Information

Kan der være nogen virkninger af, at lavenergi infrarød bliver brugt til at spore øjenbevægelser på lang sigt?

Kan der være nogen virkninger af, at lavenergi infrarød bliver brugt til at spore øjenbevægelser på lang sigt?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dybest set ser på infrarøde LED'er og et kamera med et infrarødt båndpasfilter til sporing af øjenbevægelser; mine bekymringer er, om der ville være nogen potentielle negative langsigtede virkninger af konstant at belyse øjet med lavenergi infrarød? TIA A


Jeg ville have sagt, at IR er sikkert, men nogle undersøgelser har antydet noget andet.

Dette er en vag undersøgelse af kaninøjne:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3116568/

https://academic.oup.com/annweh/article-abstract/35/1/1/170395

Så der kan være en dosimetrisk eksponeringsgrænse af en eller anden art, som du skal sigte efter. LED'er er meget kontrollerbare. Jeg er forbløffet over, at de taler om grå stær med en kemisk blød, ikke-ioniserende bølgelængde som IR, fordi vi får IR hele dagen fra solen. Hvis du kontrollerer niveauerne til at være mindre end en solskinsdag, kan du opleve, at du kan bruge svarende til 1 times soleksponering til at køre mange timers øjensporing. tallene er et spørgsmål om forskning.


Hedebølger er sandsynligvis infrarøde bølger. Vi har disse overalt omkring os (med stor intensitet) hele tiden. En lille intensitet infrarød fra en LED vil ikke forårsage noget problem overhovedet, selv på lang sigt. Vores øjne er udviklet til at modstå langt større (dvs. omkring temperaturer på 45°C) intensiteter. Så ingen grund til at bekymre sig.

Men da vand går tabt fra hedebølger, tillad personen at blinke med øjnene ofte.


Overvågning af vulkaner

80 km, adskilles, glider forbi hinanden eller støder sammen oven på Jordens varme, tyktflydende indre. Vulkaner har en tendens til at dannes, hvor plader støder sammen eller spredes fra hinanden (fig. 2), men kan også vokse midt på en plade, ligesom Hawaii-vulkanerne (fig. 3).
Af de mere end 1.500 vulkaner på verdensplan, der menes at have været aktive i de sidste 10.000 år, er 169 i USA og dets territorier (Ewert et al., 2005) (se fig. 4). Fra foråret 2007 er to af disse vulkaner, Kilauea og Mount St. Helens, i udbrud, mens flere andre, inklusive Mauna Loa, Fourpeaked, Korovin, Veniaminof og Anatahan, udviser et eller flere tegn på rastløshed, såsom unormale jordskælv, deformation af vulkanens overflade, eller ændringer i volumen og sammensætning af vulkanske gasemissioner, der kunne forudsige starten på endnu et udbrud.

Figur 1. Kort over verden, der viser placeringer af vulkaner, mange omkring Stillehavsranden og langs grænserne for andre tektoniske plader. Billede udlånt af Smithsonian Institution's Global Volcanism Program (http://www.volcano.si.edu/world/find_regions.cfm.) For et mere detaljeret kort over vulkaner, jordskælv, nedslagskratere og tektoniske plader, se Simkin et al. (2006). Billede udarbejdet af Paul Kimberly, Smithsonian Institution Global Volcanism Program.

Figur 2. Skematisk tværsnit af pladetektonik fra Simkin et al. (2006( viser forskellige typer af pladegrænser. Billede udarbejdet af Jose F Vigil og Robert I. Tilling. Vulkaner viser i kraft af deres geologi og typografi stemningsfulde landskaber og er hjemsted for forskellige økosystemer, hvoraf mange er sarte og unikke. Vulkanudbrud kan udslette landskaber og true liv, økosystemer og ejendom. For eksempel frigav udbruddet af Mount St. Helens i 1980, selv om det er relativt beskedent på skalaen af ​​potentielle vulkanske begivenheder i USA, energi svarende til en 24 megaton eksplosion, ødelægger skove og udsletter vilde dyr, herunder næsten 7.000 store vildt, over 600 km 2, dræber 57 mennesker og påfører mere end 1 milliard dollars i skader på lokal økonomi, landbrug, virksomheder og strukturer. Således selve de processer, der producerer det æstetiske og økologiske ressourcer, som vi forbinder med vulkaner, er også i stand til at ødelægge disse ressourcer på få minutter.
De fleste vulkaner er i stand til udbrud, der udgør betydelige trusler mod naturlige landskaber, liv, økosystemer og ejendom, men heldigvis er udbrud typisk forudgået af uger til måneder med stigende rastløshed, hvilket gør det muligt at forudsige udbrud, hvis vulkaner er korrekt instrumenteret og data fortolkes af teams af eksperter inden for områderne geologi, seismologi, geodæsi og geokemi af vulkaner.

Figur 3. Skematisk udskæringsbillede langs Hawaiian Island-kæden fra Simkin et al. (2006), der viser den udledte kappefane, der har holdt det hawaiianske hotspot på den altoverskyggende Stillehavsplade.

Den geologiske alder af den ældste vulkan på hver ø er gradvist ældre mod nordvest, i overensstemmelse med hotspot-modellen for oprindelsen af ​​Hawaiian Ridge-Emperor Seamount-kæden. Udarbejdet af Joel E. Robinson.

I USA pålægger Robert T. Stafford Disaster Relief and Emergency Assistance Act, at U.S. Geological Survey (USGS) udsteder rettidige advarsler om potentielle geologiske katastrofer til den berørte befolkning og civile myndigheder. Gennem denne lovs mandat har USGS det primære ansvar for at overvåge vulkansk aktivitet i USA. USGS opretholder overvågningsnetværk, der består af et stort antal og en bred vifte af overvågningsinstrumenter for at indsamle de data, der er nødvendige for at forudsige vulkansk adfærd og udstede advarsler og information for at reducere tab af liv, ejendom og økonomiske konsekvenser af farer relateret til vulkaner. Mens data opnået fra disse overvågningsnetværk bidrager til grundforskning og fremme videnskabelig forståelse af vulkaner, er den primære begrundelse for udrulning af instrumenter offentlig sikkerhed og katastrofereduktion.
I dette kapitel vil vi diskutere de vigtigste vitale tegn forbundet med vulkanudbrud, forklare metoderne til at overvåge dem og give et casestudie. De beskrevne vitale tegn omfatter jordskælvsaktivitet, jorddeformation, gasudledning, gasfaner, hydrologisk aktivitet og skråningers ustabilitet. Overvågningsmetoder spænder fra veletablerede metoder til de seneste innovationer, der bør blive rutine i de næste par år.

Figur 4. Kort, der viser placeringer af vulkaner i USA, klassificeret efter trusselsniveau som bestemt af US Geological Survey National Volcano Early Warning System. Udbrudsstil og hyppighed

Individuelle vulkaner bryder ud i forskellige kombinationer af lavastrømme, pyroklastiske strømme og tephras (aske og grovere fragmenteret ejecta). Ved nogle vulkaner er jordskred, affaldsstrømme og oversvømmelser lige så farlige eller mere farlige end selve vulkanudbruddene. Affaldsstrømme er blandinger af mudder, sten, kampesten og vand, der bevæger sig med hastigheder på ti til så meget som 100 km/t. Meget mobile affaldsstrømme, der stammer fra en vulkan, kaldes også lahars. Evaluering af sandsynlige eruptive og farlige hændelser (begivenhedsstil, størrelse og frekvens) ved individuelle vulkaner opnås ved at konstruere geologiske kort og udføre farevurderinger.
Faktorer, der påvirker udbrudsstile er: de forskelligartede temperaturer og kemiske sammensætninger af magmaer, der fodrer en vulkan med de hastigheder, hvormed magma når overfladen og lokale faktorer, såsom tilstedeværelsen af ​​forkastninger eller brud, der kan tjene som lette veje for magma til at nå overflade, eller som tillader vulkanske gasser at undslippe magma uden eksplosion. Disse kontrollerende faktorer er generelt ukendte eller ikke tilstrækkeligt forstået på forhånd til at hjælpe med at udvikle detaljerede farevurderinger eller udbrudsprognoser. I stedet bruges geologisk kortlægning og tilhørende undersøgelser til at undersøge, dokumentere og kvantificere en vulkans tidligere aktivitet. I disse undersøgelser identificeres nøglekarakteristika, der adskiller bestemte aflejringer fra hinanden, og overlappende relationer mellem aflejringer afslører begivenhedernes rækkefølge. Sporing af individuelle aflejringer på tværs af landskabet gør det muligt for geologer at bestemme størrelsen af ​​tidligere begivenheder og dermed vurdere de regioner, der sandsynligvis vil blive påvirket af lignende begivenheder i fremtiden. Geologer indsamler prøver, der er egnede til aldersdatering ved hjælp af forskellige laboratorieteknikker. Tilsammen kombineres oplysningerne om typer af begivenheder (udbrud, jordskred, affaldsstrømme), deres størrelser og deres frekvenser for at give en historie for en vulkan. Uventede funktioner støder normalt på, mens denne vulkanske historie bestemmes, og detaljerede undersøgelser af disse funktioner fremmer forståelsen af ​​generelle vulkanske processer, hvilket muliggør bedre designet overvågningsstrategier og mere nøjagtige prognoser for fremtidig adfærd.
Vulkaniske hændelser er sandsynlige, det vil sige, at tiden mellem udbrud, flankekollaps, affaldsstrømme eller oversvømmelser kan være kortere eller længere end gennemsnittet, og tidsintervallerne kan beskrives ved sandsynlighedsfordelinger (Nathenson, 2001). Den enkleste fremgangsmåde er at dividere antallet af kendte hændelser med den samlede tid, der er omfattet for at nå frem til et gennemsnitligt gentagelsesinterval, men denne fremgangsmåde har betydelige ulemper. Nogle vulkaner er kendt for at gennemgå episodisk adfærd, hvor flere hændelser forekommer tæt i tid, og så sker ingen hændelser i et tidsinterval meget længere end gennemsnittet. Klynger af begivenheder er formentlig typisk for alle vulkaner til en vis grad, og ligger til grund for intuitionen om, at det er farligere at nærme sig en vulkan, der har været i udbrud for nylig, end det er at nærme sig en vulkan, der ikke har været i udbrud i lang tid. Desuden er sandsynligheden for en hændelse på en eller anden måde forbundet med hændelsens størrelse, idet mindre udbrud, affaldsstrømme, jordskred eller oversvømmelser finder sted hyppigere end større. Globale data illustrerer, at lange perioder med stilhed almindeligvis går forud for de mere eksplosive og farlige udbrud. For eksempel, af de 16 største eksplosive udbrud i det nittende og tyvende århundrede, var 12 fra vulkaner uden tidligere kendte historiske udbrud (Simkin og Siebert, 1994). Geologisk kortlægning og relaterede feltundersøgelser, kombineret med aldersdatering, giver den information, der er nødvendig for sandsynlighedsvurderinger, der forbinder begivenhedsstil, størrelse og frekvens.

Vulkanfarer

Risici fra en vulkans farer strækker sig normalt langt ud over en vulkans topmøde. For eksempel risikerer dalbunde så langt som 80 km ud over Mount Rainiers topmøde at blive oversvømmet af mudderstrømme, der genereres langt oppe på dens flanker inde i Mount Rainier National Park. Mere end 150.000 mennesker bor i disse oversvømmelsesfarlige områder, og store transportlivlinjer krydser dem (Driedger og Scott, 2002). Lavastrømme fra den for tiden urolige Mauna Loa-vulkan i Hawai'i kan nå den højtudviklede Kona-kyst på så lidt som to timer. Den potentielle skade, som disse farer kan forårsage, i form af tab af menneskeliv og forstyrrelse af samfundet og den økonomi, som det afhænger af, er alvorlige overvejelser for nedadgående samfund.
Luftbårne askeskyer er en alvorlig fare for fly. Jetflymotorer har svigtet efter at have fløjet gennem drivende skyer af selv tyndt spredt aske et halvt kontinent væk fra de vulkaner, der skabte dem. Store skyer af fine partikler af vulkansk aske transporteres af vinde i hundreder til tusinder af km ud over deres vulkanske kilde (fig. 5). Vulkanaskepartikler er kantede, slibende fragmenter af sten, mineraler og vulkansk glas på størrelse med sand og silt, de har hårdheden som en lommeknivsklinge (Kenedi et al., 2000 Neal et al., 1997). Disse partikler slider turbinebladene og de førende overflader på fly, forårsager svigt af elektronik og smelter og smelter sammen i motorer, hvilket forårsager katastrofalt og fuldstændigt tab af kraft.
Vulkanaske er ekstremt slibende. Langvarig vejrtrækning af aske forårsager næse-, hals- og øjenirritation og infektion hos både mennesker og dyr. Åndenød, ondt i halsen og bronkitis kan forekomme (fra http://volcanoes.usgs.gov/ash/ med henvisning til Blong, 1984). Lag af aske på blot et par millimeter tykke vil hæmme væksten af ​​planter og kan, hvis de indtages, give syge eller dræbe dyr, især kvæg og andre husdyr og vilde drøvtyggere. Tykkere askefald kan kvæle mennesker, planter og dyr. Askefald kan også ødelægge forbrændingsmotorer, få tagene til at kollapse og kommunikationsnetværk til at svigte og bryde elektriske elledninger. Sten, der er store nok til alvorligt at såre eller dræbe mennesker, planter og dyr, kan slynges ud så langt som et par kilometer fra en eksplosiv vulkan. Vind eller endda forbipasserende køretøjer kan røre aske op i luften igen (Kenedi et al., 2000).

Figur 5. Billede af typer af vulkanfarer. Fra Myers og Brantley (1995). Perioder med vulkansk uro, selv dem, der ikke fører til udbrud, vil sandsynligvis udløse nødberedskab, der kan føre til områdelukninger og evakuering af lokalsamfund. Rastløse vulkaner udfordrer offentlige embedsmænd, fordi uro skaber usikkerhed om, hvor længe rastløsheden vil vare, hvornår den ender, dens alvor, hvem der vil blive påvirket af den, og selv om der overhovedet vil ske et udbrud. Alle disse usikkerheder forårsager store psykologiske og økonomiske konsekvenser i områder omkring en vulkan. Usikkerhed medfører et intenst krav om nøjagtige og autoritative oplysninger. Civile myndigheder har brug for information for at sikre den offentlige sikkerhed, virksomhedsejere bruger oplysninger til at træffe forretningsbeslutninger, og nyhedsmedier søger hele tiden al den information, de kan få. Det er ikke let at opfylde alle disse krav om nøjagtige og ajourførte oplysninger.

Vulkantrusselsniveauer og vulkanovervågning

Vulkanisk trussel er en kombination af destruktive naturfænomener, som en vulkan er i stand til at producere (vulkanfare) og de mennesker, ejendom og infrastruktur, der er udsat for disse fænomener (eksponering). At matche en vulkans påkrævede overvågningsniveau til dens trusselsniveau giver størst sikkerhed for de fleste mennesker og infrastruktur i fare, og det fordeler mest effektivt midler og videnskabsmænds tid. Matchning af påkrævet overvågning til trusselsniveau blev muligt i 2005, da USGS kvantificerede vulkanfare, risikoeksponering og trusselsniveauer for alle 169 geologisk aktive vulkaner i USA og dets territorier (Ewert et al., 2005).
Baseret på dens numeriske trusselscore blev hver vulkan placeret i en af ​​fem trusselskategorier: meget høj, høj, moderat, lav og meget lav. 55 af landets vulkaner er defineret som meget høj eller høj trussel: dette er næsten en tredjedel af alle potentielt aktive amerikanske vulkaner. Fordi mange vulkaner enten ikke er undersøgt eller ufuldstændigt undersøgt, vil trusselsscore sandsynligvis stige, efterhånden som fremtidige undersøgelser opdager tidligere ukendte tidligere eruptiv aktivitet eller uroligheder, og efterhånden som befolkning og infrastruktur i risikozonen stiger.
For at kunne give tilstrækkelig advarsel kræver vulkaner med høje eller meget høje trusselsniveauer intens detaljeret overvågning i realtid døgnet rundt. Signaler fra deres overvågningsinstrumenter skal transmitteres i realtid til et regionalt vulkansk observatorium, så vulkanologer hurtigt kan diagnosticere betydningen af ​​de mest subtile ændringer. Som en tommelfingerregel vil vulkaner i disse to trusselskategorier kræve mindst 12-20 permanente seismiske stationer inden for 20 km fra den primære vulkanske åbning, herunder adskillige stationer meget tæt på ventilens rutinemæssige deformationsundersøgelser og løbende registrering af permanent Global Positioning System ( GPS)-stationer hyppige luftbårne og jordstationsmålinger af vulkanske gasser og instrumenter langs floddale, følsomme over for de unikke lyde af passerende mudderstrømme, som udløser alarmer for at advare folk nedstrøms. Vulkaner med moderat trussel vil kræve overvågning i realtid for at detektere svage præ-eruptive signaler, når de opstår. Typisk dækning vil kræve seks seismiske stationer inden for 20 km fra en vulkan, inklusive tre til fire højt på dens flanke, mindst seks kontinuerlige optagelser, permanente GPS-stationer i nærheden, sjældne gasmålinger som passende for hver vulkan og mudderstrømsdetektorer langs floden dale (Ewert et al., 2005).
Selvfølgelig, hvis uroligheder skulle starte eller eskalere, eller hvis overvågningsdata tydede på, at en given vulkan kunne bevæge sig mod et udbrud, skulle overvågningen øges så hurtigt som muligt for at opnå nøjagtige aktuelle data. Som svar på øget bekymring ville en bredere vifte af vulkanske fænomener skulle overvåges. Nye typer instrumenter ville skulle installeres, eksisterende netværk af instrumenter skulle udvides ved at omkonfigurere eksisterende instrumenter og tilføje nye, og datatransmissionsnetværk ville skulle befæstes – alt sammen for at gøre vulkanologer i stand til at fortolke vulkansk uro og forudsige sandsynlige konsekvenser døgnet rundt.
Lavtruede og meget lavtruede vulkaner kræver derimod et lavere niveau af overvågning. For disse vulkaner, som for alle vulkaner, skal baseline seismiske, deformations-, gas- og hydrologiske baseline-data etableres, hvorefter lavtrusende vulkaner kun kræver tilstrækkelig overvågning til at detektere unormal aktivitet i næsten realtid. Vulkaner med meget lav trussel vil kræve endnu mindre overvågning.
Fordi ressourcerne var utilstrækkelige til at instrumentere og overvåge alle potentielt aktive vulkaner på et passende niveau indtil for ganske nylig, blev vulkanovervågning af USGS udført reaktivt, det vil sige, at tilstrækkelig overvågning ikke blev på plads, før der blev observeret en form for uro på jordens overflade . Derfor blev prækursorsignaler uopdaget, og intervallet mellem de første observerede tegn på uro og en vulkankrise var ofte kort.
Således blev civile myndigheder, borgere, virksomheder og videnskabsmænd tvunget til at spille et farligt spil med at "indhente" vulkaner. Myndighederne arbejdede på overarbejde for at indføre civilforsvarsforanstaltninger, før urolighederne eskalerede til farlige niveauer, mens vulkanologer kæmpede for at øge instrumentering og installere opgraderede kommunikationsnetværk, ofte med stor bekostning og fare for dem selv.
Kvantitativ bestemmelse af det specifikke trusselsniveau for hver amerikansk vulkan ville give USGS mulighed for at fordele ressourcer, så de mest truende vulkaner kunne overvåges døgnet rundt i god tid før de viser tegn på uroligheder. Denne proaktive tilgang til overvågning, hvis den skulle implementeres, ville gøre det muligt for vulkanologer at sende udsatte samfund pålidelig information fra begyndelsen af ​​rastløshed, og dermed give dem den maksimale tid til at aktivere reaktions- og afbødningsplaner. Proaktiv overvågning fra USGS giver vulkanologer den maksimale tid til at øge overvågningen, hvis det skulle være nødvendigt. Selvom ikke enhver rastløs vulkan går i udbrud, er proaktiv overvågning stadig nødvendig for at minimere enten overreaktion, som koster penge, eller underreaktion, som kan koste liv. Den største hindring for at implementere proaktiv overvågning i USA og i hele verden er imidlertid at finde ressourcer til at betale for det nødvendige udstyr og videnskabsmænd.
Proaktiv overvågning giver mange praktiske fordele i forhold til reaktiv overvågning. Overvågning:
• Minimerer risikoen for overraskelsesudbrud.
• Øger tiden til at implementere civilforsvarsforanstaltninger, før urolighederne eskalerer og en vulkankrise forværres.
• Muliggør sikker installation af instrumenter og kommunikationsnetværk på forudplanlagte steder på en overskuelig måde. De fleste meget høj- og højtrusende vulkaner i USA er tårnhøje sne- og gletscherklædte toppe, der er utilgængelige undtagen i løbet af en kort sommersæson, hvorimod indtræden af ​​vulkansk rastløshed kan forekomme i enhver sæson. Sommerinstallation og vedligeholdelse af udstyr maksimerer sandsynligheden for, at foretrukne steder er snefri, sikrer maksimal sikkerhed for vulkanologer og supportpersonale og giver tilstrækkelig tid til at teste instrumenter og kommunikationsnetværk.
• Øger sikkerheden for de mere end 80.000 flypassagerer om dagen, som flyver de travle luftruter langs Cascade og Aleutiske vulkanske buer. Når den er fuldt implementeret, vil proaktiv overvågning af disse buevulkaner gøre det muligt for vulkanologer at underrette Federal Aviation Administration (FAA) inden for fem minutter efter et større eksplosivt udbrud, hvilket gør det muligt for fly at ændre kurs hurtigt for at undgå askeskyer.
• Forbedrer nøjagtigheden og rettidigheden af ​​fremtidige advarsler. I løbet af de sidste 25 år er forståelsen af ​​grundlæggende vulkanske processer forbedret enormt, delvist baseret på data opnået fra langsigtet vulkanovervågning. Overvågningsdata hjælper vulkanologer med at formulere og teste modeller for, hvordan vulkaner fungerer. Bedre modeller forbedrer til gengæld, hvordan vulkaner overvåges, identificerer de mest effektive overvågningsmetoder og foreslår nye overvågningsteknikker.
• Tilføjer videnskabelig troværdighed til landforvalteres udpegninger af sikre områder, der kan forblive åbne for besøgende – i nogle tilfælde endda mens en vulkan fortsætter med at bryde ud. Efter 18 års relativ ro, vågnede Mount St. Helens igen i slutningen af ​​2004, da sværme af små jordskælv blev opdaget af USGS, hvilket advarede vulkanologer om tilstedeværelsen af ​​magma under vulkanen. U.S. Forest Service lukkede al adgang til bjerget. I løbet af det næste år eller deromkring blev en række lavakupler episodisk ekstruderet i vulkankrateret, ledsaget af eksplosioner og stenfald (Schilling et al., 2006). I midten af ​​2006 indikerede USGS-overvågning dog aftagende kuppelvækst, faldende hastigheder for vulkansk gasudledning og en ende på eksplosive eksplosioner, hvis virkninger strækker sig ud over krateret. Selvom den nuværende kuppel fortsatte med at vokse med en hastighed på omkring en dump-truck pr. minut, hvilket gjorde krateret ude af grænser for en tid, var USGS vulkanologer i stand til at give vejledning til US Forest Service embedsmænd, hvilket gjorde det muligt for dem at genåbne stier til topmøde i midten af ​​2006. Et web-aktiveret system til at opnå klatretilladelser hjælper med at sikre besøgendes sikkerhed og giver mulighed for hurtig meddelelse, hvis vulkansk aktivitet ændrer sig (U.S. Forest Service, [2007–]).

Rastløse og udbrudte vulkaner skaber ledelsesudfordringer

Rastløse og udbrudte vulkaner skaber kort- og langsigtede problemer for landforvaltere og civile myndigheder. At beslutte, hvordan man bedst beskytter menneskers sikkerhed, samtidig med at man bevarer adgangen og fortsætter dagligdagen, selv mens rastløsheden fortsætter, forårsager de mest kortsigtede udfordringer. At beslutte, hvor beskadigede og ødelagte faciliteter skal genopbygges, og hvordan ødelagte og beskadigede naturressourcer skal håndteres, skaber langsigtede udfordringer. Et par reelle eksempler på problemer og reaktioner på vulkansk uro illustrerer de udfordringer, jordforvaltere og civile myndigheder potentielt står over for. (For flere eksempler og flere detaljer, se den daglige beretning om begivenheder og reaktioner forud for det katastrofale udbrud af Mount St. Helens vulkan den 18. maj 1980 i Klimasauskas, 2001.)

