Esta investigación fue financiada en parte por una gran subvención de la Facultad del Consejo Asesor de Investigación de la Universidad de Connecticut a M. Rubega. K. Burgio fue apoyado en la subvención de la Fundación Nacional de Ciencias NRT-IGE #1545458 a M. Rubega. El manuscrito fue mejorado significativamente por la retroalimentación reflexiva de dos revisores anónimos.

Este trabajo no implicó ningún trabajo con animales vivos y, por lo tanto, estuvo exento de la revisión del cuidado de los animales.
1. Configuración y materiales (Figura 1)
<ol><li>Si no se dispone de pieles planas de la especie de interés, utilice el protocolo29 de Spaw para crear pieles a partir de especímenes frescos o congelados. Prepara las plumas en una posición limpia y natural y sécala para obtener un peso constante antes de proceder con las mediciones.</li>
	<li>Configure un baño de agua caliente a temperatura constante. NOTA: Esta configuración es bastante alta, por lo que es más fácil colocar el baño de agua caliente en el suelo.</li>
	<li>Coloque una lámina de vidrio acrílico transparente(Tabla de Materiales)sobre la superficie del baño de agua caliente a temperatura constante. El vidrio permite la transmisión del calor a la parte inferior de la piel sin humedecer la muestra. NOTA: Este estudio piloto utilizó una lámina de vidrio acrílico (0.125 de espesor). El espesor del vidrio no afectará la emisividad30 del material (siempre será 0.86), pero afectará la temperatura absoluta en la superficie del vidrio (esdecir, el vidrio más grueso resultará en una temperatura más baja). Por lo tanto, todas las mediciones deben tomarse utilizando una lámina de vidrio acrílico del mismo grosor.</li>
	<li>Coloque un trozo de tablero de núcleo de espuma (1 de espesor) con un orificio circular (0,5 de diámetro) sobre el vidrio acrílico. NOTA: El tamaño del ave debe guiar el tamaño del agujero y, por lo tanto, el tamaño del plumaje ininterrumpido que recibe calor de la fuente. Aquí, se utiliza un orificio de 0,5 de diámetro, porque este tamaño es lo suficientemente grande como para lograr una transmisión de calor suficiente al espécimen, sin dejar de ser lo suficientemente pequeño como para centrar el calor debajo de los tractos de plumas de pecho (de todas las aves excepto las más pequeñas). Independientemente del tamaño de la abertura térmica, para obtener un valor comparable y replicable para cada ave, asegúrese de realizar mediciones con orificios del mismo tamaño.</li>
	<li>Conecte una cámara térmica a un trípode directamente encima de la configuración a la distancia mínima de enfoque de la cámara. NOTA: Aquí se utiliza una cámara térmica FLIR SC655 (resolución de 680 px x 480 px, ±2 °C o ±2% de precisión de lectura, distancia mínima de enfoque de 40 cm). Otras cámaras pueden diferir en grado de resolución.</li>
	<li>Calibre la cámara introduciendo lo siguiente en el software de la cámara térmica:<ol>
<li>Encuentre la temperatura reflejada colocando papel de aluminio (lado brillante hacia arriba) sobre la espuma con el valor de emisividad establecido en 1.0 en el software de calibración de la cámara. Tome una imagen térmica. La temperatura en la superficie del papel de aluminio es la temperatura reflejada, que debe ser similar a la temperatura ambiente de la habitación.</li>
		<li>Establezca el valor de emisividad31 en 0,95. NOTA: 1) La emisividad es la cantidad relativa de calor que un objeto emite32 y varía de 0 a 1. Un objeto con un alto valor de emisividad emite una gran cantidad de calor, mientras que un objeto con un valor de emisividad bajo irradia poco calor32. Este valor representa la emisividad de las plumas. 2) Este valor (0,95) está en disputa. Cossins y Bowler afirmaron que las plumas tienen un valor de emisividad entre 0,90 y 0,95, pero no incluyeron evidencia31. Hammel reportó un valor de 0.98, pero obtuvo este valor de un espécimen congelado, por lo que puede no ser exacto33. A pesar de la falta de evidencia, la emisividad de 0,95 es el valor más utilizado en la literatura de cámaras térmicas (como lo demuestran Cossins y Bowler31).</li>
		<li>Asegúrese de que la temperatura ambiente y la humedad en la habitación sean constantes. Estos valores deben medirse antes de cada medición y actualizarse en el software de calibración de la cámara. La temperatura y la humedad de todas las habitaciones interiores fluctuarán un poco, por lo que registrar estos valores y actualizarlos en el software reduce el error de medición. NOTA: Aquí se utiliza el software FLIR ResearchIR Max. Este software no guarda datos para todas las imágenes, por lo que es crucial registrar todos estos valores para cada imagen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Realización de mediciones
<ol><li>Ajuste el baño de agua caliente a temperatura constante a una temperatura objetivo (40 ° C es un proxy de la temperatura media del núcleo interno de la mayoría de las aves paseriformes)34. NOTA: Si se trabaja con una especie cuya temperatura central en reposo es más alta (por ejemplo, colibríes34)o más baja (por ejemplo, pingüinos34 o ratitas34,35),puede ser apropiado ajustar el baño de agua caliente en consecuencia. La Figura 3 muestra la relación entre la temperatura del baño de agua caliente y la temperatura en la superficie del vidrio acrílico (por ejemplo, la temperatura real de la fuente de calor a la que está expuesta la piel plana).<ol>
<li>Los resultados obtenidos de este protocolo (ver Figura 5)sugieren que la obtención de mediciones a través de un rango de temperaturas también es informativa de las diferencias de rendimiento térmico. Para lograr esto, siga el protocolo utilizando incrementos de 5 ° C de 30 a 55 ° C.</li>
	</ol></li>
	<li>En el software de la cámara térmica, dibuje un círculo / elipse sobre el orificio en la espuma donde se escapa el calor. Esto permite visualizar esta área al colocar la piel sobre la espuma para garantizar que se mida el área correcta en la piel plana.</li>
	<li>Coloque la muestra de piel plana en la espuma con el área de interés sobre el agujero. NOTA: Aquí, se mide la región del vientre de cada ave, ya que no está obstruida por otras partes del cuerpo como el ala y está lo suficientemente ubicada en el centro como para no estar sujeta a efectos de borde. La colocación de la piel sobre el orificio de calor variará según la pregunta experimental. En general, se recomienda la colocación directamente sobre un tracto de plumas, y lo más lejos posible del borde de la piel. Asegúrese de no aplanar o desordenar las plumas al colocar la piel. Si es necesario, adéntralos en una posición natural una vez que se coloque la piel.</li>
	<li>Espere 15 minutos para permitir que la piel se aclimate a la fuente de calor. Si las mediciones se realizan demasiado pronto, el valor de temperatura en la superficie de la capa de plumas será demasiado bajo. Aquí, la transmisión de temperatura a través de la piel y las plumas se estabilizó a los 15 minutos, por lo que esperar más de 15 minutos no producirá un resultado artificialmente alto.</li>
	<li>Tomar una imagen térmica de la piel plana.<ol>
<li>Establezca el valor de emisividad31 en 0,95 antes de tomar la imagen térmica.</li>
	</ol></li>
