이 연구는 코네티컷 대학 연구 자문위원회 교수 M. Rubega에 큰 보조금에 의해 부분적으로 투자되었다. K. Burgio는 국립 과학 재단 NRT- IGE 보조금 #1545458 M. Rubega에 지원되었습니다. 원고는 두 익명의 검토자의 사려 깊은 피드백에 의해 크게 개선되었다.

이 작품은 살아있는 동물과 어떤 작업을 포함하지 않았고, 따라서 동물 관리 검토에서 면제되었다.
1. 셋업 및 재료(그림 1)
<ol><li>관심 있는 종의 평평한 스킨을 사용할 수 없는 경우, Spaw의프로토콜(29)을 사용하여 신선하거나 냉동된 시편에서 스킨을 만듭니다. 깃털을 깔끔하고 자연스러운 위치로 선불로 넣고 건조하여 측정을 진행하기 전에 일정한 무게를 얻습니다.</li>
	<li>일정한 온도 온수 목욕을 설정합니다. 참고 : 이 설정은 매우 키가 크므로 바닥에 뜨거운 수조를 배치하는 것이 가장 쉽습니다.</li>
	<li>일정한 온도 온수 욕조의 표면에 맑은 아크릴 유리(재료 의 표)의시트를 놓습니다. 유리는 시편을 적시지 않고 피부 밑면으로 열을 전달할 수 있게 합니다. 참고: 이 파일럿 연구는 아크릴 유리 시트(두께 0.125)를 사용했습니다. 유리의 두께는 재료의 방사율30에 영향을 미치지 않지만 (항상 0.86일 것입니다), 그러나 유리 표면의 절대 온도에 영향을 미칩니다(즉, 두꺼운 유리는 낮은 온도를 초래할 것이다). 따라서, 모든 측정은 동일한 두께의 아크릴 유리 시트를 사용하여 수행해야합니다.</li>
	<li>아크릴 유리 위에 원형 구멍(직경 0.5)이 있는 폼 코어 보드(두께 1개)를 놓습니다. 참고 : 새의 크기는 구멍의 크기를 안내해야하므로 소스에서 열을 수신 중단 깃털의 크기. 여기서, 직경 0.5구멍이 사용되며, 이 크기는 시편에 충분한 열투전을 달성할 수 있을 만큼 충분히 크지만 유방 깃털 관 하에서 열을 중심으로 충분히 작기 때문에(가장 작은 구멍을 제외한 모든 조류). 열 개구부 크기에 관계없이 모든 조류에 대해 비교 가능한 복제 값을 얻으려면 동일한 크기의 구멍으로 측정을 수행해야 합니다.</li>
	<li>카메라의 최소 초점 거리에서 셋업 바로 위에 있는 삼각대에 열카메라를 부착합니다. 참고: 여기에 FLIR SC655 열화상 카메라가 사용됩니다 (680 px x 480 px 해상도, ±2 ° C 또는 ±2 % 판독 정확도, 40cm 최소 초점 거리). 다른 카메라는 학위 해상도가 다를 수 있습니다.</li>
	<li>열 카메라 소프트웨어에 다음을 입력하여 카메라를 보정합니다.<ol>
<li>카메라 교정 소프트웨어에서 방사값1.0으로 설정된 알루미늄 호일(반짝이는 면)을 폼 위에 배치하여 반사된 온도를 찾습니다. 열 이미지를 가져 가라. 알루미늄 호일 표면의 온도는 반사된 온도로, 실내의 주변 온도와 유사해야 합니다.</li>
		<li>방사율 값을31에서 0.95로 설정합니다. 참고: 1) 방사성은 물체가32를 방출하고 0에서 1까지 의 범위인 상대적인 열량입니다. 방사율이 높은 물체는 다량의 열을 방출하며, 방사율이 낮은 물체는열(32)을거의 방출하지 않습니다. 이 값은 깃털의 방사율을 나타냅니다. 2) 이 값(0.95)은 이의를 제기합니다. 코신스와 볼러는 깃털이 0.90-0.95 사이의 방사부가치를 가지고 있지만 증거31을포함하지 않았다고 주장했다. Hammel은 0.98의 값을 보고했지만 냉동 시편에서이 값을 얻었기 때문에 정확하지 않을 수있습니다 33. 증거의 부족에도 불구 하 고, 0.95 방사율은 가장 자주 열 카메라 문학에 사용 되는 값 (코신스와 볼러에 의해 입증 된 대로31).</li>
		<li>실내의 주변 온도와 습도가 일정한지 확인하십시오. 이러한 값은 모든 측정 전에 측정하고 카메라 교정 소프트웨어에서 업데이트해야 합니다. 모든 실내 객실의 온도와 습도는 다소 변동되므로 이러한 값을 기록하고 소프트웨어에서 업데이트하면 측정 오류가 줄어듭니다. 참고 : 여기에 FLIR ResearchIR 맥스 소프트웨어가 사용됩니다. 이 소프트웨어는 모든 이미지에 대한 데이터를 저장하지 않으므로 각 이미지에 대해 이러한 모든 값을 기록하는 것이 중요합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 측정 성능
<ol><li>일정한 온도온온수욕을 대상 온도(40°C)로 설정하여 대부분의 통과조류의 평균 내부 코어 온도에 대한 대리자입니다)(34) 참고: 휴식 코어 온도가 더 높은 종(예: 벌새34)또는 하급(예: 펭귄 34 또는래트34,35)을가진 종과 함께 일하는 경우, 그에 따라 온수 목욕을 조정하는 것이 적절할 수 있습니다. 도 3은 아크릴 유리 표면의 온수 욕조의 온도와 온도 사이의 관계를 나타낸다(예를 들어, 평평한 피부가 노출된 열원의 실제 온도).<ol>
<li>이 프로토콜에서 얻은 결과(그림 5참조)는 온도 범위에서 측정을 얻는 것도 열 성능 차이에 유익하다는 것을 시사합니다. 이를 수행하려면 30~55°C에서 5°C 증분을 사용하여 프로토콜을 따릅니다.</li>
