漸變運動中跑步者皮膚溫度變化的紅外熱成像圖

人體的溫度調節(jié)系統(tǒng)可在各種環(huán)境和物理工作條件下保持恒定的溫度。與環(huán)境的熱傳遞控制對于調節(jié)體溫起著根本性的作用。在人與環(huán)境界面（皮膚）上，熱量通過傳導，對流，輻射和蒸發(fā)從人體帶走。激烈的運動通過減少內臟區(qū)域和外皮裝置的血流來激活身體的代償性血管舒張功能。在激烈的體育活動中，核心結構和肌肉會發(fā)熱。外周血管舒張使“溫暖的”血液從人體核心大量轉移到表面，而上述過程調節(jié)著熱交換。肌肉血流量增加，使得該區(qū)域血管順應性降低，肌肉血液總體積幾乎保持不變。核心區(qū)域和皮膚層內的血液量減少，從而增加了靜脈回流和心輸出量。

之前研究發(fā)現(xiàn)，運動過程中皮膚血流的改變取決于血管舒張和血管收縮的個體。皮膚血流也影響皮膚溫度（Tc）。因此，根據運動引起的皮膚血流改變，Tc也會發(fā)生變化。因此，監(jiān)測Tc可提供有關運動過程中熱解模式和周圍血管舒張的有用信息。通常，Tc是通過接觸溫度探針對預定感興趣區(qū)域（ROI）中記錄的皮膚溫度值進行平均來估算的。一種更準確的方法來估算總體Tc分布及其在運動過程中的變化將為改善運動表現(xiàn)提供重要信息。這可以通過使用現(xiàn)代的非接觸式高分辨率紅外熱成像設備來實現(xiàn)，該設備可以定量并精確地繪制皮膚溫度分布及其時間演變圖。這些數字設備能夠精確地測量和存儲實時熱圖像。這些基于焦平面陣列的紅外熱像儀的主要特征是：高溫靈敏度（即，在理想條件下能夠分辨低至0.01℃的溫度差的能力），高采樣頻率（每秒最多100張非隔行掃描圖像）和高空間分辨率（每個傳感器高達1毫拉德）。

圖為拍攝的代表對象的上身和下身的紅外熱成像圖

盡管紅外熱像儀已廣泛用于診斷目的，但這些設備很少用于研究運動過程中Tc的變化。研究者使用高分辨率的紅外熱成像技術研究了訓練有素的運動員中Tc的分布及其與分級運動有關的變化。15名男性志愿者接受了跑步機的分級測試，直到達到各自的最大心率。隨著受試者開始鍛煉，全身Tc降低。大腿和前臂反應最早。隨著運動的進行，Tc進一步降低。運動中斷時，Tc值平均比基線低3-5℃。運動恢復期間Tc升高。前臂和大腿的增加最快，其次是全身Tc的增加。紅外熱成像記錄了由于基線和恢復期間（而非運動期間）肌肉穿孔血管的存在而導致的過熱點（有時為樹形）的存在。

報告的結果表明，紅外熱成像技術可以定量評估特定等級的整體人體在適應性體育活動期間和之后發(fā)生的熱適應性變化。因此，為根據特定類型，強度和運動時間來評估局部和全身性皮膚血流適應性提供了基礎，并有助于確定應該進行體育鍛煉的理想條件（就環(huán)境和服裝而言）支持熱調節(jié)過程。

總之，在分級運動過程中，使用紅外熱成像可以監(jiān)測人體整個前皮膚表面的溫度，從而產生特定時間的皮膚溫度變化。這項研究的結果表明，在進行分級運動作為熱身運動時，受試者不應穿著沉重的衣服，從而有利于皮膚血管的血管收縮，從而增加流向肌肉的血液。

參考資料：

Arcangelo Merla, Peter A. Mattei, Luigi Di Donato, et al. Thermal Imaging of Cutaneous Temperature Modifications in Runners During Graded Exercise. Annals of Biomedical Engineering. 38(1):158-163, 2010.

標簽：小尺寸紅外機芯