Rastløse vulkaner i udbrud:
Tiltræk tilskuere, der er naivt uvidende om vulkanernes farer, men som ikke desto mindre er ivrige efter at se aktiviteten på tæt hold. Den 1. april 1980, seks uger før et uroligt Mount St. Helens brød katastrofalt ud, bad to amter nær vulkanen deres stats Nationalgarde om hjælp. Amterne havde opretholdt seks vejspærringer døgnet rundt i kun fire dage, før de indså, at de ikke var i stand til at forhindre folk i at komme ind i officielt udpegede farezoner. En talsmand fra FAA anslåede, at så mange som 100 fly var i den kontrollerede flyvezone omkring vulkanen samme dag. Mange fly opretholdt med vilje radiotavshed, formentlig for at undslippe detektion (Klimasauskas, 2001). En undersøgelse af vildmarksvandrere i Hawai'i Volcanoes National Park, som ignorerede advarselsskilte fra National Park Service (NPS) og forsøgte at nå aktive lavastrømme, viste, at 77 % led af dehydrering, mere end halvdelen vendte tilbage med skrammer og skrammer, og 6 % led af brækkede knogler. "Mange vandrere var uerfarne turister, der var villige til at se bort fra advarselsskilte og gå ind i højrisikoområder" (Heggie og Heggie, 2004). Adskillige vandrere er endda døde (Johnson et al., 2000). Takahashi et al. (2003, fotos 44, 45 og 55) viser det spektakulære møde mellem smeltet lava og havet, der får parkbesøgende til at ignorere advarsler.
Kræv udpegelse af områder med begrænset adgang og fuldstændig udelukkelse, hvilket igen kræver opsætning af skilte, formidling af restriktioner til offentligheden og øget lovhåndhævelsespersonale for at sikre, at offentligheden holdes ude af skade. Grænser for lukkede områder skal justeres, efterhånden som vulkansk uro vokser og aftager, nogle gange af andre årsager end den offentlige sikkerhed. Den 8. april 1980, ved Mount St. Helens, "flyttede embedsmænd vejspærringen på State Route 503 fra Jack's Store tilbage til Swift Canal øst for Cougar, efter at lokale købmænd truede med at sagsøge dem på grund af tab af forretning" (Klimasauskas, 2001). Denne handling flyttede det begrænsede områdes grænse tættere på vulkanen. Den 10. april 1980 var de rapporterede omkostninger ved at vedligeholde vejspærringer i nærheden af ​​Mount St. Helens $9.000 pr. dag. For at spare penge lukkede U.S. Forest Service sit pressecenter og satte sine to observationsfly på grund. Den 15. april 1980 lukkede et amt nogle af dets vejspærringer med henvisning til "udgifter, offentlig chikane og det stabile mønster af eksplosioner ved vulkanen" (Klimasauskas, 2001). Mount St. Helens' katastrofale udbrud fandt sted 34 dage senere. Den slags problemer kan afbødes. For eksempel gør et tæt samarbejde mellem USGS-forskerne, der overvåger Hawaii-vulkaner og Hawaii Volcanoes National Park-personalet, det muligt for NPS at offentliggøre regelmæssigt opdateret information om sikre og usikre områder på parkens websted (http://www.nps.gov/ havo/closed_areas.htm).
Påvirker planter, dyr (selv insekter) og mennesker. I ekstreme tilfælde øger vulkansk aske sygelighed og dødelighed hos planter og dyr på kort sigt. Lava, aske og andre eruptive materialer er sterile, når de først deponeres. Først efter forvitring bliver de til de rige, produktive vulkanske jorder, der typisk forbindes med vulkaner. På kort sigt har vulkansk aske en skadelig effekt på planter og dyr. For eksempel vokser fyrretræer, der vokser på nyligt aflejret vulkansk aske, langsommere og er kortere end de samme arter, der vokser på nærliggende upåvirket jord (Ishii et al., 2003). Ask kan også tilstoppe vandløb og hæve deres surhedsgrad til niveauer, der er dødelige for fisk og vandplanter. Den 2. april 1980 rapporterede "Operatører af et fiskeklækkeri omkring 5 miles fra Mount St. Helens et fald i pH fra 6,8 til 5,8 forårsaget af udvaskning af opstrøms vulkansk aske. Ved en pH på 5,0 ville fisken dø, så rugeriledere besluttede at udsætte laksen, når pH faldt til 5,5” (Klimasauskas, 2001). Drøvtyggere er sårbare over for kemisk forgiftning, når de græsser i områder, hvor vulkansk aske er faldet, og for sult i områder, der er dækket af omfattende askeaflejringer (Blong, 1984). Selv insekter påvirkes af askefald. Antallet af nogle arter reduceres betydeligt, mens andre, befriet for rovdyr, bliver til skadedyr (Fuentes, 1975). Se også Brosnan (2000) for en vulkans effekt på plantelivet.
Skab stress på jordforvaltning og retshåndhævende myndigheder og deres personale til at besvare offentlige anmodninger om oplysninger. De efterspurgte oplysninger er ikke nødvendigvis relevante for nødsituationen, og kontakter fra vrede borgere er almindelige. Den 31. marts 1980 rapporterede lokale aviser, at opkald til US Forest Service-kontorerne om urolige Mount St. Helens omfattede opkald fra "frustrerede borgere, der ikke kunne få adgang til deres hytter inden for lukkede områder, mens pressens medlemmer havde fået lov at komme ind..." til " spillere, der anmoder om antallet af eksplosioner i de foregående 24 timer, til dem, der giver vulkanens rastløshed skylden for vanhelligelsen af ​​indiske grave i området” (Klimasauskas, 2001).
Kræv beslutninger under pres om, hvornår man skal flytte eller lukke faciliteter og virksomheder, flytte værdifuldt bærbart udstyr og flytte folk, der arbejder og bor i nyligt begrænsede områder. Flytninger og lukninger, eller blot den usikre mulighed for dem, kan resultere i væsentlige ændringer i, hvordan virksomheder og offentlige myndigheder fungerer. Disse ændringer påvirker almindeligvis lokal økonomisk aktivitet, hvilket skaber pres for at undgå økonomisk tab ved at forsinke beslutninger eller ophæve allerede trufne beslutninger.

Konklusioner

En række forstadiesignaler genereres af de mange processer, der opstår, når smeltet sten (magma) tvinger sig op gennem miles af jordskorpen før udbrud ved overfladen. Mange af disse signaler er ekstremt subtile og komplekse og kræver derfor dyre arrays af følsomme instrumenter at opdage, og forskere med mange års erfaring at fortolke. Afsnittene i resten af ​​dette kapitel skitserer de forskellige hovedteknikker, der bruges af USGS til at detektere, kvantificere og fortolke hver type signal. På den ene eller anden måde sporer hver teknik typer, størrelser og placeringer af jordskælvs hævning og nedsænkning af jordoverfladen eller ændringer i varme, vand og gasser udsendt af vulkaner. Fordi teknikkerne måler forskellige processer, der forekommer under magma-opstigning, kræver effektiv overvågning anvendelse af mange teknikker samtidigt for at vurdere udviklingen i næsten realtid ved en vulkan.
Ligesom læger overvåger patienters potentielle fremtidige sundhedsrisici ved at studere deres sygehistorie og fortolke resultater af laboratorietest over tid, så lærer vulkanologer også om muligheden og størrelsen af ​​fremtidig vulkansk aktivitet ved at studere en vulkans historiske aktivitet og måle og evaluere de signaler, det genererer over mange år. Læger og vulkanologer ved begge, at rutinemæssig overvågning over tid er den bedste måde at opdage potentielle fremtidige problemer tidligt, når de lettest kan håndteres. Mens patienter kan gå til laboratorier til test, kan vulkanologer kun vurdere vulkanernes tilstand i marken ved at placere overvågningsinstrumenter på og i nærheden af ​​dem. Ideelt set sættes komplette netværk af overvågningsinstrumenter på plads, mens potentielt aktive vulkaner stadig er stille. Ved at gå glip af de tidligste signaler om rastløshed risikerer vulkanologer at miste kritiske tidlige data, der er nødvendige for at etablere "baseline"-tendenser og nøjagtigt estimere størrelsen af ​​et muligt udbrud. For eksempel, da Mount St. Helens genopvågnede i 2004, kunne yderligere overvågningsinstrumenter ikke installeres hurtigt nok til at fange vulkanens indledende signaler. Dette forhindrede sikker bestemmelse af mængden af ​​magma, der trængte ind under vulkanen (Ewert et al., 2005), hvilket igen tilføjede betydelige fejl til estimater af størrelsen af ​​potentielle udbrud.
For opdateringer om aktiviteten af ​​amerikanske vulkaner i de seneste syv dage, se http://volcanoes.usgs.gov/vhpfeed.php.

STRESSORER/MULIG ÆNDRING

Vulkanovervågningsmetoder er designet til at detektere og måle signaler forårsaget af magmabevægelser under en vulkan. Stigende magma vil typisk (1) udløse sværme af jordskælv og andre typer seismiske hændelser (2) forårsage deformation (hævelse eller nedsynkning) af en vulkans top eller flanker og (3) føre til frigivelse af vulkanske gasser fra jorden og åbninger. Ved at overvåge ændringer i en vulkans tilstand er videnskabsmænd nogle gange i stand til at forudse et udbrud dage til uger i forvejen og fjernregistrere forekomsten af ​​visse relaterede begivenheder som eksplosive udbrud og lahars (Guffanti et al., 2001). (Se tabel 1 for en oversigt over vulkanens vitale tegn og overvågningsmetoder.)

BESKRIVELSER FOR OVERVÅGNING AF VITALTEGN

Vitalt tegn 1. Jordskælvsaktivitet

Introduktion
Bevægelse af magma og tilhørende væsker inden for vulkaner sker ofte med samtidig, målbar jordskælvsaktivitet (seismicitet). Ved urolige vulkaner går udviklingen af ​​seismisk aktivitet almindeligvis, men ikke altid, forud for udbrud. De mest almindelige seismiske forstyrrelser er jordskælv som reaktion på stressændringer forårsaget af magmabevægelser under en vulkan.
Når magma hurtigt trænger ind i omgivende sten, knækker stenen brat og forårsager et jordskælv, hvis signal ligner et jordskælv langs en tektonisk forkastning (fig. 6A). Denne type jordskælv kaldes et vulkantektonisk (VT) jordskælv. VT jordskælvssignaturer er kendetegnet ved klare og ofte impulsive eller bratte bølgebegyndelser og indeholder energi på tværs af en bred vifte af seismiske frekvenser.
En anden type jordskælv forbundet med vulkanske områder er det direkte resultat af magma eller andre væsker, der strømmer gennem ledninger i vulkanske eller aktive hydrotermiske områder (fig. 6B). Trykvariationer i strømmende magma eller hydrotermiske væsker tvinger de revner, som disse væsker bevæger sig igennem, til at vibrere. Sammenlignet med VT-jordskælv optræder disse jordskælv med en dominerende og lavere frekvens af oscillation og kaldes langtids- (LP) jordskælv (f.eks. Lahr et al., 1994 Harlow et al., 1996).
Ud over vulkanske jordskælv observeres ofte kontinuerlige eller vedvarende jordsvingninger ved urolige vulkaner. Dette omtales som vulkansk tremor og er tæt forbundet med LP-jordskælv. Tremor kan opfattes som vedvarende revnevibrationer drevet af det bevægelige magma (fig. 6B og dele af 6C). Eksplosioner ved en vulkans udluftning eller på lave dybder under udluftningen skaber den fjerde type almindelige vulkanske jordskælv. Naturligt nok kaldes disse eksplosionsjordskælv. Figur 6D viser en optagelse af en lille eksplosiv begivenhed ved Pinatubo-bjerget, der kun varede i et par minutter. Sekvenser af eksplosionsjordskælv kan dog fortsætte i timevis, som de gjorde ved det katastrofale udbrud af Mount St. Helens i 1980. Eksplosionsjordskælv er generelt ledsaget af kraftig udstødning af damp, vulkanske gasser, aske og fragmenter af lava i forskellige proportioner.
For yderligere information om seismiske overvågningsmetoder, se Braile (denne bind).

Niveau 3, Metode 1: Seismisk overvågning
Vulkanudbrud er næsten altid forudgået af stigende seismicitet, og de mest pålidelige indikatorer for forestående udbrud er lavvandede jordskælv og tremor (f.eks. Chouet, 1996). Typisk begynder vulkansk uro dybt under en vulkan og udvikler sig til lavere dybder, når tiden til udbrud nærmer sig. Formålet med seismisk overvågning ved vulkaner er at registrere og overvåge de jordskælv og rystelser, der ledsager vulkaner
uro. Seismografiske netværk registrerer de signaler, der udstråles fra vulkanske seismiske kilder, hvorefter specialister analyserer og fortolker disse signaler og deres mønstre.
Seismologer bruger seismiske data fra et netværk af seismometre til at lokalisere et jordskælvs hypocenter (det punkt direkte under jordens overflade, hvor bruddet på en forkastning begynder) og dets epicenter (punktet på jordens overflade direkte over hypocenteret). Seismicitet kan påvises på større afstande og fra dybere kilder end andre tegn på vulkansk uro. Derfor giver seismisk overvågning typisk de tidligste signaler om vulkansk uro. Udviklingsmønstre af hypocentre og epicentre hjælper videnskabsmænd med at konkludere, om magma bevæger sig enten lodret eller lateralt. Katalogisering af hændelser som enten VT eller LP hjælper med at skelne mellem tektoniske forkastninger og magma-jordskælvs oprindelse.

Seismografiske netværk
Effektive vulkanovervågningsnetværk strækker sig fra det vulkanske centrum eller den aktive udluftning udad til afstande på 20 km. For at bestemme særligt lavvandede kildedybder præcist skal flere seismiske overvågningsstationer i netværket ligge inden for få kilometer fra udluftningen. For at lokalisere epicentre og hypocentre præcist, bør stationer fordeles jævnt rundt om en vulkan i varierende afstande fra udluftningen. Bedste praksis kræver 10-20 seismografiske stationer omkring hver potentielt farlig vulkan i USA.
Hver overvågningsstation i et netværk er udstyret med et seismometer, elektronik til at forstærke og konvertere signalerne til transmission, telemetrikomponenter og batterier og solpaneler til at drive stationen. Seismometeret er begravet 1-2 m under jordens overflade. Stationens elektronik og strømkomponenter er installeret i små, overjordiske huse. Sendeantennen og solpanelet, hvis de ikke er installeret oven på stationshuset, er installeret på en kort mast. Stationer er designet til at minimere påvirkningen af ​​stationsinstallationen og driften i fjerntliggende områder eller vildmarksområder.

Figur 6. Eksempler på seismiske hændelsessignaturer observeret ved Mount Pinatubo i Filippinerne, som fortolket og gengivet fra figur 3 af Harlow et al. (1996). (A) Langvarigt jordskælv (LP) og vulkantektonisk jordskælv (VT). (B) Tremor bestående af tæt anbragte LP-jordskælv. (D) Eksplosivt udbrudssignal. Tidssekvensen på hver seismografisk optagelse er fra øverste venstre til nederste højre jævnt fordelte flueben langs hvert spormærke et minuts intervaller.

Seismometeret registrerer jordbevægelser og konverterer bevægelserne til elektriske signaler. De konverterede signaler telemetriseres i enten analog eller digital form til et nærliggende vulkanobservatorium. Generelt koster analoge stationer mindre at købe og installere, bruger mindre strøm og sender deres signaler over længere afstande end digitale stationer. Digitale stationer giver data af højere kvalitet og derfor mere nøjagtige optagelser af seismiske rystelser. Når de er installeret, er de nemmere at vedligeholde end analoge stationer. Mange seismografiske netværk bruger kombinationer af analoge og digitale stationer. En analog station koster $7.000 til $10.000, mens en digital station koster $15.000 til $20.000 (alle beløb heri er i US$). I fremtiden er det sandsynligt, at ydelsesfordelene ved digitale stationer bliver vigtigere end omkostningsforskellene. Derfor vil andelen af ​​digitale seismiske stationer i vulkanovervågningsnetværk sandsynligvis stige.

Seismisk databehandling
Data, der sendes fra feltstationer til et vulkanobservatorium, indsamles på skræddersyede computersystemer, der muliggør realtids- og nær-realtidsanalyse af seismiske datastrømme og næsten-realtidspostering af seismiske analyseprodukter. Vigtige analyseprodukter omfatter placeringer af epicentre og hypocentre, jordskælvsstørrelser og kontinuerlige seismiske amplitude- og spektrale visninger. Realtidsdataanalyse og -visning letter i høj grad kortsigtede udbrudsprognoser og udviklende farevurdering.Observatoriets medarbejdere gennemgår interaktivt analyseprodukterne for at verificere outputtet og indtaste yderligere oplysninger, der mere fuldstændigt beskriver begivenhederne. Et computersystem med disse muligheder består af en række arbejdsstationscomputere og koster flere titusindvis af dollars. Computerne gemmer og arkiverer også dataene. Softwarepakker til seismisk dataindsamling og analyse er kommercielt tilgængelige. Alternativt er lignende softwarepakker blevet udviklet, vedligeholdt og gjort tilgængelige af U.S. Geological Survey.

Diskussion
Mens øget seismicitet almindeligvis går forud for vulkanudbrud, varierer tiden fra de tidligste jordskælv til et udbrud meget. Et stigende antal vulkantektoniske jordskælv kan forekomme måneder eller endda år før et udbrud. Men ikke alle vulkanudbrud, der bliver mere og mere urolige, kan seismisk aktivitet vokse og aftage uden et udbrud i lange perioder.
Vulkaniske processer er komplekse og variable og producerer derfor flere typer, mønstre og antal jordskælv (f.eks. Chouet, 2003). At gå glip af en vulkans afgørende tidlige seismiske signaler hæmmer videnskabsmænds evne til nøjagtigt at forudsige begivenheder. Beskyttelse af mennesker og ejendom kræver installation af seismiske overvågningsnetværk ved potentielt farlige vulkaner for at måle baseline-seismicitet og overvåge for antydende stigninger i seismicitet, længe før uroligheder begynder eller tydelige tegn på betydelig uro bemærkes på jordens overflade.
Baseline seismisk overvågning af seismiske signaler fra jordskælv nær en vulkan såvel som fra den anden side af kloden, når de rejser gennem en vulkan, gør det muligt for forskere at fange begyndelsen af ​​uroligheder og at bestemme placeringer af fejl og mulige ophobninger af magma. Vulkanforskere bruger denne viden til at forbedre deres vurdering af en vulkans udbrudssandsynlighed, mængden af ​​udbrudt magma og placeringen af ​​farlige områder.

Vitaltegn 2. Jorddeformation

Introduktion
Når magma bevæger sig under en vulkan, skaber den plads til sig selv ved at forskyde jordens overflade. Kvantificering af egenskaberne ved denne deformation over rum og tid kan give vigtige oplysninger om dybden, volumenændringen og geometrien af ​​magma-reservoirer under jorden. For eksempel, når magma ophobes under en vulkan, måske som optakt til et udbrud, vil den overliggende overflade pustes op som en ballon. Tilsvarende, efter at magma er blevet udbrudt, eller når magma dræner til dybere niveauer eller bevæger sig lateralt under jorden til andre steder, tømmes overfladen ud som reaktion på denne fjernelse af volumen. En mere detaljeret forklaring er tilgængelig på http://hvo.wr.usgs.gov/howwork/subsidence/inflate_deflate.html. Forskydninger af Jordens overflade kan måles ved en række forskellige metoder, herunder både terrestriske og rumbaserede teknologier. Hver metode har fordele og ulemper, derfor bør deformationsovervågning ikke baseres på en enkelt teknik, men bør i stedet inkorporere så mange metoder som muligt. Samtidig brug af flere forskellige metoder giver den bedste chance for at genkende overfladeforskydninger ved en vulkan og give information om sandsynligheden og tidspunktet for et udbrud.

Figur 7. Benchmarks er cementeret ned i jorden og giver kendte punkter, der kan opmåles år efter år. (A) Typisk benchmark for messingskive,

10 cm i diameter. Krydset i midten af ​​trekanten er mærkets midtpunkt og bruges som referencepunkt for deformationsundersøgelser.

(B) Kun lejlighedsvis mindre iøjnefaldende stifter

2 cm i diameter og med centerpunch i toppen, bruges som benchmarks. Disse er sværere at se og mindre tilbøjelige til at blive stjålet.

Trailing-edge teknologier
Selvom flere klassiske metoder til overvågning af vulkandeformation er blevet erstattet af nyere metoder på grund af teknologiske fremskridt, kan disse ældre overvågningsmetoder stadig være nyttige ved nogle vulkaner. Disse klassiske metoder omfatter elektronisk afstandsmåling (EDM) og triangulering. Begge metoder kræver præcist placerede jordpunkter som referencer for målingerne. Kaldet benchmarks, disse punkter er almindelige, især på toppen af ​​bakker og bjergtoppe. Benchmarks er normalt messing- eller aluminiumskiver (fig. 7A) med centreringsmærker (ofte et kryds eller fordybning), men kan også være mindre tydelige stifter (fig. 7B) eller former mejslet til sten. Det er vigtigt, at disse mærker ikke forstyrres, fordi de bruges til gentagne undersøgelser over tid. Hvis mærkerne ødelægges eller flyttes, kan de ikke genbesættes, og kapaciteten til overvågning af vulkandeformation er formindsket.

Niveau 3, metode 1: Elektronisk afstandsmåling (EDM)
EDM måler afstanden mellem to punkter ved at placere en laser over et benchmark på et punkt, pege den mod et reflektorarray over et benchmark på et andet punkt (måske så langt væk som titusinder af kilometer), og måle rejsetiden for en laserimpuls mellem de to benchmarks, og derefter konvertere tiden til distance. Målte afstande er nøjagtige inden for få centimeter. EDM kræver mindst to personer, en ved laseren og en ved reflektorstedet. Fordi variationer i atmosfæriske forhold er den primære fejlkilde i EDM, anbefales temperatur- og atmosfæriske trykmålinger ved begge endepunkter og langs laserens spor via fly. Gentagne målinger mellem et par steder viser, hvordan afstanden ændrer sig over tid. Webstedet http://volcanoes.usgs.gov/activity/methods/deformation/index.php giver en mere detaljeret forklaring under fanen EDM.
Netværk af EDM-linjelængdemålinger var state-of-the-art til bestemmelse af vulkandeformation i 1960'erne-1980'erne. Fordi EDM nu er forældet, er EDM-udstyr svært at købe. Instrumenter kan koste $20.000 til $30.000, afhængigt af modellen. Reflekser koster over $100 hver.

Niveau 3, Metode 2: Triangulering
Triangulering bruger præcise opmålingsinstrumenter til at måle de vandrette vinkler af en trekant, hvis spidser er benchmarks, der kan være titusinder af kilometers afstand fra hinanden. Ændringer i vinklerne over tid bruges til at bestemme vandret deformation af jordens overflade. Lodrette vinkelmålinger, for eksempel fra bunden af ​​en bakke eller et bjerg til dens top, kan også tages for at bestemme ændringer i højden over tid. Triangulering kræver en betydelig investering af tid for relativt få data (det kræves gentagne målinger fra hver af hjørnerne i trekanten). Instrumentet, der bruges til at indsamle vinkelmålinger, er en teodolit, som kan koste så meget som $20.000.
Selvom EDM og triangulering engang var vigtige deformationsovervågningsmetoder, har Global Positioning System (GPS) stort set erstattet dem. GPS giver bedre data end de fleste af de klassiske deformationsovervågningsmetoder, mens det kræver mindre tid og personale (selvom der kræves mere specialiseret træning og avancerede computerrutiner). Alligevel blev ethvert vulkanovervågningsnetværk i USA oprindeligt etableret ved hjælp af EDM. Ved at sammenligne tidligere EDM-undersøgelser med nylige målinger ved hjælp af GPS, er det muligt at bestemme linjelængde eller vinkelændringer siden tidspunktet for den forrige måling, hvilket kan være ret nyttigt til at bestemme langtidsdeformation af en given vulkan. Denne praksis fortsætter også tidsrækken af ​​deformationsdata, hvilket muliggør lettere genkendelse af unormale signaler. For eksempel blev der etableret et EDM-netværk ved Lassen Peak i Lassen Volcanic National Park i 1981. InSAR-resultater analyseret i 2004 antydede, at vulkanen er ved at aftage

1,5 cm om året. For at opnå uafhængige jordmålinger blev EDM-netværket genbesat med GPS samme år. Resultater bekræftede nedsynkningen og antydede, at deformationen har fundet sted siden mindst 1980'erne.
Både EDM- og trianguleringsmålinger kræver frie sigtelinjer mellem instrumentstationen og målplaceringerne. EDM og trianguleringsbenchmarks har således en tendens til at være på toppen af ​​bakker eller bjerge, som ofte er vanskelige og dyre at få adgang til. I disse tilfælde er det klogt at opgive disse steder og etablere nye GPS-stationer på mere tilgængelige steder. Dette vil reducere behovet for helikopteradgang, hvilket mindsker både omkostningerne og indgriben i deformationsovervågning.