	</ol></li>
	<li>열 카메라 소프트웨어에서 열이 빠져나가는 폼의 구멍 위에 원/타원을 그립니다. 이를 통해 피부를 거품에 배치할 때 이 부위를 시각화하여 평평한 피부의 올바른 영역을 측정할 수 있습니다.</li>
	<li>평평한 피부 표본을 구멍 위에 관심 있는 영역으로 거품 위에 놓습니다. 참고 : 여기에 각 새의 배 영역이 측정되며 날개와 같은 신체의 다른 부위에 의해 방해되지 않고 가장자리 효과를 받지 않을 만큼 중앙에 위치하기 때문입니다. 열 구멍 위에 피부의 배치는 실험적인 질문에 따라 달라집니다. 일반적으로 깃털 관 바로 위에 배치하고 가능한 한 피부 가장자리에서 멀리 떨어져 배치하는 것이 좋습니다. 피부를 배치할 때 깃털을 평평하게 하거나 장애하지 않도록 하십시오. 필요한 경우, 피부가 배치되면 자연스러운 위치로 미리 놓습니다.</li>
	<li>15분 동안 기다린 후 피부가 열원에 적응할 수 있습니다. 측정이 너무 일찍 이루어지면 깃털 코트 표면의 온도 값이 너무 낮습니다. 여기서, 피부와 깃털을 통한 온도 전달은 15분 에서 안정화되므로 15분 이상 기다리는 것은 인위적으로 높은 결과를 얻지 못할 것입니다.</li>
	<li>평평한 피부의 열 이미지를 촬영.<ol>
<li>열 이미지를 촬영하기 전에 방사값값을 31에서 0.95로 설정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>폼에서 피부를 제거하고 즉시 거품에 평평한 피부없이 설정의 열 이미지를 촬영합니다. 이것은 아크릴 유리표면의 온도를 정량화하고 평평한 피부에 측정 영역으로 열원의 영역을 보정합니다.<ol>
<li>여기서, 사용되는 아크릴 유리의 방사율은30이다. 피부없이 사진을 찍기 전에 열 카메라 소프트웨어에 기록해야합니다. 참고: 온수욕에 의해 표시되는 온도는 열전도가 완벽하지 않기 때문에 아크릴유리(도 3)의표면에서 반드시 온도가 아닙니다. 유리의 온도를 사용하면 피부 밑면이 얼마나 따뜻해지는지 추정하는 오류를 감소시키고, 따라서 피부와 깃털을 통해 손실되는 열의 양을 종합추정합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>피부를 폼에 다시 같은 위치에 놓습니다. 총 5번의 시험에서 2.5-2.6단계를 반복합니다.<ol>
<li>표본 피부를 올바르게 배치하려면 한 손가락끝으로 대상 측정 영역에 깃털을 부드럽게 터치한 다음 손가락을 제거하고 열 이미지를 봅니다. 손가락의 잔류 열은 열 화상에 잠시 표시됩니다. 샘플링 영역이 온수 욕조에서 피부를 통해 방출되는 열 영역을 나타내는 소프트웨어에 그려진 가시 원 내에 있는지 확인하십시오. 그렇지 않은 경우 피부가 될 때까지 움직입니다. 이 프로세스는 그림 2에설명되어 있습니다. 참고: 신선한 스킨(사용 가능한 경우)은 살아있는 새에서 피부의 자연스러운 열 성능을 보다 밀접하게 나타낼 수 있지만, 이러한 측정을 위해 건조한 스킨을 사용하면 훨씬 더 큰 표본 풀에서 비교가능하고 반복가능한 결과를 볼 수 있습니다. 따라서 모든 측정은 일정한 무게로 말린 스킨을 사용하거나 시편의 신선하고 건조한 피부 모두에서 취해야 합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>3. 열 화상의 데이터 수집
<ol><li>각 측정은 두 개의 열 화상으로 구성됩니다: 평평한 피부 중 하나와 아크릴 유리 중 하나. 먼저 아크릴 유리의 이미지를 엽니다. 소프트웨어에 그려진 원을 이미지에 표시되는 폼의 구멍과 정렬합니다. 온도 값을 원의 중앙에 기록합니다. 참고: 열 화상에서 데이터 추출에 대한 자세한 내용은 Senior 외36을참조하십시오.<ol>
<li>적절한 값으로 카메라를 보정해야 합니다. 방사율을30에서 0.86으로 설정하고 온도 값을 기록하기 전에 실험실의 현재 조건에 맞게 주변 온도 와 습도를 설정합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>평평한 피부의 열 이미지를 엽니다. 원을 이동하지 않고 온도 값을 원의 중앙에 기록합니다. 참고: 원이 이미지에 기록되지 않기 때문에 2.6절에서 촬영한 아크릴 유리의 이미지로 원의 배치를 보정하는 것이 중요합니다.<ol>
<li>적절한 값으로 카메라를 보정해야 합니다. 방사율31을 0.95로 설정하고 온도 값을 기록하기 전에 실험실의 현재 조건으로 주변 온도와 습도를 설정해야 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>모든 시편의 모든 측정을 위해 3.1-3.2 단계를 반복합니다.</li>
</ol>4. 열 성능 계산
<ol><li>아크릴 유리의 온도에서 깃털 코트표면의 온도를 뺍니다. 이 값은 깃털 코트에 의해 유지되는 열을 나타냅니다.</li>
</ol>

