紅外熱像技術評估飛行學生低負荷下肌肉疲勞的可行性探究綜述

潘俊祥 鄒琳 劉廣春

摘 要 本研究旨在探討應用紅外熱成像技術評估低負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得到廣泛的認可及大量的使用。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的測試，更是測試的肌體的整體水平，無法準確的反應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練前后的效果。最近，有研究團隊采用熱成像測溫技術測試運動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的主觀性。采用紅外熱成像技術測試皮膚溫度的同時，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性，客觀的說明熱成像應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。

關鍵詞 紅外熱像技術 飛行學生 肌肉疲勞

中圖分類號：TN21 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0036-02

1 現(xiàn)狀分析

經查閱萬方數(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被廣泛應用。肌電圖結合傳統(tǒng)肌電信號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)結構上的信息變化，也可以成為探測肌肉疲勞的一個補充手段。而通過紅外技術來探測肌肉疲勞的相關文獻卻很少，國內研究具有代表性的文獻僅有一篇，國外研究相對較多。然而，熱紅外成像技術在國內醫(yī)學領域的應用已趨于成熟。

近年來，熱紅外成像技術在國內醫(yī)學屆得到了認可，其技術在醫(yī)學各個領域的的應用已經趨于成熟。馮年春等人研究近十年來經絡理論和紅外熱成像的相關研究文獻并得出結論：紅外熱成像不僅拓寬了紅外成像技術應用的領域，而且對于中醫(yī)經絡理論研究有著極大的推廣價值[1]。莊金剛等人利用紅外熱成像技術探討了內熱針治療腰間盤突出癥的臨床療效并得出結論：通過內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)同時得到了明顯的改善，治療效果非常明顯，高度認可了該方法在臨床應用的推廣價值[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探討其對膿毒性休克的診斷得出：將該技術應用在膿毒性休克患者的受傷部位觀察其溫度變化，在此技術輔助下完成相關治療，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域[3]。王帥等人將紅外熱成像技術應用到腦卒中肩痛患者肩部的觀察中發(fā)現(xiàn)：該技術可以非常客觀的反映患者肩部皮膚深淺部位溫度的變化特點，并作出比較發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)患者的患側肩部皮膚溫度相對健康一側的溫度明顯要低[4]。陳淑惠等人借助紅外熱成像技術研究了肝腎養(yǎng)護針刺法對失眠的治療作用得出：利用肝腎養(yǎng)護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，而不同點在于肝腎養(yǎng)護針刺法側重于睡眠障礙、生活質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)護針刺法側重于從整體上通過調節(jié)人體經絡而治療失眠，而口服艾司唑侖片的側重則在于從微觀上抑制腦部神經系統(tǒng)的興奮。何麗等人利用熱成像技術探索不寐癥患者體表經絡溫度規(guī)律并得出：陽氣分布存在陽虛于外、陽虛于上的特征;陰陽關系不平衡，表現(xiàn)為陰血不足、內有郁熱、三焦溫度逆亂、中焦脾胃運化失司。張冀東等人將紅外熱成像技術應用到心臟病的治療領域，發(fā)現(xiàn)該技術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值。趙曙光等人通過對常規(guī)心臟外科手術進行全程紅外熱成像檢測，并發(fā)現(xiàn)該技術在獲取心臟手術中各個狀態(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現(xiàn)心肌冷保護狀態(tài)的預警、評判心肌缺血大致的維度、完成相關手術后效果的預判，從而實現(xiàn)手術操作的導航作用。曾德傳等人在中醫(yī)體質研究中提到紅外熱成像技術迅速發(fā)展為中醫(yī)科研方面開拓了思路并提供了新的方法，尤其在體質量化研究方面的應用越來越廣泛。對近年來紅外成像技術在九種體質成像、體質辨識、體質干預的研究進行綜述，以期為中醫(yī)體質在紅外領域的進一步發(fā)展提供新思路。王樂鵬等人研究了正常人在四個節(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個季節(jié)點的紅外熱像圖并發(fā)現(xiàn)規(guī)律：四個節(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季節(jié)的熱值分布，左右兩腎四個季節(jié)熱值分布，四個季節(jié)中左右兩脅的熱值變化，胃脘和大腹的四個季節(jié)的熱值在四季中的變化等等都與中醫(yī)理論高度吻合。同時得出結論：紅外熱像的結果符合了人體四個時節(jié)陰陽消長變化的規(guī)律隨四季變化而變化，同時與中醫(yī)學“天人相應”的相關理論認識相符。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)，利用該技術測得的溫度差異性不明顯，而且該技術使用時安全、方便、快捷、可靠，在臨床上應用有著很大的推廣價值。大量文獻均已證實紅外熱成像技術在醫(yī)學領域應用的高度認可。