	<li>Retire la piel de la espuma e inmediatamente tome una imagen térmica de la configuración sin la piel plana de la espuma. Esto cuantifica la temperatura en la superficie del vidrio acrílico y calibra el área de la fuente de calor con el área de medición en la piel plana.<ol>
<li>Aquí, la emisividad del vidrio acrílico utilizado30 es de 0.86. Asegúrese de grabar esto en el software de la cámara térmica antes de tomar la foto sin la piel. NOTA: La temperatura mostrada por el baño de agua caliente no es necesariamente la temperatura en la superficie del vidrio acrílico (Figura 3), ya que su conductancia térmica no es perfecta. El uso de la temperatura del vidrio reduce los errores en la estimación de qué tan caliente está la parte inferior de la piel y, por lo tanto, es una estimación combinada de cuánto calor se pierde a través de la piel y las plumas.</li>
	</ol></li>
	<li>Coloque la piel de nuevo sobre la espuma en la misma posición. Repita los pasos 2.5 a 2.6 para un total de cinco ensayos.<ol>
<li>Para colocar la piel de la muestra correctamente, toque suavemente las plumas en el área de medición objetivo con la punta de un dedo, luego retire el dedo y vea la imagen térmica. El calor residual del dedo permanecerá visible en la imagen térmica brevemente. Verifique que el área de muestreo esté dentro del círculo visible dibujado en el software, que representa el área de calor que irradia a través de la piel desde el baño de agua caliente. Si no es así, mueva la piel hasta que esté. Este proceso se ilustra en la Figura 2. NOTA: Si bien las pieles frescas (cuando están disponibles) pueden representar el rendimiento térmico natural de la piel en un ave viva más de cerca, el uso de pieles secas para estas mediciones permite resultados comparables y repetibles en un grupo mucho más grande de especímenes. Por lo tanto, todas las mediciones deben tomarse utilizando pieles secas a peso constante, o tanto en la piel fresca como seca de los especímenes.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Recopilación de datos a partir de imágenes térmicas
<ol><li>Cada medición consta de dos imágenes térmicas: una de la piel plana y otra del vidrio acrílico. Primero, abra la imagen del vidrio acrílico. Alinee el círculo dibujado en el software con el orificio en la espuma visible en la imagen. Registre el valor de temperatura en el centro del círculo. NOTA: Para obtener más detalles sobre la extracción de datos de imágenes térmicas, consulte Senior et al.36.<ol>
<li>Asegúrese de calibrar la cámara con los valores adecuados. Establezca la emisividadde 30 a 0.86 y configure la temperatura ambiente y la humedad para que coincidan con las condiciones actuales en el laboratorio, antes de registrar el valor de la temperatura.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Abra la imagen térmica de la piel plana. Sin mover el círculo, registre el valor de temperatura en el centro del círculo. NOTA: Debido a que el círculo no está registrado en la imagen, es importante calibrar la colocación del círculo con la imagen del vidrio acrílico tomada en la sección 2.6.<ol>
<li>Asegúrese de calibrar la cámara con los valores adecuados. Establezca la emisividadde 31 a 0.95 y asegúrese de establecer la temperatura ambiente y la humedad a las condiciones actuales en el laboratorio, antes de registrar el valor de temperatura.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Repita los pasos 3.1 a 3.2 para todas las mediciones de todos los especímenes.</li>
</ol>4. Cálculo del rendimiento térmico
<ol><li>Reste la temperatura de la superficie de la capa de plumas de la temperatura del vidrio acrílico. Este valor representa el calor retenido por el pelaje de plumas.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Morris, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Feather+Postures+of+Birds+and+the+Problem+of+the+Origin+of+Social+Signals.">The Feather Postures of Birds and the Problem of the Origin of Social Signals.</a> Behaviour. 9, 75-111 (1956).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Study of the Body Temperature of Birds. Smithsonian Miscellaneous Collections. 72 (12), (1921).</li><li>Hart, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+in+Four+Species+of+Small+Wild+Birds.">Seasonal Acclimatization in Four Species of Small Wild Birds.</a> Physiological Zoology. 35 (3), 224-236 (1962).</li><li>Veghte, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+and+Metabolic+Responses+of+the+Gray+Jay+to+Cold+Stress.">Thermal and Metabolic Responses of the Gray Jay to Cold Stress.</a> Physiological Zoology. 37 (3), 316-328 (1964).</li><li>Brush, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetics,+Temperature+Regulation+and+Circulation+in+Resting,+Active+and+Defeathered+California+Quail,+Lophortyx+californicus.">Energetics, Temperature Regulation and Circulation in Resting, Active and Defeathered California Quail, Lophortyx californicus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 15, 399-421 (1965).</li><li>Dawson, W. R., Carey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+to+Temperature+in+Cardueline+Finches.">Seasonal Acclimatization to Temperature in Cardueline Finches.</a> Journal of Comparative Physiology. 112, 317-333 (1976).</li><li>Cooper, S. J., Swanson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+of+Thermoregulation+in+The+Black-Capped+Chickadee.">Seasonal Acclimatization of Thermoregulation in The Black-Capped Chickadee.</a> The Condor. 96, 638-646 (1994).</li><li>Bush, N. G., Brown, M., Downs, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Effects+on+Thermoregulatory+Responses+of+the+Rock+Kestrel,+Falco+rupicolis.">Seasonal Effects on Thermoregulatory Responses of the Rock Kestrel, Falco rupicolis.</a> Journal of Thermal Biology. 33, 404-412 (2008).</li><li>Nzama, S. N., Downs, C. T., Brown, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Variation+in+the+Metabolism-Temperature+Relation+of+House+Sparrows+(Passer+domesticus)+in+KwaZulu-Natal,+South+Africa.">Seasonal Variation in the Metabolism-Temperature Relation of House Sparrows (Passer domesticus) in KwaZulu-Natal, South Africa.</a> Journal of Thermal Biology. 35, 100-104 (2010).</li><li>Noakes, M. J., Wolf, B. O., McKechnie, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Metabolic+Acclimatization+Varies+in+Direction+and+Magnitude+among+Populations+of+an+Afrotropical+Passerine+Bird.">Seasonal Metabolic Acclimatization Varies in Direction and Magnitude among Populations of an Afrotropical Passerine Bird.</a> Physiological and Biochemical Zoology. 90 (2), 178-189 (2016).</li><li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+insulation+of+the+down+and+feathers+of+pygoscelid+penguin+chicks+and+the+unique+properties+of+penguin+feathers.">Thermal insulation of the down and feathers of pygoscelid penguin chicks and the unique properties of penguin feathers.</a> The Auk. 103 (1), 160-168 (1986).</li><li>Ward, J. M., Houston, D. C., Ruxton, G. D., McCafferty, D. J., Cook, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+resistance+of+chicken+(Gallus+domesticus)+plumage:+a+comparison+between+broiler+and+free-range+birds.">Thermal resistance of chicken (Gallus domesticus) plumage: a comparison between broiler and free-range birds.</a> British poultry science. 