<ol>
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이 백서는 조류 평평한 피부 표본의 반복 가능하고 표준화된 열 화상 진찰 측정을 위한 프로토콜을 제공합니다. 이 방법을 사용하면 종, 종 내, 비교 가능한 개인 들 사이, 그리고 개인의 시체에 다른 위치에서, 모든 표본의 파괴없이 깃털 코트의 열 성능을 비교할 수 있습니다.
필요한 재료 및 장비의 가용성은 이 방법의 제한일 수 있습니다. 열화상 카메라는 빠르게 접근성과 ...

깃털은 조류의 정의 특성이며, 가장 중요한 절연1중, 많은 기능을 제공합니다. 조류는 척추 동물 군의 평균 평균 온도가 가장 높으며, 환경 온도 변화로부터 절연하는 깃털은 특히 추운 환경에서 에너지 균형의 중요한 부분입니다2. 깃털의 중요성에도 불구하고, 조류의 열 상태의 변화에 대한 문학의 대부분은단열3,4, 5,6,7,7,9,10 (자세한 내용은 와드 등을 참조)로 깃털의 기능보다는 온도 변화에 대한 대사 반응에 초점을 맞추고있다. 11,12,13. 그러나 깃털 자체는 시간, 개인 및 종에 따라 다를 수 있습니다.
여기에 제시된 방법은 깃털 코트의 전체 열 값을 정량화하는 데 유용합니다. 그것은 살아있는 조류에 혼란 요인을 제거, 행동 온도 조절 등1 및 절연 지방의 다양 한 금액. 깃털 코트의 열 성능에 대한 보다 광범위한 측정은 깃털이 단열재에 기여하는 방법과 조류의 생명 역사와 연간 주기 전반에 걸쳐 종 내에서 어떻게 변화하는지에 대한 이해를 향상시키기 위해 필요합니다.
깃털은 깃털 뿐만 아니라 피부와 깃털 사이 공기를 트래핑하 여 새를 절연 하 고 열 손실14에물리적 장벽을 만듭니다. 깃털은 바브14라고불리는 프로젝션이 있는 rachis라고 불리는 중앙 깃털 샤프트로 구성됩니다. 바불은 인접한 바브와 함께 연동하여 깃털을 "지퍼"하고 구조를 제공하는 바브의 작고 보조 투영입니다. 또한, 아래 깃털은 중앙 인종이 부족하고 몇 바불이, 따라서 피부 위에 바브의 느슨하고 절연 질량을 형성14. 깃털 코트는 종 에 따라 다릅니다15,16,종 내에서17,18,및 비교 개인 내에서2,19,20, 21,22,23,24. 그러나 깃털 수의 변화, 새의 다양한 유형의 깃털의 상대적 풍부 또는 바브 /바불 수의 변화가 깃털 코트의 전반적인 열 성능에 미치는 영향에 대한 정량적 정보는 거의 없습니다. 이전 연구는 주어진종11,12, 13에대한 단열 및 열 전도도의 단일 평균 값을 결정하는 데 초점을맞추고있다.
깃털 코트는 종마다 다른 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, 대부분의 조류는 깃털이 각각14라고불리는 피부의 뚜렷한 영역을 가지고 있습니다. pterylae (때로는 "깃털 지역"이라고도 함)의 배치는 종에 따라 다르며 분류 문자(14)로가치가 있습니다. 그러나 일부 조류 (즉, 쥐와 펭귄)는이 pterylosis를 잃고 몸14에걸쳐 깃털의 균일 한 분포를 가지고있다. 또한, 다른 종, 특히 다른 환경에 살고있는 사람들은 깃털 유형15의다른 비율을 가지고있다. 예를 들어, 추운 기후를 사는 새들은 깃털15개, 따뜻한 환경에 사는 종보다 더 큰 깃털부분(16)을 가진 윤곽 깃털을 더 많이 가지고 있습니다.
특정 유형의 깃털의 미세 구조는 또한 종25,26에걸쳐 절연에 영향을 미칠 수 있습니다. Lei 외. 많은 중국 파세린 참새의 윤곽 깃털의 미세 구조를 비교하고 추운 환경에 거주하는 종은 각 윤곽 깃털, 더 긴 바불, 높은 노드 밀도 및 따뜻한 환경(25)에거주하는 종보다 더 큰 노드의 더 높은 비율을 가지고 있음을 발견했다. D'alba 등은 일반적인이더(Somateria mollissima)와그레이라그 거위(Anser anser)의 다운 깃털의 미세 구조를 비교하고 이러한 차이가 깃털의 응집력과 깃털의능력(Anser anser)에어떻게 영향을 미치는지 설명하여공기(26)를포획한다. 깃털의 이러한 변화가 종 에 걸쳐 깃털 코트의 전반적인 열 성능에 미치는 영향에 대한 정량적 비교 데이터는 제한됩니다 (자세한 내용은 테일러와 워드 등을 참조하십시오.) 11,13.
종 내에서 깃털 코트의 열 성능은 다를 수 있습니다. 승려 앵무새(Myiopsitta monachus)17과 같은 일부 종은 매우 크고 다양한 지리적 범위에 살고 있습니다. 이러한 다른 환경에 의해 제기 된 다른 열 응력은 지역적으로 종 내에서 조류의 깃털 코트에 영향을 미칠 수 있지만 현재이 주제에 사용할 수있는 데이터가 없습니다. 또한, Broggi 외. 북반구에서 큰 구덩이(파루스 주요 L.)의두 인구를 비교. 그(것)들은 더 많은 북부 인구의 윤곽 깃털이 더 많은 남부 인구의 그보다는 더 짧고 비례적으로 깃털이 있었다는 것을 보여주었습니다. 그러나, 이러한 차이는 두 인구의 새가 같은 장소에서 제기 되었을 때 사라졌다18.