Niveau 3, Metode 3: Udjævning
En anden klassisk opmålingsteknik er nivellering, en metode, der måler lodrette højder af benchmarks. I modsætning til EDM og triangulering anvendes nivellering dog stadig jævnligt i dag. Gentagne nivelleringsundersøgelser langs en række benchmarks kan bestemme højdeændringer over tid til sub-millimeter nøjagtighed. Ingen anden metode, med mulig undtagelse af kontinuerlig GPS, er så følsom over for vertikal deformation.
Nivellering udføres ved hjælp af et par præcist graduerede stænger lavet af invar (et metal med en lav termisk udvidelseskoefficient), normalt 2-3 m høj, og en nivellerings-"pistol" (et sigte designet til at tage aflæsninger fra stængerne). Pistolen er placeret mellem de to stænger og præcist afbalanceret, og inddelingerne på hver stang aflæses ved at se gennem pistolsigtet (fig. 8). Forskellen i stangaflæsningerne bestemmer højdeforskellen mellem de to stænger. Efter at aflæsningen er afsluttet og registreret, springer den ene stang den anden, pistolen flyttes, og målingen gentages. Ved at fortsætte disse målinger langs en transekt mellem benchmarks er det muligt at bestemme de relative højder af et netværk af benchmarks. Over tid viser gentagne nivelleringsundersøgelser, hvordan benchmarkhøjder ændrer sig, måske som følge af magmatisk aktivitet under overfladen.

Figur 8. Udjævningsmandskab, der arbejder i Hawai'i Volcanoes National Park. Nivelleringsundersøgelser kræver fire til seks personer: én person til at betjene nivelleringspistolen, to personer til at holde stængerne og én til tre personer til at støtte undersøgelsen ved at finde benchmarks, indsamle temperaturaflæsninger, registrere målinger og dirigere trafikken (de fleste nivelleringslinjer). er placeret langs veje). Et erfarent nivelleringsmandskab kan typisk måle 5-7 km om dagen, afhængigt af topografi og ønsket nøjagtighed. Nivelleringsudstyr kan kræve aflæsning og optagelse af pistoloperatøren og en assistent, eller det kan optages digitalt. I sidstnævnte tilfælde har nivelleringsstængerne stregkoder på sig i stedet for numeriske gradueringer. Pistolen læser stregkoden og bestemmer højdeforskellen mellem stangplaceringerne og registrerer målingen på et hukommelseskort.
En nivelleringspistol koster omkring $3.000 nivelleringsstænger er omkring $1.000 hver for enten en digital (stregkode) eller en optisk (gradueret) model. Hjælpeudstyr, herunder temperatursonder, stativer og trafikskilte kan koste så meget som $1.000. Fordi stangskalaen skal være så nøjagtig som muligt, anbefales genkalibrering hvert 2.-4. år (afhængigt af den ønskede nøjagtighed og brugshyppighed). Kalibrering af stængerne kan kun udføres af et universitetslaboratorium i Quebec og koster omkring $1.000.
Nivellering bruges stadig ved adskillige vulkaner verden over. For eksempel i Hawai'i Volcanoes National Park er årlige nivelleringsundersøgelser en vigtig og informativ overvågningsmetode, fordi deres store nøjagtighed har vist ændringer i størrelsen og retningen af ​​vertikal deformation af Kīlauea-vulkanen. Siden starten af ​​Pu'u 'Ō'ō-udbruddet i 1983 til 2003, faldt toppen af ​​vulkanen med så meget som 1,5 m. Imidlertid ændrede forskydningsmønsteret sig til opløftning i slutningen af ​​2003, hvilket måske indikerer stigende magmaforsyning til vulkanen, der kan være en forløber for fremtidige ændringer i eruptiv aktivitet. Faktisk fortsatte opløftningen gennem 2007, da nye udbrudsåbninger brød ud på den østlige riftzone, hvilket førte til en stor ændring i vulkanens udbrudsstil. Udjævningsundersøgelser har også hjulpet
karakterisere vulkansk uro i Yellowstone National Park, hvor lignende ændringer fra stigning til nedsynkning, der menes at være relateret til den underjordiske cirkulation af hydrotermiske væsker, er blevet observeret over korte (1-2 år) tidsrum.
De mest nyttige anvendelser af nivellering er på relativt flade vulkaner, der er godt dækket af veje. På grund af det store engagement af tid og personale, der kræves af metoden, retfærdiggør udjævning over ekstrem topografi eller ujævnt terræn, som kræver uforholdsmæssig meget tid, generelt ikke omkostningerne. Af denne grund er nivellering et glimrende værktøj til at overvåge vulkaner som Yellowstone caldera, men ikke optimalt til brug ved stratovulkaner (stejle, koniske vulkaner bygget af udbrud af tyktflydende lavastrømme, tephra og pyroklastiske strømme) såsom Mount Rainier.

Niveau 3, Metode 4: Tilt
Jordhældning er blevet brugt til at overvåge vulkandeformation i næsten 100 år. Thomas A. Jaggar, grundlæggeren af ​​Hawaiian Volcano Observatory, brugte først tilt til at overvåge vulkansk aktivitet ved Kilauea, Hawaii, i 1912. Siden den tid har instrumentering og teknikker til måling af hældning udviklet sig gennem flere iterationer. Den mest omkostningseffektive og moderne metode bruger tiltmetre, der er installeret i lavvandede boringer.
Et borehulstiltmåler er analogt med en tømrerniveau. Instrumentet er en cylinder, 0,6-1 m lang (fig. 9) og fyldt med en elektrolytisk væske, der indeholder en boble. Elektroder registrerer boblens bevægelse, når instrumentet vipper. Ved at placere tiltmåleren i et sandfyldt boring i grundfjeldet,

2 m dyb (hvilket effektivt kobler instrumentet til Jorden), kan hældningen af ​​jordoverfladen måles. Ved hjælp af et netværk af hældningsmålere kan kilder til inflation eller deflation ved aktive vulkaner identificeres. Flere oplysninger og eksempler er tilgængelige på http://volcanoes.usgs.gov/activity/methods/deformation/index.php på fanen tilt.

Figur 9. Installation af borehulstiltmeter i Hawai'i Volcanoes National Park. Instrumentet sænkes ved hjælp af dets kabel ned i et hul. Solpaneler, telemetrimast og elektronikboks er installeret til højre. Tilt-data kan lagres på instrumentstedet i en datalogger og periodisk downloades, men det er langt mere praktisk at telemetriske dataene, ideelt set i realtid, til et vulkanobservatorium. Behandlingen og fortolkningen af ​​hældningsdata er triviel, da spændinger, som instrumentet udsender, oversættes direkte til størrelsen og retningen af ​​jordhældningen via en simpel kalibreringsfaktor. Enkelheden af ​​data og bearbejdning gør tiltmetre attraktive som overvågningsinstrumenter, men bemærk at tiltmetre ikke registrerer forskydninger, kun tilt. Instrumenterne er også ret følsomme over for miljøændringer, herunder temperaturudsving mellem dag og nat, atmosfæriske trykændringer og nedbør. Tiltmeterpladser bør således udstyres med regnmålere, termometre og barometre, så rå hældningsdata kan fortolkes med hensyn til miljøfaktorer.
Et tiltmeter koster omkring $8.000, men meget ekstra udstyr er nødvendigt for at betjene en telemeteret tiltmeterstation. En datalogger og radioer (som kan telemetre både tilt- og miljødata) til stedet og en modtagestation koster yderligere 6.000, og en bærbar boremaskine (hundrede til et par tusinde dollars) er nødvendig for at lave borehullet. Batterier og solpaneler, til en pris af $1.000, er nødvendige for at holde instrumentet operationelt, og miljøsensorer (termometer, barometer og regnmåler) kan koste et par hundrede dollars.
Det bedste eksempel på tilt som en vulkanovervågningsmetode er leveret af Hawaiian Volcano Observatory. I Hawai‘i Volcanoes National Park overvåger næsten 20 borehulstiltmålere Kīlauea- og Mauna Loa-vulkanerne. Hvert instrument tager en aflæsning en gang i minuttet, som straks telemeteres til Hawaiian Volcano Observatory. Disse hældningsmålinger i næsten realtid giver rutinemæssigt kortsigtede advarsler om ændringer i vulkansk aktivitet, som de nye magmatiske indtrængen i 1997 og 1999, og de episodiske deflation/inflationsepisoder i 2008 på Kilaueas topmøde, der varede fra timer til to dage. Ingen anden teknik, der i øjeblikket er i brug, kan detektere en sådan aktivitet, som den opstår.

Niveau 3, metode 5: Global Positioning System (GPS)
I slutningen af ​​1980'erne blev Global Positioning System (GPS) en levedygtig metode til at måle deformation af jordens overflade, der gradvist erstattede EDM og triangulering. Den primære fordel ved GPS i forhold til alle andre deformationsovervågningsmetoder er muligheden for samtidig at måle vandrette og lodrette forskydninger med en nøjagtighed på få millimeter.
GPS bruges i en af ​​to tilstande: kontinuerlig og opmåling. Kontinuerlig GPS bruger en permanent installeret GPS-modtager og -antenne (fig. 10A) på ét sted til at spore den pågældende stations bevægelse over tid. Fordelen ved kontinuerlig GPS er, at ændringer i forskydningens størrelse og retning er godt løst. Stationen kan dog ikke flyttes, og eventuelle variationer i rumlige deformationsmønstre kan ikke identificeres. I opmålingstilstand sættes en GPS-antenne på et stativ (fig. 10B) over et benchmark i en kort tidsperiode (f.eks. to dage), mens stationens position kontinuerligt registreres. GPS-installationen flyttes derefter til andre steder efter behov. Gentagen besættelse af de samme benchmarks giver information om, hvordan de undersøgte punkter i en region har flyttet sig, men tidsopløsningen vil være dårlig.

Figur 10. Metoder til overvågning af Global Position System (GPS). (A) Denne kontinuerlige GPS-installation i Hawai'i Volcanoes National Park består af en antenne (hvid skive på piedestalen til venstre), solpaneler, elektronikboks (under solpanelerne) og telemetrimast.

(B) Et GPS-undersøgelsessted med en GPS-antenne og stativ sat op over et benchmark. Boksen nederst til højre indeholder GPS-modtager og batteri.

Begge metoder til GPS-overvågning kræver frit udsyn til himlen. Forhindringer som bygninger og vegetation slører satellitsignalerne og resulterer i dårlig målekvalitet. Derudover har kortsigtede GPS-målinger en tendens til at blive forurenet af multipath (satellitsignaler, der ikke rejser direkte linjer mellem satellitten og modtagerantennen). Det er vigtigt at indsamle så mange data som muligt for at udligne sådanne effekter. Undersøgelsessteder bør registrere data i mindst seks til otte timer om dagen. Dette er ikke et problem for kontinuerlige installationer, som registrerer data 24 timer i døgnet.
GPS-positioner beregnes ved hjælp af behandlingssoftware, der generelt leveres gratis af forskningsinstitutioner såsom National Aeronautics and Space Administration (NASA) og Massachusetts Institute of Technology. Softwaren er højt specialiseret og kræver betydelig erfaring og træning for at kunne bruges korrekt. En GPS-modtager og -antenne koster omkring $4.000. Kontinuerlige GPS-steder kræver batterier, solpaneler og radiotelemetri til en pris på omkring $3.000 pr. For udstyr, der betjenes i opmålingstilstand, er kun stativer og batterier nødvendige (ca. $500), foruden modtager og antenne.
GPS er det ultimative værktøj til at måle tredimensionelle forskydninger, derfor er det ingen overraskelse, at GPS i øjeblikket er den dominerende metode til deformationsovervågning ved vulkaner.I Hawai'i Volcanoes National Park er over 50 kontinuerlige GPS-stationer suppleret med over 100 steder, der er besat i et par dage hver under årlige eller begivenhedsdrevne GPS-kampagner. Denne kombination af metoder giver den bedst mulige tidsmæssige og rumlige opløsning af deformationsmønstre forbundet med aktiv vulkanisme. GPS undersøgelser af

40 steder, i nærheden af ​​Mauna Loa suppleret med tre kontinuerlige stationer, opdagede først inflation af Mauna Loa vulkanen, Hawai‘i, i 2002. Som svar på denne aktivitet blev det kontinuerlige GPS-netværk udvidet med

20 flere steder i de følgende tre år. De nye kontinuerlige stationer giver bedre opløsning af overfladeforskydninger over tid, hvilket vil resultere i mere pålidelige prognoser for fremtidig aktivitet i Mauna Loa.

Niveau 3, metode 6: Luftfotografering/Lysdetektering og afstand (LIDAR)
Lysdetektion og rækkevidde (LIDAR) undersøgelser og luftfotografering bruges ved urolige vulkaner til at kvantificere områder, der oplever store overfladedeformationer. Begge teknikker bruges også ved vulkanudbrud for at kvantificere mængden af ​​ekstruderet materiale såsom lavastrømme, vulkanske kupler osv. LIDAR-undersøgelser og luftfotografering bruges til at konstruere digitale højdemodeller (DEM'er) af jordoverfladen. Vulkanologer bruger DEM'er fra successive undersøgelser til at beregne volumenændringer mellem undersøgelser. For eksempel, under 2004-2008-udbruddet af Mount St. Helens, gav en tidsserie af DEM'er det eneste pålidelige mål for lavavolumen såvel som dens ekstruderingshastighed. Sporing af volumen og ekstruderingshastighed hjælper vulkanologer med at forudsige, hvor længe et udbrud kan vare, og det samlede volumen af ​​lava, der kan produceres.
Luftfotografering er den mest basale og billigste metode, der bruges til at konstruere DEM'er, dette er en moden teknologi, der har været brugt i årtier. Et par let overlappende lodrette billeder er taget fra et fly. Et stereoskop eller specialiseret computersoftware bruges derefter til at skabe et topografisk kort over jordoverfladen, hvorfra en DEM genereres. Under opløbet til udbruddet af Mount St. Helens den 18. maj 1980 bekræftede DEM'er den hurtigt stigende inflation på vulkanens nordflanke, hvilket førte til erkendelsen af, at den nordlige side af vulkanen var ustabil, før kollapset fandt sted den 18. maj 1980.
LIDAR ligner radar, men bruger meget højere frekvenser af lys (normalt ultraviolet, synligt eller infrarødt) til at overvåge jordoverfladen. Lys, der udsendes af en laser monteret på et fly, reflekteres fra jordoverfladen, og rejsetiden måles af et optisk teleskop monteret i samme fly. Lysets rejsetid konverteres til afstand (analogt med EDM), hvorfra der konstrueres en DEM, der er nøjagtig inden for få centimeter. LIDAR-undersøgelser kræver præcis placering af flyet, så en reference GPS-station på jorden skal være tilgængelig inden for undersøgelsesområdet. Højt specialiseret software og omfattende operatøruddannelse er påkrævet for at behandle LIDAR-resultater, derfor er de fleste LIDAR-undersøgelser gennemført af private virksomheder.
Generelt gør de lavere omkostninger ved luftfotografering det til den foretrukne metode til overvågning af vulkaner. En flyvning for at indsamle luftfotografering kan koste $1.000 til $5.000, mens LIDAR-flyvninger koster titusindvis af dollars. LIDAR-data kræver også flere uger at behandle, hvorimod luftfotografering, afhængigt af det ønskede niveau af nøjagtighed, kan konverteres til en DEM inden for få dage. Den større nøjagtighed af LIDAR gør den imidlertid ideel til at lokalisere subtile lavrelief-funktioner på jordens overflade, såsom fejl med mindre overfladeforskydning. I de første uger efter begyndelsen af ​​fornyet eruptiv aktivitet ved Mount St. Helens i slutningen af ​​2004, blev både LIDAR og luftfotografering brugt til at konstruere DEM'er, som gav vigtige data om væksten af ​​lavakuplen i vulkanens krater. De store omkostninger ved LIDAR bevirkede dog, at DEM-undersøgelser udelukkende blev udført ved luftfotografering inden for to måneder efter udbruddets start.

Niveau 3, metode 7: InSAR
Brugen af ​​interferometrisk syntetisk aperturradar (InSAR) er beskrevet detaljeret i afsnittet Emerging Volcano Monitoring Techniques nedenfor. Selvom InSAR udvikler sig hurtigt, omfatter begrænsende faktorer satellittilgængelighed, forvrængninger fra atmosfæriske påvirkninger og behovet for relativt lange intervaller mellem målinger, så deformation er tydelig over detektionsgrænserne. InSAR er imidlertid effektivt til at måle langsigtede deformationer i stor skala over store områder, hvor andre metoder vil være uoverkommeligt dyre, og det er en god teknik til at prospektere for deformation, hvor det ikke tidligere er blevet identificeret, og som en langsigtet forløber for potentiel vulkansk aktivitet, som illustreret ved South Sister-vulkanen (se afsnittet Emerging Volcano Monitoring Techniques). Med nogle få undtagelser er InSAR endnu ikke et operationelt værktøj for de fleste vulkaner, der udviser betydelig uro, truer med at bryde ud eller rent faktisk går i udbrud, fordi gentagne InSAR-billeder af en given vulkan kun kan optages med nogenlunde månedlige intervaller, når satellitten er over hovedet, forhindre overvågning af kortsigtede ændringer.
Fjernmåling via satellit, beskrevet i afsnittet om nye teknikker i dette kapitel, kan også bruges til at overvåge overfladedeformation. Ubemandede luftfartøjer (UAV'er), også beskrevet i afsnittet om nye teknikker, er passende i områder, der er vanskelige eller farlige at få adgang til, for at overvåge ændringer i aktive lavakupler, lavastrømme og ventilationsåbninger, såsom vækst og kollaps af en ny lava kuppel.

Resumé
Kombinationer af overvågningsmetoder tillader omfattende overvågning af rumlig og tidsmæssig udvikling af en vulkans deformation, kun en kombination af metoder kan kompensere for svaghederne ved en enkelt metode. Det er klart, at forskellige metoder og instrumenter, der bruges til at overvåge deformation ved aktive vulkaner, har fordele og ulemper. Af denne grund anvender effektive overvågningsstrategier en blanding af kontinuerlige og undersøgelsesmetoder. I Hawai'i Volcanoes National Park bruger US Geological Survey's Hawaiian Volcano Observatory f.eks. 20 borehulstiltmetre, mere end 50 kontinuerlige GPS-modtagere, mere end 100 GPS-undersøgelsessteder og InSAR-data fra flere forskellige satellitter til at overvåge deformation ved Kilauea og Mauna Loa vulkaner. Den samme kombination af metoder bruges på Mount St. Helens, hvor luftfotografering også bruges til at skabe DEM'er og spore volumen og hastigheden af ​​udbrudt lava over tid.

Vitaltegn 3. Gasemission ved jordoverfladen

Introduktion
Vulkangas frigives naturligt fra både aktive og mange inaktive vulkaner. Vanddamp er typisk den mest udbredte vulkanske gas, efterfulgt af kuldioxid (CO2) og svovldioxid (SO2). Andre almindelige vulkanske gasser er svovlbrinte (H2S), hydrogenchlorid (HCl), hydrogenfluorid (HF), carbonmonoxid (CO) og brint (H)2), sammen med mange andre sporgasser og isotoper samt flygtige metaller. Koncentrationen af ​​disse gasser kan variere betydeligt fra den ene vulkan til den næste. Størstedelen af ​​potentielt aktive vulkanske områder er karakteriseret ved en eller flere lavtemperaturfumaroler og et ret veludviklet hydrotermisk system. Store vulkanske systemer, såsom Yellowstone, har adskillige åbninger og fumaroler, der udleder vulkanske gasser til luften over et bredt geografisk område. Nogle aktive vulkanske systemer, såsom Kilauea i Hawai'i, har en række gasventiler og fumaroler, der kan variere i temperatur op til flere hundrede grader.
Vulkaniske gasser kan være skadelige for mennesker, dyr, planter og ejendom. Normalt er farerne, som kan variere fra mindre til livstruende, begrænset til områderne umiddelbart omkring vulkanske åbninger og fumaroler. Imidlertid er gasser, der er tungere end luft, såsom CO2 kan samle sig i topografiske lavninger på flankerne af vulkaner og udgøre en fare for menneskers sundhed og sikkerhed. Sure gasser, såsom SO2, når den er til stede i overflod, kan kombineres med vand i atmosfæren for at producere lokaliseret sur regn medvind fra vulkanske åbninger.
Smeltet sten, eller magma, under vulkaner indeholder rigelige gasser, der er drivkraften bag udbrud. Vulkaner bliver urolige, når magma begynder at bevæge sig fra dybden mod jordens overflade. Efterhånden som magma bevæger sig ind i mere lavvandede områder under vulkanen, møder den lavere trykforhold, der tillader flere gasser at undslippe i brud og revner. Nogle af disse gasser udledes til sidst ved overfladen gennem varme fumaroler, aktive åbninger eller porøse jordoverflader, hvor de, hvis de måles, kan give værdifuld information om de igangværende processer nedenfor. Stigende magma opvarmer også stenmassen under vulkanen og får til sidst vand i lavvandede hydrotermiske systemer under vulkanen til at koge, hvilket frigiver yderligere gasser. Landforvaltningspersonale kan bidrage væsentligt til at identificere de tidlige tegn på vulkansk uro ved at notere og rapportere forekomsten af ​​nye fumaroler, den pludselige forekomst af en lugt af "råddent æg", en stigning i fumaroltemperaturer eller forekomsten af ​​ny varm jord, uforklarlig dyredødsfald og indtræden af ​​unormal vegetation og trædødelighed.
En række jordbaserede metoder til måling af vulkanske gasser omfatter: direkte prøveudtagning af gasser fra fumaroler efterfulgt af laboratorieanalyse, måling af en eller flere gasser ved en fumarole med bærbare instrumenter, etablering af langtidsgasovervågningsstationer ved vulkanske åbninger og ledning af jord -undersøgelser af gasudstrømning. Hver metode er diskuteret nedenfor. Alle er velegnede til langsigtet evaluering af vulkanske forhold. En strategi, der involverer instrumentmålinger på stedet kombineret med laboratorieanalyse af fumarolgasprøver, kan være særlig effektiv til geokemisk vulkanovervågning.

Niveau 3, metode 1: Direkte fumarolprøveudtagning af gasser og isotoper
Direkte gasprøvetagning er ideel til langtidsovervågning af vulkanske systemer, fordi den producerer en detaljeret kemisk analyse af specifikke fumaroler og ventilationsåbninger. Vulkangasprøver indsamles typisk ved at indsætte et kemisk inert og holdbart rør i en varm fumarole. Efter at have ladet røret opvarme, indtil kondensationen i røret når ligevægt med de undvigende gasser, fastgøres enten en specialdesignet evakueret prøveflaske eller en gennemstrømningsprøveflaske til opsamlingsslangen. Efter prøven er taget, sendes den til et analytisk laboratorium til analyse ved ion- og gaskromatografi og traditionelle vådkemiske metoder. Mere information kan findes på: http://volcanoes.usgs.gov/activity/methods/gas/sample.php. Feltgasprøvesæt koster mindre end $1.000, mens laboratorieanalyseinstrumenter til at udføre denne type gasanalyse koster omkring $30.000 hver.
Typisk kan den fulde række af store vulkanske gasser i prøven bestemmes, herunder vand, CO2, SÅ2, H2S, HCl, HF, CO og H2, andre gasser såsom nitrogen (N2), oxygen (O2), helium (He) og neon (Ne), hvis det er til stede, plus andre sporgasser. Fumaroltemperatur spiller en stor rolle ved bestemmelse af kvaliteten og anvendeligheden af ​​direkte prøver. Jo højere temperatur, jo bedre vil prøven afspejle betingelserne for den magma, der forsyner gassen.
Direkte gasprøveudtagning af fumaroler er ikke velegnet til overvågning af hurtigt skiftende forhold, fordi laboratorieanalyser ofte tager dage eller uger at gennemføre. Imidlertid giver detaljerede gassammensætningsanalyser ofte kritiske oplysninger til vurdering af vulkanske farer og konstruktion af modeller, der giver indsigt i magmaens tilstand i den dybde, hvorfra gasserne stammer.
Isotoper adskiller entydigt kilder til vulkansk gas. Selvom prøveopsamlingsbeholdere kan være lidt forskellige, er proceduren og omkostningerne generelt ens for indsamling af gasprøver fra fumaroler til isotopanalyse. Isotoper af lette grundstoffer, såsom brint, kulstof, nitrogen og oxygen, samt af ædelgasser, såsom helium, kan give indsigt i vulkangassens oprindelse og graden af ​​fortynding med atmosfæriske gasser. Især indebærer højere forhold mellem heliumisotoperne (3 He/4 He) gasser, der stammer fra dybere kilder. Isotoper analyseres med massespektrometre, sofistikerede laboratorieinstrumenter, der kan koste op til $300.000.