42 (5), 558-563 (2001).</li><li>Ward, J. M., Ruxton, G. D., Houston, D. C., McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+consequences+of+turning+white+in+winter:+a+comparative+study+of+red+grouse+Lagopus+lagopus+scoticus+and+Scandinavian+willow+grouse+L.+l.+lagopus.">Thermal consequences of turning white in winter: a comparative study of red grouse Lagopus lagopus scoticus and Scandinavian willow grouse L. l. lagopus.</a> Wildlife Biology. 13 (2), 120-130 (2007).</li><li>Lucas, A. M., Stettenheim, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Avian Anatomy: Integument. , (1972).</li><li>Osv&#225;th, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+feathered+are+birds?+Environment+predicts+both+mass+and+density+of+body+feathers.">How feathered are birds? Environment predicts both mass and density of body feathers.</a> Functional Ecology. 32, 701-712 (2018).</li><li>Pap, P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+phylogenetic+comparative+analysis+reveals+correlations+between+body+feather+structure+and+habitat.">A phylogenetic comparative analysis reveals correlations between body feather structure and habitat.</a> Functional Ecology. 31 (6), 1241-1251 (2017).</li><li>Caccamise, D. F., Weathers, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Winter+Nest+Microclimate+of+Monk+Parakeets.">Winter Nest Microclimate of Monk Parakeets.</a> The Wilson Bulletin. 89 (2), 346-349 (1977).</li><li>Broggi, J., Gamero, A., Hohtola, E., Orell, M., Nilsson, J. &. #. 1. 9. 7. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpopulation+variation+in+contour+feather+structure+is+environmentally+determined+in+great+tits.">Interpopulation variation in contour feather structure is environmentally determined in great tits.</a> PLoS ONE. 6 (9), 24942 (2011).</li><li>Howell, S. N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molt in North American Birds. , (2010).</li><li>Willoughby, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Unusual+Sequence+of+Molts+and+Plumages+in+Cassin's+and+Bachman's+Sparrows.">An Unusual Sequence of Molts and Plumages in Cassin's and Bachman's Sparrows.</a> The Condor. 88 (4), 461-472 (1986).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Number+of+Contour+Feathers+in+Passeriform+and+Related+Birds.">The Number of Contour Feathers in Passeriform and Related Birds.</a> Auk. 53, 159-169 (1936).</li><li>Staebler, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Number+of+Contour+Feathers+in+the+English+Sparrow.">Number of Contour Feathers in the English Sparrow.</a> The Wilson Bulletin. 53 (2), 126-127 (1941).</li><li>Barnett, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Temperature+Acclimatization+of+the+House+Sparrow,+Passer+domesticus.">Seasonal Changes in Temperature Acclimatization of the House Sparrow, Passer domesticus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 33, 559-578 (1970).</li><li>Middleton, A. L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Plumage+Structure+and+Body+Composition+of+the+American+Goldfinch,+Carduelis+tristis.">Seasonal Changes in Plumage Structure and Body Composition of the American Goldfinch, Carduelis tristis.</a> The Canadian Field-Naturalist. 100 (4), 545-549 (1986).</li><li>Lei, F. M., Qu, Y. H., Gan, Y. L., Gebauer, A., Kaiser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+feather+microstructure+of+Passerine+sparrows+in+China.">The feather microstructure of Passerine sparrows in China.</a> Journal f&#252;r Ornithologie. 143 (2), 205-213 (2002).</li><li>D'alba, L., Carlsen, T. H., &#193;sgeirsson, &. #. 1. 9. 3. ;., Shawkey, M. D., J&#243;nsson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contributions+of+feather+microstructure+to+eider+down+insulation+properties.">Contributions of feather microstructure to eider down insulation properties.</a> Journal of Avian Biology. 48 (8), 1150-1157 (2017).</li><li>Gilbert, C., Robertson, G., Le Maho, Y., Naito, Y., Ancel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Huddling+behavior+in+emperor+penguins:+dynamics+of+huddling.">Huddling behavior in emperor penguins: dynamics of huddling.</a> Physiology &amp; Behavior. 88, 479-488 (2006).</li><li>Kvadsheim, P. H., Folkow, L. P., Blix, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+device+for+measurement+of+the+thermal+conductivity+of+fur+and+blubber.">A new device for measurement of the thermal conductivity of fur and blubber.</a> Journal of thermal Biology. 19 (6), 431-435 (1994).</li><li>Spaw, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Combination Specimens a la Burke Museum. , 21-28 (1989).</li><li>Infrared Emissivity Table. ThermoWorks Available from: <a target="_blank" href="https://www.thermoworks.com/emissivity_table">https://www.thermoworks.com/emissivity_table</a> (2019)</li><li>Cossins, A. R., Bowler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Temperature Biology of Animals. , (1987).</li><li>Hammel, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+Emissivities+of+Some+Arctic+Fauna.">Infrared Emissivities of Some Arctic Fauna.</a> Journal of Mammalogy. 37 (3), 375-378 (1956).</li><li>McNab, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Analysis+of+the+Body+Temperatures+of+Birds.">An Analysis of the Body Temperatures of Birds.</a> The Condor. 68 (1), 47-55 (1966).</li><li>Crawford, E. C., Lasiewski, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+Consumption+and+Respiratory+Evaporation+of+the+Emu+and+Rhea.">Oxygen Consumption and Respiratory Evaporation of the Emu and Rhea.</a> The Condor. 70, 333-339 (1968).</li><li>Senior, R. A., Hill, J. K., Edwards, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ThermStats:+An+R+Package+for+Quantifying+Surface+Thermal+Heterogeneity+in+Assessments+of+Microclimates.">ThermStats: An R Package for Quantifying Surface Thermal Heterogeneity in Assessments of Microclimates.</a> Methods in Ecology and Evolution. 10, 1606-1614 (2019).</li><li>. FLIR Systems, Inc Available from: <a target="_blank" href="https://www.flir.com">https://www.flir.com</a> (2019)</li><li>McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+thermal+imaging+in+avian+science.">Applications of thermal imaging in avian science.</a> Ibis. 155 (1), 4-15 (2013).</li><li>Boonstra, R., Eadie, J. M., Krebs, C. J., Boutin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitations+of+Far+Infrared+Thermal+Imaging+in+Locating+Birds.">Limitations of Far Infrared Thermal Imaging in Locating Birds.</a> Journal of Field Ornithology. 66 (2), 192-198 (1955).</li><li>Rodbard, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weight+and+Body+Temperature.">Weight and Body Temperature.</a> Science. 111 (2887), 465-466 (1950).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Este documento proporciona un protocolo para mediciones de imágenes térmicas repetibles y estandarizadas de especímenes de piel plana aviar. Este método permite comparar el rendimiento térmico de la capa de plumas entre especies, dentro de las especies, entre individuos comparables y en diferentes lugares de los cuerpos de los individuos, todo sin destrucción del espécimen.
La disponibilidad de materiales y equipos necesarios puede ser una limitación de este método. Aunque las cámara...

