《Applied Sciences》：Technical Characterization of a Low-Cost Thermal Imaging System for Future Diabetic Foot Assessment
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糖尿病足（Diabetic Foot）是糖尿病（Diabetes Mellitus，DM）严重并发症及非创伤性下肢截肢主要原因。红外热成像（Infrared Thermography）被提议作为低成本、非侵入性工具，用于早期检测与该病症相关的热学改变。本研究通
糖尿病足（Diabetic Foot）是糖尿病（Diabetes Mellitus，DM）严重并发症及非创伤性下肢截肢主要原因。红外热成像（Infrared Thermography）被提议作为低成本、非侵入性工具，用于早期检测与该病症相关的热学改变。本研究通过预定义采集条件下技术表征，评估基于FLIR Lepton 3.1R模块的热成像系统性能。采用黑体源（Blackbody Source）作为31至40 ℃温度范围内热参考，在预定义距离采集测量值；将FLIR Lepton 3.1R所获热测量值与用作实验比对设备的FLIR C5热像仪测量值比较。FLIR Lepton 3.1R测量值相对黑体参考值平均偏差1至2 ℃，表明在评估采集条件下性能稳定。总体结果支持FLIR Lepton 3.1R模块作为低成本平台用于空间热模式（Spatial Thermal Patterns）分析的潜力，代表迈向未来以糖尿病足评估为目标的临床验证研究的初步步骤。
研究背景方面，糖尿病足由周围神经病变、外周动脉疾病与免疫功能障碍共同导致组织完整性受损，伴发炎症时足底局部温度改变可早于溃疡出现，双侧足底温差大于2.2 ℃被Lavery等作为溃疡预测指标，Bagavathiappan等后将全场红外热成像引入糖尿病足神经病变评估。既有文献多依赖工业级高性能辐射热像仪（如FLIR SC305、FLIR E8），专用临床热像系统因成本高而少报；近期低价模块（如FLIR Lepton系列、FLIR ONE）虽涌现，但受探测器非均匀性、噪声等效温差（NETD）、环境温度湿度影响，尚未广泛验证。在开展高级图像分析或临床验证前，必须先对低成本传感器做技术表征以确定测量可靠性。研究人员据此以黑体校准器加比对设备框架，对基于FLIR Lepton 3.1R的便携系统做预临床技术表征，为未来糖尿病受试者临床验证及自动化热图分析铺路。该文发表于《Applied Sciences》。
关键技术方法上，研究人员选取FLIR Lepton 3.1R（160×120像素）为待测模块、FLIR C5（640×480像素）为比对设备，Isotech Quick-Cal红外校准器（发射率>0.99，范围30–350 ℃）作黑体参考；在31–40 ℃区间、10 cm与25 cm两距离、非控环境但固定发射率与稳定时间下各采5帧共100帧/设备。图像处理流水线含灰度化、高斯滤波（仅C5用）、相对阈值分割（阈值取平滑后图像最大强度Tmax的比例）、形态学操作与轮廓提取ROI；Lepton因分辨率低省略平滑以免信号退化。温度由ROI平均强度经线性变换（0–255映射至Tmin–Tmax）估算，点测（Spot）取设备直读。精度以绝对误差、平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）、标准差与平均偏倚（Bias）衡量，对照厂家不确定度规格解释。
研究结果部分，按原文小节叙述。3. Results中，先通过像素强度分布验证相对阈值稳定性（C5均值201.10±0.43，Lepton 3.1R均值201.42±0.61），阈值敏感性分析显示较高阈值使ROI缩小且更代表最暖区，Lepton在高阈值下变异性更大；距离变化改变投影尺寸进而影响ROI。点测与ROI测与黑体参考比较显示：C5在25 cm时点测偏高估、ROI略低估，10 cm下皆高估；Lepton 3.1R在两距离皆低估但偏差在厂家±5 ℃或5%范围内。Table 2/3/4汇总指标——C5的ROI法MAE/RMSE多数低于Spot；Lepton 3.1R的ROI法MAE约1.4–2.4 ℃，标准差低，整体RMSE按全样本残差计算，C5-ROI整体偏倚0.06 ℃实为25 cm正偏与10 cm负偏代数抵消。
讨论部分指出，C5点测系统高估源于单像素选点敏感，ROI法借多像素空间整合提升稳定但受边界与过渡区影响；距离通过改变黑体投影尺寸重分配边界权重引发偏倚反转，印证采集几何一致性的重要。Lepton 3.1R受限其原生低空间分辨率与缝响应函数（SRF），ROI分割与像素级响应交互使MAE/RMSE较大，但Spot偶获低误差不代表全局保真。与文献中高端机（FLIR E8：320×240，NETD<50 mK，感染诊断准确率91%）相比，van Netten等用FLIR ONE比SC305得ICC 0.987/0.981；本Lepton相对黑体偏差±2 ℃虽逊于高端，但足用于空间分布刻画而非绝对点温。Chingan-Martino等对C5做漂移/渐晕/几何校正可提可靠性，说明低价系统需配校正与处理策略。未来需在真实生理条件（皮肤发射率、毛发、汗、解剖差异、环境热源）下做临床验证，方能接自动化分析。
结论部分翻译：本研究旨在对基于FLIR Lepton 3.1R模块的低成本热成像系统做技术表征，作为未来糖尿病足评估临床研究的初步步骤。系统以Isotech QuickCal黑体为热参考、FLIR C5为比对设备于预定义条件下评估，相对热参考温度偏差约±2 ℃，在分析了的温度范围内表现稳定，能于评估条件下刻画热分布。结果亦表明所用处理架构（尤其分割、ROI定义与Spot/ROI提取法）对误差指标影响显著，系统性能不仅取决于传感器特性也取决于热信息重建分析策略，故优化处理链对低成本热成像系统开发至关重要。未来研究将聚焦生理条件下临床验证及后续自动化图像分析方法开发，以表征糖尿病足相关热变异。
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