Niveau 3, Metode 2: Instrumentmålinger på stedet
Et bærbart instrument, såsom en gaskromatograf (et analytisk instrument, der adskiller blandinger af gas eller væske i målbare komponenter) eller et spektrometer (et optisk instrument designet til at måle gasser ved specifikke bølgelængder af lys) kan måle en eller flere gasser direkte fra udluftning eller fumarole. Et prøverør kobles direkte ind i gaskilden, og gassen ledes ind i instrumentets prøveport, hvilket eliminerer behovet for at indsamle en prøve og transportere den til et laboratorium. Bærbare instrumenter kan konfigureres til at udføre målinger over flere timer og har den fordel, at de giver resultater med det samme, men de måler ofte kun nogle få af de vulkanske gasser af interesse. Omkostningerne til bærbare feltkromatografer og spektrometre varierer fra $5.000 til $25.000.
En vigtig ny teknik til måling af vulkanske gasser er open-path Fourier transform infrarød spektroskopi (OP-FTS). Et Fourier-transformation infrarødt spektrometer (FTIR), en speciel type infrarødt spektrometer med en bevægelig spejlsamling og et optisk teleskop, er monteret på et stativ og rettet hen over en gasfane, der kommer ud fra en fumarole eller vulkansk udluftning. En stor lampe kan placeres på den modsatte side af gasfanen for at tilvejebringe en infrarød energikilde til instrumentet. I andre tilfælde kan varme sten eller endda solen bruges som lyskilde. FTIR kan hurtigt analysere for flere gasser samtidigt og har den fordel, ligesom de ovenfor beskrevne instrumenter, at give resultater med det samme. Omkostningerne ved et felt FTIR-system er cirka $100.000.
Nogle gasemissionshændelser er relativt korte og ville blive overset ved lejlighedsvis prøvetagning af fumaroler eller kortvarig anvendelse af instrumentering på stedet. Kontinuerlige gasovervågningsstationer er således ofte indsat for at identificere kortvarige afgasningshændelser såvel som langsigtede ændringer. Disse består typisk af en eller flere kemiske eller optiske gassensorer, der måler gaskoncentrationer ved eller nær en fumarole. I lighed med seismiske eller GPS-overvågningsstationer består gasovervågningsstationer af et stationshus og batterier til at forsyne sensorerne og dataindsamlingsudstyret og koster hver $3.000 til $10.000. Deres data telemeteres typisk via radio eller satellit til en off-site facilitet, eller de kan optages på stedet af en datalogger.
Under vulkansk uro, når stigende magma begynder at opvarme vulkanens undergrund, måler SO2 er særlig vigtig, da stigende mængder SO2 gas er ofte diagnosticerende for accelererende uroligheder. Det bør derfor altid overvejes at etablere en række telemeterede Flyspec-overvågningsstationer til kontinuerlige gasmålinger, når vulkansk uro er identificeret. Flyspec, nogle gange kaldet mini-DOAS (differentiel optisk absorptionsspektrometer) er et lille ultraviolet spektrometer, der måler SO2 i luften. Når det bruges som en del af en fast gasovervågningsstation, kan Flyspec konfigureres til at scanne på tværs af luftmassen medvind i et vulkansk udluftnings- eller fumarolefelt. Sammen med vinddata fra en meteorologisk station kan Flyspec producere et pålideligt mål for SO2 emissionshastighed eller flux. Flyspec-data kan telemeteres via radio- eller satellitlinks. Telemetered Flyspec overvågningsstationer koster mellem $10.000 og $15.000 stykket, afhængigt af typen af ​​telemetri, og om der kræves repeaterlinks.

Niveau 3, Metode 3: Jordudstrømningsmålinger
Jordudstrømningsmålinger udføres normalt i områder, hvor vulkanske gasser, typisk CO2, stiger fra dybden gennem forkastninger og brud og løber ud i jordlaget lige under jordoverfladen. Siden CO2 er tungere end luft, kan den samle sig på lave steder eller i lukkede rum eller strømme ned ad skråningen som en tæthedsstrøm, hvilket udgør en betydelig fare for alle dem, der kommer ind i sådanne områder. I 1990 gik en US Forest Service Ranger i Inyo National Forest ind i en snedækket hytte i et sådant område og oplevede næsten kvælning. Efterfølgende undersøgelser afslørede potentielt dødelige koncentrationer af CO2 i nærheden, der kræver lukning af en nærliggende campingplads. Fatale møder med vulkansk CO2 omfatter gas, der strømmede ned ad en stejl skråning og hen over en vej, og dræbte omkring 150 mennesker, der var på flugt fra et udbrud ved Dieng (Indonesien) i 1979, og pludselige udslip af CO22-rig gas fra
Camerouns søer Monoun og Nyos, der dræbte henholdsvis omkring 40 og 1.700 mennesker i 1984 og 1986.
Zoner med jordgasudledning kan være enten varme eller kolde og er ofte karakteriseret ved vegetation og trædødelighed. Fordi gasserne kan undslippe fra jorden over et bredt område, bruges et lille jordakkumuleringskammer koblet med et infrarødt spektrometer og bærbar computer typisk til at indsamle og måle gassen på snesevis til hundredvis af separate steder. Disse målinger bruges til at konstruere et kort over jordens CO2 anomali for at bestemme en total gasflux. For flere detaljer, se http://volcanoes.usgs.gov/activity/methods/gas/soil.php. Omkostningerne til markjord efflux-instrumentering varierer fra $5.000 til $20.000. Feltundersøgelser udføres typisk af et team af forskere over flere dage og gentages en til flere gange om året over flere år for at evaluere dynamikken i gasudledning fra dybden.
Jordudstrømningsmålinger er også nyttige til at søge efter fejl eller andre zoner, hvor vulkansk gas siver ud til overfladen. Det kan nogle gange være hensigtsmæssigt at installere automatiserede jordudstrømningsovervågningsstationer i zoner med jordgasudledning for at overvåge kortsigtede (timelige) variationer i afgasning. Automatiserede overvågningsstationer koster omkring $20.000 hver.
Fjernmåling via satellit, beskrevet i afsnittet om nye teknikker i dette kapitel, kan også bruges til at overvåge termiske emissioner og vulkanske aske- og gasskyer.

Vitaltegnet 4. Emission af gasfaner og askeskyer

Introduktion
Gas- og askeemissioner overvåges ved tre teknikker, der er beskrevet i dette afsnit, og også ved satellit-fjernmåling, som beskrevet i afsnittet nedenfor (Overvågningsteknikker, der bruges til talrige vitale tegn). Metode 1 og 2 bruges til at overvåge henholdsvis svovldioxid og kuldioxid i vulkanske faner. Begge gasser er vigtige indikatorer for magmatisk aktivitet. Metode 3 beskriver, hvordan vulkanske askeskyer kan overvåges og spores, generelt i kombination med satellit-fjernmåling. På grund af vigtigheden af ​​at forhindre fly i at trænge ind i vulkanske skyer, er der udviklet en koordineret international multiagentur-proces til at spore askeskyer i realtid og kommunikere nøgleinformation til luftfartsinteresser.
Den hastighed, hvormed en vulkan frigiver gasser til atmosfæren, er relateret til mængden af ​​magma i dets magma-reservoir-system. Ved at måle ændringer i emissionsraten, normalt i metriske tons pr. dag (103 kg/d), af nøglegasser såsom svovldioxid (SO)2) og kuldioxid (CO2), er det muligt at udlede ændringer, der kan forekomme i en vulkans magmareservoir, og om magma muligvis bevæger sig mod overfladen. Selvom det nogle gange er muligt at måle SO2 udledning fra jorden, måles det mest præcist og sikkert fra en luftbåren platform. Nøjagtig CO2 emissionshastighedsmålinger kræver en luftbåren platform. Se http://volcanoes.usgs.gov/About/What/Monitor/Gas/plumes.html for mere information og illustrationer om metoderne beskrevet i dette vitale tegn.
En typisk gasfane, uanset om den udåndes fra en lille kilde såsom en fumarole eller kraftigt udledt fra en stor kilde såsom en udbrudt vulkansk udluftning, stiger til den højde, hvor dens tæthed når ligevægt med atmosfæren. Den øverste del af skyen kan blive klippet af og båret væk af vinden. Gasemissionsraten kan bestemmes ved at måle mængden af ​​en specifik gas i medvindsfanen og vindhastigheden.
Svovldioxidemission fra inaktive vulkaner varierer normalt fra under instrumentdetektionsgrænser til et par hundrede tons pr. dag. Fordi SÅ2 kan reagere med vand og gå tabt som en gasfase, er den nogle gange ikke til stede ved hvilende vulkaner, før urolighederne begynder. I begge tilfælde er det vigtigt at måle SO2 og CO2 i inaktive perioder for at etablere baselines til sammenligning med fremtidige målinger, hvis der opstår uro.

Niveau 3, metode 1: Korrelationsspektrometer (COSPEC) og Mini-UV Spectrometer (Flyspec) målinger
Vigtigheden af ​​at lede efter SO2 i vulkanske faner kan ikke overvurderes. Når SÅ2 optræder i fanen under vulkansk uro, er det den definitive indikator for en lavvandet magmakilde, der viser tilstrækkelig opvarmning af det vulkanske bygningsværk til at etablere tørre passager fra dybden til overfladen, hvor SO2 fjernes ikke længere ved reaktioner med grundvand eller et hydrotermisk system. Meget høj og vedvarende SO2 emissionsrater antyder, at magma er trængt ind til et højt niveau under vulkanen og indikerer den tydelige mulighed for et udbrud.
COSPEC (eller korrelationsspektrometer) har været brugt i mere end tre årtier til at måle SO2 emissionsrater fra forskellige vulkaner i hele verden. Oprindeligt designet til måling af industrielle forurenende stoffer måler COSPEC mængden af ​​ultraviolet lys absorberet af SO2 molekyler i en vulkansk fane, der bruger spredt sollys som lyskilde. Instrumentet kalibreres ved at sammenligne alle målinger med en eller flere kendte SO2 standarder monteret i instrumentet. COSPEC er et optisk instrument med et opadrettet teleskop, så det er typisk monteret i et fly med teleskopet rager ud af et vindue. Typisk flyves 3-6 traverser under fanen vinkelret på dens kørselsretning for at bestemme den gennemsnitlige SO2 koncentration langs et lodret tværsnit af fanen. Vindhastigheden bestemmes under flyvning ved hjælp af GPS. Ud fra disse målinger kan en meget nøjagtig emissionsrate beregnes. En COSPEC koster omkring $80.000 for instrumentet og et par hundrede dollars for en specialfremstillet monteringsplade, der er unik for hver type fly.
Flyspec, nogle gange kaldet et mini-DOAS (differentiel optisk absorptionsspektrometer), måler også SO2 i det ultraviolette lysområde. Flyspec-instrumentet er dog betydeligt mindre og lettere end COSPEC og kan betjenes via USB-porten på en almindelig bærbar computer. Den kan installeres i enten en helikopter eller fastvinget fly og flyves under fanen ved hjælp af samme målestrategi som COSPEC. Afhængigt af konfiguration og om det er en kommerciel model eller ej, vil en Flyspec koste $5.000 til $12.000.
Flyomkostninger for en typisk luftbåren gasmåling er normalt $1.000 til 3.000, men enkeltflyvninger ved vulkanske systemer med vidt udbredte gaskilder, såsom Yellowstone, vil koste $5.000 eller mere. Intervaller mellem baseline-gasmålingsflyvninger ved en inaktiv vulkan kan være et til tre år. Ved vulkaner, der oplever uroligheder, kan flyvningerne foretages hver til tredje måned, og når urolighederne er intense, kan det være nødvendigt så ofte som dagligt til ugentligt.

Niveau 3, Metode 2: LI-COR
Kuldioxid er en af ​​de vigtigste gasarter til at forudsige eruptiv aktivitet, fordi det kan give den tidligste geokemiske indikation af begyndelsen af ​​rastløshed i et vulkansk system. På grund af dets lave opløselighed, CO2 frigives fra magma meget tidligt under sin opstigning til overfladen. Altså en overgang af CO2 fra basislinjebeløb til markant højere niveauer indikerer, at magma sandsynligvis er involveret og på vej fra dybden. En yderligere stigning i CO2 til endnu højere emissionsrater signalerer, at magma trænger sig ind på et højt niveau under vulkanen. Der er ikke noget pålideligt alternativ til fly til måling af nøjagtig CO2 emissionsrater. Flyadgang til urolige vulkaner er helt afgørende for tilstrækkeligt og sikkert at overvåge gasemissioner.
LI-COR er et lille infrarødt spektrometer, der for nylig er blevet standarden til bestemmelse af CO2 emissionsrater i vulkanske faner. LI-COR prøver luft og vulkanske gasser gennem et rør forbundet til den udvendige prøvetagningsport på en helikopter eller to-motoret fastvinget fly, den kan analysere CO2 i prøveluftstrømmen med én måling pr. sekund. I modsætning til COSPEC og Flyspec, der flyves under fanen, skal LI-COR flyves gennem fanen i traverser i forskellige højder vinkelret på afdriftsretningen, indtil et helt lodret tværsnit af fanen er analyseret. Ud fra disse data og en vindhastighed bestemt af GPS, en emissionsrate af CO2 kan bestemmes.
Fordi LI-COR typisk vil blive fløjet med en COSPEC eller Flyspec, vil flyets flyomkostninger og frekvensen af ​​målingerne være de samme som beskrevet ovenfor for COSPEC og Flyspec.

Niveau 3, Metode 3: Doppler Radar
Doppler-radar overvåger udseendet af vulkanske skyer og sporer deres bevægelser, i modsætning til de ovenfor beskrevne metoder, som overvåger forskellige kemiske komponenter i en vulkansk sky. Doppler-radar bruges således til at hjælpe med at bestemme, hvornår farlige områder skal lukkes for mennesker på jorden eller for fly.
Detektion af udbrud er en nem opgave, når en vulkan går i udbrud i godt vejr, i dagtimerne og/eller inden for almindeligt øje for observatører, men det er svært for udbrud om natten, i dårligt vejr og/eller i fjerntliggende områder. For eksplosive udbrud, som kan forekomme ved Lassen Peak, Crater Lake, Mount Rainier og Alaska vulkaner, kan disse handicap overvindes med Doppler-radarsystemer designet til at overvåge vejret. Vejrradar registrerer luftbåren aske på samme måde, som den registrerer regn eller sne, selvom den ikke kan skelne mellem aske og vejrskyer.
Doppler-radarsystemer producerer kort, der viser alt, inklusive regn, sne og vulkansk aske, der bevæger sig og reflekterer radarstrålen. Billeder produceres med jævne mellemrum og gemmes som computerfiler, der kan ses som en time-lapse-sekvens, når andre overvågningsdata indikerer mulig vulkansk aktivitet. For eksempel indikerer usædvanlig seismicitet ved en vulkan, at der er sket noget - måske et udbrud. Hvis radarbilledsekvensen indikerer, at en sky pludselig dukkede op over vulkanen samtidig med seismiciteten, så var skyen næsten helt sikkert produceret af et eksplosivt udbrud. Således kan udbrud opdages dag og nat, i både godt og dårligt vejr.
Omkostningerne ved at indhente radardata varierer fra meget lav til ekstrem høj. National Weather Service (NWS) leverer Doppler-radardata for det meste af USA uden omkostninger på internettet. Dækningen er dog begrænset eller ikke-eksisterende i nogle fjerntliggende områder. NWS-radarer producerer billeder med intervaller på 4, 5, 6 eller 10 minutter, afhængigt af vejrforholdene. Der går cirka et minut, før billeder bliver tilgængelige. Kommercielle leverandører, der behandler og videresælger NWS-radardata, vil yderligere øge tiden mellem anskaffelse og levering til slutbrugere. Hvis billeder er hentet fra NWS-radarer, er telekommunikationsproblemer tilbøjelige til at være en hindring, uanset om billederne er hentet fra internettet, direkte fra NWS-dataservere eller fra en kommerciel leverandør. Desuden har brugerne ingen kontrol over NWS-datastrømmen og må nøjes med
hvad dataleverandører tilbyder. Som følge heraf skal brugere arbejde med billedintervaller, der er væsentligt længere, end det er ønskeligt, hvilket øger den tid, der kræves til udbrudsdetektion.
Hvis en vulkan ikke er dækket af NWS-radarer, skal et selvstændigt radarsystem anskaffes og betjenes. En stor parabolantenne er placeret på en piedestal med uhindret udsyn til (i det mindste) vulkanens top - typisk et par tiere til 50 km fra vulkanen. Antennen er typisk monteret oven på en bygning eller et tårn, så genstande i nærheden ikke blokerer radarstrålen. Kabler fra antennen er forbundet til en elektronisk "sort boks" inde i bygningen, der styrer antennen og henter rådata. En personlig computer behandler de rå data og viser dem på en skærm i forskellige grafiske formater, som uddannede operatører nemt kan fortolke.
Radarudstyr plejer at være dyrt. De billigste (og mindst egnede) systemer koster omkring $50.000. Mere dygtige systemer koster fem til ti gange så meget. Private radarsystemer kræver vedligeholdelse og reparation og kræver personale til at betjene og vedligeholde dem. Radarsystemer kan dog fungere med lidt opmærksomhed i længere perioder.
Fjernmåling via satellit, beskrevet i afsnittet om nye teknikker i dette kapitel, kan også bruges til at overvåge vulkansk aske og gasskyer.

Vitalt tegn 5. Hydrologisk aktivitet

Introduktion
De fleste vulkaner er høje fysiografiske træk med betydelig akkumuleret sne og betydelige grundvandsressourcer. Overfladevand kan opsnappe og absorbere både varme og kemiske bestanddele, der frigives fra magmaen. Ved at overvåge udledningen af ​​vand, dets sammensætning og dets temperatur, kan arbejdere opdage ændringer i det vulkanske system, der ledsager fornyet magmatisk aktivitet. Overvågningen kan omfatte målestationer på floder og vandløb, borehulsovervågning af grundvandsboringer eller simple temperatursonder (termistorer) placeret i vandløb eller søer. Nogle gange kan observerede ændringer gå forud for de geofysiske signaler, der er de dominerende tegn på en vågnende vulkan.

Niveau 3, Metode 1: Strøm- og brøndinstrumentering
Et vandløb kræver en eller anden metode til at måle dens dybde og strømningsvolumen. Typisk bygges en lille betonkonstruktion, der er hydraulisk forbundet med åen. Denne opsætning tillader reproducerbare målinger, der er upåvirket af storme. Realtidsdatatransmission kræver et telemetrisystem, generelt en satellitsender og en strømkilde (solceller, batterier eller elektriske ledninger, hvis de er tilgængelige). Yderligere instrumentering kan omfatte en vejrstation eller vandkvalitetsinstrumentering til at måle nedbør, ledningsevne eller turbiditet.
En strømmåler måler en flods stadie eller dens dybde i forhold til et eller andet målt datum. Udledning (mængden af ​​vand, der bevæger sig forbi et givet punkt pr. tidsenhed) overvåges også almindeligvis. Ved omhyggeligt at måle en flods tværsnit og vandhastighed kan man beregne en vurderingskurve, der relaterer stadiet til flowenheder, typisk i kubikfod (ft 3 ) pr. sekund. Vurderingskurver genmåles flere gange om året af vandressourceeksperter. Yderligere sensorer kan placeres i nærheden af ​​målestationen for at måle luft- og vandtemperatur, vandkemi eller nedbør, og disse parametre kan sammenlignes med udledningen gennem målestationen. Instrumenter såsom termistorer, tryksensorer og kemiske sensorer kan placeres nede i brønde, hvilket giver information om forholdene i en grundvands- eller grundvandssystem. Dataene kan indsamles på en datalogger, der rutinemæssigt downloades eller telemeteres til videnskabsmænd gennem radio- eller satellitsystemer. Information fra enten brønde eller floder kan ses som tidsserier i forhold til andre overvågningsparametre såsom seismicitet, deformation eller satellitobservationer for at se, om ændringer i flow eller vandkemi korrelerer med ændringer i andre målte fænomener.
Oplysninger fra vandløbsmålinger bruges også jævnligt til advarsler om oversvømmelser, vildtforvaltning (især fiskeri) og til forvaltning af vandressourcer.
Typisk udføres hydrologisk overvågning med en strømmåler, som kan koste $30.000 til 40.000 at konstruere, plus årlige driftsudgifter på cirka $15.000. Prisen inkluderer fuld realtidsdatatransmission (normalt via satellit) og periodiske test for at give vurderingskurver for hver måler, som kan ændre sig med tiden. Borehulsovervågningssystemer til brønde koster mindre at vedligeholde, fordi de ikke kræver opdaterede vurderingskurver. Startomkostninger er omkring $5.000 til instrumentering til at måle temperatur og vanddybder på en eksisterende brønd. Boring af flere nye brønde koster hundredtusindvis til millioner af dollars og udføres kun sjældent ved vulkaner til overvågningsformål alene. Simple termometre med dedikerede dataloggere kan placeres i jorden eller i vandløb for så lidt som et par hundrede dollars. De telemeteres kun sjældent, og indsamler i stedet data løbende i et antal uger til måneder forud for datahentning.
Vanddata gennemgås rutinemæssigt sammen med andre overvågningsdata. Data indsamles hvert 15. minut på typiske streammålere. Andre parametre kan indsamles oftere. Alarmsystemer kan bygges således, at unormale kemikaliekoncentrationer, flowhastigheder eller trykændringer straks sendes videre til overvågningspersonalet.
Strømmålere kan blive upålidelige efter store storme, fordi storme kan ændre formen på flodkanalen og gøre vurderingskurven unøjagtig. En ny ratingkurve skal fastlægges af feltbesætninger. Storme, sne og andre miljøforhold kan lejlighedsvis forstyrre dataoverførslen, så overvågningsregistreringen kan afbrydes med jævne mellemrum. Sensorer i borehullet kan nedbrydes af høj temperatur og
højtryksforhold og kan svigte og skal udskiftes med jævne mellemrum. Termistorer til jord- og overfladevandsovervågning kan blive vandaliseret af mennesker eller dyr og kan nedbrydes med tiden på grund af barske forhold.
Store ændringer i temperatur, kemi eller flow, der tilsyneladende ikke er relateret til klimatiske parametre, kan skyldes ændringer i det vulkanske system. Derefter foretages yderligere undersøgelser og evaluering.
Strømmålere er almindelige i hele den udviklede verden, men mindre i resten af ​​verden. Det er dog ikke alle strømmålere, der er nyttige til at overvåge vulkaner, medmindre de er placeret med dette formål for øje. En målestation, der udtrykkeligt bruges til vulkanovervågning, er placeret ved Norris Geyser Basin i Yellowstone National Park (http://waterdata.usgs.gov/mt/nwis/uv?site_no=06036940). Realtidsdata fra Chance-vandbrønden, overvåget af Long Valley Observatory, findes på http://lvo.wr.usgs.gov/cw3_main.htm.

Vitaltegnet 6. Ustabilitet på skråninger

Introduktion
Vulkaner er udsat for forskellige typer af skråninger, nogle er knyttet til udbrudsprocesser, andre til det stejle terræn og ustabile skråninger, der kendetegner mange vulkanske bygningsværker. Dette afsnit omhandler affaldsstrømme, som er hurtigt strømmende blandinger af stenfragmenter, mudder og vand, der stammer fra stejle skråninger. Kendt som lahars, når de stammer fra vulkaner, er de blandt de mest ødelæggende og vedvarende vulkanske farer. Lahars truer liv og ejendom ikke kun på vulkaner, men langt nedstrøms i dale, der dræner vulkaner, hvor de pludselig ankommer og oversvømmer hele dalens bund. Affaldsstrømme kan ødelægge vegetation og strukturer på deres vej, herunder broer og bygninger. Deres aflejringer kan dække veje, rekreative områder og jernbaner og fylde eller omdirigere vandløbskanaler og derved reducere deres oversvømmelsesbærende kapacitet og sejlbarhed.
Lahars kan forekomme som primære eller sekundære lahars. Primære lahars begynder under vulkanudbrud, som et resultat af varme udbrudsmaterialer, der smelter sne og is eller bryder søer eller andet begravet vand. Sekundære laharer kan udvikle sig når som helst efter udbrud, som følge af kraftig regn eller glaciale udbrudsoversvømmelser, der mobiliserer aske, eroderbar jord eller glacial morænel. Udbrudsoversvømmelser er blevet registreret fra fire gletsjere i Mount Rainier National Park i perioder med usædvanligt varmt eller regnfuldt vejr om sommeren eller det tidlige efterår og har oversvømmet nedstrøms veje og rekreative områder (Walder og Driedger, 1994a). I modsætning til nogle andre vulkanfarer, der ikke nødvendigvis er begrænset af topografi, såsom askefald og pyroklastiske strømme, er affaldsstrømme sædvanligvis indeholdt i dalbundene og følger forudsigelige stier langs vandløbskanaler, hvilket gør farebegrænsning praktisk gennem afgrænsning af mulige oversvømmelseszoner og reelle -tidsovervågning af affaldsstrømningskanaler.
Modtagelighed og potentielle udløsere for affaldsstrømme kan bestemmes for en vulkan, og den potentielle udløsende aktivitet overvåges. Tilstedeværelsen af ​​en kratersø, betydelige mængder sne eller is eller strukturelt usunde sten, såsom materiale, der er blevet fysisk og kemisk ændret af vulkanske gasser og væsker, kan vurderes gennem geologisk feltarbejde og kortlægning. Feltstudier kan også afsløre affaldsstrømme fra tidligere udbrud, hvilket giver perspektiv på de potentielle lokale og regionale farer. Debris flow aflejringer kan nogle gange strække sig over snesevis af miles fra en vulkan.
For yderligere information om skråningsustabilitet, se kapitlet om overvågning af skråningsbevægelser.