Las plumas son la característica definitoria de las aves y cumplen muchas funciones, entre las más cruciales el aislamiento1. Las aves tienen las temperaturas centrales promedio más altas de cualquier grupo de vertebrados, y las plumas que las aíslan de los cambios de temperatura ambiental son una parte vital del equilibrio energético, especialmente en ambientes fríos2. A pesar de la importancia de las plumas, la mayoría de la literatura sobre los cambios en la condición térmica en las aves se ha centrado en las respuestas metabólicas a la variación de la temperatura en lugar de la función de las plumas como aislamiento3,4,5,6,7,8,9,10 (para más detalles, consulte Ward et al.) 11,12,13. Sin embargo, las plumas en sí mismas pueden variar a través del tiempo, los individuos y las especies.
El método presentado aquí es útil para cuantificar el valor térmico general de la capa de plumas solamente. Elimina los factores de confusión en las aves vivas, como la termorregulación conductual1 y las cantidades variables de grasa aislante. Se necesita una medición más generalizada del rendimiento térmico de los abrigos de plumas para mejorar la comprensión de cómo las plumas contribuyen al aislamiento y cómo esto varía entre y dentro de las especies a lo largo de la historia de vida y el ciclo anual de un ave.
Las plumas aíslan a las aves atrapando aire tanto entre la piel y las plumas como dentro de las plumas, y crean una barrera física para la pérdida de calor14. Las plumas consisten en un eje de pluma central, llamado raquis, con proyecciones llamadas púas14. Los lóbulos son pequeñas proyecciones secundarias en púas que se entrelazan con púas adyacentes para "cerrar" la pluma y darle estructura. Además, las plumas de plumón carecen de un raquis central y tienen pocos bárbulos, por lo que forman una masa suelta y aislante de púas sobre la piel14. Los pelajes de plumas varían entre las especies15,16,dentro de las especies17,18,y dentro de individuos comparables2,19,20,21,22,23,24. Sin embargo, hay poca información cuantitativa sobre cómo las variaciones en el número de plumas, la abundancia relativa de diferentes tipos de plumas en un ave o los cambios en el número de púas / bárbulos afectan el rendimiento térmico general de un pelaje de plumas. Estudios previos se han centrado en determinar un único valor medio de aislamiento y conductividad térmica para una especie dada11,12,13.
Se sabe que el pelaje de plumas varía entre las especies. Por ejemplo, la mayoría de las aves tienen áreas distintas de piel de las cuales crecen las plumas, o no, llamadas pterílae y apiceria, respectivamente14. La ubicación de los pterílaos (a veces llamados "tractos de plumas") varía entre especies y tiene algún valor como carácter taxonómico14. Sin embargo, algunas aves (es decir, ratitas y pingüinos) han perdido esta pterilosis y tienen una distribución uniforme de plumas en todo el cuerpo14. Además, las diferentes especies, especialmente las que habitan diferentes ambientes, tienen diferentes proporciones de tipos de plumas15. Por ejemplo, las aves que habitan en climas más fríos tienen más plumasde plumón 15 y plumas de contorno con una porción plumulacea más grande16 que las especies que habitan ambientes más cálidos.
La microestructura de ciertos tipos de plumas también puede tener un efecto sobre el aislamiento en todas las especies25,26. Lei et al. compararon la microestructura de las plumas de contorno de muchos gorriones paseriformes chinos y encontraron que las especies que habitan ambientes más fríos tienen una mayor proporción de púas plumulaceas en cada pluma de contorno, bárbulos más largos, mayor densidad de nodos y nodos más grandes que las especies que habitan ambientes más cálidos25. D'alba et al. compararon la microestructura de plumas de plumón de eiders comunes(Somateria mollissima)y gansos graylag(Anser anser)y describieron cómo estas diferencias afectan tanto a la capacidad cohesiva de las plumas como a la capacidad de las plumas para atrapar aire26. Los datos comparativos cuantitativos sobre cómo estas variaciones en el plumaje afectan el rendimiento térmico general de la capa de plumas en todas las especies son limitados (para obtener más detalles, consulte Taylor y Ward et al.) 11,13.
Dentro de una especie, el rendimiento térmico del pelaje de plumas puede variar. Algunas especies, como el periquito monje(Myiopsitta monachus)17,habitan en rangos geográficos muy grandes y diversos. Las diferentes tensiones térmicas planteadas por estos diferentes ambientes pueden afectar las capas de plumas de las aves dentro de una especie a nivel regional, pero actualmente no hay datos disponibles sobre este tema. Además, Broggi et al. compararon dos poblaciones de tetas grandes(Parus major L.)en el hemisferio norte. Demostraron que las plumas de contorno de la población más septentrional eran más densas pero más cortas y menos proporcionalmente plumuláceas que las de la población más meridional. Sin embargo, estas diferencias desaparecieron cuando las aves de ambas poblaciones fueron criadas en el mismo lugar18.
Además, Broggi et al. explicaron estos hallazgos como una respuesta plástica a diferentes condiciones térmicas, pero no midieron los valores de aislamiento de estas diferentes capas de plumas18. Los resultados también sugieren que la densidad de plumas del contorno es más importante para el aislamiento que la proporción de púas plumuláceas en las plumas de contorno, pero Broggi et al. sugirieron que las poblaciones del norte pueden ser incapaces de producir plumas óptimas debido a la falta de nutrientes adecuados18. Las mediciones cuantitativas del rendimiento térmico general de estas capas de plumas promoverían la comprensión de la importancia de las diferencias de plumaje.
Con el tiempo, los abrigos de plumas de las aves individuales varían. Al menos una vez al año, todas las aves mudan (reemplazan todas sus plumas)19. A medida que avanza el año, las plumas se desgastan2,20 y menos numerosas18,21,22,23. Algunas aves mudan más de una vez al año, dándoles múltiples abrigos de plumas distintos cada año19. Middleton demostró que los jilguerosamericanos (Spinus tristis),que mudan dos veces al año, tienen un mayor número de plumas y una mayor proporción de plumas suaves en su plumaje básico en los meses de invierno que en su plumaje alternativo durante los meses de verano24. Estas diferencias anuales en el pelaje de plumas pueden permitir a las aves conservar más calor durante los períodos más fríos de forma pasiva o arrojar más calor pasivamente durante las estaciones cálidas, pero ningún estudio lo ha probado de manera concluyente.
Aunque lasaves termorregulan conductualmente1,27 y pueden aclimatarse metabólicamente a diferentes condiciones térmicas3,4,5,6,7,8,9,10,26,las plumas juegan un papel importante en la termorregulación al proporcionar una capa constante de aislamiento. El método descrito aquí está diseñado para responder preguntas sobre el pelaje de plumas solo y su papel en la termorregulación pasiva (es decir, ¿cuánto calor retiene un ave viva sin modificar su comportamiento o metabolismo?) aislando las plumas. Si bien la termorregulación activa y fisiológica es ecológicamente importante, también es importante comprender cómo las plumas por sí solas ayudan en el aislamiento y cómo influyen en la necesidad de una termorregulación activa conductual y fisiológica.
Estudios previos han establecido métodos para cuantificar la conductividad térmica y el aislamiento térmico de pieles de animales11,12,13,28. El método presentado aquí es una extensión del método de "placa caliente protegida"11,12,13,28. Sin embargo, el método descrito aquí mide la temperatura en el límite exterior de la capa de plumas utilizando una cámara térmica, en lugar de termopares. El método de placa caliente protegida da estimaciones muy precisas del flujo de energía a través de una piel, pero requiere la construcción de una placa caliente multimaterial, cierta familiaridad con el uso de termopares y termopilas, y el uso destructivo de una piel que debe cortarse en trozos pequeños. Estas piezas se engrasan para eliminar el aire entre la muestra y el aparato de placa caliente. Con la excepción de las pocas aves que carecen de apicios (por ejemplo, pingüinos), cortar pequeños cuadrados de pieles de aves es problemático para fines comparativos, ya que la ubicación del corte tiene grandes efectos en el número de plumas realmente unidas (y superadas) a la piel. Este problema se ve agravado por la variación entre los taxones en la presencia, tamaño y colocación de ptyerlae14.
Además, si bien los especímenes de museo pueden ser un recurso potencialmente rico para evaluar la variación en el aislamiento entre las aves, en general, el permiso para cortar y engrasar especímenes de piel en colecciones científicas es inalcanzable. Además, los especímenes tomados de la naturaleza para mediciones de placas calientes protegidas no se pueden usar posteriormente como especímenes de museo. El método presentado aquí difiere del método de placa caliente protegida en que se puede usar con pieles enteras de aves secas, sin 1) requerir la destrucción de la muestra y 2) engrasar la parte inferior de la piel. Utiliza cámaras térmicas, que son cada vez más asequibles (aunque todavía relativamente caras), precisas y utilizadas para mediciones de aves vivas de relaciones térmicas.
Este método no mide el flujo de energía (y por lo tanto la conductividad térmica o el valor de aislamiento) a través de la piel y las plumas directamente como lo hace el método de la placa caliente protegida. En cambio, mide la temperatura en el límite exterior de una capa de plumas utilizando una cámara térmica. Los valores resultantes representan una medida integrada del calor perdido pasivamente a través de la piel, las plumas y el aire atrapado entre ellos (en comparación con una fuente de calor debajo). Los especímenes preparados como pieles planas y medidos utilizando la técnica descrita pueden almacenarse en colecciones e indefinidamente proporcionan valor para futuras investigaciones. Este método proporciona una forma estandarizada, comparable y relativamente simple de medir el rendimiento térmico de la capa de plumas en cualquier espécimen de piel plana, lo que es especialmente útil en comparaciones inter e intraespecíficos.