더욱이, Broggi 등은 이러한 결과를 다른 열 조건에 대한 플라스틱 반응으로 설명했지만, 이러한 상이한 깃털코트(18)의단열값을 측정하지 는 않았다. 결과는 또한 윤곽 깃털 밀도가 윤곽 깃털에 있는 plumulaceous 바브의 비율 보다는 절연에 더 중요하다는 것을 건의합니다, 그러나 Broggi 외. 북부 인구는 적당한 양분18의부족 때문에 최적 깃털을 생성할 수 없을 지도 모른다는 것을 건의했습니다. 이 깃털 코트의 전반적인 열 성능의 정량적 측정은 깃털 차이의 중요성을 더 잘 이해할 것입니다.
시간이 지남에 따라 개별 조류의 깃털 코트는 다양합니다. 적어도 일년에 한 번, 모든 조류 몰트 (깃털을 모두 교체)19. 해가 갈수록 깃털은2,20, 덜 수많은18,21,22,23을착용하게됩니다. 일부 조류는 일년에 한 번 이상 몰트하여 매년19개의뚜렷한 깃털 코트를 제공합니다. 미들턴은 일년에 두 번 몰트하는 미국의골드핀치(Spinus tristis)가겨울철에 기본 깃털에 깃털이 더 많고, 여름철24년동안 다른 깃털보다 더 많은 깃털을 가지고 있음을 보여주었습니다. 깃털 코트의 이러한 연간 차이는 새가 추운 기간 동안 더 많은 열을 수동적으로 보존하거나 따뜻한 계절 동안 더 많은 열을 수동적으로 흘릴 수 있지만, 이 것을 결정적으로 테스트한 연구는 없습니다.
조류는행동적으로 1,27을 조절하고 다른 열 조건3,4,5,6,7,8,9,10,26에대사적으로 적응할 수 있지만, 깃털은 일정한 절연층을 제공함으로써 열조절에 중요한 역할을 한다. 여기에 설명 된 방법은 깃털 코트를 단독으로 대답하고 패시브 온도 조절 (즉, 살아있는 새가 행동이나 신진 대사를 수정하지 않고 얼마나 많은 열을 유지합니까?)에 대한 질문에 깃털을 격리하여 대답하도록 설계되었습니다. 활성 및 생리 적 온도 조절은 생태학적으로 중요하지만 깃털만이 절연을 어떻게 돕고 적극적인 행동 및 생리 적 온도 조절의 필요성에 미치는 영향을 이해하는 것도 중요합니다.
이전연구는 동물 펠트11,12,13,28의열 전도도 및 단열성을 정량화하는 방법을 확립했다. 여기에 제시된 방법은 "보호된 핫플레이트"방법(11,12,13,28)의연장이다. 그러나, 여기서 설명된 방법은 열전대가 아닌 열카메라를 사용하여 깃털 코트의 외부 경계에서 온도를 측정한다. 가드 핫 플레이트 방법은 펠트를 통해 에너지 흐름의 매우 정확한 추정을 제공하지만, 그것은 멀티 재료 핫 플레이트의 건설, 열전대와 열더미의 사용에 대한 몇 가지 친숙, 작은 조각으로 절단해야 펠트의 파괴적인 사용이 필요합니다. 이 조각들은 시료와 핫 플레이트 장치 사이의 공기를 제거하기 위해 기름을 바른다. 무테리아 (예를 들어, 펭귄)가 부족한 몇 마리의 새를 제외하고, 컷의 위치는 실제로 피부에 부착 된 깃털의 수에 큰 영향을 가하기 때문에 새 가죽에서 작은 사각형을 절단하는 것은 비교 목적으로 문제가됩니다. 이 문제는 ptyerlae14의존재, 크기 및 배치에서 택시 간의 변화에 의해 악화된다.
또한 박물관 표본은 조류 간의 절연 변동을 평가하기위한 잠재적으로 풍부한 자원이 될 수 있지만 일반적으로 과학 컬렉션에서 피부 표본을 자르고 기름칠 할 수있는 권한은 달성 할 수 없습니다. 또한 보호된 핫 플레이트 측정을 위해 야생에서 가져온 표본은 이후에 박물관 표본으로 사용할 수 없습니다. 여기에 제시된 방법은 1) 시편의 파괴를 필요로 하지 않고, 전체 건조 조류 스킨과 함께 사용할 수 있다는 점에서 보호된 핫 플레이트 방법과 다르며, 2) 피부의 밑면을 기름칠한다. 그것은 열 관계의 라이브 조류 측정에 사용되는 (여전히 상대적으로 비싸지만) 점점 저렴해지는 열 카메라를 사용합니다.
이 방법은 보호된 핫 플레이트 방법처럼 피부와 깃털을 직접 통해 에너지 흐름(열 전도도 또는 단열값)을 측정하지 않습니다. 대신 열카메라를 사용하여 깃털 코트의 바깥 쪽 경계의 온도를 측정합니다. 결과 값은 피부, 깃털 및 그 사이에 갇힌 공기를 통해 수동적으로 손실된 열을 통합한 측정값입니다(아래 열원에 비해). 평평한 스킨으로 제조되고 기술된 기술을 사용하여 측정된 표본은 수집에 저장될 수 있으며 향후 연구를 위한 가치를 무기한 으로 제공할 수 있습니다. 이 방법은 모든 평평한 스킨 시편에서 깃털 코트 열 성능을 측정하는 표준화되고 비교적이며 비교적 간단한 방법을 제공하며, 이는 상호 및 내별 비교에 특히 유용합니다.