Udvalgte metoder til overvågning af hældningsbevægelser
De elementer eller vitale tegn på overvågning af skråningsbevægelser, der er relevante for vulkanovervågning, omfatter (1) bestemmelse af typer af jordskred, (2) overvågning af jordskredudløsere og årsager, (3) lahar-fareafgrænsning og (4) lahar-overvågning i realtid. De første to vitale tegn er dækket i kapitlet om skråninger. To metoder er beskrevet nedenfor til at overvåge lahar-farer og bevægelser.

Niveau 3, Metode 1: Lahar-fareafgrænsning
LAHARZ er en hurtig, objektiv og reproducerbar metode, der anvender et geografisk informationssystem (GIS) med digitale højdemodeller (DEM'er) til at afgrænse lahar-oversvømmelseszoner (Iverson et al., 1998). U.S. Geological Survey udviklede metoden til vulkaner, hvor data, tid, finansiering eller personale er utilstrækkelige til at anvende traditionelle geologiske kortlægningsmetoder. Både LAHARZ og traditionelle kortlægningsmetoder er baseret på de samme principper: (1) oversvømmelse fra tidligere lahars giver et grundlag for at forudsige oversvømmelser af fremtidige lahars (2) distale lahar-farer er begrænset til dale, der leder mod vulkanflanker (3) lahar-volumen stort set kontrollerer omfanget af oversvømmelse nedstrøms (4) voluminøse lahars forekommer sjældnere end små lahars og (5) ingen kan forudsige størrelsen af ​​den næste lahar, der skal ned i en given dræning.
LAHARZ GIS-programmet er en automatiseret metode, der kombinerer statistiske analyser af lahar-inundationsdata fra ni vulkaner for at udvikle kvantitative ligninger, der forudsiger dalens tværsnitsareal og planimetriske areal, der ville blive oversvømmet af lahars med forskellige volumener. GIS-metoden afgrænser samtidig oversvømmelsesområder for en række lahar-volumener og afbilder derved gradueringer af oversvømmelsesfaren. Oversvømmelsesfaren er størst i dalbunde tæt på en vulkan og aftager, når højderne over dalens bunde og afstandene fra vulkanen øges. Automatiseret fremstilling af gradueringer i fare er en af ​​hovedfordelene ved denne GIS-metodologi. Metoden kræver en DEM af tilstrækkelig nøjagtighed og opløsning kombineret med et praktisk kendskab til GIS-programmer. LAHARZ-programmet er tilgængeligt fra U.S. Geological Survey Cascades Volcano Observatory.

Niveau 3, Metode 2: Realtidsovervågning af Lahars
Realtidsdetektering af lahars tæt på deres kilder kan give rettidige advarsler til mennesker i afgrænsede oversvømmelseszoner, hvis der findes passende kommunikationssystemer og evakueringsplaner. Kontinuerlig, automatiseret overvågning af affaldsstrømmen kan også give information, der er nyttig til at identificere specifikke vejrforhold, der øger sandsynligheden for nedbørsudløste lahars eller smeltevandsudløste gletsjerudbrud. Forskere ved U.S. Geological Survey har udviklet et billigt, holdbart, bærbart og hurtigt at installere system til at detektere og løbende overvåge ankomsten og passagen af ​​affaldsstrømme og oversvømmelser i dale, der dræner vulkaner (LaHusen, 1996). Dette automatiserede system, Acoustic Flow Monitor (AFM), registrerer og analyserer jordvibrationer med en kompakt, solcelledrevet enhed, der er installeret nær specifikke kanaler, hvor lahars kan rejse. Den bruger en robust sensor og en mikroprocessor på stedet til kontinuerligt at analysere vibrationssignaler og detektere affaldsstrømme og oversvømmelser baseret på frekvens, sammensætning, amplitude og varighed af vibrationssignalet. Et to-vejs radiosystem kommunikerer mellem hver sensorenhed og en basestation gennem et radionetværk. Et AFM-system er på plads til at opdage lahars i stor skala, der kan forekomme ved Mount Rainier, se http://ic.ucsc.edu/

syschwar/eart3/exercises/Rainier_warning_sys.html.
Hver AFM-station måler amplituden af ​​jordvibrationssignalet hvert sekund og sender data via radio til basestationen med regelmæssige intervaller - typisk 15 minutter. Hvis instrumentet registrerer vibrationer, der overstiger en vis tærskelværdi (justerbar for hvert enkelt sted) i mere end 40 sekunder, sender AFM'en øjeblikkelige alarmbeskeder. Den fortsætter med at sende advarselsdata med 1-minutters intervaller, så længe signalet forbliver over tærskelniveauet. Når signalet falder under tærskelniveauet, genoptager AFM normal drift og sender med mindre hyppige intervaller. AFM-systemet har klare fordele i forhold til andre detektionssystemer: (1) sensoren og mikroprocessoren er indstillet til specifikt at analysere spidsvibrationerne, der typisk produceres af affaldsstrømme og oversvømmelser, og udelukke anden støj eller rystelser, der ville påvirke normale seismografstrømme (2) overvåges, når de nærmer sig og trækker sig tilbage fra individuelle overvågede steder, og (3) udstyret er klar til at detektere efterfølgende strømme med det samme uden yderligere vedligeholdelse.
Typisk er to eller tre AFM-stationer placeret i hver valgt dræning, så lahar-hastigheden kan bestemmes ud fra ankomsttider mellem stationer, hvilket giver et robust, redundant system. En eller flere radiorepeatere på en bakketop kan være nødvendige for at videresende signalerne nedstrøms til en basestation, hvor passende handlinger kan igangsættes. Omkostningerne ved at installere et grundlæggende AFM-overvågningssystem er omkring $50.000 pr. dækket dræning.

OVERVÅGNINGSTEKNIKKER, DER BRUGES TIL UTTALIGE VITALTE TEGN

Metode 1. Fjernmåling via satellit

Beskrivelse
Satellit-fjernmåling er nyttig til at overvåge og måle en række vulkanske fænomener, herunder termiske emissioner, vulkansk aske og gasskyer og overfladedeformation. Typisk bruges satellitter, der bruger infrarøde sensorer, til at detektere og spore vulkansk aktivitet, og ultraviolet- og radarsensorer bruges til at måle gasser og jordoverflader. Mange vulkanske processer udsender varme. Processer, der udsender varme som en del af et udbrud, kaldes aktive kilder. Eksempler omfatter pyroklastiske strømme, lavastrømme, lavakupler og lavafontæner. Processer, der udsender varme i lange perioder, men som normalt ikke indikerer et forestående udbrud, kaldes passive kilder. Eksempler omfatter varme kilder, gejsere, fumaroler, sprækker og kratersøer.
For mindre eksplosive vulkanske fænomener, såsom lavastrømme og lavafontæner, kan satellitfjernmåling hjælpe med fortolkningen af ​​seismiske data, især for fjerntliggende eller svært tilgængelige vulkaner. Fjernmåling kan afgøre, om en type seismisk signal, der typisk observeres under et udbrud (vulkansk tremor), er relateret til en relativt langsom proces, såsom magma, der stiger op i en ledning, eller et mere farligt eksplosivt udbrud. I andre tilfælde (f.eks. Kilauea, Etna) er fjernmåling blevet brugt til at detektere ændringer i lavastrømningskarakteren, fra den type, der tilføres fra et underjordisk rørsystem til en overfladestrøm (Harris et al., 1997a), samt lavaffusionshastigheder (Harris et al., 2000). Selvom denne ændring i strømningskarakter måske ikke er tydelig i seismiske data, kan den signalere en overgang i typen og placeringen af ​​lavastrømningsfare.
Termisk fjernmåling af aktive processer har i nogle tilfælde med succes identificeret forstadier til farlig vulkansk aktivitet og hjulpet i kortsigtet prognose (dage til uger) af farlig eksplosiv vulkansk aktivitet (Schneider et al., 2000 Dehn et al., 2002 Dean et al. al., 2004). For eksempel, når magma trænger ind i en lavakuppel, kan dens flanker blive for stejle, hvilket fører til kollaps. Dette genererer varme blok- og askestrømme (pyroklastiske strømme), som kan detekteres i satellitbilleder. Et stort kuppelkollaps kan udløse et eksplosivt udbrud med større volumen, da underliggende, gasrig magma hurtigt aflastes, hvilket fører til udbrudskolonner og askeskyer, der rejser tusindvis af kilometer.
Eksplosive vulkanudbrud kan injicere store mængder vulkansk aske og gas i atmosfæren, hvor de spredes af vinden. Vulkanaske er en ukonsolideret blanding af sand- til støvstore fragmenter af sten, krystaller og glas, som udgør en alvorlig fare for fly og maskineri. Fra 1973 til 2003 er næsten 100 stød på fly med luftbåren vulkansk aske blevet dokumenteret, hvoraf flere næsten resulterede i tab af flyet. Typiske omkostninger pr. møde spænder fra flere titusindvis af dollars til så meget som $80.000.000 (Marianne Guffanti, U.S. Geological Survey, 2005, personligt fællesskab). Drivende askeskyer (dem, der har løsnet sig fra udluftningen) er uopdagelige af et flys radar ombord og er svære at se i svagt lys og om natten. Satellitdetektering og sporing af drivende askeskyer, modellering af skyspredningsprognoser og hurtig kommunikation af analyser bruges til at afbøde risikoen for vulkansk aske. Ud over den luftbårne fare kan askefald opstå som følge af en udbrudssky. Dette kan variere fra en let afstøvning til tykke aflejringer af aske, selv på store afstande fra vulkanen (Houghton et al., 2000). Satellitsporing og modellering af askefaner hjælper også med at forudsige askefald. Prognoser og modellering af typiske askefaldsmønstre kan hjælpe ledere med at afbøde virkningerne af askebelastning på menneskers og dyrs sundhed, maskineri og strukturer.
Vulkangasser udsendes også under et eksplosivt udbrud, hvor vand, kuldioxid og svovldioxid er de mest udbredte. Selvom disse gasser ikke udgør en akut fare for fly, kan de i store mængder være en kronisk fare for sundhed, infrastruktur og miljø. Når svovldioxid er udledt til atmosfæren, kombineres det med vand for at producere en svovlsyre (sulfat) aerosol. I store mængder kan disse syredråber påvirke det globale klima ved at reflektere indkommende solstråling. Svovlsyredråber er meget små, så de kan forblive luftbårne i måneder til år. Strukturer eller fly i områder, der indeholder sulfataerosol, kan pådrage sig kroniske skader, såsom krakelering af akrylvinduer, korrosion af understøtninger og gummipakninger og ophobning af aflejringer i luftbehandlere eller motorer. Disse påvirkninger er svære at dokumentere, fordi de kan forekomme langsomt over en årrække. Satellit-fjernmåling giver mulighed for at detektere og kvantificere mængden af ​​svovldioxid, der frigives under et udbrud, såvel som den resulterende sulfataerosol. Dette omfatter ikke-eksplosiv afgasning af svovldioxid, som er blevet overvåget med succes i Kilauea i årevis. Selvom jordbaserede gasmålinger er de mest nyttige til rutinemæssig overvågning, giver satellitanalyse et synoptisk overblik over gasfanens udbredelse og hjælper med at visualisere og måle den vulkanske tåge (“vog”)-skyen produceret fra udluftningen, eller ved at lavaens indtræden fra Kilauea i havet (Se Sutton et al., 1997).
Rutinemæssig termisk overvågning af passive kilder ved hjælp af satellitteknologi har i nogle få tilfælde identificeret udbrudsforstadier under vulkansk uro, hvor målbar stigning i termiske emissioner gav bevis for magma-indtrængen og efterfølgende frigivelse af varme gasser (Sparks, 2003). Men i praksis er passive kilder vanskelige at overvåge via satellit, fordi deres temperaturer er lave, og deres funktioner generelt er for små til at kunne opløses af tilgængelige termiske sensorer, som typisk har en rumlig opløsning på 60 m.

Overvågningsmetoder
Satellit-fjernmåling kan overvåge vulkansk aktivitet hyppigt og til lave til moderate omkostninger Harris et al., 1997b). Meget af satellitdataene er tilgængelige i næsten realtid online, så i mange tilfælde inkluderer udgifterne ikke modtagestationer til downlink-data. Satellit-fjernmåling og seismisk overvågning kan kombineres symbiotisk for at bestemme typen og den potentielle fare ved en udbrudt aske. Satellitbillederne giver også information om fænomener, der ikke kan observeres på nogen anden måde, såsom termiske anomalier, store mængder gasudledning og farlige vulkanske askeskyer. En række komplementære satellitdata (tabel 2) er tilgængelige til at foretage disse observationer. Disse data kan generelt klassificeres som (1) hyppige, næsten realtid, lav rumlig opløsning, såsom Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) og Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) sensorer eller (2) sjældne, ikke-realtidsbilleder med høj rumlig opløsning, såsom land-fjernmålingssatellit (Landsat) og Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer (ASTER) sensorer. Den kombinerede brug af begge typer satellitdata giver en robust metode til at detektere vulkansk aktivitet og kortlægge vulkanske landformer og udbrudsaflejringer.
Nogle satellitsensorer måler lys ved bølgelængder, der ikke er synlige for det menneskelige øje. Det mest nyttige til overvågning af vulkaner er infrarøde bølgelængder, bare længere end dem, mennesker kan se. De fleste infrarøde bølgelængder absorberes af Jordens atmosfære, bortset fra nogle få "atmosfæriske vinduer", hvor absorptionen af ​​infrarøde stråler er minimal.
Et nyttigt atmosfærisk vindue er den kortbølgede infrarøde (SWIR) med bølgelængder mellem 3 og 5 mikron. SWIR bruges til at overvåge højtemperatur termiske funktioner såsom lava eller pyroklastiske strømme. Jo varmere et objekt er, jo mere energi vil det udsende og ved kortere bølgelængder. For eksempel har et objekt med en temperatur på 25 °C, såsom jordens overflade, en maksimal emission ved en bølgelængde på

10 mikron. Et vulkansk træk med en temperatur på 800 °C har dog en maksimal emission ved

3 mikron. Mange vulkanske funktioner er sub-pixel i størrelse, hvilket betyder, at de dækker et område mindre end 1 km på en side for AVHRR eller MODIS. Temperaturen registreret af satellitten er en kompleks blanding af
temperaturer på en varm og kold komponent og deres respektive områder. Hvis flere kanaler med data er tilgængelige ved forskellige bølgelængder, er det muligt at udnytte disse forhold til at estimere både temperatur og areal af en varm vulkansk komponent (Rothery et al., 1988).
Et andet nyttigt atmosfærisk vindue er det termiske infrarøde (TIR) ​​med bølgelængder mellem 8 og 14 mikron. Data ved disse bølgelængder bruges til at detektere vulkansk aske og svovldioxidskyer. Den mest almindelige metode til at skelne vulkanske askeskyer fra meteorologiske skyer er "split-window"-metoden. Her sammenlignes lysstyrketemperaturforskellen (BTD) mellem 2 satellitkanaler ved 11 og 12 mikron bølgelængder. Semitransparente vulkanske skyer har generelt negative BTD'er, mens meteorologiske skyer generelt har positive BTD'er (Prata, 1989). Selvom mange faktorer påvirker størrelsen af ​​BTD-signalet, inklusive (men ikke begrænset til) skyopacitet, kan mængden, størrelsen og fordelingen af ​​aske og vand i skyen og temperaturkontrasten mellem skyen og baggrundsoverfladen, mængden af ​​vulkansk aske være estimeret ud fra satellitdata ved hjælp af en kompleks strålingsoverførselsmodel (Wen og Rose, 1994). En lignende metode bruges til at detektere og måle svovldioxidskyer fra enten passiv afgasning (ved hjælp af ASTER) eller fra eksplosive udbrud (ved hjælp af MODIS) ved at bruge bølgelængder på 7,3 eller 8,6 mikron, hvor der er absorption på grund af svovldioxid (Watson et al. ., 2004).
Analyse og overvågning af satellitdata i realtid kræver hurtig og pålidelig adgang til store mængder satellitdata. Nyttige datasæt omfatter AVHRR- og GOES-sensorer på meteorologiske satellitter, der drives af NOAA, og MODIS på forskningssatellitter, der drives af NASA. Direkte modtagelse af satellitsignaler er den mest pålidelige, men også den dyreste metode til dataindsamling. En satellitmodtagestation koster mellem $50.000 og $150.000. En separat modtageskål og tilhørende computerhardware er nødvendig for hver datastrøm, hvilket øger omkostningerne med $25.000 til $50.000 pr. parabol. Installationsomkostninger varierer afhængigt af infrastrukturbehov og aktiver på et bestemt websted og kan variere fra $5.000 til $15.000. En dedikeret stationsleder driver systemerne og arkiverer dataene. Løn til fjernmålingsforskere og dataanalytikere er yderligere omkostninger.
Satellitdata kan også erhverves online fra offentlige myndigheder og universiteter til en pris på omkring $10.000 til $20.000 om året. Der er også brug for omkring $10.000 til specialiseret computersoftware, plus omkostninger til computerarbejdsstationer og store lagerenheder til at gemme data modtaget med en hastighed på mange gigabyte pr. dag. Der er også behov for et robust, pålideligt computernetværk, der er i stand til at håndtere denne mængde data.
Ikke-realtidsdata fra satellitter som Landsat og ASTER er stadig billigere alternativer. Data fra Landsat og ASTER kan afsløre mindre funktioner (15-90 m) end satellitter, der leverer næsten realtidsdata (1 km). Derfor bruges Landsat- og ASTER-data primært til at forbedre fortolkningen af ​​realtidsdata beskrevet ovenfor. Denne tilgang har fordele i forhold til næsten realtidsdata, såsom lavere omkostninger ($50 til $300 pr. scene, der dækker

34.000 km2), højere rumlig opløsning og evnen til at detektere mindre områder med forhøjet overfladetemperatur og måle ikke-eruptive emissioner af svovldioxidgas. Desuden foregår al databehandling med stationære computere ved hjælp af specialiseret, men relativt billig software ($500 til $2.000).
Ulemperne er begrænset datatilgængelighed og skydække. I øjeblikket er Landsat- og ASTER-data kun tilgængelige hver 8.-16. dag. Skydække er dog den største ulempe. I skydækkede områder kan vulkanske aske- og gasskyer produceret af eksplosive udbrud kun observeres, når de stiger over vejrskyerne. Enhver termisk aktivitet ved overfladen er delvist eller fuldstændigt skjult af tilstedeværelsen af ​​skyer.
For at skabe et effektivt vulkanovervågningssystem i næsten realtid via satellit, er det primære mål gentagne observationer med passende tidsmæssig opløsning til at matche den vulkanske proces, der observeres. Langtidsprækursorer (f.eks. deformation, gradvis opvarmning) tillader os at bruge datasæt med højere opløsning. Lavastrømme og eksplosioner, hvor ændringer forekommer på en skala af minutter, kræver den grove rumlige opløsning af polære eller geostationære satellitter, der giver billeder hver time.

NYE VOLKANOVERVÅGNINGSTEKNIKKER

Introduktion

Vulkanovervågningsteknikker udvikler sig hurtigt som en konsekvens af teknologisk innovation og vores udvidede forståelse af de processer, der forårsager udbrud. Dette afsnit beskriver tre eksempler på nye fjernovervågningsmetoder, der bliver brugt til at overvåge aktive vulkaner. Den første bruger ubemandede luftfartøjer (UAV'er) til at få adgang til farlige områder, den anden bruger gentagne målinger af afstanden mellem en satellit og jorden (InSAR), og den tredje registrerer lavfrekvente lydbølger (infralyd) for at detektere eksplosioner.
Alle de mere traditionelle overvågningsmetoder er også under forandring. For eksempel driver den hurtige udvidelse af satellitkommunikation og internetteknologi en revolution i måden, hvorpå vulkaner overvåges. I øjeblikket overvåges seismik, gas, deformation og endda visuelle billeder ved fjerntliggende vulkaner, nogle placeret tusindvis af kilometer fra basestationer, ved hjælp af satellit- og internetkommunikation. Derudover tillader nye billige solid-state accelerometre, GPS og trådløse lokalradiosystemer hurtig helikopterudsendelse af små sensorer med datakommunikation i realtid, selv inden for kratere af aktive vulkaner.
Overvågning af vulkangas er også under hastig forandring, og nye instrumenter, såsom Fourier transform infrarøde spektrometre (FTIR) er nu tilgængelige, som kan fjernmåle gasarter, såsom klor, som tidligere kun har været muligt at detektere ved hjælp af farligere direkte prøvetagning. fra udluftningsområder giver disse instrumenter en bedre forståelse af vulkanernes gasindhold og potentielle eksplosivitet.

Figur 11. Ubemandet luftfartøj monteret på den pneumatiske affyringskatapult på parkeringspladsen ved Johnson Ridge Observatory ved Mount St. Helens, hvor den blev opsendt og bjærget. Niveau 3, Metode 1: Ubemandede luftfartøjer (UAV'er)
Udviklingen af ​​autonome UAV'er har gjort det muligt for videnskabsmænd at udforske ukendte anomalier på steder, der er svære at nå eller farlige at få adgang til. Vulkanovervågning lover at drage fordel af udviklingen af ​​UAV'er. I slutningen af ​​september 2004 begyndte Mount St. Helens sit første vedvarende udbrud siden 1986, og for første gang blev UAV'er sendt ind i krateret på en vulkan i udbrud (McGarry, 2005 Patterson et al., 2005).Dette eksperiment viste, at små (2,45 m vingefang) og relativt billige ubemandede fly præcist kan navigeres til mindre end en kilometer over en aktiv vulkansk udluftning og holdes på stationen i længere perioder ved hjælp af forudprogrammerede ruter og computerstabiliseret flyvning. UAV'erne leverede optiske og infrarøde billeddata i realtid til en mobil basestation 10 km fra krateret (fig. 11 og 12). Disse data blev brugt til at overvåge synlige og termiske ændringer i den aktive lavakuppel og udluftning, såsom vækst og kollaps af den nye lavakuppel, og omfanget og væksten af ​​varme områder. UAV'er tilbyder også potentielle fordele til brug i følsomme og farlige områder. Støjniveauer er typisk lavere end bemandede fly i højder på mere end tusind fod, de små UAV'er, der bruges på Mount St. Helens, kan typisk ikke høres over baggrunds- og vindstøj. Da der ikke er behov for pilot, og der bruges lidt brændstof (der er mange brændstofmuligheder - alkohol, benzin eller tunge brændstoffer), giver de lavere risici, omkostninger og miljøpåvirkninger betydelige fordele i forhold til andre overvågningsmetoder.
UAV'er med varierende nyttelast og aeronautiske kapaciteter bliver nu tilgængelige eller er under udvikling til civil og offentlig brug. Disse omfatter både fastvingede og rotorfartøjskonfigurationer og en række kraftværkstyper og -størrelser, nyttelast og flyverækkevidde/varighedskapacitet. På grund af de lave omkostninger, den nuværende tilgængelighed og muligheden for at lancere fra små og fjerntliggende steder, tilbyder de mindre fastvingede og rotorflytyper af UAV'er et betydeligt potentiale for diskret vulkanovervågning. Den 2,45 m, man-bærbare klasse af fastvingede UAV, der blev brugt ved Mount St. Helens, koster cirka 25.000 USD pr. fly med en
autopilot, indbygget radiotelemetri og flysporing/datarelæcomputer. Disse fly er i stand til at bære en nyttelast på op til 4 kg, men større modeller kan rumme en nyttelast på op til 10 kg. Den maksimale mindre model nyttelast volumen er

10 cm diameter × 20 cm tværsnitsareal, hvorimod de større modeller har et nyttelastmål på

45 × 28 × 12 cm. Som i ethvert fly er der afvejninger mellem hastighed, nyttelast og varighed. Varigheder på 10-20 timer ved 30-60 knob om dagen eller natten og rækkevidder på op til 1000 km med forudprogrammerede ruter og autonom GPS-sporing er dog mulige, selvom realtidsdatarelæ typisk er begrænset til 30 km line-of -synsafstand uden radiorepeatere. Fordi disse fly er ubemandede, betragtes de under visse højrisiko-/højfordelesforhold som ubrugelige. En komplet mobil basestation med radiotelemetri, flyvekontroller, dataindsamling/-behandling og bærbar (30 kg) affyringskatapult koster omkring $85.000. Flystøttetjenester som dem, der er beskrevet ovenfor, er kommercielt tilgængelige.
Brugen af ​​UAV'er til vulkanovervågning er i øjeblikket begrænset af tilgængeligheden af ​​små letvægtssensorer. Kun optiske og ukalibrerede infrarøde kameraer blev testet ved Mount St. Helens, selvom flere nye miniaturesensorer er ved at blive udviklet eller modificeret til UAV-brug. For eksempel kan de seneste generationer af letvægts svovldioxid (SO2) spektrometre let tilpasses til UAV-brug og vil give en alternativ metode til overvågning af vulkansk gas. En anden standardapplikation er brugen af ​​digital stillfotografering i høj opløsning og stereobilleder til at dokumentere, overvåge og måle ændringer, såsom karakteristika for farlige udluftningsområder og omfanget af lavastrømme og andre udbrudsprodukter. Et af løfterne fra UAV-baseret vulkanovervågning er at levere observationer under dårligt vejr, men dette er også en af ​​de største udfordringer. I øjeblikket tillader tilgængelig GPS-sporing og autonom flyvning drift af UAV-fly i overskyet vejr, selvom drift under isforhold kan være problematisk. En større teknisk udfordring er at udvikle sensorer, der kan se gennem skyer. Forskere tester i øjeblikket et letvægts UAV-baseret radarsystem, som giver løfte om observationer under dårlige vejrforhold.
Til dato har det meste UAV-udvikling og -test fundet sted i militært luftrum, hvor civil flyvning er forbudt eller nøje overvåget. En hovedbekymring ved UAV-drift i civilt luftrum er at sørge for adskillelse mellem UAV'en og kommercielle og private fly, der opererer i samme område. UAV-operationer ved Mount St. Helens var tilladt i henhold til et autorisationscertifikat udstedt af FAA til UAV-operatøren til flyvning i en midlertidig flyvningsrestriktionszone omkring vulkanen.