<table><tbody><tr><td>Aluminum Foil</td><td>Reynolds Wrap</td><td>109000831</td><td>30 square ft.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Foam Core Board</td><td>Foamular</td><td>20WE</td><td>1 in. x 4 ft. x 8 ft; this exact model need no be used.</td></tr><tr><td>General Purpose Water Bath</td><td>PolyScience</td><td>WB02</td><td>Ambiet +5 &amp;deg;C to 100 &amp;deg;C; &amp;plusmn;.01 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>PDF Data logger</td><td>Elitech</td><td>RC-51H</td><td>Built in temperature and humidity sensor</td></tr><tr><td>Plexiglass</td><td>AdirOffice</td><td>1212-3-C</td><td>Acrylic glass; 12 in. x 12 in. x 1/8 in.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Thermal Image Analysis Software</td><td>FLIR</td><td>ResearchIR Max v4.40.7.26 (64-bit)</td><td>Allows collection of precise, quantitative thermal data</td></tr><tr><td>Thermal Imaging Camera</td><td>FLIR</td><td>SC655</td><td>680x480-pixel resolution, &amp;plusmn;2 &amp;deg;C or &amp;plusmn;2% accuracy, 40 cm minimum focusing distance</td></tr><tr><td>Tripod</td><td>The Audubon Shop</td><td>The Birder Tripod with Manfrotto 700RC2 Rapid Release Head</td><td>65&quot; maximum height; this exact model need not be used.</td></tr></tbody></table>

