- 紅外熱成像測(cè)量系統(tǒng)
- 檢查倉(cāng)型紅外熱像儀
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- 疼痛醫(yī)用紅外熱像儀
基于紅外熱成像技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究
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人類工效學(xué) |
2005 年 12 月第 11 卷第 4 期 |
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文章編號(hào): 1006- 8309( 2005) 04-030-04 |
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#技術(shù)與方法# |
基于紅外技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究
許嵩1, 王麗萍2
( 1. 清華大學(xué)工業(yè)工程系, 北京 100084;
1. 西安交通大學(xué)管理學(xué)院工業(yè)工程系, 陜西西安 710049)
摘要: 為研究肌肉疲勞與人體溫度變化之間的關(guān)系, 探討皮膚溫度變化作為人體肌肉疲勞衡量指標(biāo)的可 能性。借助紅外熱成像技術(shù)觀測(cè)并分析了肱二頭肌和肘關(guān)節(jié)在不同負(fù)荷作用時(shí)其表面溫度變化的特點(diǎn)。結(jié) 果表明: 在條件嚴(yán)格控制下, 利用紅外技術(shù)能夠探測(cè)人體肌肉的疲勞; 體表溫度的變化與主觀疲勞感覺(jué)等級(jí) ( RPE) 值具有較高相關(guān)性, 體表溫度的變化可作為衡量肌肉疲勞的參考依據(jù)之一; 但由于體表溫度和疲勞感 受不同步, 將溫度作為**衡量疲勞程度的指標(biāo)是不夠準(zhǔn)確的。
關(guān)鍵詞: 肌肉疲勞; 主觀疲勞感覺(jué)等級(jí); 紅外熱成像技術(shù); 疲勞的測(cè)量
中圖分類號(hào):T B18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A（基于紅外技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究）
The Empirical Study of Muscle Fatigue Based On the Infrared Technology
XU Song, WANG L-i ping
( Department of Industrial Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract: This research aims to study the relationship between muscle fatigue and its temperature and try to explore the feasibility that muscle temperature is used to measure muscle fatigue. The researcher observes the characteristics of fatigue by infrared thermal imaging technology. The result shows that infrared thermal imaging technology can detect muscle fatigue under strictly controlled condition. There is a high correlation between muscle fatigue and its temperature. Muscle tempera-ture can be used as one of indexes that measure muscle fatigue, however it is not accurate as the only index to measure fa-tigue due to the asynchronism of temperature and perceived fatigue of subjects.
Key words: muscle fatigue; RPE, the temperature of muscle; infrared thermal imag ing ; fatigue measurement
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1 引言 |
系統(tǒng)尚未建立。目前測(cè)量疲勞的方法大都是針對(duì) |
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疲勞分為生理疲勞和心理疲勞。本文所研究 |
與疲勞相關(guān)的某些指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量, 如心率、*大攝 |
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的疲勞限定在生理疲勞范疇。早期的研究者將疲 |
氧量、尿液中兒茶酚胺的檢驗(yàn)、血液鈣離子濃度檢 |
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勞定義為/ 運(yùn)動(dòng)持續(xù)一段時(shí)間后, 機(jī)體不能維持原 |
驗(yàn)、工作績(jī)效的降低、出錯(cuò)率的增加、工作態(tài)度的 |
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強(qiáng)度工作[ 1] 0。1982 年第五屆國(guó)際運(yùn)動(dòng)生物化學(xué) |
改變、主觀感覺(jué)疲勞等級(jí)( Rate of Perceived Exer- |
