Thermografische Analyse der hämodynamischen Veränderungen durch und nach dem Wingate-Test

Fernerkundung und Messungen hämodynamischer Änderungen des Blutflusses während und nach dem Wingate Anaerobic-Test unter Verwendung von Infrarot (IR)-Kameras mit neuartigen Bildverarbeitungsalgorithmen. Der Algorithmus berechnet die Wärmeverteilung aus den Wärmebildern und berechnet die Temperaturänderungen, die im Oberkörper und in den unteren Gliedmaßen vor dem Test, unmittelbar nach und während einer 10-minütigen Erholungsphase gemessen wurden.

Hintergrund Wärmebildtechnik Der menschliche Körper ist selbsterzeugend und reguliert die für das Überleben essentiellen Temperaturniveaus. Der Körperkern ist relativ temperaturstabil, aber die Hülle des Körpers (die Oberflächengewebe, die hauptsächlich die Haut sind) ist Teil des Regulationsprozesses. Die Körpertemperatur wurde verwendet, um viele Krankheiten zu untersuchen, bei denen die Hauttemperatur das Vorhandensein von Entzündungen in darunter liegenden Geweben anzeigen kann oder bei denen der Blutfluss aufgrund einer klinischen Anomalie erhöht oder verringert ist. Die Wärmebildgebung wurde für zahlreiche medizinische Anwendungen untersucht. Mehrere Studien untersuchten die medizinische Thermografie [1-3]. Die Wärmebildgebung wurde für Darmischämie [4], Fieberscreening [5], diabetischen Fuß, Gefäßerkrankungen [6], Thermoregulationsstudie [7] und Brustkrebs [8] untersucht.

Wingate-Test Der Wingate-Test gilt in den letzten 50 Jahren als gängiger Standard zur Beurteilung der anaeroben Leistungsfähigkeit von Sportlern. Der Test wird in der Regel auf computergesteuerten Ergometern durchgeführt, wobei der Teilnehmer nur 30 Sekunden lang so stark wie möglich mit einem Widerstand treten muss, der dem 0,075-fachen seines Körpergewichts entspricht (3).

Eine frühere Studie (4) hat eine hohe Korrelation zwischen der erzeugten effektiven Leistung und den hämodynamischen Veränderungen zwischen den Beinmuskeln und dem Brustbereich des Teilnehmers gezeigt.

Akute hämodynamische Veränderungen sind das Ergebnis einer intensiven Vasodilatation der Metateriolen, die die Hauptbeinmuskulatur umgeben, und einer starken Durchblutung. Der massive Blutfluss in diesen Bereichen verursacht eine Stauung und verlangsamt den venösen Rückfluss zum Herzen.

Während dieser Phase erwarten wir eine signifikante Temperaturänderung zwischen den warmen Beinen und dem relativ kühleren Herzen (Rumpf). Im Verlauf der Erholungsphase erwarten wir, dass sich die Beine abkühlen und der Oberkörper aufwärmt, bis die Homöostase erreicht ist.

Wärmebildgebung und Analyse Die Wärmebildanalyse wird unter Verwendung von MATLAB-Software durchgeführt, um zwei Hauptmerkmale zu extrahieren: mittlere Temperatur und die Entropie in einem ausgewählten Interessenbereich (ROI). Zunächst werden die Wärmebildparameter als zweidimensionale Matrix von Temperaturwerten in einer EXCEL-Datei gespeichert. Dann wird das Bild (CSV-Datei) in das Programm eingelesen und die gesamte Matrix in die maximale Temperatur im Bild unterteilt. Dies ergibt einen Satz normalisierter Temperaturen, bei denen der Maximalwert 1 ist und die im Ruhezustand gemessen werden, bevor der Wingate-Test durchgeführt wurde. (Diese Normalisierung ist erforderlich, um mithilfe des MATLAB-Befehls korrekte Entropiewerte zu erhalten.) Das Bild wird dann in jeder Achse um das Vierfache verändert und das Ergebnis wird dem Benutzer angezeigt. Der Benutzer wählt manuell aus diesem Bild einen rechteckigen Bereich aus, und das Programm extrahiert den Mittelwert und die Entropie dieses Bereichs. Der erhaltene Mittelwert wird mit der maximalen Temperatur im Originalbild (vor der Normalisierung) multipliziert, um die tatsächliche mittlere Temperatur (anstelle der normalisierten Temperatur) im ausgewählten ROI zu erhalten.

Das Hauptziel der Studie legt eine Korrelation zwischen der während der 30 Sekunden des Wingate-Tests erzeugten Leistung und dem Temperaturunterschied zwischen den heißen Beinen und dem relativ kalten Oberkörper nahe.

Methode: 16 - 20 Teilnehmer (10 Männer + 10 Frauen) gesund, Alter: 18-38, mit etwas Sporterfahrung.

Die Kandidaten werden per Fragebogen und mündlichem Interview überprüft und unterschreiben dann die freiwillige Einverständniserklärung (Kopie im Anhang). Jeder Teilnehmer macht seinen Test alleine für etwa eine Stunde.

Testablauf: 5 Minuten Aufwärmen, 2 Minuten Pause, ½ Minute Test, 10-15 Minuten entspannt auf dem Rad bleiben, während die IR-Kameras im Minutentakt synchron fotografieren.

Datenerfassung: 3 IR-Kameras (ONE Pro) werden auf 3 Stativen befestigt, eine für jedes Bein und eine für die Oberkörperfotografie. Ein Diktiergerät zeichnet jeden einzelnen Test vollständig auf.

Datenanalyse Die Bildanalyse liefert uns jede Minute ab Testbeginn und 15 Minuten später durchschnittliche (rechte und linke) Bein- und Oberkörpertemperaturen.

Der SRM®-Fahrradcomputer erstellt ein Leistungsdiagramm über 30 Sekunden des Tests + Aufzeichnung der Herzfrequenz des Teilnehmers für 15 Minuten.

Unter der Annahme einer positiven Korrelation zwischen der durchschnittlichen Ausgangsleistung und dem Temperaturunterschied (Beine vs. Oberkörper) zeichnen wir ein Diagramm aller Teilnehmer.

Zusätzliche Ergebnisergebnisse: Erforderliche Zeit bis zur vollständigen Erholung – Homöostase, Änderungen der Herzfrequenz (HF) während der Erholungszeit. Wir können diese zusätzlichen Ergebnisse mit dem Hauptkorrelationsdiagramm vergleichen.