using a thermal camera to measure heat loss through bird feather coats

Las plumas son esenciales para el aislamiento y, por lo tanto, para el costo de la termorregulación, en las aves. Existe una sólida literatura sobre el costo energético de la termorregulación en aves en una variedad de circunstancias ecológicas. Sin embargo, pocos estudios caracterizan la contribución de las plumas por sí solas a la termorregulación. Varios estudios previos han establecido métodos para medir el valor de aislamiento de las pieles de animales, pero requieren métodos de muestreo destructivos que son problemáticos para las aves, cuyas plumas no se distribuyen uniformemente a través de la piel. Se necesita más información sobre 1) cómo la contribución de las plumas a la termorregulación varía tanto entre las especies como dentro de las especies y 2) cómo los abrigos de plumas pueden cambiar con el espacio y el tiempo. Aquí se informa un método para medir rápida y directamente el rendimiento térmico de las capas de plumas y la piel utilizando muestras de piel entera seca, sin la necesidad de destruir la muestra de piel. Este método aísla y mide el gradiente térmico a través de una capa de plumas de una manera que las mediciones de la pérdida de calor y el costo metabólico en aves vivas, que utilizan estrategias conductuales y fisiológicas para termorregular, no pueden. El método emplea una cámara térmica, que permite la recopilación rápida de datos térmicos cuantitativos para medir la pérdida de calor de una fuente estable a través de la piel. Este protocolo se puede aplicar fácilmente a diversas preguntas de investigación, es aplicable a cualquier taxón aviar y no requiere la destrucción de la muestra de piel. Finalmente, promoverá la comprensión de la importancia de la termorregulación pasiva en las aves al simplificar y acelerar la recopilación de datos cuantitativos.

Los resultados representativos de una serie de un individuo de cada una de las cinco especies, medidos a seis temperaturas, se presentan en la Figura 4 y la Figura 5. Estos muestran que pequeñas variaciones en la colocación de la piel pueden resultar en variaciones en las lecturas de hasta 1.7 ° C. La Figura 4 muestra cómo el entrenamiento de un investigador aumenta la repetibilidad de las mediciones. Por ejemplo, el mismo gorri...

Watch this Scientific Journal Video about Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats at JoVE.com

Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

Este protocolo describe la cuantificación de la transmisión de calor a través de una muestra de ave de piel plana utilizando una cámara térmica y un baño de agua caliente. El método permite obtener datos cuantitativos y comparativos sobre el rendimiento térmico de las capas de plumas en todas las especies utilizando especímenes de piel plana seca.

Uso de una cámara térmica para medir la pérdida de calor a través de abrigos de plumas de aves

Feathers are essential to insulation, and therefore to the cost of thermoregulation,&#160;in birds. There is robust literature on the energetic cost of ...

using-a-thermal-camera-to-measure-heat-loss-through-bird-feather-coats

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Biology

3.4K vistas.  University of Connecticut. Este protocolo describe la cuantificación de la transmisión de calor a través de una muestra de ave de piel plana utilizando una cámara térmica y un baño de agua caliente. El método permite obtener datos cuantitativos y comparativos sobre el rendimiento térmico de las capas de plumas en todas las especies utilizando especímenes de piel plana seca.