<table><tbody><tr><td>Aluminum Foil</td><td>Reynolds Wrap</td><td>109000831</td><td>30 square ft.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Foam Core Board</td><td>Foamular</td><td>20WE</td><td>1 in. x 4 ft. x 8 ft; this exact model need no be used.</td></tr><tr><td>General Purpose Water Bath</td><td>PolyScience</td><td>WB02</td><td>Ambiet +5 &amp;deg;C to 100 &amp;deg;C; &amp;plusmn;.01 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>PDF Data logger</td><td>Elitech</td><td>RC-51H</td><td>Built in temperature and humidity sensor</td></tr><tr><td>Plexiglass</td><td>AdirOffice</td><td>1212-3-C</td><td>Acrylic glass; 12 in. x 12 in. x 1/8 in.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Thermal Image Analysis Software</td><td>FLIR</td><td>ResearchIR Max v4.40.7.26 (64-bit)</td><td>Allows collection of precise, quantitative thermal data</td></tr><tr><td>Thermal Imaging Camera</td><td>FLIR</td><td>SC655</td><td>680x480-pixel resolution, &amp;plusmn;2 &amp;deg;C or &amp;plusmn;2% accuracy, 40 cm minimum focusing distance</td></tr><tr><td>Tripod</td><td>The Audubon Shop</td><td>The Birder Tripod with Manfrotto 700RC2 Rapid Release Head</td><td>65&quot; maximum height; this exact model need not be used.</td></tr></tbody></table>

