。這一定律說明物體發(fā)射的熱輻射功率與它的絕對(duì)值直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是說，只要能測(cè)出人體的熱輻射功率，就能得知人體的溫度。維恩位移定律則說明，黑體的峰值輻射波長(zhǎng)與黑體絕對(duì)溫度成反比，即λmT=C（λm 表示黑體的峰值波長(zhǎng)，T 是黑體的絕對(duì)溫度，C 是一個(gè)常數(shù)，等于2897.8ìm.K）。也就是說，物體的熱輻射是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)，溫度越高，輻射能量越大，峰值波長(zhǎng)則向短波方向移動(dòng)。根據(jù)這一定律，人們只要知道物體的絕對(duì)溫度，就能計(jì)算出它的峰值輻射波長(zhǎng)，正常人體為37℃，也就是310°K（K 表示絕對(duì)溫標(biāo)，它和攝氏差273.15 度），按公式計(jì)算，人體峰值輻射波長(zhǎng)λm=9.348ìm[4]。
由于人眼只能對(duì) 0.4~0.7ìm 的可見光波段敏感，而各種不同材料的紅外探測(cè)器（熱敏型，光子型），可以探測(cè)0.7~14ìm的紅外波段。因此人們根據(jù)人體峰值輻射波長(zhǎng)， 通常選用敏感波長(zhǎng)為8~14ìm 的紅外探測(cè)器探測(cè)人體紅外輻射。經(jīng)過一系列的信號(hào)處理，把熱輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為可視性的和可定量的紅外熱圖像（infrared thermography）。
    4 人體紅外輻射的生理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
   人體作為一個(gè)輻射源，和其他物體一樣遵守紅外輻射定律。但是，人體作為一個(gè)有生命的高等恒溫生物體具有生命活動(dòng)的基本特征。人體紅外輻射與機(jī)體的能量代謝、體熱平衡、體溫調(diào)節(jié)及組織結(jié)構(gòu)有著密切的內(nèi)在聯(lián)系，有其特定的生理機(jī)制和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。眾所周知，人體不能直接利用外在能源（光能、電能、機(jī)械能等），惟一能利用的是食物中所蘊(yùn)藏的化學(xué)能。攝入的能源物質(zhì)（糖、脂肪和蛋白質(zhì)）在體內(nèi)氧化過程中，碳?xì)滏I斷裂，生成CO2 和H2O釋放能量，其總量的50％以上的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，用于維持體溫。其余不足50％的化學(xué)能則載荷于ATP，經(jīng)過能量的轉(zhuǎn)化與利用，最終也轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，熱能不能再轉(zhuǎn)化利用，由血循環(huán)傳導(dǎo)到體表，一定的條件下，主要以輻射的方式發(fā)散于體外。輻
射散熱量取決于皮膚和環(huán)境之間的溫度差。溫差越大，散熱量越多；溫差越小，散熱量越少。通常環(huán)境溫度在20-30℃時(shí)，人體能量代謝最為穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)境溫度低于體溫時(shí)，大部分的體熱（70％）通過皮膚的輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流散熱。另一方面，皮膚溫度受皮膚血流量的控制，皮膚血液循環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了皮膚血流量可以在很大范圍內(nèi)變動(dòng).真皮中有由微動(dòng)脈和微靜脈構(gòu)成的深、淺血管叢，動(dòng)脈和靜脈的淺叢和深叢之間分別有垂直方向的血管相通連，淺叢發(fā)出袢狀毛細(xì)血管到每個(gè)真皮乳頭，深叢和淺叢之間有豐富的吻合支。此外，真皮深層有特別形式的動(dòng)—靜脈吻合（稱血管球），它們是微動(dòng)脈到微靜脈間的血流旁路，血流不經(jīng)過毛細(xì)血管床，以增加局部的血流量和流速[6]，參與體溫調(diào)節(jié)。機(jī)體的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制通過交感神經(jīng)系統(tǒng)控制皮膚血管的舒縮，增減皮膚的血流量，以調(diào)控體熱平衡，維持正常體溫。因此，凡是能影響皮膚血管舒縮的內(nèi)外因素（生理、病理、物理、化學(xué)、環(huán)境、情緒等主客觀因素），也必然會(huì)影響人體紅外輻射。探測(cè)人體紅外輻射的實(shí)質(zhì)，就是在一定條件下，捕獲瞬間體表溫度所表達(dá)的人體多元信息。
     綜上所述，基于紅外輻射原理，以人體為輻射源，采用先進(jìn)的紅外掃描技術(shù)，探測(cè)人體紅外輻射，經(jīng)過一系列信號(hào)處理，把不可見的體表溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢曅缘暮涂啥康募t外熱圖，與CT、MRI、B 超等結(jié)構(gòu)影像有著本質(zhì)的不同。IRT 實(shí)現(xiàn)了機(jī)能與結(jié)構(gòu)多元信息的轉(zhuǎn)換和表達(dá)，為探索機(jī)能信息和結(jié)構(gòu)信息的內(nèi)在聯(lián)系開辟了新的途徑，可望在疾病
診斷、腫瘤研究、疼痛研究、神經(jīng)定位、針刺效應(yīng)及人體異常信息的無創(chuàng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，必將發(fā)揮其它成像技術(shù)不可取代的作用。