Figur 12. Stillbilleder taget fra video optaget fra et ubemandet luftfartøj af den nye lavakuppel

300 m lang. Det venstre billede viser et forstærket billede, som fremhæver topografien og derved giver vulkanologer en fornemmelse af lavakuplens stejlhed. (Stejlheden bestemmer sandsynligheden for et kollaps, som kan generere farlige pyroklastiske strømme.) Det højre billede er et inverteret gråtonebillede, hvor de dybere nuancer af grå og sort repræsenterer varmere materiale.

Dette billede viser det varme (sorte) U-formede område, hvor ny lava ekstruderes (angivet med V). Det viser også, at de nylige askeaflejringer (A), der er så fremtrædende i venstre-midten af ​​billedet til venstre, er relativt kolde.

3 cm om året, sandsynligvis fordi der ophobes magma under overfladen. Som et resultat begyndte U.S. Geological Survey årlige GPS- og nivelleringsundersøgelser ved South Sister og installerede kontinuerlige GPS- og seismiske instrumenter. Nu skal alle tegn på et forestående udbrud erkendes i god tid. InSAR har dog nogle væsentlige ulemper. I sin nuværende udviklingstilstand er InSAR ikke et operationelt værktøj til at overvåge de fleste vulkaner, der viser betydelig uro, truer med at gå i udbrud eller rent faktisk går i udbrud. Nuværende begrænsninger i satellittilgængelighed og opgaveprioriteter skaber lange intervaller mellem gentagne billedoptagelser, hvilket begrænser InSARs nuværende rolle til at understøtte langsigtet karakterisering af deformation, svarende til survey-mode målinger som nivellering eller survey GPS. Et InSAR-billede kan kun tages, når en satellit er overhead, typisk i gennemsnit et par gange om måneden.
Atmosfæriske effekter, herunder storme eller celler med høje koncentrationer af vanddamp, kan også introducere fejl i InSAR-målinger. Sådanne forhold fører ikke til inkohærens, men introducerer snarere skæve signaler til dataene, der kan fortolkes forkert som deformation. Det er således vigtigt at bekræfte resultaterne af ethvert enkelt interferogram med andre data, herunder terrestriske deformationsmålinger eller andre tidsmæssigt uafhængige interferogrammer.
InSAR afbilder kun overfladeforskydninger, der sker i samme retning som radarens sigtelinje, som normalt hælder 15°-45° fra lodret. Et interferogram indeholder således en kombination af vandrette og lodrette deformationskomponenter. Konvertering af InSAR-målinger til separate vandrette og lodrette forskydninger, svarende til dem, der leveres af GPS, kræver mindst to interferogrammer, der dækker den samme tidsperiode og afbilder jorden fra forskellige punkter i rummet. Sådanne betingelser er vanskelige at opfylde, så det er bedst at bruge InSAR i kombination med andre metoder, der utvetydigt overvåger vandret, lodret eller begge dele af overfladedeformation.
Selvom InSAR kan være billigere end andre overvågningsmetoder for fjerntliggende vulkaner, kan dataindsamling og analyse stadig være ret dyrt. Databehandling kræver specialiseret software, der kan omfatte gratis software, som kommer uden teknisk support og derfor kræver en ekspert, der allerede er uddannet i brugen, eller teknisk understøttet software, som kan koste så meget som $30.000 og stadig kræver en operatør med en god baggrund i arbejdet med radardata. Radarscener koster generelt omkring $100 pr. 100 km 2 frame, afhængigt af hvordan de erhverves. Fra 2008 er det kun de canadiske, europæiske og japanske rumorganisationer, der driver satellitter med InSAR-kapacitet, så alle data skal købes fra disse organisationer.
Variationer i overfladekarakteristika mellem satellitpassager forårsaget af is, sne og vegetation får radarsignalet til at bryde ned i nogle områder, hvilket forhindrer genopretning af en deformationsmåling. Denne "usammenhæng" er et betydeligt problem på is- og snedækkede eller bevoksede vulkaner, såsom Mount Rainier, så InSAR er i øjeblikket ikke et pålideligt overvågningsværktøj på sådanne steder. Fremtidige satellitmissioner og nye signalbehandlingsteknikker kan reducere dette problem i det kommende årti.

Niveau 3, Metode 3: Overvågning af vulkanske eksplosioner med infralyd
Mange naturfænomener og menneskelige aktiviteter skaber lydbølger i atmosfæren ved sub-hørbare frekvenser, generelt mellem 1-25 Hz. Benævnt infralyd genereres det af kilder som vind, havbølger, tung industri, stenfald, fly, meteorer og eksplosioner. Infralydbølger kan rejse lange afstande gennem atmosfæren, og fordi atmosfæren har en relativt simpel struktur sammenlignet med den heterogene Jord, bliver infralydbølger langt mindre forvrænget af deres tur gennem atmosfæren end seismiske bølger ved deres tur gennem Jorden. Således kan infralydsignaler skabt af en vulkansk kilde såsom en eksplosion være meget enklere og derfor nemmere at fortolke, når de modtages ved en infrasonisk sensor (såsom en mikrofon eller mikrobarograf) end seismiske bølger genereret af den samme eksplosion, når de modtages ved en seismograf. Især eksplosioner producerer meget karakteristiske infralydsignaler, og infralydssensorer installeret omkring aktive vulkaner har vist sig nyttige til at skelne mellem eksplosioner og andre seismiske kilder såsom stenfald, laviner og vindstød (Johnson et al., 2003).
Eksplosioner registreres ofte også på seismiske stationer. For eksempel blev to eksplosioner, der fandt sted ved Mount St. Helens i 2005, først opdaget af seismiske stationer. Imidlertid kan seismografer blive så oversvømmet af seismiske bølger fra lokale jordskælv, at enhver jordrystelse forårsaget af eksplosioner kan være fuldstændig tilsløret. I løbet af de første to uger af Mount St. Helens-udbruddet i 2004-2005 var jordskælvsaktiviteten så intens, at eksplosioner kun kunne detekteres visuelt. En anden vigtig fordel ved infrasonisk overvågning ved vulkaner er således, at eksplosioner stadig vil dukke op på infrasoniske sensorer, når intens jordskælvsaktivitet har gjort seismiske stationer næsten ubrugelige til eksplosionsdetektion.

Hvad kan læres
Det vigtigste spørgsmål, som infrasonisk overvågning kan besvare ved en vulkan, er: "Opstår der eksplosioner i øjeblikket?" Derfor skal data fra infrasoniske sensorer overføres til observatorier i realtid. At have to eller flere infrasoniske sensorer på samme sted forbedrer i høj grad evnen til at vurdere, om et givet signal er infralyd (rejser med lydens hastighed) eller subsonisk (såsom vindstød, som bevæger sig med en brøkdel af lydens hastighed).
Sekundære spørgsmål omfatter: "Hvor er eksplosionskilden placeret?" og muligvis, "Hvad er eksplosionens størrelse?" (Selvom der i nogle tilfælde ikke er fundet nogen direkte sammenhæng mellem størrelsen af ​​et infralydsignal fra en eksplosion og størrelsen af ​​en eksplosion [Johnson et al., 2005]). For at besvare disse sekundære spørgsmål, skal to eller flere sæt af arrays, der hver består af mindst fire infrasoniske sensorer, er nødvendige.

Infrasonisk overvågning—mekanik
Infrasoniske sensorer registrerer minutiøse trykændringer i atmosfæren over en tidsskala, der spænder fra millisekunder til minutter eller længere og ved sub-hørbare frekvenser - generelt mindre end 25 Hz. Infralydstationer kan bestå af enkelte sensorer (almindeligvis samplaceret med et seismometer se fig. 13) eller arrays af sensorer, som gennem arrayanalyseteknikker kan give information om kildens placering. Signaler fra disse stationer telemeteres typisk til et vulkanobservatorium, hvor de optages, digitaliseres, lagres og analyseres. Til vulkanovervågning er tre til fire infrasoniske steder generelt tilstrækkelige til at overvåge alle sektorer af en vulkan tilstrækkeligt, men det faktiske antal vil variere afhængigt af størrelsen og karakteristika for den enkelte vulkan. Infrasoniske sensorer kan placeres i afstande på 20 km eller mere fra en vulkan, så det er muligt at installere sådant udstyr i nærheden af ​​en urolig vulkan uden at udsætte feltpersonale for farlige forhold.
Individuelle mikrofoner koster mellem $1.000 og $10.000, afhængigt af mængden af ​​støjreduktion og ønsket følsomhed. Yderligere udstyr, såsom radioer eller paraboler til at overføre data, og batterier og solpaneler til at drive stedet, koster yderligere $4.000 til $10.000. Samlede installationsomkostninger spænder fra $5.000 for en enkelt telemeteret mikrofon til mere end $50.000 for et fire-mikrofonarray med tilhørende solpaneler, batterier, infrastruktur og satellittelemetri.

Figur 13. Typisk enkeltmikrofonstation ved Mount St. Helens i 2004. Dette sted er

2 km nord-nordøst for udluftningen, men registrerede ingen eksplosionsrelaterede infralydsignaler fra de to eksplosioner, der fandt sted efter installationen. Mikrofonen er placeret inde i metalboksen.

Soaker-slange, der strækker sig fra kassen, hjælper med at reducere (men ikke eliminere) vindstøj. Foto af Seth Moran (US Geological Survey).

For et lavt strømforbrug, telemeteret sted med en enkelt mikrofon med lav følsomhed omfatter en typisk installation: en analog radio, et udstyrskabinet (typisk en

0,3 m × 0,3 m × 1 m metalboks) med et enkelt 100 A-timers blybatteri og en elektronikboks, en antennemast, antenne, solpanel, mikrofon (pakket i PVC-rør) og

7–10 m sugeslange (for at reducere vindstøj). For et websted med en række af fire højkvalitetsmikrofoner vil en typisk installation omfatte et radio- eller satellitmodem til at transmittere data, et udstyrskabinet, der er noget større end enkeltmikrofonstedet, med så mange som ti 100 A-timers batterier, og tilstrækkelig infrastruktur til at montere flere solpaneler og en radioantenne.
Et observatorium, hvortil telemeterdata sendes, har brug for sin egen modtager og udstyr til at behandle og lagre signalerne. Udstyrsomkostningerne er omtrent de samme som for et infralydsensorsted, minus prisen på sensoren. Hvis infralydsensorstedet og observatoriet ikke er line-of-site, vil der være behov for yderligere repeaterstationer.
Hovedmålet er eksplosionsdetektion i realtid. Uddannede analytikere kan undersøge indgående signaler, eller computere kan sende automatiske alarmbeskeder til vagtpersonale, når en eksplosion opdages. Infralydsignaler fra enkelte mikrofoner kan dog forveksles med vindstøj eller andre ikke-vulkaniske kilder. Vindstøj (hvis den ikke mætter individuelle sensorer) kan let skelnes fra ægte infralydsignaler ved at se på forskellen i ankomsttider for et givet signal ved to eller flere infralydssensorer i et array. Fordi vindstød bevæger sig med luftens hastighed, vil tidsforskellene være meget større for vindstød end for infralydsignaler (som bevæger sig med lydens hastighed). Data fra arrays med fire eller flere sensorer i et array kan behandles i næsten realtid for at identificere kohærente faser, der stryger hen over arrayet fra en given azimut, som ikke kan detekteres med det blotte øje. For at lokalisere eksplosioner kræves der mindst to array-steder. Fordi vulkaner generelt er blæsende miljøer, forbedrer flere infrasoniske steder på forskellige punkter omkring vulkanen chancerne for, at et sted vil optage en eksplosion fri for vindstøj.
Infrasonisk overvågning er ikke nødvendig ved inaktive vulkaner. En cache af sensorer og udstyr til infralydstationer bør dog opretholdes for at lette hurtig udbredelse, når en vulkan vågner. Typiske feltinstallationer kræver en til tre personer, mens periodisk vedligeholdelse af feltstationer kræver en eller to personer. Overvågning udføres bedst ved et observatorium, hvor data fra infrasoniske sensorer kan ses samtidigt med data fra seismografer, fjernkameraer, GPS-instrumenter og andet overvågningsudstyr. De bedste steder for de fleste infrasoniske overvågningssteder er off-road, så der er behov for helikopteradgang mindst hvert par år for at udskifte tunge batterier. Hyppigere vedligeholdelsesbesøg er ofte påkrævet for steder i stor højde.
Infrasound har nogle få ulemper. Vindstøj kan fuldstændig skjule infrasoniske signaler fra eksplosioner, så valg af sted er afgørende for at afbøde vindstøj. Af endnu uforklarlige årsager producerer ikke alle eksplosioner infralyd (Johnson et al., 2005). Endelig, fordi infralyd produceres af eksplosioner, er den kun nyttig som en eksplosionsdetektor. Metoden kan derfor ikke hjælpe med at forudsige fremtidige eksplosioner eller andre vulkanske begivenheder.

STUDERE DESIGN

U.S. Geological Survey har det primære ansvar for overvågning af vulkaner i USA, som påbudt af Stafford Act. Dette mandat og omfattende erfaring med vulkanovervågning gør USGS til det førende bureau for udvikling af undersøgelsesdesign. Effektiv vulkanovervågning kræver specialiseret videnskabelig ekspertise og instrumentering og passende tidsindstillet dataindsamling og analyse. En vulkans trusselsniveau bestemmer graden af ​​overvågning, der er nødvendig for at beskytte liv, ejendom og infrastruktur mod vulkansk aktivitet.
Landforvaltere og civile myndigheder med ansvar for offentlig sikkerhed bør samarbejde med USGS for at målrette vulkanovervågning, give nødvendig adgang til vulkaner og deres omgivelser og lette placeringen af ​​overvågningsudstyr. Overvågning, kombineret med undersøgelser af en vulkans farer og udbrudshistorie, kan reducere risikoen ved at advare om forestående aktivitet og dens potentielle natur og omfang. Landforvaltere bør planlægge passende reaktioner på fremtidig vulkansk aktivitet, så de derefter kan træffe rettidige foranstaltninger for at beskytte liv og ejendom, når aktivitet er nært forestående.

Mount Rainier, Washington

Geologiske undersøgelser ved Mount Rainier, Washington, illustrerer mange vulkanovervågningsmetoder. Vulkanen er bygget næsten udelukkende af andesit- og dacit-lavastrømme med tilhørende pyroklastiske strømningsaflejringer, meget sparsomme tephras og kun én kendt lavakuppel (Sisson et al., 2001). Dens lavastrømme strækker sig så langt som 20 km fra toppen og har individuelle volumener op til 9 km3. De fleste af dens lavastrømme er meget mindre og strækker sig 5-10 km fra toppen, med individuelle volumener på nogle få hundrededele til nogle få tiendedele af en km 3 . Selvom disse lavastrømme var for små til at nå nu tæt befolkede områder, ligger de inden for et område med omfattende gletsjeris. Lignende fremtidige udbrud af mobile lavaer vil føre til glacial smeltning med deraf følgende nedstrøms oversvømmelser og affaldsstrømme, der er i stand til at nå tæt befolkede områder.
Når varme pyroklastiske strømme brød ud fra vulkanen, krydsede disse strømme almindeligvis gletsjere, hvor de gennemsøgte, medførte og smeltede is, hvilket omdannede de pyroklastiske strømme direkte til mobile laharer.Denne proces er hurtig, og der kan kun gives lidt advarsel om affaldsstrømme skabt af pludseligt udbrudte pyroklastiske strømme, selvom farevurderinger kan indikere sandsynlige oversvømmelser. De farer, der potentielt er forbundet med denne type udbrud
er illustreret ved udbruddet i Nevado del Ruíz (Colombia) i 1985, hvor et relativt lille udbrud smeltede is og sne i topmødet og genererede lahars, der flød titusvis af kilometer ned ad flankedale og dræbte mere end 22.000 mennesker - historiens fjerdestørste enkeltstående -udbrud dødstal. Derudover er dele af det øvre Mount Rainier blevet omdannet til relativt svage, lerrige klipper gennem påvirkningen af ​​cirkulerende varmt surt vand (en proces kendt som hydrotermisk ændring) (Fiske, et al., 1963 Crowley og Zimbelman, 1997 Finn et al. al., 2001). Tidligere er store områder med ændrede klipper kollapset og produceret voluminøse, meget mobile lahars. Et sådant sammenbrud for 5600 år siden fjernede vulkanens top, kerne og nordøstlige skråning og skabte Osceola Mudflow, der nu ligger til grund for meget af det sydlige Puget Sound-lavland syd for Seattle og øst for Tacoma (Crandell og Waldron, 1956 Vallance og Scott, 1997) . Et andet sammenbrud af ændret sten for 500 år siden, kaldet Electron Mudflow, begravede pludselig området, der nu er besat af byen Orting, Washington, (befolkning 4.000) med mudder, kampesten og nedfældet tømmer fra flere meter til flere titusinder tykt ( Crandell, 1971 Scott et al., 1995). Ingen konventionel bygning kan modstå sådan en lahar. I løbet af de sidste 10.000 år har Mount Rainier produceret mindst 60 lahars af forskellige størrelser, inklusive de førnævnte store begivenheder med aflejringer, der strækker sig ind i Puget Sound-lavlandet. I øjeblikket,

150.000 mennesker bor i områder, der blev fejet af lahars fra Mount Rainier eller af tilhørende oversvømmelser induceret af lahariske sedimenter (Sisson et al., 2001).
Evaluering af farer fra Mount Rainier er en prioritet på grund af potentialet for store tab af liv og ejendom fra fremtidige udbrud og affaldsstrømme. Geologisk kortlægning og aldersmålinger viser, at den moderne vulkan begyndte at vokse

For 500.000 år siden på toppen af ​​de dybt eroderede rester af en tidligere (Sisson et al., 2001). Vulkanens konstruktion fandt sted under fire eller måske fem skiftende stadier af hurtig og beskeden vækst. Veldefinerede hurtige vækststadier strakte sig fra 500.000 til 420.000 år siden og fra 280.000 til 180.000 år siden. Disse episoder med hurtig vækst så samlingen af ​​et højt bygningsværk og udbruddet af næsten alle de langt rejste lavastrømme med stort volumen. Hurtige vækststadier var også episoder med udbredt hydrotermisk ændring. Under beskedne vækststadier blev det høje bygningsværk i vid udstrækning eroderet og kan være blevet reduceret i højden. Vulkanproduktionen har for det meste været beskeden siden 180.000 år siden, men udbrudsraten steg markant for 40.000 år siden, og konstruerede meget af det nuværende øvre Mount Rainier. Denne stigning i udbrudshastigheden kan markere begyndelsen på et femte stadie af hurtig vækst, eller det kan være et udsving inden for det typiske interval for de beskedne vækststadier.
Mount Rainiers holocæne tephraaflejringer bevarer yderligere let kvantificerede beviser for episodiske udbrud. Elleve udbrud i de sidste 10.000 år kastede aske, pimpsten, scoria og tættere sten højt nok op i luften til at afsætte karakteristiske tephra-lag, der kan genkendes over et bredt område (Mullineaux, 1974). Udover disse er der yderligere 15-25 tynde, finkornede askelag begrænset til tæt på vulkanen. Disse finkornede asker er produkter af svagt eksplosive udbrud, såsom små eksplosioner under frigivelsen af ​​lavastrømme, eller finkornet aske, der vælter op fra små pyroklastiske strømme. Det nøjagtige antal af disse tynde asker er svært at bestemme, fordi de ligner hinanden i udseende, og fordi de eroderer let, derfor mangler forskellige lag på den ene eller den anden lokalitet. De udbrud, der skabte denne finkornede aske, blev samlet i tid. For eksempel er der fem genkendelige undergrupper af tynd aske deponeret i perioden

2700-2200 år B.P., tæt fulgt af et betydeligt pimpstensudbrud 2200 år B.P. (J. Vallance og T. Sisson, upublicerede resultater). Hver undergruppe består af fra et til måske så mange som fem askelag ens i kemisk sammensætning. Hver undergruppe repræsenterer sandsynligvis aflejringerne af en eruptiv fase bestående af flere eksplosive begivenheder. Flere laharer, en kendt pyroklastisk strømning og to grupper af lavastrømme korrelerer med de finkornede askeaflejringer. I løbet af denne 500-årige periode fandt betydelige eruptive faser sted hvert 100. år i gennemsnit, og hver fase bestod af flere eksplosive begivenheder. Denne meget aktive periode blev forudgået af et næsten 2000-årigt spænd uden kendte eruptive aflejringer. Før dette tilsyneladende sovende spænd var vulkanen i en anden periode med hyppige udbrud, der begyndte kort før det store bygningskollaps for 5600 år siden, der skabte Osceola Mudf ow. Denne udbrudsperiode er ikke blevet undersøgt i detaljer, men omfattede udbruddet af pimpsten og aske samtidig med hændelsen af ​​Osceola-bygningens kollaps, såvel som kl.

4700 og 4500 år siden (Mullineaux, 1974). En anden periode med hyppige udbrud var mellem omkring 7600-6600 år siden, forudgået af en hvileperiode, eller kun små udbrud af tæt på 2000 års varighed (Sisson et al., 2001).
Udbrudsperioderne for 5600-4500 og 2700-2200 år siden var domineret af lavaudstrømninger, der næsten fuldstændigt fyldte krateret efter Osceola-kollapsen. Efterfølgende udbrud fandt sted for 1600 og 1100 år siden, selvom det sidste var meget lille. Udbruddet for 1600 år siden er hovedsageligt udledt af laharaflejringer, og udbruddet for 1100 år siden var sandsynligvis af en pyroklastisk strømning, der forvandledes til en lahar (Hoblitt et al., 1998), selvom der ikke er bevaret nogen primær pyroklastisk strømningsaflejring. Det store flankekollaps for 500 år siden, der producerede elektronmudderstrømmen, har ingen kendte tilknyttede udbrud.
Baseret på den historiske optegnelse, har mindst tre dusin gletsjerudbrud fundet sted i det tyvende århundrede ved Mount Rainier. Glaciale udbrudsoversvømmelser er ikke relateret til vulkansk aktivitet ved Mount Rainier. Glaciale oversvømmelser skyldes pludselig frigivelse af vand fra gletsjere og dannes hovedsageligt under varmt vejr eller kraftig nedbør i sensommeren eller det tidlige efterår, når snepakningen er blevet reduceret ved sommersmeltning (Walder og Driedger, 1994b). I mangel af snedække bevæger smeltevand eller nedbør sig hurtigt over og gennem gletsjerne. Vandet sprænger eller stiger fra glacialterminalen, medfører løse sedimenter fra kanalvægge og banker og kan derved omdannes til en lahar, når bølgen bevæger sig nedstrøms. Disse udbrud af oversvømmelser udgør en alvorlig fare for faciliteter langs ådale tæt på vulkanen. Broer, veje og besøgsfaciliteter er blevet ødelagt eller beskadiget

10 gange siden 1926.
Den tid, der er nødvendig for at udføre geologisk kortlægning for at forstå en vulkans eller vulkanske systems tidligere udbrudsadfærd afhænger af de detaljer, der er nødvendige for at forstå systemet, og størrelsen og logistiske problemer i et bestemt område. I et relativt fladt område med mange veje, der krydser det, vil kortlægningen af ​​150 km 2 måske blive udført i løbet af få uger. Kontortid til at kompilere kortet i et geografisk informationssystem (GIS), forberede sten til kemisk analyse og udføre aldersdatering ville kræve yderligere et par uger. Disse faktiske arbejdstider er spredt over et par til et par år, fordi processen med geologisk kortlægning er iterativ mellem felt-, kontor- og laboratoriearbejde, og kortlægning udføres ofte på mange firkanter, der udgør interesseområdet. Den nominelle tid for geologisk kortlægning kan forlænges med mange gange, efterhånden som kompleksiteten af ​​geologien øges, eller når adgangen bliver vanskelig på grund af færre veje, stejlt terræn eller begrænsninger i vildmarken. Mount Rainier, for eksempel, kræver tekniske bjergbestigningsfærdigheder for sikkert arbejde. I nogle områder kan brug af helikopter mindske adgangsproblemer, men det er ikke altid muligt i alle beskyttede områder. Geologisk kortlægning kræver, at stenprøver indsamles til kemisk analyse og petrografisk undersøgelse. Under udbrud kan kortlægning af lavastrømme og kuppelekstrudering udføres ved luftfotografering og/eller LIDAR-billeder med resultater sat i et GIS, men resultaterne kan tage et par uger. Korte aktive lavastrømme kan kortlægges ved at gå kontakten med en GPS-enhed og koordinater sat i et GIS. Længere aktive lavastrømme kan kortlægges med en GPS-enhed i en helikopter, og begge metoder har vist sig meget effektive for det igangværende udbrud i Hawai‘i Volcanoes National Park.

