Automatic Translation

This translation into Russian was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages

 JoVE Medicine

Использование тепловых ИК-изображений для обнаружения задержки мышцах Начало

1, 1,2, 2, 1

1Loma Linda University, 2Azusa Pacific University

Article
    Downloads Comments Metrics Publish with JoVE

    You must be subscribed to JoVE to access this content.

    Enter your email to receive a free trial:

    Welcome!

    Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!


    Admit it, you like to watch.

     

    Summary

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

    Date Published: 1/22/2012, Issue 59; doi: 10.3791/3551

    Cite this Article

    Al-Nakhli, H. H., Petrofsky, J. S., Laymon, M. S., Berk, L. S. The Use of Thermal Infra-Red Imaging to Detect Delayed Onset Muscle Soreness. J. Vis. Exp. (59), e3551, doi:10.3791/3551 (2012).

    Protocol

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

    Рисунок 7
    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
    Рисунок 8. ИК тепловизионная камера используется для данного исследования (FLIR 660).

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

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

    Рисунок 11
    Рисунок 11. Типичный сюжет оказывает силу устройства тензодатчика.

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

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    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 первых 24 часов после тренировки. Это не удивительно, так как Pennes 18 при условии очень подробную модель теплового потока от мышц к коже конечностей. Эта модель предсказывает, что тепло в более глубоких тканях, таких как мышцы могут быть рассеяны в кровь и в кожу через проводящий теплообмен. Когда мышцы упражнения, очевидно, огромное тепло вырабатывается в мышцах из-за сил трения мышечных волокон и из-за повышенного метаболизма. Повышение артериального притока мышцы также будет способствовать увеличению тепла в мышцах после тренировки. Потому что мышцы оболочки ткани, температура, как правило, от 32 до 33 ° C, однако, когда приток крови увеличивается до осуществляет мuscle она приближается температура ядра тканей, составляет 37 ° С 18,19. Это увеличило приток крови должны возвратиться к норме в течение нескольких часов после прекращения упражнений. Но когда температура по-прежнему повышенный на 24 часа после упражнений, это показывает, что повреждение произошло с осуществляемой мышцы. Это повреждение в мышцах приводит к дополнительным передачи тепла от мышц вышележащих кожи, что вызывает обнаружено горячее пятно под кожей.

    ИК-изображений был использован для обнаружения и диагностики многих заболеваний 17,19-24. Изменения в температуре человеческого тела всегда были показатели дисфункции, где увеличение тепла в первую очередь ассоциируется с какой-то воспаления или инфекции 17. Таким образом, повышенные температуры кожи найден через 24 часа после упражнений по всем предметам, возможно, вследствие более высоких кровь течет в мышцах из-за воспаления и повреждения тканей ремонта 2. Кроме того, каких-либо заметных INCRоблегчает в коже температура снимите осуществляется руку произошли в течение 3 дней с момента исследования. Поэтому, если поток мышц кровью оставался повышенным в осуществляемой руку, теплую кровь будет держать мышцы теплыми и, следовательно, покрывающей кожу останется теплой. В результате, опухолей молочной железы у женщин и рака кожи могут быть легко обнаружены ИК-изображений из-за увеличения притока крови уязвимого сайта поражения 20,21.

    Повышенный уровень болезненности (VAS) в день 2 и 3, а также увеличение концентрации миоглобина на 3 день являются показателями DOMS. Это показывает, что испытуемые болеть после тренировки. Как видно из результатов, существует связь между повышением температуры кожи на 2-й день, и повышение уровня болезненности в тот же день. Миоглобин концентраций по-прежнему повышенный на 3 день, а температура кожи возвращались в норму. Это замедленным высвобождением миоглобина в крови, может быть связано с мышцс медленным ответом на воспаление и повреждение, которое происходит в мышечных волокон после тренировки 25,26.

    Тем не менее, от 3 до 5 дней спустя, там еще может быть мелкий ремонт и реконструкция ткани, хотя приток крови может быть близким к норме. Вот почему на 3-й день мы не видели связи между температурой кожи и болезненностью уровней, так как ущерб уже был нанесен. Поэтому мы считаем, что это прогнозировать чувствительность, потому что это показывает, что если вы получите устойчивый 24 часов прироста ткани кровоток, то вы знаете, что у вас есть повреждение ткани. Это повреждение было проверено VAS чтениях, и миоглобина концентрации в крови. Таким образом, чем выше показания температуры кожи через 24 часа после упражнений, sorer вопросу будет позже.

    Таким образом, ИК-тепловидения будет иметь большое значение в выявлении DOMS на ранних стадиях. Было бы также интересно, и безболезненный способ Lookiнг на мышцы, которые были осуществлены и болят несколько часов после упражнений закончился. В настройке спорта, это раннее выявление DOMS могли бы помочь в снижении заболеваемости травмы от чрезмерного осуществления боли в мышцах в те дни, после первоначального упражнения.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Нет конфликта интересов объявлены.

    Acknowledgements

    Мы хотим выразить признательность контракта (WS1763368) от Pfizer Pharmaceuticals за поддержку в этой работе. Мы также хотели бы поблагодарить Саудовской Аравии Министерства высшего образования (Мохэ) за их поддержку.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Infra-Red Thermal Camera FLIR Systems Inc. FLIR SC660
    Thermal Infra-Red Analysis Software Thermo Fisher Scientific, Inc. Software Version 1.10.2
    Bi–lectric Amplifier Module Biopac Systems, Inc. DA100C The DA100C provides variable gain settings, and adjustable voltage references.
    Analog to Digital Converter Module Biopac Systems, Inc. MP100
    Automated enzyme Immunoassay Analyzer Tosoh Corp. AIA -360 This device was used to analyze the blood samples, and obtain the myoglobin readings.

    References

    1. Cheung, K., Hume, P. A., Maxwell, L. Delayed Onset Muscle Soreness: Treatment strategies and Performance Factors. Sports. Med. 33, 145-164 (2003).
    2. MacIntyre, D. L., Reid, W. D., McKenzie, D. C. Delayed Muscle Soreness: The Inflammatory Response to Muscle Injury and its Clinical Implications. Sports. Med. 20, 24-40 (1995).
    3. Armstrong, R. B. Mechanisms of exercise-induced delayed onset muscular soreness: a brief review. Medicine and Science in Sports and Exercise. 16, 529-538 (1984).
    4. Howatson, G., Someren, K. A. V. The Prevention and Treatment of Exercise-Induced Muscle Damage. Sports. Med. 38, 483-503 (2008).
    5. Petrofsky, J. Comparison of Different Heat Modalities for Treating Delayed-Onset Muscle Soreness in People with Diabetes. Diabetes Technology & Therapeutics. 13, 645-655 (2011).
    6. Warren, G. L., Lowe, D. A., Armstrong, R. B. Measurement Tools Used in the Study of Eccentric Contraction-Induced Injury. Sports. Med. 27, 43-59 (1999).
    7. Hilbert, J. E., Sforzo, G. A., Swensen, T. The Effects of Massage on Delayed Onset Muscle Soreness. Br. J. Sports. Med. 37, 72-75 (2003).
    8. Symons, T. B., Clasey, J. L., Gater, D. R., Yates, J. W. Effects of Deap Heat as a Preventative Mechanism on Delayed Onset Muscle Soreness. Journal of Strength and Conditioning Research. 18, 155-161 (2004).
    9. Vaile, J. M., Gill, N. D., Blazevich, A. J. The Effect of Contrast Water Therapy on Symptoms of Delayed Onset Muscle Soreness. Journal of Strength and Conditioning Research. 21, 697-702 (2007).
    10. Stone, M. B., Merrick, M. A., Ingersoll, C. D., Edwards, J. E. Preliminary Comparison of Bromelain and Ibuprofen for Delayed Onset Muscle Soreness Management. Clinical Journal of Sports Medicine. 12, 373-378 (2002).
    11. Barlas, P. Managing Delayed-Onset Muscle Soreness: Lack of Effect of Selected Oral Systemic Analgesics. Arch. Phys. Med. Rehabil. 81, 966-972 (2000).
    12. Jackman, S. R., Witard, O. C., Jeukendrup, A. E., Tipton, K. D. Branched-Chain Amino Acid Ingestion Can Ameliorate Soreness from Eccentric Exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 42, 962-970 (2010).
    13. Law, F. rey, A, L. Massage Reduces Pain Perception and Hyperalgesia in Experimental Muscle Pain: A Randomized, Controlled Trial. The Journal of Pain. 9, 714-721 (2008).
    14. Vaile, J., Halson, S., Gill, N., Dawson, B. Effect of hydrotherapy on the signs and symptoms of delayed onset muscle soreness. European Journal of Applied Physiology. 102, 447-455 (2007).
    15. Vinck, E., Cagnie, B., Coorevits, P., Vanderstraeten, G., Cambier, D. Pain reduction by infrared light-emitting diode irradiation: a pilot study on experimentally induced delayed-onset muscle soreness in humans. Lasers in Medical Science. 21, 11-18 (2006).
    16. Clarkson, P. M., Ebbeling, C. Investigation of Serum Creatine Kinase Variability after Muscle-Damaging Exercise. Clin. Sci. 75, 257-261 (1988).
    17. Jiang, L. J. A perspective on medical infrared imaging. Journal of Medical Engineering & Technology. 29, 257-267 (2005).
    18. Pennes, H. H. Analysis of Tissue and Arterial Blood Temperatures in the Resting Human Forearm. J. Appl. Physiol. 1, 93-122 (1948).
    19. Ivanitsky, G. R., Khizhnyak, E. P., Deev, A. A., Khizhnyak, L. N. Thermal imaging in medicine: A comparative study of infrared systems operating in wavelength ranges of 3–5 and 8-12 μm as applied to diagnosis. Doklady Biochemistry and Biophysics. 407, 59-63 (2006).
    20. Herman, C., Cetingul, M. P. Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging. J. Vis. Exp. (51), e2679-e2679 (2011).
    21. Wang, J. Evaluation of the diagnostic performance of infrared imaging of the breast: a preliminary study. BioMedical Engineering OnLine. 9, 3-3 (2010).
    22. Murray, A. K. Noninvasive imaging techniques in the assessment of scleroderma spectrum disorders. Arthritis & Rheumatism. 61, 1103-1111 (2009).
    23. Zaproudina, N., Ming, Z., Hanninen, O. O. P. Plantar Infrared Thermography Measurements and Low Back Pain Intensity. Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics. 29, 219-223 (2006).
    24. Kim, Y. -C., Bahk, J. -H., Lee, S. -C., Lee, Y. -W. Infrared Thermographic Imaging in the Assessment of Successful Block on Lumbar Sympathetic Ganglion. Yonsei Medical Journal. 44, 119-124 (2003).
    25. Brancaccio, P., Lippi, G., Maffulli, N. Biochemical markers of muscular damage. Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. 48, 757-767 (2010).
    26. Neubauer, O., König, D., Wagner, K. -H. Recovery after an Ironman triathlon: sustained inflammatory responses and muscular stress. European Journal of Applied Physiology. 104, 417-426 (2008).

    Comments

    0 Comments

    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Metrics

    Waiting
    simple hit counter