2 熱紅外成像技術在運動康復及訓練領域的應用

熱紅外成像技術在運動康復及訓練領域的應用相對較少，具體如下：李世明、許全盛等人的研究中利用信號的時頻分析技術來評估遞增負荷狀態(tài)下人體肌肉周期性動態(tài)收縮疲勞程度。要求受試者完成功率自行車遞增負荷的實驗，并在每級負荷中采集最后5秒不同部位肌肉表面的肌電信號來進行比較，最終結果建議將瞬時平均頻率與積分肌電相聯(lián)合作為測評肌肉周期性動態(tài)疲勞的有效參數(shù)。

溫慧瑩、陳昕等人在用超聲技術探討肌肉疲勞的研究中，應用B型超聲技術對受試者運動疲勞前后下肢肌肉的厚度、羽狀角進行測量并進行分析，結果顯示運動疲勞后，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合傳統(tǒng)的肌表電信號評估肌肉疲勞的程度。

張棟、王淑友等人通過對運動訓練前、后肌群溫度分布及其變化來探討紅外熱成像技術用于肌體鍛煉定位的研究中指出，肌肉是否完成了訓練直接關系到訓練后肌肉的升溫與否，紅外熱成像圖對肌肉的升溫反應實現(xiàn)了實時的信息采集和記錄，該方法對人體運動前后的訓練效果的評價更加直觀、具有明顯的定位和動態(tài)監(jiān)測優(yōu)勢，可以更簡潔有效的服務于運動訓練效果的評價。

Vedran H等人通過在運動中使用紅外熱成像技術來探測肌肉疲勞，選取了一名中長跑運動員，讓受試者在經過充分熱身后在等動測試儀上進行測試，受試者右腿進行等動疲勞測試，同時左腿保持靜止狀態(tài)，在整個測試過程中用紅外熱成像儀進行溫度捕捉，結果顯示，運動股四頭肌的皮膚溫度升高與功率下降呈顯著負相關。在線性回歸模型中，從皮膚溫度可以預測股四頭肌的運動功率，對于作為對照的不運動的肢體，沒有注意到這種關系。從而說明，皮膚溫度的改變和肌肉疲勞具有一定的對應關系，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，對訓練良好的跑步運動員在分級運動過程中全身前部皮膚溫度的變化進行了觀察。15名受試者接受了分級跑步機測試，直到達到他們個人的最大心率。整個身體前部皮膚溫度隨著運動的開始而降低，隨著運動的進行，皮膚溫度進一步降低，運動結束時，皮膚溫度值較基線平均降低了3-5度，運動后恢復時皮膚溫度升高。結果表明，熱紅外成像技術可以定量評價分級運動過程中和運動后皮膚熱適應。從而為評價局部和全身性皮膚血流的適應性提供了依據(jù)，同時指出皮膚溫度的改變與運動功率具有一定的相關性。但該研究中將肢體呈現(xiàn)出不能維持既定的運動強度時即認為疲勞，因此具有很強的主觀性。

3 結論

目前研究紅外熱成像技術探測肌肉疲勞的方法具有很強的主觀性。而且在醫(yī)學各個領域的應用已經趨于成熟，在訓練學領域的應用國內也已近起步，但在飛行學生體質檢測中的應用還處于空白，作為國內民航飛行員培養(yǎng)的重要載體，中飛院每年要為國家輸送千余名飛行員，而這樣一個特殊的學生群體在完成大量理論知識學習的同時還要保證身體各項指標符合行業(yè)要求，身體素質的訓練就成為了民航飛行學生在校期間的重要任務，入校前的體檢、在校期間的定期體檢、入職前的體檢每個環(huán)節(jié)對于學生來說都是一道嚴關，然而對于教學科研人員來說提供良好的訓練監(jiān)控條件則顯得尤為重要，能及時發(fā)現(xiàn)問題和不足。因材施教的安排訓練內容和訓練量是學生成才的重要保障，所以在對于該學生群體的訓練監(jiān)控一直是科研、訓練的重要領域。

紅外熱成像技術在測量中的快速響應、測量結果直觀形象、測量效率高的優(yōu)勢可以使學生訓練監(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，所以為保障學生的學習訓練時間，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、科學的建立皮膚溫度和肌肉疲勞的相關性，本研究擬采用將紅外熱成像技術和肌電測試相結合的方法，探究紅外熱成像技術應用于飛行學生低負荷下肌肉疲勞研究中的可行性。選取時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，通過均方根值在時間維度上反應肌肉表面電信號的變化，而紅外技術則更直觀反應相應的參數(shù)值，所以該方法的應用在評估低負荷下肌肉疲勞具有重要的意義。

參考文獻：

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

[2] 溫慧瑩，陳昕，王君，等.基于超聲圖像的運動肌肉疲勞研究[J].北京師范大學學報，2015，51（05）：545-550.

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

[4] 張棟，王淑友，馬惠敏，等.紅外熱像技術進行運動訓練效果檢測和評價的研究[J].體育科學，2008，28（02）：37-41.

中國民航飛行學院，四川 廣漢 518300