Video: Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

Accurate assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function is important for appropriate detection, staging, and treatment of many health disorders such as chronic wounds. We report the development of a dual-mode imaging system for non-invasive and non-contact imaging of cutaneous tissue oxygenation and vascular function. The imaging system integrated an infrared camera, a CCD camera, a liquid crystal tunable filter and a high intensity fiber light source. A Labview interface was programmed for equipment control, synchronization, image acquisition, processing, and visualization. Multispectral images captured by the CCD camera were used to reconstruct the tissue oxygenation map. Dynamic thermographic images captured by the infrared camera were used to reconstruct the vascular function map. Cutaneous tissue oxygenation and vascular function images were co-registered through fiduciary markers. The performance characteristics of the dual-mode image system were tested in humans.

A dual-mode imaging system was developed for non-contact assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function.

De modo dual de imágenes de la oxigenación de los tejidos cutáneos y la función vascular

Accurate assessment of cutaneous tissue oxygenation and vascular function is important for appropriate detection, staging, and treatment of many health ...

Investigación

Medicina

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

Medición espacialmente y direccionalmente variable dispersión de luz de material biológico

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Ingeniería

A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be streamlined by heat treatment (blanching). A blanching apparatus can be designed more precisely if the thermal properties of the leaves are known in detail, i.e., the specific heat capacity and thermal conductivity. The measurement of these properties is time consuming and labor intensive, and usually requires invasive methods that contact the sample directly. This can reduce the product yield and may be incompatible with containment requirements, e.g., in the context of good manufacturing practice. To address these issues, a non-invasive, contact-free method was developed that determines the specific heat capacity and thermal conductivity of an intact plant leaf in about one minute. The method involves the application of a short laser pulse of defined length and intensity to a small area of the leaf sample, causing a temperature increase that is measured using a near infrared sensor. The temperature increase is combined with known leaf properties (thickness and density) to determine the specific heat capacity. The thermal conductivity is then calculated based on the profile of the subsequent temperature decline, taking thermal radiation and convective heat transfer into account. The associated calculations and critical aspects of sample handling are discussed.

A method was developed to determine the specific heat capacity and thermal conductivity of leaf tissue by non-invasive, contact-free near infrared laser probing, which requires less than 1 min per sample.

Un láser de sondeo rápido método facilita la determinación no invasiva y sin contacto de la hoja de Propiedades Térmicas

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be ...

Bioquímica

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment for melanoma remains surgical excision, therefore, the key to extended survival is early detection 2,3. Considering the large numbers of patients diagnosed every year and the limitations in accessing specialized care quickly, the development of objective in vivo diagnostic instruments to aid the diagnosis is essential. New techniques to detect skin cancer, especially non-invasive diagnostic tools, are being explored in numerous laboratories. Along with the surgical methods, techniques such as digital photography, dermoscopy, multispectral imaging systems (MelaFind), laser-based systems (confocal scanning laser microscopy, laser doppler perfusion imaging, optical coherence tomography), ultrasound, magnetic resonance imaging, are being tested. Each technique offers unique advantages and disadvantages, many of which pose a compromise between effectiveness and accuracy versus ease of use and cost considerations. Details about these techniques and comparisons are available in the literature 4.
Infrared (IR) imaging was shown to be a useful method to diagnose the signs of certain diseases by measuring the local skin temperature. There is a large body of evidence showing that disease or deviation from normal functioning are accompanied by changes of the temperature of the body, which again affect the temperature of the skin 5,6. Accurate data about the temperature of the human body and skin can provide a wealth of information on the processes responsible for heat generation and thermoregulation, in particular the deviation from normal conditions, often caused by disease. However, IR imaging has not been widely recognized in medicine due to the premature use of the technology 7,8 several decades ago, when temperature measurement accuracy and the spatial resolution were inadequate and sophisticated image processing tools were unavailable. This situation changed dramatically in the late 1990s-2000s. Advances in IR instrumentation, implementation of digital image processing algorithms and dynamic IR imaging, which enables scientists to analyze not only the spatial, but also the temporal thermal behavior of the skin 9, allowed breakthroughs in the field.
In our research, we explore the feasibility of IR imaging, combined with theoretical and experimental studies, as a cost effective, non-invasive, in vivo optical measurement technique for tumor detection, with emphasis on the screening and early detection of melanoma 10-13. In this study, we show data obtained in a patient study in which patients that possess a pigmented lesion with a clinical indication for biopsy are selected for imaging. We compared the difference in thermal responses between healthy and malignant tissue and compared our data with biopsy results. We concluded that the increased metabolic activity of the melanoma lesion can be detected by dynamic infrared imaging.

We demonstrated that malignant pigmented lesions with increased metabolic activity generate quantifiable amounts of heat and the measurement of the transient thermal response of the skin to a cooling excitation allows quantitative identification of melanoma and other skin cancers (vs. non-proliferative nevi) at an early stage of the disease.

Visualización y detección cuantitativa de cáncer de piel utilizando imágenes térmica dinámica

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

Caracterización de Transporte térmica en materiales sólidos unidimensionales

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

Mediciones de transferencia de calor convectivo instantánea Local en una pipa - flujo bifásico y solo

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Uncoupling Coriolis Force and Rotating Buoyancy Effects on Full-Field Heat Transfer Properties of a Rotating Channel

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that characterize the transport phenomena in a rotating channel are identified via the parametric analysis of the momentum and energy equations referring to a rotating frame of reference. Based on these dimensionless flow equations, an experimental strategy that links the design of the test module, the experimental program and the data analysis is formulated with the attempt to reveal the isolated Coriolis-force and buoyancy effects on heat transfer performances. The effects of Coriolis force and rotating buoyancy are illustrated using the selective results measured from rotating channels with various geometries. While the Coriolis-force and rotating-buoyancy impacts share several common features among the various rotating channels, the unique heat transfer signatures are found in association with the flow direction, the channel shape and the arrangement of heat transfer enhancement devices. Regardless of the flow configurations of the rotating channels, the presented experimental method enables the development of physically consistent heat transfer correlations that permit the evaluation of isolated and interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on the heat transfer properties of rotating channels.