CITEREDE REFERENCER

Blong, R.J., 1984, Volcanic hazards: a sourcebook on the effects of eruptions: Sidney, Australia, Academic Press, 424 s.

Braile, L.W., 2009, dette bind, Seismisk overvågning, i Young, R., og Norby, L., Geological Monitoring: Boulder, Colorado, Geological Society of America, doi: 10.1130/2009.monitoring(10).

Brosnan, DM, 2000, Økologiske virkninger af Montserrat-vulkanen: en billedlig beretning om dens virkninger på land- og havliv: Sustainable Ecosystems Institute, Portland, Oregon (kun tilgængelig på internettet på http://www.sei.org/impacts .html åbnet den 4. februar 2009).

Chouet, B.A., 1996, Nye metoder og fremtidige tendenser inden for seismologisk vulkanovervågning, i Scarpa, R., og Tilling, R.I., red., Monitoring and Mitigation of Volcanic Hazards: Berlin, Springer-Verlag, s. 23-88.

Chouet, B.A., 2003, Volcano seismology: Pure and Applied Geophysics, v. 160, s. 739–788, doi: 10.1007/PL00012556.

Crandell, D.R., 1971, Postglacial lahars fra Mount Rainier vulkanen, Washington: U.S. Geological Survey Professional Paper 677, 75 s.

Crandell, D.R., og Waldron, H.H., 1956, En nylig vulkansk mudderstrøm af exceptionelle dimensioner fra Mount Rainier, Washington: American Journal of Science, v. 254, s. 349-362.

Crowley, J.K. og Zimbelman, D.R., 1997, Kortlægning af hydrotermisk ændrede klipper på Mount Rainier, Washington, med data fra luftbårne synlige/infrarøde billeddannelsesspektrometer (AVIRIS): Geology, v. 25, s. 559–562, doi: 10.1130/0091-7613(1997)025<0559:MHAROM>2.3.CO2.

Dean, KG, Dehn, J., Papp, KR, Smith, S., Izbekov, P., Peterson, R., Kearney, C. og Steffke, A., 2004, Integrerede satellitobservationer af 2001-udbruddet af Mt. Cleveland, Alaska: Journal of Volcanology and Geothermal Research, v. 135, s. 51–74, doi:10.1016/j.jvolgeores.2003.12.013.

Dehn, J., Dean, K.G., Engle, K., og Izbekov, P., 2002, Termiske forstadier i satellitbilleder af 1999-udbruddet af Shishaldin Volcano: Bulletin of Volcanology, v. 64, s. 525–534, doi: 10.1007/s00445-002-0227-0.

Driedger, C.L. og Scott, K.M., 2002, Mount Rainier – At lære at leve med vulkansk risiko: U.S. Geological Survey Fact Sheet 034-02, 4 s. (kun tilgængelig på internettet på http://www.fs.fed.us/gpnf/mshnvm/education/teachers-corner/library/documents/fs065-97-mt-rainier.pdf#search=%22%22volcano% 20hazards%22%20%22Mount%20Rainier%22%22 tilgået 4. februar 2009).

Ewert, JW, Guffanti, M., og Murray, TL, 2005, En vurdering af vulkansk trussel og overvågningskapaciteter i USA: Framework for a National Volcano Early Warning System: US Geological Survey Open-File Report 2005-1164, 62 s. (http://pubs.usgs.gov/of/2005/1164/ besøgt 6. februar 2009).

Finn, C.A., Sisson, T.W., og Deszcz-Pan, M., 2001, Aerogeofysiske målinger af kollaps-tilbøjelige hydrotermisk ændrede zoner ved Mount Rainier vulkanen: Nature, v. 409, s. 600–603, doi: 10.1038/35054533.

Fiske, R.S., Hopson, C.A., og Waters, A.C., 1963, Geology of Mount Rainier National Park, Washington: U.S. Geological Survey Professional Paper 444, 93 s.

Fuentes, W.A., 1975, Effectos de cenizas del volcán Irazu [Costa Rica] en forskellige insekter: Revista Biología Tropicál, v. 2, s. 165-175. (Engelsk abstrakt tilgængeligt på nettet på http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=pubmed&dopt=Abstract&list_uids=1224020&query_hl=5&itool=pubmed Accessed 04. februar 04.)

Guffanti, MG, Brantley, SR og McClelland, L., eds., 2001, Volcanism in National Parks: Summary of the Workshop Convened by the US Geological Survey and National Park Service, 26-29 september 2000, Redding, Californien: USA Geologisk Undersøgelse Open-File Rapport 01–435. (Kun tilgængelig på internettet på http://geopubs.wr.usgs.gov/open-fi le/of01-435/ofr01-435_report.html tilgået 5. februar 2009.)

Harlow, DH, Power, JA, Laguerta, EP, Ambubuyog, G., White, RA og Hoblitt, RP, 1996, Foreløbig seismicitet og prognose for udbruddet af Pinatubo-bjerget den 15. juni 1991, i Newhall, CG, og Punongbayan, RS, red., Fire and Mud: Eruptions and Lahars of Mount Pinatubo, Filippinerne, s. 285–305, http://pubs.usgs.gov/pinatubo/harlow/index.html (tilganget 4. februar 2009).

Harris, AJL, Keszthelyi, L., Flynn, LP, Mouginis-Mark, PJ, Thornber, C., Kauahikaua, J., Sherrod, D., Trusdell, F., Sawyer, MW, og Flament, P., 1997a. , Kronologi af episode 54-udbruddet ved Kilauea Volcano, Hawai'i, fra GOES-9 satellitdata: Geophysical Research Letters, v. 24, s. 3281–3284, doi: 10.1029/97GL03165.

Harris, AJL, Butterworth, AL, Carlton, RW, Downey, I., Miller, P., Navarro, P., og Rothery, DA, 1997b, Lavpris vulkanovervågning fra rummet: casestudier fra Etna, Krafla, Cerro Negro, Fogo, Lascar og Erebus: Bulletin of Volcanology, v. 59, s. 49–64, doi: 10.1007/s004450050174.

Harris, AJL, Murray, JB, Aries, SE, Davies, MA, Flynn, LP, Wooster, MJ, Wright, R., og Rothery, DA, 2000, Effusionshastighedstendenser ved Etna og Krafla og deres implikationer for eruptive mekanismer: Journal of Volcanology and Geothermal Research, v. 102, s. 237–270, doi: 10.1016/S0377-0273(00)00190-6.

Heggie, T.W. og Heggie, T.M., 2004, Viewing lava safely: an epidemiology of hiker injury and illness in Hawai'i Volcanoes National Park: Wilderness & Environmental Medicine, v. 15, s. 77-81, http://www.wemjournal.org/pdfserv/i1080-6032-015-02-0077.pdf (besøgt 4. februar 2009).

Helz, RL, 2005, Overvågning af jorddeformation fra rummet: US Geological Survey Fact Sheet 2005–3025, 4 s., http://pubs.usgs.gov/fs/2005/3025/2005-3025.pdf (tilgået 4. februar) 2009).

Hoblitt, RP, Walder, JS, Driedger, CL, Scott, KM, Pringle, PT og Vallance, JW, 1998, Volcano hazards from Mount Rainier, Washington, Revised 1998: US Geological Survey Open-File Report 98-428, 11 s., 2 plader, målestok 1:100.000, 1:400.000.

Houghton, BF, Wilson, CJN og Pyle, DM, 2000, Pyroklastiske faldaflejringer, i Sigurdsson, H., Houghton, B., McNutt, SR, Rymer, H., og Stix, J., eds., Encyclopedia of Volcanoes, New York, Academic Press, s. 555-570.

Ishii, H., Ooishi, M., Maruyama, Y. og Koike, T., 2003, Acclimation of shoot and needle morphology and photosynthesis of two Picea-arter til forskelle i jordens næringsstoftilgængelighed: Tree Physiology, v. 7, s. . 453-461.


1. Introduktion

Lavfrekvent stimulering, herunder elektricitet, lyd, magnetfelt, lys og laser, er meget udbredt inden for forskellige områder af medicin [1]. EEG-aktiviteten kan påvirkes af forskellige stimuleringsmodaliteter, ikke kun elektrostimulering [2], lyd og lys (visuelt) [3], men også magnetisk stimulering [4]. Rødt stroboskopisk lys kan forårsage hurtig og kraftig opbygning af alfarytmer i den occipitale cortex [5]. Stimulering med variabel frekvens fotostimulering skabt af røde lysdioder (LED'er) forårsagede, at alfarytmerne hos forsøgspersoner blev stærkt påvirket af forskellige stimuleringsfrekvenser [6]. Med hensyn til laser var der kun få rapporter om EEG-ændringer til laserstimulering. Litscher et al. fundet, at den cerebrale blodgennemstrømningshastighed og amplituderne af 40 Hz cerebrale svingninger i hjernen kan forstærkes ved at stimulere enten øjnene med rødt lys eller akupunkterne med laser samt nåleakupunktur [7]. EEG-ændringer til somatisk stimulering med lav-niveau laser (LLL) er dog ikke blevet rapporteret.

LLL har været anvendt til klinisk medicin i lang tid. LLL-biostimulering blev først foreslået i 1969 af en ungarsk videnskabsmand, professor Mester, og derefter blev LLL-terapi populær over hele verden efter 1970 [8]. Der var mange kliniske anvendelser med LLL-terapi, for eksempel for at forbedre postoperativ pleje ved perifere nerveoperationer [9] og for at øge sårets trækstyrke [10]. LLL er også blevet brugt til at lindre en række kroniske smerter [11�].

Den kombinerede brug af EEG og funktionelt magnetisk resonansbillede (fMRI) er blevet foreslået som et effektivt værktøj til at studere hjernedynamik med både høj tidsmæssig og høj rumlig opløsning [14]. I rumlig analyse af hjerne-fMRI blev hjerneaktiviteten, der blev påvirket af stimulering af Yongquan (KI1) akupunktet ved ryggen af ​​forsøgspersonernes fod, valideret i vores tidligere undersøgelse [15]. Formålet med denne undersøgelse var at undersøge EEG-aktiviteterne påvirket af stimulering af nær infrarød laser array-stimulator (LAS) drevet ved 10 Hz i tidsmæssig analyse (EEG). LAS blev påført for at stimulere håndfladen, og derefter blev variationen af ​​EEG-aktiviteter før, under og efter laserbestrålingen analyseret.


Baggrund

Infrarød terapi på lavt niveau

Lav-niveau infrarød terapi, eller monokromatisk infrarød energi (MIRE) terapi, er en type lavenergilaser, der bruger lys i det infrarøde spektrum. MIRE-terapi involverer brugen af ​​enheder, der leverer enkelt bølgelængde usynlig lysenergi fra den røde ende af lysspektret via fleksible puder, der påføres huden. Hver pude indeholder 60 infrarøde dioder. MIRE-terapi menes at stimulere frigivelsen af ​​nitrogenoxid fra blodets hæmoglobin, som udvider blodkarrene og derved reducere hævelse og øge cirkulationen. MIRE er blevet foreslået til behandling af tilstande som perifer neuropati, smertebehandling og sårheling. Et eksempel på en MIRE-enhed inkluderer, men er muligvis ikke begrænset til, Anodyne Therapy System.

Anodyne Therapy System er en type infrarød terapi på lavt niveau, udviklet af Integrated Systems Physiology Inc. (Aurora, CO), der er blevet fremmet for at øge sårheling, til at vende symptomerne på perifer neuropati hos personer med diabetes og for behandling af lymfødem. Producenten oplyser, at Anodyne Therapy System øger cirkulationen og reducerer smerter ved at øge frigivelsen af ​​nitrogenoxid.

Adskillige metaanalyser har undersøgt evidensen, der understøtter brugen af ​​lav-niveau (kolde) lasere, herunder lav-niveau infrarøde lasere, til behandling af kroniske ikke-helende sår. Disse metaanalyser konkluderer enstemmigt, at der ikke er tilstrækkelig evidens til at understøtte lav-niveau laser i behandlingen af ​​kroniske venøse sår eller andre kroniske ikke-helende sår.

Der er ingen beviser for, at infrarød lysterapi er mere effektiv end andre varmemodaliteter til symptomatisk lindring af muskuloskeletale smerter.Glasgow (2001) rapporterede om resultaterne af et randomiseret kontrolleret klinisk forsøg med lav-niveau infrarød terapi i 24 forsøgspersoner med eksperimentelt induceret muskelømhed og fandt ingen signifikante forskelle mellem behandlings- og placebogrupper.

Der er ingen publicerede undersøgelser af effektiviteten af ​​lav-niveau infrarød terapi til behandling af diabetisk perifer neuropati. Caseserien præsenteret af producenten af ​​Anodyne System på sin hjemmeside er ikke blevet offentliggjort i et peer-reviewed medicinsk tidsskrift.

Endelig er der ingen beviser i den publicerede peer-reviewede medicinske litteratur om effektiviteten af ​​infrarød terapi til behandling af lymfødem. The Canadian Coordinating Office of Health Technology Assessment (2002) fandt, at "[d]er er lidt højkvalitets kontrollerede kliniske forsøgsbeviser for disse terapier."

I et randomiseret, placebokontrolleret studie undersøgte Leonard et al (2004) om behandlinger med Anodyne Therapy System (ATS) ville mindske smerter og/eller forbedre fornemmelsen formindsket på grund af diabetisk perifer neuropati (DPN). Tests involverede brugen af ​​5.07 og 6.65 Semmes Weinstein monofilament (SWM) og et modificeret Michigan Neuropathy Screening Instrument (MNSI). Syvogtyve patienter, hvoraf 9 var ufølsomme over for 6,65 SWM og 18, der var følsomme over for denne filament, men ufølsomme over for 5,07 SWM, blev undersøgt. Hver underekstremitet blev behandlet i 2 uger med sham eller aktiv ATS, og derefter modtog begge aktive behandlinger i yderligere 2 uger. Gruppen på 18 patienter, som kunne mærke 6,65 SWM, men som var ufølsomme over for 5,07 SWM ved baseline, opnåede et signifikant fald i antallet af insensate-steder efter både 6 og 12 aktive behandlinger (p < 0,02 og 0,001). Sham-behandlinger forbedrede ikke følsomheden over for SWM, men efterfølgende aktive behandlinger gjorde det (p & lt 0,002). MNSI-målene for neuropatiske symptomer faldt signifikant (fra 4,7 til 3,1 p < 0,001). Smerter rapporteret på 10-punkts visuel analog skala (VAS) faldt progressivt fra 4,2 ved indtræden til 3,2 efter 6 behandlinger og til 2,3 efter 12 behandlinger (begge p < 0,03). Ved indgangen rapporterede 90 % af forsøgspersonerne betydelig balanceforringelse efter behandling, dette faldt til 17 %. Blandt gruppen på 9 patienter med større sensorisk svækkelse målt ved ufølsomhed over for 6,65 SWM ved baseline var forbedringer i sansning, neuropatiske symptomer og smertereduktion imidlertid ikke signifikante. Forfatterne konkluderede, at ATS-behandlinger forbedrede følelsen i fødderne hos forsøgspersoner med DPN, forbedrede balancen og reducerede smerte.

Der er nogle få ulemper ved denne undersøgelse. De inkluderer undersøgelsens lille størrelse, og at den involverede en enkelt efterforskergruppe, der argumenterede for behovet for at replikere denne undersøgelse. Der er heller ingen oplysninger om, hvorvidt forbedringerne var holdbare. Desuden, selvom resultaterne er opmuntrende, ville mere diskrete kvantitative sensoriske tests være nyttige til at bestemme den nøjagtige grad af sensorisk forbedring, der opleves efter administration af ATS-behandlinger.

Bhardwaj et al (2005) udtalte, at en udviklende forståelse af laser-væv interaktioner, der involverer Propionibacterium acnes-producerede porphyriner, og udviklingen af ​​infrarøde ikke-ablative lasere til at målrette talgkirtler, har ført til udviklingen af ​​et eskalerende antal laser, lys og radiofrekvensapparater til acne. Brugt som monoterapi eller i kombination viser disse enheder lovende som en metode til at fjerne acne på en bekvem, ikke-invasiv måde, selvom der fortsat er et klart behov for langtidsdata og randomiserede, blindede undersøgelser.

Chow og Barnsley (2005) undersøgte effektiviteten af ​​lav-niveau laserterapi (LLLT) i behandlingen af ​​nakkesmerter gennem systematisk gennemgang af litteraturen. En søgning i computeriserede bibliografiske databaser, der dækker medicin, fysioterapi, allieret sundhed, komplementær medicin og biologiske videnskaber, blev foretaget fra startdatoen indtil februar 2004 for randomiserede kontrollerede forsøg (RCT'er) af LLLT for nakkesmerter. En omfattende liste over søgetermer blev anvendt, og eksplicitte inklusionskriterier blev udviklet på forhånd. I alt 20 undersøgelser blev identificeret, hvoraf 5 opfyldte inklusionskriterierne. Signifikante positive effekter blev rapporteret i 4 af 5 forsøg, hvor infrarøde bølgelængder (lambda = 780, 810 til 830, 904, 1.064 nm) blev brugt. Heterogenitet i resultatmål, resultatrapportering, doser og laserparametre udelukkede formel metaanalyse. Effektstørrelser kunne kun beregnes for 2 af undersøgelserne. Forfatterne konkluderede, at denne gennemgang giver begrænset evidens fra 1 RCT for brugen af ​​infrarød laser til behandling af akutte nakkesmerter (n = 71) og kroniske nakkesmerter fra 4 RCT'er (n = 202). De bemærkede, at større undersøgelser er nødvendige for at bekræfte de positive resultater og bestemme de mest effektive laserparametre, steder og anvendelsesmåder.

  1. gruppe A -- [de første 3 timer brugt 3 gange om ugen i 3 uger i et opvarmet kakkelovnsrum ('Brændeovnsperiode') og efter 2 uger uden behandling blev denne gruppe observeret i yderligere 3 uger ('kontrolperiode')] og
  2. gruppe B (først tildelt kontrolperioden og brændeovnsperioden efter den behandlingsfrie periode).

Vurderinger omfattede VAS for generel smerte, smerter i hænderne og global håndfunktion, grebsstyrke, Moberg Picking-up Test (MPUT), Australian/Canadian Osteoarthritis Hand Index (AUSCAN) og Medical Outcomes Study (MOS) 36-punkters kortformular sundhedsstatusundersøgelse (SF-36). I alt 14 (31 %) patienter forbedrede sig på VAS for generelle smerter i slutningen af ​​kakkelovnsperioden sammenlignet med 10 patienter (22 %) i kontrolperioden (p = 0,314, chi2-test). AUSCAN smertedomænet viste en signifikant forbedring efter kakkelovnsperioden (p = 0,034). Andre analyserede smerteparametre (VAS for smerte i hænder og SF-36 kropslig smerte) viste moderat, men ikke signifikant forbedring (hhv. p = 0,682 og p = 0,237) sammenlignet med kontrolperioden. Forfatterne konkluderede, at denne undersøgelse ikke påviste positive effekter af kakkelovnseksponeringen, selvom den numeriske forbedring i alle smertemål antyder nogle mulige positive effekter på dette symptom på hånd-OA.

Lampl og kollegaer (2007) vurderede sikkerheden og effektiviteten af ​​NeuroThera Laser System for at forbedre 90-dages resultaterne hos patienter med iskæmisk slagtilfælde behandlet inden for 24 timer fra slagtilfælde. NeuroThera Laser Systems terapeutiske tilgang involverer brug af infrarød laserteknologi og har vist gavnlige effekter i dyremodeller af iskæmisk slagtilfælde. I alt 120 patienter med iskæmisk slagtilfælde blev randomiseret i et 2:1-forhold (n = 79 patienter i den aktive behandlingsgruppe og n = 41 i placebokontrolgruppen). Kun patienter med baseline slagtilfælde målt af National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) score på 7 til 22 blev inkluderet. Patienter, der fik vævsplasminogenaktivator, blev udelukket. Resultatmål var patienternes score på NIHSS, modificeret Rankin Scale (mRS), Barthel Index og Glasgow Outcome Scale 90 dage efter behandling. Det primære resultatmål var vellykket behandling, dokumenteret af NIHSS. Dette blev defineret som en fuldstændig restitution på dag 90 (NIHSS 0 til 1) eller et fald i NIHSS-score på mindst 9 point (dag 90 versus baseline) og blev testet som et binært mål (bNIH). Sekundære resultatmål inkluderede mRS, Barthel Index og Glasgow Outcome Scale. Primære statistiske analyser blev udført med Cochran-Mantel-Haenszel-rangtesten, stratificeret efter baseline NIHSS-score eller efter tid til behandling for bNIH og mRS. Logistiske regressionsanalyser blev udført for at bekræfte resultaterne. Gennemsnitlig tid til behandling var mere end 16 timer (median tid til behandling 18 timer for aktive og 17 timer for kontrol). Tid til behandling varierede fra 2 til 24 timer. Flere patienter (70 %) i den aktive behandlingsgruppe havde succesfulde resultater end kontrollerne (51 %), målt prospektivt på bNIH (p = 0,035 stratificeret efter sværhedsgrad og tid til behandling p = 0,048 stratificeret kun efter sværhedsgrad). Tilsvarende havde flere patienter (59 %) succesfulde resultater end kontrollerne (44 %) målt efter 90 dage som en binær mRS-score på 0 til 2 (p = 0,034 stratificeret efter sværhedsgrad og tid til behandling p = 0,043 kun stratificeret efter sværhedsgrad ). Også flere patienter i den aktive behandlingsgruppe havde succesfulde resultater end kontroller målt ved ændringen i gennemsnitlig NIHSS-score fra baseline til 90 dage (p = 0,021 stratificeret efter tid til behandling) og den fulde mRS ("skift i Rankin")-score (p = 0,020 stratificeret efter sværhedsgrad og tid til behandling p = 0,026 stratificeret kun efter sværhedsgrad). Prævalens odds-ratio for bNIH var 1,40 (95 % konfidensinterval [CI]: 1,01 til 1,93) og for binær mRS var 1,38 (95 % CI: 1,03 til 1,83), kontrollerende for baseline-sværhedsgrad. Lignende resultater afholdt for Barthel Index og Glasgow Outcome Scale. Dødelighedsrater og alvorlige bivirkninger (SAE) afveg ikke signifikant (8,9 % og 25,3 % for aktive henholdsvis 9,8 % og 36,6 % for kontrol for dødelighed og SAE). Forfatterne konkluderede, at NEST-1-studiet indikerede, at infrarød laserterapi har vist initial sikkerhed og effektivitet til behandling af iskæmisk slagtilfælde hos mennesker, når den er påbegyndt inden for 24 timer efter slagtilfælde. De udtalte, at et større bekræftende forsøg for at demonstrere sikkerhed og effektivitet er berettiget.

Et beslutningsnotat fra Centers for Medicare og Medicaid Services (2006) har konkluderet, at "der er tilstrækkelige beviser til at konkludere, at brugen af ​​infrarøde enheder ikke er rimelig og nødvendig til behandling af Medicare-modtagere for diabetisk og ikke-diabetisk perifer sensorisk neuropati, sår og sår og lignende relaterede tilstande, herunder symptomer såsom smerter, der opstår som følge af disse tilstande”.