using a thermal camera to measure heat loss through bird feather coats

깃털은 단열재에 필수적이며, 따라서 조류의 온도 조절 비용에 필수적입니다. 다양한 생태 학적 상황에 걸쳐 조류의 온도 조절의 에너지 비용에 대한 강력한 문헌이있다. 그러나, 몇몇 연구 결과는 열조절에 단독으로 깃털의 기여를 특징짓는다. 몇몇 이전 연구는 동물 펠트의 절연 값을 측정하기위한 방법을 설립했지만, 깃털이 피부에 고르게 분포되지 않는 조류에 문제가있는 파괴적인 샘플링 방법이 필요합니다. 더 많은 정보가 필요합니다 1) 열조절에 깃털의 기여는 종 에 걸쳐 및 2) 깃털 코트가 공간과 시간에 걸쳐 변경 될 수있는 방법 모두에 걸쳐 변화하는 방법. 여기에 보고된 것은 피부 표본을 파괴할 필요 없이 건조된 전체 피부 시편을 사용하여 깃털 코트와 피부의 열 성능을 신속하고 직접적으로 측정하는 방법이다. 이 방법은 열 조절에 행동 및 생리 적 전략을 사용하는 살아있는 조류의 열 손실 및 신진 대사 비용을 측정하는 방식으로 깃털 코트를 가로 질러 열 그라데이션을 분리하고 측정 할 수 없습니다. 이 방법은 열 카메라를 사용하여 정량적 열 데이터를 빠르게 수집하여 피부를 통해 안정적인 소스에서 열 손실을 측정할 수 있습니다. 이 프로토콜은 다양한 연구 질문에 쉽게 적용 할 수 있으며, 모든 조류 택시에 적용되며 피부 표본의 파괴를 요구하지 않습니다. 마지막으로, 정량적 데이터 수집을 단순화하고 가속화함으로써 조류의 수동 온도 조절의 중요성에 대한 이해를 한층 더 강화할 것입니다.

6종으로 측정된 5종 각각 의 한 개인의 한 개 개인의 대표적인 결과는 도 4및 도 5로제시된다. 이들은 피부의 배치에 있는 작은 변이가 최대 1.7°C의 판독값에 있는 변이를 초래할 수 있다는 것을 보여줍니다. 그림 4는 조사자의 훈련이 측정의 반복성을 증가하는 방법을 보여줍니다. 예를 들어, 동일한 개별 집참새(Passer domesticus)?...

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Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

이 프로토콜은 열화상 카메라와 온수 목욕을 사용하여 평평한 피부 조류 표본을 통한 열 전달의 정량화를 설명합니다. 이 방법을 사용하면 말린 평평한 피부 표본을 사용하여 종 에 걸쳐 깃털 코트의 열 성능에 대한 정량적 비교 데이터를 얻을 수 있습니다.

열 카메라를 사용하여 새 깃털 코트를 통해 열 손실을 측정합니다.

Feathers are essential to insulation, and therefore to the cost of thermoregulation,&#160;in birds. There is robust literature on the energetic cost of ...

using-a-thermal-camera-to-measure-heat-loss-through-bird-feather-coats

Research

JoVE Journal

Biology

3.4K 조회수.  University of Connecticut. 이 프로토콜은 열화상 카메라와 온수 목욕을 사용하여 평평한 피부 조류 표본을 통한 열 전달의 정량화를 설명합니다. 이 방법을 사용하면 말린 평평한 피부 표본을 사용하여 종 에 걸쳐 깃털 코트의 열 성능에 대한 정량적 비교 데이터를 얻을 수 있습니다.

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Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

Accurate assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function is important for appropriate detection, staging, and treatment of many health disorders such as chronic wounds. We report the development of a dual-mode imaging system for non-invasive and non-contact imaging of cutaneous tissue oxygenation and vascular function. The imaging system integrated an infrared camera, a CCD camera, a liquid crystal tunable filter and a high intensity fiber light source. A Labview interface was programmed for equipment control, synchronization, image acquisition, processing, and visualization. Multispectral images captured by the CCD camera were used to reconstruct the tissue oxygenation map. Dynamic thermographic images captured by the infrared camera were used to reconstruct the vascular function map. Cutaneous tissue oxygenation and vascular function images were co-registered through fiduciary markers. The performance characteristics of the dual-mode image system were tested in humans.

