紅外熱像技術(shù)評(píng)估飛行學(xué)生低負(fù)荷下肌肉疲勞的可行性探究綜述

潘俊祥 鄒琳 劉廣春

摘 要 本研究旨在探討應(yīng)用紅外熱成像技術(shù)評(píng)估低負(fù)荷下肌肉疲勞的可行性。肌電測(cè)試（SEMG）在肌肉疲勞研究中已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可及大量的使用。但sEMG有一定的局限性，例如測(cè)試范圍小、存在相對(duì)位置關(guān)系的肌肉、肌群狀態(tài)如何不能得到同步了解。常見的血液生化指標(biāo)的測(cè)試，更是測(cè)試的肌體的整體水平，無法準(zhǔn)確的反應(yīng)特定器官或組織的狀態(tài)，因此，該方法無法測(cè)試某局部或者單一肌肉的訓(xùn)練前后的效果。最近，有研究團(tuán)隊(duì)采用熱成像測(cè)溫技術(shù)測(cè)試運(yùn)動(dòng)前后皮膚的溫度變化，通過溫度的變化反映肌肉疲勞的程度，但該方法判定肌肉疲勞具有很強(qiáng)的主觀性。采用紅外熱成像技術(shù)測(cè)試皮膚溫度的同時(shí)，采用肌電測(cè)試方法測(cè)試肌肉的疲勞，通過分析皮膚溫度與測(cè)試肌肉疲勞的相關(guān)性，客觀的說明熱成像應(yīng)用于肌肉疲勞研究中的可行性，這對(duì)于肌肉疲勞的研究有重要的意義。

關(guān)鍵詞 紅外熱像技術(shù) 飛行學(xué)生 肌肉疲勞

中圖分類號(hào)：TN21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）01-0036-02

1 現(xiàn)狀分析

經(jīng)查閱萬方數(shù)據(jù)庫、中國知網(wǎng)等數(shù)據(jù)庫，通過肌電測(cè)試（SEMG）來探測(cè)肌肉疲勞的方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。肌電圖結(jié)合傳統(tǒng)肌電信號(hào)的方法所獲取的參數(shù)可以直觀上觀察到肌肉肌腱形態(tài)結(jié)構(gòu)上的信息變化，也可以成為探測(cè)肌肉疲勞的一個(gè)補(bǔ)充手段。而通過紅外技術(shù)來探測(cè)肌肉疲勞的相關(guān)文獻(xiàn)卻很少，國內(nèi)研究具有代表性的文獻(xiàn)僅有一篇，國外研究相對(duì)較多。然而，熱紅外成像技術(shù)在國內(nèi)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用已趨于成熟。

