医用红外热成像在肿瘤发生发展过程中的应用

2024/04/11 分类:资讯中心 829

肿瘤的温度通常与正常体温不同，并且与健康组织相比，可能会升高、降低或两者兼而有之。肿瘤的温度取决于代谢活动和血管形成，并且可能因肿瘤进展、治疗或癌症类型而改变。

肿瘤由于血管化和代谢活动增加而产生热量。与周围的健康组织相比，呈现出明显的高温，并构成了使用热成像检测和诊断肿瘤的基本原理。相比之下，肿瘤的坏死区域和某些肿瘤类型，如原发性神经胶质瘤和软组织脂肪瘤等，通常比周围的健康组织温度低。肿瘤温度低于正常组织温度，通常是肿瘤代谢活动降低、肿瘤脉管系统不多造成的。

肿瘤的产热能力是一个动态变量，在其发展过程中不断变化。以下因素会影响肿瘤的产热能力：肿瘤细胞代谢产生热量，以及肿瘤内部和周围的血管形成，提供肿瘤细胞增殖所需的氧气和营养。在肿瘤发展的早期阶段，缺乏脉管系统会限制肿瘤细胞代谢、肿瘤生长，并最终限制热量产生。如果没有足够的血液供应，肿瘤的生长会被限制。在这种情况下，缺乏足够的氧气会导致肿瘤缺氧，作为血管生成开关来启动新血管的形成。这个过程，就像松开刹车踏板的动作一样，会引发肿瘤呈指数生长，同时产生较大的热量。在进展的后期，由于坏死的发展，肿瘤的热量产生可能会减少。坏死是由于代谢活动和血管形成的不平衡，血管内血栓形成，肿瘤细胞过度表达促凝剂引起的。然后肿瘤血管的关闭导致局部缺氧、坏死和肿瘤细胞代谢活性降低，这与肿瘤温度降低有关。随后，随着缺氧和坏死的发展，肿瘤微环境的发展可能再次出现局部温度升高，从而有利于侵润周边组织和加速肿瘤生长。如一些神经胶质肿瘤所表现的那样，代谢活跃的肿瘤细胞和坏死区域的异质性可导致肿瘤具有分布不规则的热源表型，同时具有较高和较低温度的区域。总体而言，肿瘤的温度在其进展过程中会发生变化，受血管化和高代谢活动的影响。

肿瘤的发热特性导致可使用红外热成像来检测和诊断癌症，特别是乳腺癌。已证实部分癌症类型的温度升高，包括乳腺癌、膀胱癌、肺癌、皮肤癌和脑癌。检查肺癌和膀胱癌温度的研究表明，与周围正常组织相比，平均升高约1℃的温度。一项研究发现乳腺肿瘤的平均温度比周围组织的平均温度高1.79±0.88℃，与患者腋窝温度相比，乳腺肿瘤温度平均升高了1.33℃。这相当于肿瘤的绝对温度范围为37.17至38.44℃。脉管系统在确定肿瘤温度方面的重要性不可低估，因为研究发现增加的血流量和微血管密度与肿瘤温度相关。还检测到转移性脑肿瘤的温度升高，例如，在一项检查转移性皮质内黑色素瘤患者的案例研究中，发现平均温差为1.7℃。记录的肿瘤和健康脑组织的绝对皮质温度分别为33.5至36.5℃和33.1至33.5℃。在手术过程中，由于手术室温度较低(19–20℃)，大脑表面的温度比正常生理温度(37℃)低约4℃。因此，一些转移性脑肿瘤的实际温度范围可能更接近于37.5-40.5℃，这表明与发热范围温度（38-41℃）和热疗（38-45℃）接近。

尽管肿瘤往往温度升高，但某些肿瘤和肿瘤类型与温度降低有关。在一项测量六名脑肿瘤患者（两名患有转移性肿瘤，四名患有星形细胞瘤）的皮质肿瘤温度的研究中，发现与周围健康组织相比，平均温度降低了约 2.0℃。这对应于肿瘤和健康皮质的绝对温度范围分别为31.1-35.6℃和33.0-36.6℃。胶质细胞起源的原发性脑肿瘤往往比周围的健康组织体温低或温度低。这些研究为区分低温原发性脑肿瘤和高温转移性脑肿瘤提供了证据。导致原发性脑肿瘤温度降低的因素可能包括肿瘤微血管密度低、肿瘤周围区域代谢较低、周围组织中脑脊液较多和肿瘤坏死。除了脑肿瘤，软组织肿瘤，如脂肪瘤和非典型脂肪瘤，也有可能降低温度。在软组织肿瘤的热成像研究中，发现 30% (30/100) 的患者位于肿瘤表面的皮肤温度略有降低(0.05±0.17℃)。虽然红外热成像测量的是皮肤温度，不是核心肿瘤温度的直接测量，但这些发现提高了软组织肿瘤温度降低的可预见性。肿瘤血流不良是导致其较低温度的因素之一。这些研究表明了减少的脉管系统、代谢和肿瘤坏死的存在在确定较低的肿瘤温度中的作用。

肿瘤的温度也会受到治疗的影响，因为一些治疗可以通过直接杀死或通过破坏血管产生大量坏死的肿瘤细胞，从而降低肿瘤的整体代谢活性和热量产生。治疗也会导致产生强烈的抗肿瘤免疫反应，并伴有高代谢活性和促炎性白细胞的涌入，这有助于增强肿瘤中的热量产生。因此，在通过治疗的情况下，发热和由此产生的肿瘤炎症特征会导致温度的短暂升高。