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會(huì)議明確提出疲勞是/ 機(jī)體生理過(guò)程不能持續(xù)其 |
tion, RPE) , 肌電圖分析[ 2] 等。歸納起來(lái)有以下幾 |
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機(jī)能在一特定水平上和/ 或不能維持預(yù)定的運(yùn)動(dòng) |
類: 人體生理指標(biāo)測(cè)定法、化學(xué)成分分析法、間接 |
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強(qiáng)度0。 |
認(rèn)知測(cè)量法、主觀感覺(jué)測(cè)量法[ 3] 。大部分的方法 |
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在工業(yè)領(lǐng)域中, 測(cè)量疲勞有助于更加科學(xué)地 |
操作起來(lái)比較復(fù)雜, 不易在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。 |
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設(shè)計(jì)作業(yè), 發(fā)展生產(chǎn)和改善勞動(dòng)條件。在運(yùn)動(dòng)領(lǐng) |
本文主要利用紅外熱成像技術(shù)來(lái)探討體表溫 |
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域, 測(cè)量疲勞可以改善動(dòng)作、改良運(yùn)動(dòng)過(guò)程以提高 |
度變化和肌肉疲勞變化的特點(diǎn), 研究不同負(fù)荷( 動(dòng) |
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運(yùn)動(dòng)績(jī)效。然而, 準(zhǔn)確可行的測(cè)量疲勞的標(biāo)準(zhǔn)和 |
態(tài)、靜態(tài)) 對(duì)肌肉疲勞及其表面溫度變動(dòng)的影響以 |
作者簡(jiǎn)介: 許嵩( 1979- ) , 男, 湖南常德人, 管理科學(xué)與工程專業(yè)博士研究生, 研究方向: 人因工程。（（基于紅外技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究））
人類工效學(xué) 2005 年 12 月第 11 卷第 4 期
及局部肌肉疲勞與其表面溫度變動(dòng)之間的關(guān)系。（（基于紅外技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究））
2 試驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)
2. 1 試驗(yàn)原理
本文將 RPE 值的測(cè)定與局部肌肉溫度變動(dòng) 量的測(cè)定結(jié)合起來(lái)[ 4] 。主觀感覺(jué)疲勞評(píng)定表 (RPE) 是一種推測(cè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與疲勞的方法( Borg, 1985) , 它是介于心理學(xué)與生理學(xué)之間的一種指
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標(biāo)[ 5] 。 |
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表 1 |
主觀感覺(jué)疲勞等級(jí)評(píng)定表 |
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RPE 等級(jí)值 |
主觀感覺(jué) |
心率( 次/ min) |
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7 |
非常輕松 |
70 |
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9 |
很輕松 |
90 |
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11 |
輕松 |
110 |
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13 |
稍費(fèi)力 |
130 |
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15 |
費(fèi)力 |
150 |
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17 |
很費(fèi)力 |
170 |
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19 |
非常費(fèi)力 |
\190 |
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人體溫度的測(cè)量方法較多, 根據(jù)所用設(shè)備是 否與被測(cè)物接觸可以分為接觸式測(cè)量方法和非接 觸式測(cè)量方法。接觸式方法受到的約束條件較 多, 如皮溫計(jì)測(cè)量人體體表溫度時(shí)[ 6] , 其反應(yīng)時(shí)間 較長(zhǎng), 一般不具有實(shí)時(shí)性。本研究采用的紅外熱 像儀屬于非接觸式測(cè)量?jī)x器, 它是根據(jù)物體輻射 出的紅外線來(lái)判斷物體溫度高低的, 具有準(zhǔn)確性 高、實(shí)時(shí)性好、測(cè)量方便的特點(diǎn)。
2. 2 試驗(yàn)儀器 試驗(yàn)使用的主要儀器: 1 工業(yè)檢測(cè)型非制冷
焦平面紅外熱像儀( （基于紅外技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究）) : 用于拍攝實(shí)時(shí)的紅外圖像, 記錄試驗(yàn)過(guò)程中肌肉表面溫度變化的情況; o啞 鈴: 用于提供負(fù)荷; ?錫箔片: 其輻射率與人體輻 射率懸殊很大, 可用作紅外圖像中肌肉部位的定
# 31 #
位; ? 干濕球濕度儀: 用于測(cè)量試驗(yàn)環(huán)境濕度, 將 環(huán)境濕度控制在某一特定水平。
2. 3 試驗(yàn)方案與過(guò)程 影響紅外熱像儀測(cè)量精度的主要因素是空氣
濕度和距離[ 7] 。影響人體皮膚表面溫度的外界因 素主要有空氣溫度和濕度, 皮膚干燥程度以及空 氣流通速度[ 8, 9] 。本文所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案如表 2 所示。（基于紅外技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究）
3 試驗(yàn)結(jié)果
3. 1 動(dòng)力和靜力負(fù)荷下肌肉溫度變化的特點(diǎn)
3. 1. 1 靜力負(fù)荷下不同部位的熱效應(yīng)特征曲線 隨著手持靜力負(fù)荷時(shí)間的增加, 肱二頭肌和
肘關(guān)節(jié)表面溫度都表現(xiàn)出了明顯的上升趨勢(shì)( 如 圖 1 所示) , 這說(shuō)明持續(xù)的靜力負(fù)荷可以使肌肉表 面溫度上升。二者區(qū)別在于: 肘關(guān)節(jié)表面溫度在 開(kāi)始后出現(xiàn)了下降趨勢(shì), 然后才開(kāi)始回升, 65 s 時(shí) 回升到起始水平, 此后迅速攀升, 超過(guò)了肱二頭肌 表面溫度。這說(shuō)明肘關(guān)節(jié)在靜力負(fù)荷作用下, 開(kāi) 始時(shí)溫度會(huì)有明顯下降, 而肱二頭肌溫度從開(kāi)始 就慢慢攀升, 逐漸達(dá)到*大。
3. 1. 2 動(dòng)力負(fù)荷下不同部位的熱效應(yīng)特征曲線 在動(dòng)力負(fù)荷作用下, 肱二頭肌和肘關(guān)節(jié)表面
溫度都呈現(xiàn)出了鋸齒形變化特征( 如圖 2 所示) 。 特別地, 與試驗(yàn)前預(yù)想的相反, 在一組訓(xùn)練結(jié)束時(shí) 刻, 與初始溫度相比, 溫度不但沒(méi)有上升, 反而下 降, 組間休息后溫度上升。溫度變化呈上升趨勢(shì)。 肘關(guān)節(jié)表面溫度如靜力訓(xùn)練一樣, 先出現(xiàn)下降趨 勢(shì), 然后回升。動(dòng)力負(fù)荷作用結(jié)束后, 肘關(guān)節(jié)和肱 二頭肌表面溫度繼續(xù)上升, 在結(jié)束后120 s 附近達(dá) 到峰值, 與負(fù)荷強(qiáng)度相比, 表現(xiàn)出了明顯的滯后
性。這一現(xiàn)象可能與運(yùn)動(dòng)的肌肉供血的滯后性有關(guān)[ 8] 。（（基于紅外技術(shù)的局部肌肉疲勞試驗(yàn)研究））
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表 2 |
試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案表 |
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試驗(yàn) A |
試驗(yàn) B |
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試驗(yàn)?zāi)康?/span> |
研究靜力負(fù)荷下局部肌肉表面溫度和疲勞程度變 研究動(dòng)力負(fù)荷下局部肌肉表面溫度和疲勞程度變 |
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化的特點(diǎn)。 |
化的特點(diǎn); 研究去除負(fù)荷后的肌肉恢復(fù)情況。 |
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基本內(nèi)容 |
單臂彎舉( 靜力訓(xùn)練) 定負(fù)荷( 7. 5Kg ) , 每隔 5s 用紅 單臂彎舉( 動(dòng)力訓(xùn)練) 定負(fù)荷( 7. 5Kg) 一組 12 次, |
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外儀測(cè)試一次肌肉表面溫度, 每隔 10s 測(cè)試 RPE 15s 內(nèi)完成, 4 組練習(xí), 訓(xùn)練前測(cè)試一次溫度和 RPE |
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值。訓(xùn)練結(jié)束后跟蹤測(cè)試 180s。 |
值, 每組訓(xùn)練結(jié)束時(shí)測(cè)試一次, 間歇時(shí)間 P= 30s。 |
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整個(gè)訓(xùn)練結(jié)束后跟蹤測(cè)試 180s。 |
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試驗(yàn)參數(shù) |
時(shí)間T |
頻次( G) 、時(shí)間( T) |
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樣本容量 |
26 |
20 |
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試驗(yàn)對(duì)象 |
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男性大學(xué)生 |
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控制因素 |
環(huán)境溫度 25 ? 2 e , 空氣相對(duì)濕度 45 ? 5% , 室內(nèi)空氣流動(dòng)速度很慢。 |
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