红外热成像技术评估脊柱骨代谢紊乱：骨质疏松诊断的补充性新方法

本研究通过红外热成像（IRT）技术分析270名高加索女性脊柱温度分布，发现骨质疏松患者腰椎区域温度显著高于健康组（33.70°C vs 33.13°C），AUC达0.695。创新性提出坐姿脊柱热成像协议，为骨代谢疾病（如骨质疏松/osteopenia）提供无创辅助诊断工具，但需结合骨密度检测（BMD）等金标准。

　　

Abstract

骨质疏松（Osteoporosis）是以骨矿物质高吸收为特征的代谢性疾病，导致骨结构刚度降低和骨折风险增加。本研究评估红外热成像（IRT）作为非侵入性方法诊断脊柱骨代谢紊乱的可行性，并与骨密度检测（BMD）结果（健康、骨量减少、骨质疏松）对比。前瞻性研究纳入270名高加索女性（120例患者和150名健康志愿者），使用FLIR T-530专业热像仪采集图像，通过FLIR Tools 6.4和ResearchIR Max 4.40处理数据，MATLAB 2023b进行统计分析。结果显示，骨质疏松患者的腰椎区域（ROI 3）中位温度显著高于对照组（33.70°C vs 33.13°C），多元线性回归模型（GLM）将AUC提升至0.695，敏感性达72%。研究表明IRT可作为骨代谢紊乱的补充诊断技术，但无法替代X射线或MRI等金标准。研究还提出并验证了坐姿全脊柱热成像新协议，更适合老年人和体弱患者。

Introduction

骨质疏松是慢性进展性全身性骨骼代谢疾病，以骨组织密度降低和微结构恶化为特征。骨代谢失衡（吸收过程占主导）导致骨强度下降和骨折风险增加。脊柱以松质骨为主，比富含皮质骨的髋部更易受骨质疏松影响。椎体压缩性骨折在老年女性中高发，60岁后发病率加速上升。

诊断挑战在于现有方法（如X射线）对细微骨折敏感性仅40-72.3%，且50%椎体骨折无法通过影像学检测。IRT通过捕获7.5-14μm波长红外辐射生成温度分布图，无电离辐射且便携安全。既往研究表明，骨密度降低会增加热对流，导致皮肤温度微小变化。

Materials and methods

研究经伦理委员会批准，纳入270名女性（40例骨量减少、80例骨质疏松、150名健康对照）。排除激素治疗、双膦酸盐治疗及合并代谢疾病者。使用FLIR T-530热像仪（NETD<40mK）在21°C恒温环境中采集图像，发射率设为0.98。脊柱分为4个ROI：颈椎（C1-C7）、胸椎（T1-T12）、腰椎（L1-L5）和骶椎区域，比较站立与坐姿的温差。

Results

腰椎区域（ROI 3）在骨质疏松组温度最高（33.70°C），显著高于对照组（33.13°C）。坐姿与站立位温差仅0.09°C，验证坐姿协议的可行性。BMI分析显示肥胖组因脂肪隔热作用温度更低（如肥胖III级32.11°C vs 正常组32.99°C）。ROC曲线显示腰椎区域单独AUC为0.62，而GLM模型整合4个ROI后AUC提升至0.695。

Discussion

与骨密度检测相关性表明，IRT可捕捉骨质疏松晚期骨微结构变化导致的热信号增强，但对早期骨量减少不敏感。坐姿协议更适合行动不便患者，且与X射线体位一致。BMI和皮下脂肪厚度是重要干扰因素，肥胖者温度平均低0.88°C。研究局限性包括仅纳入高加索女性和横断面设计。

Limitations

样本缺乏多民族数据和纵向随访，未控制月经周期对体温的影响。皮肤温度受多种因素（如血管舒张、局部炎症）干扰，需结合临床评估。

Conclusions

IRT可作为骨质疏松的辅助诊断工具，腰椎温度升高（>33.7°C）提示骨代谢异常。提出的坐姿全脊柱分段热成像协议具有临床实用性，但需扩大样本验证。未来研究应纳入不同种族、性别和代谢状态人群，探索IRT在骨修复监测中的应用。