A dual-mode imaging system was developed for non-contact assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function.

피부 조직 산소와 혈관 기능의 듀얼 모드 영상

Accurate assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function is important for appropriate detection, staging, and treatment of many health ...

연구

의학

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

생물 재료의 공간적 및 방향성에 따라 변화 광산란 측정

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

공학

A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be streamlined by heat treatment (blanching). A blanching apparatus can be designed more precisely if the thermal properties of the leaves are known in detail, i.e., the specific heat capacity and thermal conductivity. The measurement of these properties is time consuming and labor intensive, and usually requires invasive methods that contact the sample directly. This can reduce the product yield and may be incompatible with containment requirements, e.g., in the context of good manufacturing practice. To address these issues, a non-invasive, contact-free method was developed that determines the specific heat capacity and thermal conductivity of an intact plant leaf in about one minute. The method involves the application of a short laser pulse of defined length and intensity to a small area of the leaf sample, causing a temperature increase that is measured using a near infrared sensor. The temperature increase is combined with known leaf properties (thickness and density) to determine the specific heat capacity. The thermal conductivity is then calculated based on the profile of the subsequent temperature decline, taking thermal radiation and convective heat transfer into account. The associated calculations and critical aspects of sample handling are discussed.

A method was developed to determine the specific heat capacity and thermal conductivity of leaf tissue by non-invasive, contact-free near infrared laser probing, which requires less than 1 min per sample.

빠른 레이저 방법은 잎 열적 특성의 비 침습적과 연락이없는 결정을 촉진 프로빙

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be ...

생화학

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment for melanoma remains surgical excision, therefore, the key to extended survival is early detection 2,3. Considering the large numbers of patients diagnosed every year and the limitations in accessing specialized care quickly, the development of objective in vivo diagnostic instruments to aid the diagnosis is essential. New techniques to detect skin cancer, especially non-invasive diagnostic tools, are being explored in numerous laboratories. Along with the surgical methods, techniques such as digital photography, dermoscopy, multispectral imaging systems (MelaFind), laser-based systems (confocal scanning laser microscopy, laser doppler perfusion imaging, optical coherence tomography), ultrasound, magnetic resonance imaging, are being tested. Each technique offers unique advantages and disadvantages, many of which pose a compromise between effectiveness and accuracy versus ease of use and cost considerations. Details about these techniques and comparisons are available in the literature 4.
Infrared (IR) imaging was shown to be a useful method to diagnose the signs of certain diseases by measuring the local skin temperature. There is a large body of evidence showing that disease or deviation from normal functioning are accompanied by changes of the temperature of the body, which again affect the temperature of the skin 5,6. Accurate data about the temperature of the human body and skin can provide a wealth of information on the processes responsible for heat generation and thermoregulation, in particular the deviation from normal conditions, often caused by disease. However, IR imaging has not been widely recognized in medicine due to the premature use of the technology 7,8 several decades ago, when temperature measurement accuracy and the spatial resolution were inadequate and sophisticated image processing tools were unavailable. This situation changed dramatically in the late 1990s-2000s. Advances in IR instrumentation, implementation of digital image processing algorithms and dynamic IR imaging, which enables scientists to analyze not only the spatial, but also the temporal thermal behavior of the skin 9, allowed breakthroughs in the field.
In our research, we explore the feasibility of IR imaging, combined with theoretical and experimental studies, as a cost effective, non-invasive, in vivo optical measurement technique for tumor detection, with emphasis on the screening and early detection of melanoma 10-13. In this study, we show data obtained in a patient study in which patients that possess a pigmented lesion with a clinical indication for biopsy are selected for imaging. We compared the difference in thermal responses between healthy and malignant tissue and compared our data with biopsy results. We concluded that the increased metabolic activity of the melanoma lesion can be detected by dynamic infrared imaging.

We demonstrated that malignant pigmented lesions with increased metabolic activity generate quantifiable amounts of heat and the measurement of the transient thermal response of the skin to a cooling excitation allows quantitative identification of melanoma and other skin cancers (vs. non-proliferative nevi) at an early stage of the disease.

양적 시각화 및 동적 써멀 이미징을 사용하여 피부암의 감지

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

한 차원 고체 물질의 열 수송의 특성

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Thermal Imaging to Study Stress Non-invasively in Unrestrained Birds

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood flow that results in a net influx of blood to key organs and an increase in core temperature. This stress-induced hyperthermia is used to assess stress. However, measuring core temperature is invasive. As blood flow is redirected to the core, the periphery of the body can cool. This paper describes a protocol where peripheral body temperature is measured non-invasively in wild blue tits (Cyanistes caeruleus) using infrared thermography. In the field we created a set-up bringing the birds to an ideal position in front of the camera by using a baited box. The camera takes a short thermal video recording of the undisturbed bird before applying a mild stressor (closing the box and therefore capturing the bird), and the bird&#8217;s response to being trapped is recorded. The bare skin of the eye-region is the warmest area in the image. This allows an automated extraction of the maximum eye-region temperature from each image frame, followed by further steps of manual data filtering removing the most common sources of errors (motion blur, blinking). This protocol provides a time series of eye-region temperature with a fine temporal resolution that allows us to study the dynamics of the stress response non-invasively. Further work needs to demonstrate the usefulness of the method to assess stress, for instance to investigate whether eye-region temperature response is proportional to the strength of the stressor. If this can be confirmed, it will provide a valuable alternative method of stress assessment in animals and will be useful to a wide range of researchers from ecologists, conservation biologists, physiologists to animal welfare researchers.

There is a need for a non-invasive assessment of stress. This paper describes a simple protocol using thermal imaging to detect a significant response in eye-region temperature in wild blue tits to a mild acute stressor.

열 화상 비 침습적 무제한 조류의 스트레스를 연구

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood ...

신경과학

Infrared Thermography for the Detection of Changes in Brown Adipose Tissue Activity

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) after a meal or in obese or diabetic patients fails as the method of choice. The main reason is that 18F-FDG competes with the postprandial high glucose plasma concentration for the same glucose transporter on the membrane of BAT cells. In addition, BAT uses fatty acids as a source of energy as well, which is not visible with PET-CT and could be changed along with glucose concentration in obese and diabetic patients. Therefore, to estimate the physiological importance of BAT in animals and humans, a new infrared thermography method used in recent publications is applied.
After overnight fasting, BAT activity was measured by infrared thermography before and after a meal in human volunteers and&#160;female wild-type mice. The camera software calculates the object&#39;s temperature using distance from the object, skin emissivity, reflected room temperature, air temperature, and relative humidity. In mice, the shaved area above the BAT was a region of interest for which average and maximal temperatures were measured. The phase of the estrous cycle in female mice was determined after an experiment by vaginal smears stained with cresyl violet (0.1%) stain solution. In healthy volunteers, two skin areas of the neck were selected: the supraclavicular area (above the collarbone, where BAT cells are present) and the interclavicular area (between the collarbones, where there is no BAT tissue detected). BAT activity is determined by the subtraction of those two values. Also, the average and maximal temperatures of skin areas could be determined in animals and human participants.
Changes in BAT activity after a meal measured by infrared thermography, a non-invasive and more sensitive method, were shown to be sex, age, and phase of the estrous cycle dependent in laboratory animals. As part of diet-induced thermogenesis, BAT activation in humans was also proven to be sex, age, and body mass index dependent. Further determining the pathophysiological changes in BAT activity after a meal will be of great importance for participants with high glucose plasma concentrations (obesity and diabetes mellitus type 2), as well as in different laboratory animals (knock-out mice). This method is also a variable tool for determining possible activating drugs that could rejuvenate BAT activity.

Here, we present a protocol for measuring brown adipose tissue activity after a meal in humans and laboratory animals.

갈색 지방 조직 활동의 변화를 감지하기 위한 적외선 열화상 촬영

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose ...

Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied greatly in small animals, it is difficult to measure the activity of BAT in humans. Therefore, little is known about the heat-generating capacity and physiological significance of BAT in humans, including the degree to which components of the diet can activate BAT. This is due to the limitations in the currently most used method to assess the activation of BAT-radiolabeled glucose (fluorodeoxyglucose or 18FDG) measured by positron emission tomography-computerized tomography (PET-CT).
This method is usually performed in fasted subjects, as feeding induces glucose uptake by the muscles, which can mask the glucose uptake into the BAT. This paper describes a detailed protocol for quantifying total-body human energy expenditure and substrate utilization from BAT thermogenesis by combining indirect calorimetry, infrared thermography, and blood glucose monitoring in carbohydrate-loaded adult males. To characterize the physiological significance of BAT, measures of the impact of BAT activity on human health are critical. We demonstrate a protocol to achieve this by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach will help to understand the physiology and pharmacology of BAT thermogenesis in humans.

Here, we present a protocol to quantify the physiological significance of the impact of brown adipose tissue (BAT) activity on human metabolism. This is achieved by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach can help develop a pharmacological target for BAT thermogenesis in humans.

간접 열량계, 적외선 체온 측정 및 혈당 수치의 조합을 사용하여 인간의 갈색 지방 조직 열 발생을 측정합니다.

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied ...