這項研究的長期目標之一是能夠對身體灼傷迅速采取行動，避免因熱擴散而傳播病變。進行了實驗和數值研究，以更好地了解當暴露于強烈的熱變化中時皮膚的熱機械行為及其直接環(huán)境。實驗步驟包括將冷卻的圓柱形鋼棒放在人前臂的皮膚上，并使用經濟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)明顯地影響了熱擴散。測量提供了皮膚及其直接附近的數值模型。該二維多層模型使用Pennes方程對生物組織進行建模，并使用流體中的熱量方程對血液進行建模。數值模型不僅可以模擬實驗觀察結果，還可以估計靜脈中的血流速度。

圖為熱成像下人體皮膚溫度分布狀態(tài)

關于皮膚熱建模的最早研究可追溯到19世紀初，但很快就與皮膚結構的復雜性發(fā)生沖突。皮膚是多層的生物材料。血液活動在熱量分布中起主要作用。利用當前的實驗技術（多普勒效應，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，是一種經濟型人體測溫方式。紅外熱成像技術是一種非破壞性技術，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。

該實驗的目的是測量前臂皮膚在體內的溫度變化。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，實驗室的溫度保持在20℃。將相機放置在距測量點約50厘米處。當將條形圖放置在皮膚上時，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，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果。治療前臂的兩個位置：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散。使用紅外熱像儀記錄人類前臂皮膚的溫度變化，進行經濟型人體測溫，并在40秒內冷卻。測量結果突出了復雜的現象。定量觀察了血液循環(huán)對溫度擴散的某些影響。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，基于Pennes方程開發(fā)了一個數值多層模型，該模型能夠模擬靜脈中的血流。該模型可用于驗證構成各個層的生物材料的熱機械性能。它還提供了靜脈血流速度的一個數量級。非破壞性實驗方法與數值模型之間的耦合提供了對活組織熱力學行為的洞察力，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。