近年來，熱紅外成像技術(shù)在國內(nèi)醫(yī)學(xué)屆得到了認(rèn)可，其技術(shù)在醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟。馮年春等人研究近十年來經(jīng)絡(luò)理論和紅外熱成像的相關(guān)研究文獻(xiàn)并得出結(jié)論：紅外熱成像不僅拓寬了紅外成像技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域，而且對(duì)于中醫(yī)經(jīng)絡(luò)理論研究有著極大的推廣價(jià)值[1]。莊金剛等人利用紅外熱成像技術(shù)探討了內(nèi)熱針治療腰間盤突出癥的臨床療效并得出結(jié)論：通過內(nèi)熱針治療腰椎間盤突出，發(fā)現(xiàn)患者腰部受傷部位的溫度明顯提高，患者腰部軟組織供血狀態(tài)同時(shí)得到了明顯的改善，治療效果非常明顯，高度認(rèn)可了該方法在臨床應(yīng)用的推廣價(jià)值[2]。呂興等人利用紅外熱成像在休克患者局部溫度變化特點(diǎn)探討其對(duì)膿毒性休克的診斷得出：將該技術(shù)應(yīng)用在膿毒性休克患者的受傷部位觀察其溫度變化，在此技術(shù)輔助下完成相關(guān)治療，無疑為該病的無創(chuàng)監(jiān)測(cè)其微循環(huán)功能的研究拓寬了研究領(lǐng)域[3]。王帥等人將紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用到腦卒中肩痛患者肩部的觀察中發(fā)現(xiàn)：該技術(shù)可以非?？陀^的反映患者肩部皮膚深淺部位溫度的變化特點(diǎn)，并作出比較發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)患者的患側(cè)肩部皮膚溫度相對(duì)健康一側(cè)的溫度明顯要低[4]。陳淑惠等人借助紅外熱成像技術(shù)研究了肝腎養(yǎng)護(hù)針刺法對(duì)失眠的治療作用得出：利用肝腎養(yǎng)護(hù)針刺法和口服艾司唑侖兩種方法都可以對(duì)失眠癥狀的效果起到良好的改善作用，而不同點(diǎn)在于肝腎養(yǎng)護(hù)針刺法側(cè)重于睡眠障礙、生活質(zhì)量和日常功能等方面的改善效果更加明顯;通過紅外熱成像顯示更直觀的發(fā)現(xiàn)肝腎養(yǎng)護(hù)針刺法側(cè)重于從整體上通過調(diào)節(jié)人體經(jīng)絡(luò)而治療失眠，而口服艾司唑侖片的側(cè)重則在于從微觀上抑制腦部神經(jīng)系統(tǒng)的興奮。何麗等人利用熱成像技術(shù)探索不寐癥患者體表經(jīng)絡(luò)溫度規(guī)律并得出：陽氣分布存在陽虛于外、陽虛于上的特征;陰陽關(guān)系不平衡，表現(xiàn)為陰血不足、內(nèi)有郁熱、三焦溫度逆亂、中焦脾胃運(yùn)化失司。張冀東等人將紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用到心臟病的治療領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)對(duì)于冠心病心肌缺血的輔助診斷和療效評(píng)估具有重要的參考價(jià)值。趙曙光等人通過對(duì)常規(guī)心臟外科手術(shù)進(jìn)行全程紅外熱成像檢測(cè)，并發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在獲取心臟手術(shù)中各個(gè)狀態(tài)下的組織熱圖效果非常敏感，紅外熱成像還能夠通過觀察心肌表面溫度變化實(shí)現(xiàn)心肌冷保護(hù)狀態(tài)的預(yù)警、評(píng)判心肌缺血大致的維度、完成相關(guān)手術(shù)后效果的預(yù)判，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)操作的導(dǎo)航作用。曾德傳等人在中醫(yī)體質(zhì)研究中提到紅外熱成像技術(shù)迅速發(fā)展為中醫(yī)科研方面開拓了思路并提供了新的方法，尤其在體質(zhì)量化研究方面的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)近年來紅外成像技術(shù)在九種體質(zhì)成像、體質(zhì)辨識(shí)、體質(zhì)干預(yù)的研究進(jìn)行綜述，以期為中醫(yī)體質(zhì)在紅外領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供新思路。王樂鵬等人研究了正常人在四個(gè)節(jié)氣的紅外熱像變化規(guī)律，采用跟蹤研究分別收集了幾十名健康男性在春分、夏至、秋分、冬至4個(gè)季節(jié)點(diǎn)的紅外熱像圖并發(fā)現(xiàn)規(guī)律：四個(gè)節(jié)氣中三焦熱秩序都是下熱，中次之，上最涼，以及任督二脈的四個(gè)季節(jié)的熱值分布，左右兩腎四個(gè)季節(jié)熱值分布，四個(gè)季節(jié)中左右兩脅的熱值變化，胃脘和大腹的四個(gè)季節(jié)的熱值在四季中的變化等等都與中醫(yī)理論高度吻合。同時(shí)得出結(jié)論：紅外熱像的結(jié)果符合了人體四個(gè)時(shí)節(jié)陰陽消長(zhǎng)變化的規(guī)律隨四季變化而變化，同時(shí)與中醫(yī)學(xué)“天人相應(yīng)”的相關(guān)理論認(rèn)識(shí)相符。曾菊華等人利用紅外熱成像在小兒不同部位測(cè)量的效果觀察中發(fā)現(xiàn)，利用該技術(shù)測(cè)得的溫度差異性不明顯，而且該技術(shù)使用時(shí)安全、方便、快捷、可靠，在臨床上應(yīng)用有著很大的推廣價(jià)值。大量文獻(xiàn)均已證實(shí)紅外熱成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的高度認(rèn)可。

2 熱紅外成像技術(shù)在運(yùn)動(dòng)康復(fù)及訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用

熱紅外成像技術(shù)在運(yùn)動(dòng)康復(fù)及訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)較少，具體如下：李世明、許全盛等人的研究中利用信號(hào)的時(shí)頻分析技術(shù)來評(píng)估遞增負(fù)荷狀態(tài)下人體肌肉周期性動(dòng)態(tài)收縮疲勞程度。要求受試者完成功率自行車遞增負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)，并在每級(jí)負(fù)荷中采集最后5秒不同部位肌肉表面的肌電信號(hào)來進(jìn)行比較，最終結(jié)果建議將瞬時(shí)平均頻率與積分肌電相聯(lián)合作為測(cè)評(píng)肌肉周期性動(dòng)態(tài)疲勞的有效參數(shù)。

溫慧瑩、陳昕等人在用超聲技術(shù)探討肌肉疲勞的研究中，應(yīng)用B型超聲技術(shù)對(duì)受試者運(yùn)動(dòng)疲勞前后下肢肌肉的厚度、羽狀角進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行分析，結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)疲勞后，被測(cè)肌肉中不同部位的肌肉厚度、羽狀角相比疲勞前顯著增加，所以超聲肌電圖可結(jié)合傳統(tǒng)的肌表電信號(hào)評(píng)估肌肉疲勞的程度。

張棟、王淑友等人通過對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練前、后肌群溫度分布及其變化來探討紅外熱成像技術(shù)用于肌體鍛煉定位的研究中指出，肌肉是否完成了訓(xùn)練直接關(guān)系到訓(xùn)練后肌肉的升溫與否，紅外熱成像圖對(duì)肌肉的升溫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的信息采集和記錄，該方法對(duì)人體運(yùn)動(dòng)前后的訓(xùn)練效果的評(píng)價(jià)更加直觀、具有明顯的定位和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)，可以更簡(jiǎn)潔有效的服務(wù)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果的評(píng)價(jià)。

Vedran H等人通過在運(yùn)動(dòng)中使用紅外熱成像技術(shù)來探測(cè)肌肉疲勞，選取了一名中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員，讓受試者在經(jīng)過充分熱身后在等動(dòng)測(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試，受試者右腿進(jìn)行等動(dòng)疲勞測(cè)試，同時(shí)左腿保持靜止?fàn)顟B(tài)，在整個(gè)測(cè)試過程中用紅外熱成像儀進(jìn)行溫度捕捉，結(jié)果顯示，運(yùn)動(dòng)股四頭肌的皮膚溫度升高與功率下降呈顯著負(fù)相關(guān)。在線性回歸模型中，從皮膚溫度可以預(yù)測(cè)股四頭肌的運(yùn)動(dòng)功率，對(duì)于作為對(duì)照的不運(yùn)動(dòng)的肢體，沒有注意到這種關(guān)系。從而說明，皮膚溫度的改變和肌肉疲勞具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于皮膚溫度更容易被探測(cè)，所以可以將紅外熱成像技術(shù)作為一種新的工具來探測(cè)肌肉疲勞。

Arcangelo M等人采用高分辨率熱成像技術(shù)，對(duì)訓(xùn)練良好的跑步運(yùn)動(dòng)員在分級(jí)運(yùn)動(dòng)過程中全身前部皮膚溫度的變化進(jìn)行了觀察。15名受試者接受了分級(jí)跑步機(jī)測(cè)試，直到達(dá)到他們個(gè)人的最大心率。整個(gè)身體前部皮膚溫度隨著運(yùn)動(dòng)的開始而降低，隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，皮膚溫度進(jìn)一步降低，運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，皮膚溫度值較基線平均降低了3-5度，運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)時(shí)皮膚溫度升高。結(jié)果表明，熱紅外成像技術(shù)可以定量評(píng)價(jià)分級(jí)運(yùn)動(dòng)過程中和運(yùn)動(dòng)后皮膚熱適應(yīng)。從而為評(píng)價(jià)局部和全身性皮膚血流的適應(yīng)性提供了依據(jù)，同時(shí)指出皮膚溫度的改變與運(yùn)動(dòng)功率具有一定的相關(guān)性。但該研究中將肢體呈現(xiàn)出不能維持既定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度時(shí)即認(rèn)為疲勞，因此具有很強(qiáng)的主觀性。

3 結(jié)論

目前研究紅外熱成像技術(shù)探測(cè)肌肉疲勞的方法具有很強(qiáng)的主觀性。而且在醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，在訓(xùn)練學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用國內(nèi)也已近起步，但在飛行學(xué)生體質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用還處于空白，作為國內(nèi)民航飛行員培養(yǎng)的重要載體，中飛院每年要為國家輸送千余名飛行員，而這樣一個(gè)特殊的學(xué)生群體在完成大量理論知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)還要保證身體各項(xiàng)指標(biāo)符合行業(yè)要求，身體素質(zhì)的訓(xùn)練就成為了民航飛行學(xué)生在校期間的重要任務(wù)，入校前的體檢、在校期間的定期體檢、入職前的體檢每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于學(xué)生來說都是一道嚴(yán)關(guān)，然而對(duì)于教學(xué)科研人員來說提供良好的訓(xùn)練監(jiān)控條件則顯得尤為重要，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和不足。因材施教的安排訓(xùn)練內(nèi)容和訓(xùn)練量是學(xué)生成才的重要保障，所以在對(duì)于該學(xué)生群體的訓(xùn)練監(jiān)控一直是科研、訓(xùn)練的重要領(lǐng)域。

紅外熱成像技術(shù)在測(cè)量中的快速響應(yīng)、測(cè)量結(jié)果直觀形象、測(cè)量效率高的優(yōu)勢(shì)可以使學(xué)生訓(xùn)練監(jiān)控在操作上更簡(jiǎn)易，從監(jiān)控上更直觀公正，從安全上更有保障，所以為保障學(xué)生的學(xué)習(xí)訓(xùn)練時(shí)間，高效快捷的身體監(jiān)控體系則顯得尤為重要，為了更加客觀、科學(xué)的建立皮膚溫度和肌肉疲勞的相關(guān)性，本研究擬采用將紅外熱成像技術(shù)和肌電測(cè)試相結(jié)合的方法，探究紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于飛行學(xué)生低負(fù)荷下肌肉疲勞研究中的可行性。選取時(shí)域分析中的均方根值以及頻域中的平均功率頻率和中位頻率，通過均方根值在時(shí)間維度上反應(yīng)肌肉表面電信號(hào)的變化，而紅外技術(shù)則更直觀反應(yīng)相應(yīng)的參數(shù)值，所以該方法的應(yīng)用在評(píng)估低負(fù)荷下肌肉疲勞具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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中國民航飛行學(xué)院，四川 廣漢 518300