Измерение кровотока и теплопродукции в предплечье методом акустотермографии

Внедрение: 2014 г.

Методом акустотермометрии были получены параметры кровотока и теплопродукции в предплечье человека при физической нагрузке.

Схема акустотермометрического эксперимента представлена на рисунке 1. Добровольцы (в измерениях участвовали 3 человека) сжимали-разжимали кисть 1. Для измерений теплового акустического излучения предплечья 2 использовался датчик 3 акустотермографа, который был разработан в ИПФ РАН (полоса пропускания 1,2‑2,7 МГц, пороговая чувствительность при времени интегрирования 10 с – 0,3 К). При этом на плечо накладывали (чтобы снизить кровоток в предплечье) или не накладывали жгут.

Принимаемый акустический сигнал преобразовывался в электрический, который усиливался, проходил через квадратичный детектор и усреднялся за 30 мс. С выхода акустотермографа сигнал подавался на АЦП Е14‑140 с частотой дискретизации 1 кГц и поступал в компьютер, где проводилось дальнейшее усреднение данных. Поверхностную температуру руки измеряли портативным компьютерным термографом ИРТИС‑2000 с чувствительностью 0,05 К, регистрировавшим тепловое электромагнитное излучение в инфракрасном (ИК) диапазоне. 

Рисунок 1. Схема акустотермометрического эксперимента: 1 – сжимаемая кисть добровольца, 2 – предплечье, 3 – датчик акустотермографа.

При расчетах глубинной температуры использовали уравнение теплопроводности, предложенное Пеннесом для тела человека, с учетом кровотока и дополнительных источников теплопродукции.

Рисунок 2. Временные изменения измеренной акустояркостной температуры левого предплечья добровольца: а – без жгута и без физической нагрузки эксперимент был повторен три раза при комнатных температурах, равных 19,5 ºС, 20,6 ºС, 20,1 ºС; б – со жгутом и без физической нагрузки эксперимент был повторен три раза при комнатных температурах, равных 19,4 ºС, 19,7 ºС, 20,3 ºС; в – без жгута с физической нагрузкой эксперимент был повторен пять раз при комнатных температурах, равных 19,5 ºС, 19,5 ºС, 20,6 ºС, 19,8 ºС, 20,0 ºС; г – со жгутом с физической нагрузкой эксперимент был повторен три раза при комнатных температурах, равных 19,0 ºС, 19,9 ºС, 20,5 ºС. Работа проводилась с сотой по двухсотую секунды. Линиями показаны усредненные значения.

Рисунок 3. Временные зависимости поверхностной температуры предплечья (1, 2) и плеча (3) в областях, под которыми расположены (2, 3) и не расположены (1) крупные вены.

Рисунок 4: Экспериментальные (1) и расчетные (2) временные зависимости акустояркостных температур предплечья добровольца без физической нагрузки (а, б) и при физической нагрузке (в, г), с наложенным жгутом (а, в) и без жгута (б, г).

Расчеты показывают, что максимум глубинной температуры предплечья в покое (а также при нанесенном геле, при наложенном жгуте или без жгута) составляет 36 ºС. Физическая нагрузка только за счет теплопродукции (при наложенном жгуте) повышает эту температуру до 37 ºС, а увеличение и теплопродукции, и кровотока – до 38 ºС.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 13‑02‑00239).

Источник:

Аносов А.А., Казанский А.С., Мансфельд А.Д. Кровоток и теплопродукция в предплечье, измеренные методом акустотермографии // Ученые записки физического факультета. – 2014. – Вып. 5. – С. 145341‑1 - 145341‑7.

Разработчик: Аносов А.А., Казанский А.С. (Ин-т радиотехники и электроники РАН), Мансфельд А.Д. (Ин-т прикладной физики РАН, Н.Новгород)