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

        2021-03-24 11:46:30潘俊祥鄒琳劉廣春
        科海故事博覽·上旬刊 2021年1期
        關(guān)鍵詞:肌肉疲勞

        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)評估低負(fù)荷下肌肉疲勞的可行性。肌電測試(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,例如測試范圍小、存在相對位置關(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)的測試,更是測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)采用熱成像測溫技術(shù)測試運(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)測試皮膚溫度的同時(shí),采用肌電測試方法測試肌肉的疲勞,通過分析皮膚溫度與測試肌肉疲勞的相關(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,通過肌電測試(SEMG)來探測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,也可以成為探測肌肉疲勞的一個(gè)補(bǔ)充手段。而通過紅外技術(shù)來探測肌肉疲勞的相關(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)對于冠心病心肌缺血的輔助診斷和療效評估具有重要的參考價(jià)值。趙曙光等人通過對常規(guī)心臟外科手術(shù)進(jìn)行全程紅外熱成像檢測,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量的效果觀察中發(fā)現(xiàn),利用該技術(shù)測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)合作為測評肌肉周期性動(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)行測量并進(jìn)行分析,結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)疲勞后,被測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)評估肌肉疲勞的程度。

        張棟、王淑友等人通過對運(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,該方法對人體運(yùn)動(dòng)前后的訓(xùn)練效果的評價(jià)更加直觀、具有明顯的定位和動(dòng)態(tài)監(jiān)測優(yōu)勢,可以更簡潔有效的服務(wù)于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果的評價(jià)。

        Vedran H等人通過在運(yùn)動(dòng)中使用紅外熱成像技術(shù)來探測肌肉疲勞,選取了一名中長跑運(yùn)動(dòng)員,讓受試者在經(jīng)過充分熱身后在等動(dòng)測試儀上進(jìn)行測試,受試者右腿進(jìn)行等動(dòng)疲勞測試,同時(shí)左腿保持靜止?fàn)顟B(tài),在整個(gè)測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)測股四頭肌的運(yùn)動(dòng)功率,對于作為對照的不運(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應(yīng)關(guān)系,由于皮膚溫度更容易被探測,所以可以將紅外熱成像技術(shù)作為一種新的工具來探測肌肉疲勞。

        Arcangelo M等人采用高分辨率熱成像技術(shù),對訓(xùn)練良好的跑步運(yùn)動(dòng)員在分級運(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跑步機(jī)測試,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)可以定量評價(jià)分級運(yùn)動(dòng)過程中和運(yùn)動(dòng)后皮膚熱適應(yīng)。從而為評價(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)對于學(xué)生來說都是一道嚴(yán)關(guān),然而對于教學(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)在測量中的快速響應(yīng)、測量結(jié)果直觀形象、測量效率高的優(yōu)勢可以使學(xué)生訓(xùn)練監(jiān)控在操作上更簡易,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)用在評估低負(fù)荷下肌肉疲勞具有重要的意義。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 李世明,許全盛,翟佳麗,等.基于SEMG時(shí)頻分析的遞增負(fù)荷誘導(dǎo)肌肉周期動(dòng)態(tài)疲勞估計(jì)[J].中國體育科技, 2016,52(03):48-55.

        [2] 溫慧瑩,陳昕,王君,等.基于超聲圖像的運(yùn)動(dòng)肌肉疲勞研究[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào),2015,51(05):545-550.

        [3] 楊紅春,王健,王篤明.基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)的動(dòng)態(tài)肌肉疲勞表面肌電信號(hào)變化特征[J].體育科學(xué),2005,25(07):16-20.

        [4] 張棟,王淑友,馬惠敏,等.紅外熱像技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果檢測和評價(jià)的研究[J].體育科學(xué),2008,28(02):37-41.

        中國民航飛行學(xué)院,四川 廣漢 518300

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