Here, we present an experimental method for decoupling the interdependent Coriolis-force and rotating-buoyancy effects on full-field heat transfer distributions of a rotating channel.

Fuerza de Coriolis desacoplar y rotación efectos de flotabilidad en el calor de campo completo transferencia de propiedades de un canal de rotación

An experimental method for exploring the heat transfer characteristics of an axially rotating channel is proposed. The governing flow parameters that ...

Thermal Imaging to Study Stress Non-invasively in Unrestrained Birds

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood flow that results in a net influx of blood to key organs and an increase in core temperature. This stress-induced hyperthermia is used to assess stress. However, measuring core temperature is invasive. As blood flow is redirected to the core, the periphery of the body can cool. This paper describes a protocol where peripheral body temperature is measured non-invasively in wild blue tits (Cyanistes caeruleus) using infrared thermography. In the field we created a set-up bringing the birds to an ideal position in front of the camera by using a baited box. The camera takes a short thermal video recording of the undisturbed bird before applying a mild stressor (closing the box and therefore capturing the bird), and the bird&#8217;s response to being trapped is recorded. The bare skin of the eye-region is the warmest area in the image. This allows an automated extraction of the maximum eye-region temperature from each image frame, followed by further steps of manual data filtering removing the most common sources of errors (motion blur, blinking). This protocol provides a time series of eye-region temperature with a fine temporal resolution that allows us to study the dynamics of the stress response non-invasively. Further work needs to demonstrate the usefulness of the method to assess stress, for instance to investigate whether eye-region temperature response is proportional to the strength of the stressor. If this can be confirmed, it will provide a valuable alternative method of stress assessment in animals and will be useful to a wide range of researchers from ecologists, conservation biologists, physiologists to animal welfare researchers.

There is a need for a non-invasive assessment of stress. This paper describes a simple protocol using thermal imaging to detect a significant response in eye-region temperature in wild blue tits to a mild acute stressor.

Imágenes Térmicas para estudiar el estrés de forma no invasiva en ilimitados Birds

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood ...

Neurociencias

Infrared Thermography for the Detection of Changes in Brown Adipose Tissue Activity

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) after a meal or in obese or diabetic patients fails as the method of choice. The main reason is that 18F-FDG competes with the postprandial high glucose plasma concentration for the same glucose transporter on the membrane of BAT cells. In addition, BAT uses fatty acids as a source of energy as well, which is not visible with PET-CT and could be changed along with glucose concentration in obese and diabetic patients. Therefore, to estimate the physiological importance of BAT in animals and humans, a new infrared thermography method used in recent publications is applied.
After overnight fasting, BAT activity was measured by infrared thermography before and after a meal in human volunteers and&#160;female wild-type mice. The camera software calculates the object&#39;s temperature using distance from the object, skin emissivity, reflected room temperature, air temperature, and relative humidity. In mice, the shaved area above the BAT was a region of interest for which average and maximal temperatures were measured. The phase of the estrous cycle in female mice was determined after an experiment by vaginal smears stained with cresyl violet (0.1%) stain solution. In healthy volunteers, two skin areas of the neck were selected: the supraclavicular area (above the collarbone, where BAT cells are present) and the interclavicular area (between the collarbones, where there is no BAT tissue detected). BAT activity is determined by the subtraction of those two values. Also, the average and maximal temperatures of skin areas could be determined in animals and human participants.
Changes in BAT activity after a meal measured by infrared thermography, a non-invasive and more sensitive method, were shown to be sex, age, and phase of the estrous cycle dependent in laboratory animals. As part of diet-induced thermogenesis, BAT activation in humans was also proven to be sex, age, and body mass index dependent. Further determining the pathophysiological changes in BAT activity after a meal will be of great importance for participants with high glucose plasma concentrations (obesity and diabetes mellitus type 2), as well as in different laboratory animals (knock-out mice). This method is also a variable tool for determining possible activating drugs that could rejuvenate BAT activity.

Here, we present a protocol for measuring brown adipose tissue activity after a meal in humans and laboratory animals.

Termografía infrarroja para la detección de cambios en la actividad del tejido adiposo marrón

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose ...

Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied greatly in small animals, it is difficult to measure the activity of BAT in humans. Therefore, little is known about the heat-generating capacity and physiological significance of BAT in humans, including the degree to which components of the diet can activate BAT. This is due to the limitations in the currently most used method to assess the activation of BAT-radiolabeled glucose (fluorodeoxyglucose or 18FDG) measured by positron emission tomography-computerized tomography (PET-CT).
This method is usually performed in fasted subjects, as feeding induces glucose uptake by the muscles, which can mask the glucose uptake into the BAT. This paper describes a detailed protocol for quantifying total-body human energy expenditure and substrate utilization from BAT thermogenesis by combining indirect calorimetry, infrared thermography, and blood glucose monitoring in carbohydrate-loaded adult males. To characterize the physiological significance of BAT, measures of the impact of BAT activity on human health are critical. We demonstrate a protocol to achieve this by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach will help to understand the physiology and pharmacology of BAT thermogenesis in humans.

Here, we present a protocol to quantify the physiological significance of the impact of brown adipose tissue (BAT) activity on human metabolism. This is achieved by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach can help develop a pharmacological target for BAT thermogenesis in humans.

Uso de una combinación de calorimetría indirecta, termografía infrarroja y niveles de glucosa en sangre para medir la termogénesis del tejido adiposo marrón en humanos

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied ...