Использование тепловых ИК-изображений для обнаружения задержки мышцах Начало

Резюме

Целью настоящего исследования было оценить, является ли использование инфракрасных тепловых камер является правильным инструментом для выявления и количественной оценки боли в мышцах после тренировки.

Аннотация

Delayed onset muscle soreness (DOMS), also known as exercise induced muscle damage (EIMD), is commonly experienced in individuals who have been physically inactive for prolonged periods of time, and begin with an unexpected bout of exercise^1-4, but can also occur in athletes who exercise beyond their normal limits of training⁵. The symptoms associated with this painful phenomenon can range from slight muscle tenderness, to severe debilitating pain^1,3,5. The intensity of these symptoms and the related discomfort increases within the first 24 hours following the termination of the exercise, and peaks between 24 to 72 hours post exercise^1,3. For this reason, DOMS is one of the most common recurrent forms of sports injury that can affect an individual’s performance, and become intimidating for many^1,4.

For the last 3 decades, the DOMS phenomenon has gained a considerable amount of interest amongst researchers and specialists in exercise physiology, sports, and rehabilitation fields⁶. There has been a variety of published studies investigating this painful occurrence in regards to its underlying mechanisms, treatment interventions, and preventive strategies^1-5,7-12. However, it is evident from the literature that DOMS is not an easy pathology to quantify, as there is a wide amount of variability between the measurement tools and methods used to quantify this condition⁶. It is obvious that no agreement has been made on one best evaluation measure for DOMS, which makes it difficult to verify whether a specific intervention really helps in decreasing the symptoms associated with this type of soreness or not. Thus, DOMS can be seen as somewhat ambiguous, because many studies depend on measuring soreness using a visual analog scale (VAS)^10,13-15, which is a subjective rather than an objective measure. Even though needle biopsies of the muscle, and blood levels of myofibre proteins might be considered a gold standard to some⁶, large variations in some of these blood proteins have been documented ^6,16, in addition to the high risks sometimes associated with invasive techniques.

Therefore, in the current investigation, we tested a thermal infra-red (IR) imaging technique of the skin above the exercised muscle to detect the associated muscle soreness. Infra-red thermography has been used, and found to be successful in detecting different types of diseases and infections since the 1950’s¹⁷. But surprisingly, near to nothing has been done on DOMS and changes in skin temperature. The main purpose of this investigation was to examine changes in DOMS using this safe and non-invasive technique.

протокол

1. Упражнение

1. Мышц, представляющих интерес для этого эксперимента была локтя сгибатели (бицепсы плеча).
2. Мышечная сила измерялась для каждого участника, чтобы быть в состоянии дать каждому соответствующее сопротивление. Это было определено путем испытания каждого участника за их сопротивление максимум (ГРМ).
3. Для тестирования RM, мы использовали устройство тензодатчика сопряжена с компьютером через BioPac (DA-100C) биоэлектрической модуля усилителя (BioPac Systems, Goleta, Калифорния) для измерения мышечной силы. Модуль был подключен к MP-100 аналоговых к цифровым преобразователем выборки с частотой 1000 герц в секунду и с разрешением 24 бит (рис. 10).
4. Устройство тензодатчик был зафиксирован на скамье под углом 45 °. Субъекты были проинструктированы сесть за устройство и остальные свои локти на мягкие области, так что напряжение силы через своих запястий. Это был лучший способ гарантировать, что тема не будетт набирать любые мышцы, кроме бицепса (рис. 11).
5. Сила была определена на 3 раз с каждым сокращением в 3 секунды по продолжительности с примерно 45 секунд, разделяющих сокращений. Среднем 3 измерений РМ.
6. После определения RM для бицепсы каждого участника, предназначенные сессии упражнение проводилось с 35% своих РМ.
7. Все предметы подверглись же упражнение с использованием соответствующих взвешенных гантелями, чтобы вызвать боли в мышцах (DOMS). Это было осуществлено, выполняя 4 подхода по 25 повторений кудри бицепса концентрации, сидя на стуле, и с локтями поддерживается на бедрах (рис. 12).
8. Каждый участник получил 90-секундный период отдыха между каждым набором. Субъекты либо вообще полный набор из 25 повторений, или получили указание остановиться, если они не постоянно контролировать вес во время упражнений.

2. Infra-Red Caмера Подготовка и установка

1. Комната, где инфракрасных изображений происходит была установлена ​​на уровне постоянной температуре, чтобы минимизировать любые внешние смещения из-за разницы температуры воздуха в помещении, что может привести к ложным тепловой чтениях. Для целей этого эксперимента у нас был с контролем температуры комнаты, которая поддерживалась на уровне около 23 ° C (+ / - 0,5 ° С).
2. Камера была установлена ​​на расстоянии 1 метра, а при перпендикулярной углом к ​​коже измеряется (рис. 9) *.
3. После необходимого расстояния была создана, испытуемые посоветовал стоять на месте, пока изображение не было принято. Это не должно занять больше нескольких секунд, но это очень важно для минимизации движения, чтобы обеспечить точность приняты изображения.
4. Желательно, чтобы комната темного цвета краски, а не на более светлые цвета, чтобы свести к минимуму инфракрасных помех.
5. Освещение также имеет важное значение при работе с инфракрасными изображениями, Becaиспользовать источник света, который излучают инфракрасные волны, как освещением флуоресцентными может дать ложные показания высокой. Лучшее освещение вариантом будет комната, оборудованная с равномерным светодиодные фонари, как светодиодные фары вряд ли производить любые инфракрасных помех (рис. 9, б) *.

* Серии тестов были сделаны в нашей лаборатории использования FLIR 660 ИК-камеры (рис. 8), где мы сравнили изображения кожи под разными углами (0 (перпендикулярно), 15, 30, 45 и 60 градусов), и на разных расстояниях (1, 2 и 5 метров) с поверхности кожи, чтобы точно определить температуру кожи. Все изображения были по сравнению с калиброванной термопары, и наилучшее соотношение между изображениями и термопар был прямым углом и на расстоянии 1 метра от кожи (г = 0,93). Различных углов и расстояний вызвало пикселизации потери и снижение общей корреляции между изображениями и термопар.

3. Изображение Аквиrement

1. Для целей этого эксперимента, образ осуществляться мышц было принято до осуществления, и через 24, и 48 часа после упражнений.
2. Тело тепло от других источников, помимо целевой могут нарушить тепловое изображение и даче ложных показаний. По этой причине, никто не должен стоять рядом или позади намеченной цели.
3. В этом исследовании, фотографии и осуществляется и не осуществляется руки были взяты для сравнения. Мы осуществляет одно из плеч, как было сказано ранее, а другая рука была использована в качестве контроля (рис. 4 и 5).
4. Изображение чисел из камеры ИК были записаны непосредственно на отдельные электронные таблицы, как это может быть трудно определить, какой образ кому принадлежит.

4. Обработка изображений и анализ

1. Приобрела ИК-изображения были обработаны с помощью "ThermoVision ExaminIR" программное обеспечение версии: 1.10.2.
2. После выбора необходимого изображения дляГ анализа, четырех регионах ставки были определены на полученное изображение на руке с помощью статистических ящики на программный интерфейс (рис.6).
3. При необходимости регионах руки были расположены, то программное обеспечение показывает средние и стандартные отклонения температур для каждого из выбранных регионов. Затем мы можем либо крест сравнить каждый регион по отдельности или получить среднюю температуру всей руки (рис. 7).

5. Визуальной аналоговой шкале и анализу крови

1. Визуальной аналоговой шкале (ВАШ) была использована для оценки субъективных болезненность руку. Шкала была 10 см (100 мм) длинной линии с пометкой "без боли" на одном конце, и "крайне больной» на противоположном конце. Каждому участнику была направлена, чтобы сделать отметку по 10 см строку для указания на их реакцию на боль.
2. VAS были вводиться предметы, прежде чем осуществлять через 24 часа после упражнений, а в 48 часов.
3. Периферической крови была коллегвыбранной из предметов для измерения уровня миоглобина в крови.
4. Кровь была взята из локтевой вены субъектов перед упражнения, через 30 минут после упражнений была закончена, и в 48 часов.
5. Кровь центрифугировали при 4000 оборотов в минуту в течение 10 мин, чтобы отделить сыворотку от клеток. Затем образцы хранили при -80 ° C до анализа миоглобина и было сделано.
6. Миоглобин измерялась с помощью Tosoh "AIA-360" Автоматизированный анализатор иммуноферментного анализа (Tosoh корпорации, Токио, Япония). Миоглобина Пробирной комплекты (Мио 025297, ST AIA-PACK Миоглобин) были использованы в соответствии с инструкциями производств.

6. Представитель Результаты

Результаты ИК-тепловых изображений, снятых во время этого исследования четко представлены на рисунке 1. Изображения, полученные на 3 периодов времени (перед упражнениями, 24 часа после тренировки, и 48 часов после упражнений) для осуществляются оружия из 41 предметов, показали,заметное увеличение температуры на 2-й день (24 часа после упражнений) по сравнению с перед упражнениями температур и температур, принятые на 48 часов. Как показано на рисунке 1, средняя температура кожи 32,80 + / - 1,03 ° С в течение 1-й день (перед тренировкой), и 33,96 + / - 1,46 ° С в течение 2-й день (24 часа после упражнений), и 32,82 + / - 1,29 для 3-й день (48 часов после тренировки). Эта разница температуры кожи от 1 дня до 2-й день был значительным (ANOVA р <0,01).

Однако, для не-осуществляет руку, изменения среди 3-х периодов времени были не очевидны. Рисунок 1 показывает, что средняя температура кожи 33,08 + / - 0,83 ° С в течение 1-й день (перед тренировкой), и 32,79 + / - 1,42 ° С в течение 2-й день (24 часа после упражнений), и 33,17 + / - 0,95 для 3-й день (48 часов после тренировки). Эта разница температуры кожи в течение 3-х дней не было значимым (ANOVA р = 0,38).

Результаты боли показания VAS показаны на рисунке 2. Как видно на рисЮр 2, сообщили боли существенно возросли в дни 2 и 3. Боль уровней осуществляется мышц увеличилась с 3,6 + / - 6,1 на 1 день, до 36,3 + / - 22,8 на 2 день, и 37,5 + / - 25,3 на 3 день. Это больше, чем в 1-й день был значительным (ANOVA р <0,01).

Результаты уровни концентрации миоглобина показано на рисунке 3. Как видно на этом рисунке, почти не было переключаться между 2 миоглобина концентрации в 1 день (предварительно, и 30 минут после упражнения). Но на 3 день, увеличение миоглобина было очень большим. Это увеличение на 3 день составляет примерно 147 нанограмм на миллилитр (нг / мл) крови по сравнению с первым концентрации 2 в 1 день. Миоглобин концентрации 30,12 + / - 7,66 нг / мл в начале исследования, 31,66 + / - 11,89 нг / мл за 30 минут после упражнения и 178,96 + / - 249,51 нг / мл на 3 день. Это увеличение на 3 день был очень значительным (ANOVA р <0,01).

Корреляционного анализа было сделано между кожей температурполученных из ИК-изображений, а также уровни VAS болезненность. Было установлено, что существует значительная корреляция между VAS чтениях на 2 день, а также измерения температуры кожи в день 2. Эта корреляция была значимой (р = 0,312, р <0,05). Тем не менее, не было никакой очевидной корреляции между VAS чтения и кожи температура на 3 день. Эта корреляция была незначительной (г = 0,047, р = 0,77).

Рисунок 1. Представителем график различия в температуре кожи в осуществляемой оружия (Diamonds), и снимите осуществляется оружия (квадраты) из 41 субъектов более 3-х дневный срок.

Рисунок 2. Представителем график различия в воспринимаются болезненность мышц измеряется с VAS более 3-х дневный срок, в течение всех 41 субъектов.

Рисунок 3. Представителем график различия в концентрации миоглобина для всех 41 субъектов в течение 3-х периодов времени.

Рисунок 4.) Типичной ИК-образа осуществляется руку субъекта перед упражнением. В) ИК-изображений одного и того же руку предметов 24 часов после упражнений.

Рисунок 5.) Типичной ИК-образ не-осуществляет руку субъекта перед упражнением. В) ИК-изображений одного и того же руку предметов 24 часов после упражнений.

Рисунок 6. Иллюстрация 4 регионах, представляющих интерес для анализа термдр. Образ руку.

Рисунок 7. Программный интерфейс для "ThermoVision ExaminIR", указывающая на 4 коробки процентов по ИК-образа осуществляется руку. Также показаны статистической интерпретации для каждого ящика.

Рисунок 8. ИК тепловизионная камера используется для данного исследования (FLIR 660).

Рисунок 9.) Настройка камеры ИК-1 метра от руки предметы. B) светодиодов, используемых в лаборатории, где изображения были взяты.

Рисунок 10.) BioPac модули, используемые для измерения мышечной силы. Б) устройство тензодатчика крепится к 45 ° угловой скамье и подключили к системе BioPac.

Рисунок 11. Типичный сюжет оказывает силу устройства тензодатчика.

Рисунок 12. Предмет прохождения упражнений протокол для индукции боли в мышцах.

Обсуждение

Основная цель данного исследования заключалась в оценке полезности тепловых ИК-изображений для обнаружения и измерения боли в мышцах после физических нагрузок, и наши результаты показывают, что ИК-изображения могут быть действительны технику для обнаружения DOMS, особенно в течение пе...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Название устройства	Компания	Номер по каталогу	Комментарии
Инфракрасные Тепловизионная камера	FLIR	FLIR SC660
Тепловые инфракрасные программное обеспечение для анализа	ThermoVision ExaminIR	Версия программного обеспечения 1.10.2
Биоэлектрической Модуль усилителя	BioPac	DA100C	DA100C обеспечивает переменную настройки усиления, и регулируемые опорного напряжения.
Аналого-цифровой преобразователь модуль	BioPac	MP100
Автоматизированный анализатор иммуноферментный	Tosoh	AIA -360	Это устройство было использовано для анализа пробы крови, и получить миоглобина чтениях.