這項(xiàng)研究的長期目標(biāo)之一是能夠?qū)ι眢w灼傷迅速采取行動(dòng)，避免因熱擴(kuò)散而傳播病變。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究，以更好地了解當(dāng)暴露于強(qiáng)烈的熱變化中時(shí)皮膚的熱機(jī)械行為及其直接環(huán)境。實(shí)驗(yàn)步驟包括將冷卻的圓柱形鋼棒放在人前臂的皮膚上，并使用經(jīng)濟(jì)型人體測溫的方式測量溫度變化?？梢婌o脈中的血液循環(huán)明顯地影響了熱擴(kuò)散。測量提供了皮膚及其直接附近的數(shù)值模型。該二維多層模型使用Pennes方程對生物組織進(jìn)行建模，并使用流體中的熱量方程對血液進(jìn)行建模。數(shù)值模型不僅可以模擬實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，還可以估計(jì)靜脈中的血流速度。

圖為熱成像下人體皮膚溫度分布狀態(tài)

關(guān)于皮膚熱建模的最早研究可追溯到19世紀(jì)初，但很快就與皮膚結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性發(fā)生沖突。皮膚是多層的生物材料。血液活動(dòng)在熱量分布中起主要作用。利用當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)技術(shù)（多普勒效應(yīng)，紅外熱成像），觀察變得更加精確。使用紅外熱像儀測量人前臂皮膚表面溫度的變化，是一種經(jīng)濟(jì)型人體測溫方式。紅外熱成像技術(shù)是一種非破壞性技術(shù)，可高度精確地獲取表面溫度。能夠通過重力作用來改變血液循環(huán)。這種方法能夠量化由于血液循環(huán)速度而引起的溫度變化。

該實(shí)驗(yàn)的目的是測量前臂皮膚在體內(nèi)的溫度變化。使用圓柱形的鋼棒，事先將其深度冷凍以研究皮膚的溫度，或者進(jìn)行加熱以研究皮膚的溫度。將該棒放置在一名28歲女性的前臂上，并使用紅外熱像儀測量溫度變化。在測量過程中，實(shí)驗(yàn)室的溫度保持在20℃。將相機(jī)放置在距測量點(diǎn)約50厘米處。當(dāng)將條形圖放置在皮膚上時(shí)，測量值被限制在（6×10）cm2的表面積上。將射線為1厘米的冷卻鋼圓柱體放在皮膚表面40秒鐘，然后取出。同時(shí)，紅外熱像儀開始錄制90秒鐘。必須固定前臂以獲得可利用的結(jié)果。治療前臂的兩個(gè)位置：水平位置和垂直位置。在同一位置測量表面溫度。目的是量化血液循環(huán)對熱傳遞的影響。為了進(jìn)行分析，確定了包含靜脈的部分，并期望在這些區(qū)域中加熱更快。

研究工作與眾不同之處在于對血液循環(huán)的建模以及熱量在靜脈周圍的擴(kuò)散。使用紅外熱像儀記錄人類前臂皮膚的溫度變化，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型人體測溫，并在40秒內(nèi)冷卻。測量結(jié)果突出了復(fù)雜的現(xiàn)象。定量觀察了血液循環(huán)對溫度擴(kuò)散的某些影響。通過比較研究前臂的水平位置和垂直位置所獲得的溫度，突出了血液循環(huán)的影響。注意到在垂直位置恢復(fù)熱平衡較慢，這是由重力對血流的影響所證明的。血液在垂直位置比在水平位置循環(huán)更困難。

同時(shí)，基于Pennes方程開發(fā)了一個(gè)數(shù)值多層模型，該模型能夠模擬靜脈中的血流。該模型可用于驗(yàn)證構(gòu)成各個(gè)層的生物材料的熱機(jī)械性能。它還提供了靜脈血流速度的一個(gè)數(shù)量級。非破壞性實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)值模型之間的耦合提供了對活組織熱力學(xué)行為的洞察力，并代表了一種有前途的方法。它提供了一種工具來探索暴露在高溫下的組織的行為。