Tres patienter (120 lemmer) fuldførte undersøgelsen. Anodyne-enheder blev brugt derhjemme hver dag i 40 minutter i 90 dage. Nerveledningshastigheder, VPT, Semmes-Weinstein monofilamenter (SWM) (4-, 10-, 26- og 60-g monofilamenter), Michigan Neuropathy Screening Instrument (MNSI), en 10 cm visuel analog smerteskala og en neuropati-specifikke QOL-instrumenter blev målt. Et indlejret multipel ANOVA-design med gentagne foranstaltninger blev anvendt. To steder (storetå og 5. metatarsal) blev testet på både venstre og højre fod af hver patient, så to fødder blev indlejret i hver patient, og to steder blev indlejret inden for hver fod. For at analysere de ordinære SWM-scorer blev en ikke-parametrisk faktoriel analyse for longitudinelle data brugt. Der var ingen signifikante forskelle i mål for QOL, MNSI, VPT, SWM eller nerveledningshastigheder i aktive eller sham-behandlingsgrupper (p > 0,05). Forfatterne konkluderede, at Anodyne MIRE-terapi ikke var mere effektiv end sham-terapi til behandling af sensorisk neuropati hos personer med diabetes.

I et kontrolleret, dobbeltblindt, randomiseret klinisk studie undersøgte Franzen-Korzendorfer et al (2008) effekten af ​​monokromatisk infrarød energi på transkutane iltmålinger og beskyttende fornemmelse hos patienter med diabetes og tab af beskyttende fornemmelse. I alt 18 voksne (12 mænd, 6 kvinder i gennemsnitsalder på 65 +/-13 år, intervallet 39 til 86 år) med diabetes og tab af beskyttende fornemmelse blev rekrutteret ved hjælp af bekvemme prøveudtagningsmetoder. Alle patienter fungerede som deres egen kontrol. Test før og efter behandling vurderede følelse, smerte og transkutane iltmålinger på 2 steder/fod. Forsøgspersonerne gennemgik en række 30-minutters monokromatiske infrarøde energibehandlinger (1 fods aktiv behandling, 1 fods sham). Monokromatisk infrarød energi blev leveret ved producentens forudindstillede energiniveau på 1,5 J/cm(2)/min ved en bølgelængde på 890 nm sham-enheder leverede ingen energi. Scores blev analyseret ved hjælp af parrede t-test og Pearsons korrelationskoefficient. Der blev ikke observeret signifikante forskelle mellem aktive og falske behandlinger for transkutane iltværdier, smerte eller fornemmelse. Både aktive og falske monokromatiske infrarøde energibehandlede fødder havde signifikant forbedret sensation sammenlignet med prætest-baseline-scores (p & lt 0,05). Der blev ikke fundet nogen statistisk sammenhæng mellem transkutan ilt og fornemmelse. Forfatterne konkluderede, at disse resultater ikke demonstrerede nogen effekt af monokromatisk infrarød energibehandling på transkutane iltmålinger, smerte eller fornemmelse hos voksne med diabetes og tab af beskyttende fornemmelse.

Ko og Berbrayer (2002) bestemte effektiviteten af ​​keramisk imprægnerede handsker til behandling af Raynauds syndrom. I alt 93 patienter opfyldte "Pal"-kriterierne for Raynauds syndrom. Behandlingsperiode på 3 måneder med brug af keramikimprægnerede handsker blev vedtaget. Primære endepunkter omfattede smerte VAS-vurderinger og dagbogshandicap af arm, skulder, hånd (DASH) spørgeskema Jamar grebsstyrke og Purdue board test af håndbehændighed. Sekundære endepunkter var infrarøde hudtemperaturmålinger 7-punkts Likert-skalavurdering af behandlingen. Hos 60 deltagere med fuldstændige data blev der noteret forbedringer i VAS-vurderingen (p = 0,001), DASH-score (p = 0,001), Jamar-grebsstyrke (p = 0,002), infrarød hud-fingerspidstemperatur (p = 0,003), Purdue-håndfærdighed test (p = 0,0001) og Likert-skalaen (p = 0,001) med keramiske handsker over placebo-bomuldshandskerne. Forfatterne konkluderede, at de keramisk-imprægnerede "thermoflow"-handsker har en klinisk vigtig effekt ved Raynauds syndrom. Resultaterne af denne undersøgelse skal valideres af veldesignede undersøgelser med et større antal patienter og længere opfølgninger.

  1. virkningsmekanismerne og implikationerne af penetration er ikke blevet grundigt behandlet,
  2. det store udvalg af behandlingsintensiteter, bølgelængder og anordninger, der er blevet vurderet, gør sammenligninger vanskelige, og
  3. et konsensusparadigme for behandling er endnu ikke opstået.

Desuden har manglen på konsekvente positive resultater i RCT'er, måske på grund af suboptimale behandlingsregimer, bidraget til skepsis. Disse forskere gav et afbalanceret resumé af resultater beskrevet i litteraturen vedrørende behandlingsmodaliteter og effektivitet af R/NIR-IT for skader og sygdom i CNS. De har behandlet de vigtige spørgsmål om specifikation af behandlingsparametre, indtrængning af R/NIR-bestråling til CNS-væv og mekanismer og givet de nødvendige detaljer for at demonstrere potentialet af R/NIR-IT til behandling af nethindegeneration, beskadigelse til hvide stofkanaler i CNS, slagtilfælde og Parkinsons sygdom.

Vujosevic et al (2013) gennemgik de vigtigste metaboliske effekter og kliniske sikkerhedsdata for sub-threshold mikropulsdiodelaser (D-MPL) ved diabetisk makulaødem (DME). MPL-behandlingen beskadiger ikke nethinden og absorberes selektivt af retinalt pigmentepitel (RPE). Mikropulsdiodelaser stimulerer sekretion af forskellige beskyttende cytokiner af RPE. Ingen synlige laserpletter på nethinden blev noteret på nogen fundus-billedmodalitet i forskellige undersøgelser, og der var ingen ændringer i den ydre nethindeintegritet. Gennemsnitlig central retinal sensitivitet (RS) steg i D-MPL-gruppen sammenlignet med standard fotokoagulationsgruppe for tidlig behandling af diabetisk retinopati (ETDRS). Forfatterne konkluderede, at MPL er en ny, lovende behandlingsmulighed i DME, med både infrarøde og gule bølgelængder ved brug af den mindre aggressive arbejdscyklus (5 %) og faste effektparametre.

Work Loss Data Institute's guideline om "Lav ryg -- lumbal og thorax (akut og kronisk)" (2013) bemærkede, at infrarød terapi er en af ​​de indgreb/procedurer, der blev overvejet, men ikke anbefalet.

De evidensbaserede retningslinjer for kiropraktisk behandling af voksne med nakkesmerter (Bryans et al, 2014) udtalte, at "Baseret på inkonsistente resultater fra 3 lavrisiko-for-bias undersøgelser, er der utilstrækkelig evidens, der understøtter en anbefaling for brugen af infrarød laser (830 nm) til behandling af kroniske nakkesmerter”.

Choi et al (2016) bemærkede, at opretholdelse af en velfungerende vaskulær adgang og minimale nålesmerter er vigtige mål for at opnå tilstrækkelig dialyse og forbedre livskvaliteten hos patienter med hæmodialyse (HD). Langt infrarød terapi kan forbedre endotelfunktionen og øge adgangen til blodgennemstrømning (Qa) og åbenhed hos HS-patienter. Disse forskere evaluerede virkningerne af FIR-terapi på Qa og åbenhed og nålesmerter hos HS-patienter. Dette prospektive kliniske forsøg inkluderede 25 ambulante patienter, som opretholdt HS med arterio-venøs fistel. De øvrige 25 patienter blev matchet som kontrol med alder, køn og diabetes FIR-terapi blev administreret i 40 minutter under HD 3 gange om ugen og fortsatte i 12 måneder. Qa blev målt ved ultralydsfortyndingsmetoden, hvorimod smerte blev målt ved en numerisk vurderingsskala ved baseline, derefter en gang om måneden. En patient blev overført til en anden facilitet, og 7 patienter stoppede FIR-behandlingen på grund af øget kropstemperatur og ubehag. Langt infrarød terapi forbedrede needling smerte-score fra 4 til 2 efter 1 år FIR-terapi øgede Qa med 3 måneder og fastholdt denne ændring indtil 1 år, hvorimod kontrolpatienter viste faldet i Qa. 1-års uassisteret åbenhed med FIR-terapi var ikke signifikant forskellig fra kontrol. Forfatterne konkluderede, at FIR-terapi forbedrede nålesmerter. Desuden anførte de, at selvom FIR-terapi forbedrede Qa, var den uassisterede åbenhed ikke anderledes sammenlignet med kontrollen. De udtalte, at der er behov for et større og multicenter studie for at evaluere effekten af ​​FIR-terapi.

Infrarød koagulation til behandling af hæmorider

Infrarød koagulation er en af ​​flere ikke-kirurgiske ambulante terapier til behandling af hæmorider. Linares et al (2001) undersøgte effektiviteten af ​​gummibåndsligering (RBL) og infrarød fotokoagulation (IRC) til behandling af indre hæmorider hos 358 patienter med i alt 817 hæmorider. Der var en opfølgningsperiode på 36 måneder. To hundrede femoghalvfems af 358 patienter blev behandlet med RBL (82,4 %), denne behandling var effektiv hos 98 % af patienterne efter 180 dage og meget god efter 36 måneder. Der var 6/295 tilbagefald efter 36 måneder (2 %). Alle mindre og større komplikationer blev observeret inden for de første 15 dage af behandlingen: rektal tenesmus hos 96/295 patienter (32,5 %), mild anal smerte hos 115/295 (38,9 %), selvbegrænsende og mild blødning efter løsrivelse af bånd i 30/295 (10 %) og feber hos én patient. Treogtres af 358 patienter blev behandlet med IRC (17,6 %). I denne gruppe blev tilbagefald observeret hos 6/63 patienter (9,5 %) efter 36 måneder, alle med grad III hæmorider, der krævede yderligere behandling med RBL. Alle komplikationer (iboende til teknikken) blev observeret inden for de første dage: mild anal smerte hos 40/63 patienter (63,4 %) og mild blødning hos 1/63 (1,6 %). Behandlingen med RBL eller IRC afhang af antallet af hæmorider og hæmoridegraden. Der blev ikke fundet signifikante forskelle med hensyn til effektiviteten mellem RBL og IRC til behandling af grad I-II hæmorider, mens RBL var mere effektiv for grad III og IV hæmorider (p < 0,05).Forfatterne konkluderede, at RBL og IRC bør betragtes som en god behandling for alle kvaliteter af hæmorider på grund af dets effektivitet, dets cost-benefit og dets lille kort- og langsigtede sygelighed.

I en randomiseret undersøgelse sammenlignede Gupta (2003) infrarød koagulation og gummibåndsbinding i behandling af patienter med tidlige stadier af hæmorider. Et hundrede patienter med anden grads blødningsbunker blev randomiseret prospektivt til enten gummibåndsbinding (n = 54) eller infrarød koagulation (n = 46). De målte parametre omfattede postoperativt ubehag og smerte, tid til at vende tilbage til arbejdet, lindring af forekomsten af ​​blødning og gentagelseshyppighed. Postoperative smerter i løbet af den første uge var mere intense i båndligeringsgruppen (2 til 5 versus 0 til 3 på en VAS). Smerter efter afføring var mere intense med båndligation, og det samme var rektal tenesmus (p = 0,0059). Patienterne i den infrarøde koagulationsgruppe genoptog deres arbejde tidligere (2 versus 4 dage, p = 0,03), men havde også en højere recidiv- eller fejlrate (p = 0,03). Forfatterne konkluderede, at båndligation, selvom det er mere effektivt til at kontrollere symptomer og udslette hæmorider, er forbundet med mere smerte og ubehag for patienten. Da infrarød koagulation bekvemt kan gentages i tilfælde af recidiv, kan det anses for at være en egnet alternativ kontorprocedure til behandling af tidlige stadier af hæmorider.

American Gastroenterological Associations tekniske gennemgang af diagnosticering og behandling af hæmorider (Madoff og Fleshman, 2004) fastslog, at 1. grads og 2. grads hæmorider (dvs. grad I og grad II hæmorider) kan behandles med ikke-operative terapier såsom infrarød fotokoagulation . Kirurgi er generelt forbeholdt personer, der har store 3. grads eller 4. grads hæmorider, akut indespærrede og tromboserede hæmorider, hæmorider med en omfattende og symptomatisk ekstern komponent, eller personer, der har gennemgået mindre aggressiv behandling med dårlige resultater.

Onykomykose

Nenoff et al (2014) bemærkede, at Food and Drug Administration (FDA) siden 2010 har godkendt lasersystemer som i stand til at producere en "midlertidig stigning i klare negle" hos patienter med onychomycosis. Svampeudryddelse er sandsynligvis medieret af varme i infrarøde lasersystemer, deres effektivitet er blevet bekræftet termografisk, histologisk og i elektronmikroskopi. En anden tilgang til at dekontaminere negleorganet er at forstyrre svampe og sporer ved q-switched pulsapplikationer. For nylig er specifikke kombinationer af bølgelængder blevet testet for deres evne til at forstyrre mitokondrielle transmembranpotentiale ved fysiologiske temperaturer ved at generere ATP og ROS. Mens der er rapporteret klinisk ekstremt høje clearance-rater på ca. 87,5 til 95,8 %, har in vitro undersøgelser ikke kunnet bekræfte clearance. Variationen af ​​systemer og vejledende parametre hæmmer en systematisk evaluering. Anbefalinger for sikre og praktiske behandlingsprotokoller, informeret samtykke og kombination med konventionelle behandlingsmuligheder er alle områder af aktivt arbejde. Forfatterne konkluderede, at der i øjeblikket er en mangel på data vedrørende den langsigtede effektivitet af laserterapi af onychomycosis-certificerede behandlingsprotokoller er nødvendige.

En UpToDate-gennemgang om "Onychomycosis" (Goldstein, 2015) fastslår, at "Laser/lysterapi - Selvom neodym-doteret:yttrium aluminium granat (Nd:YAG) og diodelasere er dukket op som behandlingsmuligheder for onychomycosis, data om effektiviteten af disse indgreb er begrænsede, og virkningsmekanismerne og optimale regimer for disse behandlinger forbliver uklare. Indtil mere robuste data, der understøtter effektiviteten af ​​laserterapi for onychomycosis, er tilgængelige, kan vi ikke anbefale rutinemæssig brug af denne modalitet. Støtte til effektiviteten af ​​sådanne laseranordninger er primært begrænset til ukontrollerede undersøgelser, der dokumenterer kliniske forbedringer i forskellige andele af patienter. Et lille randomiseret forsøg fandt forbedring i onychomycosis efter brugen af ​​en dobbelt bølgelængde nær-infrarød diodelaser. I modsætning hertil fandt et randomiseret forsøg, hvor 27 patienter med onychomycosis involverede 125 negle tilfældigt til to behandlinger med en 1.064 nm Nd:YAG-laser (17 patienter) eller ingen behandling (10 patienter), ingen statistisk forskel i andelen af patienter med mykologisk clearance af alle berørte negle efter tre måneder. Derudover forsvandt en ikke-signifikant tendens til større proksimal negleclearance i den aktive behandlingsgruppe på 3-måneders tidspunktet med 12 måneder. Det skal bemærkes, at responser ikke kunne vurderes hos 5 af de 17 patienter i laserbehandlingsgruppen på grund af manglende tilbagevenden til opfølgning. Yderligere undersøgelser med randomiserede forsøg, der sammenligner laserapparater med placebo og andre onychomycosis-behandlinger samt langsigtede opfølgningsundersøgelser vil være nyttige til at afklare effektiviteten, mekanismerne, optimale regimer og indikationer for laserterapi”.

Tryksår

National Pressure Ulcer Advisory Panel, European Pressure Ulcer Advisory Panel og Pan Pacific Pressure Injury Alliances retningslinjer for klinisk praksis om "Behandling af tryksår" (2014) udtalte, at "På grund af den nuværende utilstrækkelige evidens til at understøtte eller afkræfte brugen af ​​infrarød terapi i behandling af tryksår, infrarød terapi anbefales ikke til rutinemæssig brug på nuværende tidspunkt”.

Andre indikationer

Shui og kolleger (2015) bemærkede, at fysioterapi (fysioterapi), en komplementær og alternativ medicinsk terapi, er blevet brugt i vid udstrækning til at diagnosticere og behandle forskellige sygdomme og defekter. Stigende beviser tyder på, at bekvemme og ikke-invasive fjerninfrarøde (FIR) stråler, en vital type fysioterapi, forbedrer sundheden hos patienter med hjerte-kar-sygdomme, diabetes mellitus og kronisk nyresygdom. Ikke desto mindre forbliver de molekylære mekanismer, hvormed FIR fungerer, uhåndgribelige. Disse forskere gennemgik og opsummerede resultaterne af tidligere undersøgelser og uddybede de molekylære mekanismer af FIR-terapi i forskellige typer sygdomme. Forfatterne konkluderede, at FIR-terapi kan være tæt forbundet med den øgede ekspression af endothelial nitrogenoxidsyntase såvel som nitrogenoxidproduktion og kan modulere profilerne af nogle cirkulerende miRNA'er, så det kan være et gavnligt supplement til behandlinger for nogle kroniske sygdomme, der giver ingen negative virkninger.

Bevidsthedsforstyrrelser

Werner et al (2016) udtalte, at for at fremme årvågenhed og opmærksomhed hos patienter med alvorlige bevidsthedsforstyrrelser (DOC) kan frontal nær infrarød laserstimulering (N-LT) eller transkraniel fokuseret chokbølgeterapi (F-SWT) være en mulighed. . Undersøgelsen sammenlignede begge teknikker hos alvorlige kroniske DOC-patienter. I alt 16 DOC-patienter blev allokeret til 2 grupper (A og B). En 3-ugers baseline fulgte enten en frontal N-LT (0,1 mJ/mm2, 10 minutter pr. session), 5 gange om ugen over 4 uger (gruppe A) eller en F-SWT (0,1 mJ/mm2) 4.000 stimuli pr. session) 3 gange om ugen over 4 uger (gruppe B). Den primære variabel var den reviderede Coma Recovery Scale (r-CRS, 0-23), blindt vurderet. Begge grupper forbedrede sig i r-CRS over tid, men afslørede ingen forskelle mellem grupperne. En patient i gruppe B havde et fokalt anfald i 3. behandlingsuge. 1 patient med akinetisk mutisme forbedredes mest, og 3 patienter med global hypoxi forbedredes slet ikke. Forfatterne konkluderede, at begge muligheder kunne være en mulighed for at øge opmærksomheden og bevidstheden om kroniske DOC-patienter. En akinetisk mutisme så ud til at være en positiv og alvorlig cerebral hypoxi, en negativ prædiktor epileptiske anfald er en potentiel uønsket bivirkning. Forfatteren udtalte, at der er behov for flere kliniske undersøgelser.

Sæsonbestemt affektiv lidelse

I en Cochrane-gennemgang vurderede Nussbaumer et al (2015) sikkerheden og effektiviteten af ​​lysterapi (i sammenligning med ingen behandling, andre typer lysterapi, 2. generations antidepressiva, melatonin, agomelatin, psykologiske terapier, livsstilsinterventioner og negative iongeneratorer ) i forebyggelse af sæsonbestemt affektiv lidelse (SAD) og forbedring af patientcentrerede resultater blandt voksne med en historie med SAD. En søgning i Specialized Register of the Cochrane Depression, Anxiety and Neuorosis Review Group (CCDANCTR) inkluderede alle år til 11. august 2015. CCDANCTR indeholdt rapporter om relevante RCT'er afledt af Embase (1974 til dato), Medline (1950 til dato) , PsycINFO (1967 til dato) og Cochrane Central Register of Controlled Trails (CENTRAL). Desuden søgte disse efterforskere i det kumulative indeks til sygepleje og allied sundhedslitteratur (CINAHL), Web of Knowledge, Cochrane Library og Allied and Complementary Medicine Database (AMED) (til 26. maj 2014). Disse forskere gennemførte også en grå litteratursøgning og håndsøgte referencelisterne for alle inkluderede undersøgelser og relevante oversigtsartikler. For effektiviteten inkluderede forfatterne RCT'er på voksne med en historie med vinter-type SAD, som var fri for symptomer i begyndelsen af ​​undersøgelsen. For uønskede hændelser havde forfatterne også til hensigt at inkludere ikke-randomiserede undersøgelser. De havde til hensigt at inkludere undersøgelser, der sammenlignede enhver form for lysterapi (f.eks. skarpt hvidt lys, administreret af visirer eller lyskasser, infrarødt lys, daggry-stimulering) versus ingen behandling/placebo, 2. generations antidepressiva (SGA), psykologiske terapier, melatonin , agomelatin, livsstilsændringer, negative iongeneratorer eller en anden af ​​de førnævnte lysterapier. Forfatterne planlagde også at inkludere studier, der så på lysterapi i kombination med enhver komparatorintervention og sammenlignede dette med den samme komparatorintervention som monoterapi. To reviewforfattere screenede abstracts og fuldtekstpublikationer i forhold til inklusionskriterierne. To reviewforfattere abstraherede uafhængigt data og vurderede risikoen for bias fra inkluderede undersøgelser. Disse efterforskere identificerede 2.986 citater efter de-duplikering af søgeresultater. De ekskluderede 2.895 poster under titel og abstrakt gennemgang. De vurderede 91 fuldtekstpapirer til medtagelse i gennemgangen, men kun 1 undersøgelse, der leverede data fra 46 personer, opfyldte berettigelseskriterierne. Den inkluderede RCT havde metodiske begrænsninger. Disse forskere vurderede det til at have høj risiko for ydeevne og detektionsbias på grund af manglende blinding og som havende høj risiko for nedslidningsbias, fordi studieforfatterne ikke rapporterede årsager til frafald og ikke integrerede data fra drop-outs i analysen . Den inkluderede RCT sammenlignede forebyggende brug af stærkt hvidt lys (2.500 lux via visirer), infrarødt lys (0,18 lux via visirer) og ingen lysbehandling. Samlet set reducerede begge former for forebyggende lysterapi forekomsten af ​​SAD numerisk sammenlignet med ingen lysterapi. I alt udviklede 43 % (6/14) af deltagerne i gruppen med stærkt lys SAD, samt 33 % (5/15) i gruppen med infrarødt lys og 67 % (6/9) i gruppen uden behandling. Lysterapi reducerede risikoen for SAD-forekomst med 36 %, men 95 % CI var meget bred og inkluderede både mulige effektstørrelser til fordel for stærk lysterapi og dem, der gik ind for ingen lysterapi (risikoforhold (RR) 0,64, 95 % CI: 0,30 til 1,38). Infrarødt lys reducerede risikoen for SAD med 50 % sammenlignet med ingen lysterapi, men i dette tilfælde var også CI for bred til at tillade præcise estimeringer af effektstørrelse (RR 0,50, 95 % CI 0,21 til 1,17). Sammenligning af begge former for forebyggende lysterapi i forhold til hinanden gav ensartede forekomster af depressive episoder i begge grupper (RR 1,29, 95 % CI: 0,50 til 3,28). Kvaliteten af ​​evidens for alle resultater var meget lav. Årsager til at nedgradere evidenskvalitet omfattede høj risiko for bias af den inkluderede undersøgelse, upræcis og andre begrænsninger, såsom selvvurdering af resultater, manglende kontrol af compliance i hele undersøgelsens varighed og utilstrækkelig rapportering af deltagerkarakteristika. Efterforskerne gav ingen oplysninger om uønskede hændelser. Disse forskere kunne ikke finde nogen undersøgelser, der sammenlignede lysterapi med andre indgreb af interesse, såsom SGA, psykologiske terapier, melatonin eller agomelatin. Forfatterne konkluderede, at evidens for lysterapi som forebyggende behandling for patienter med en historie med SAD er begrænset. Metodiske begrænsninger og den lille stikprøvestørrelse af den eneste tilgængelige undersøgelse har udelukket reviewforfatterens konklusioner om effekter af lysterapi for SAD.

Nussbaumer-Streit og kolleger (2019) bemærkede, at SAD er et sæsonbestemt mønster af tilbagevendende alvorlige depressive episoder, der oftest opstår i løbet af efteråret eller vinteren og går over om foråret. Forekomsten af ​​SAD varierer fra 1,5 % til 9 %, afhængigt af breddegrad. Det forudsigelige sæsonmæssige aspekt af SAD giver en lovende mulighed for forebyggelse. Denne gennemgang -- 1 af 4 anmeldelser om effektivitet og sikkerhed af interventioner til forebyggelse af SAD -- fokuserede på lysterapi som en forebyggende intervention. Lysterapi er en ikke-farmakologisk terapi, der udsætter mennesker for kunstigt lys leveringsmåde og lysform varierer. Disse efterforskere undersøgte sikkerheden og effektiviteten af ​​lysterapi (i sammenligning med ingen behandling, andre typer lysterapi, 2. generations antidepressiva, melatonin, agomelatin, psykologiske terapier, livsstilsinterventioner og negative iongeneratorer) til at forebygge SAD og forbedre patienten -centrerede resultater blandt voksne med en historie med SAD. De søgte i Ovid Medline (1950- ), Embase (1974- ), PsycINFO (1967- ) og Cochrane Central Register of Controlled Trials (CENTRAL) til 19. juni 2018. En tidligere søgning i disse databaser blev udført via Cochrane Common Mental Disorders Controlled Trial Register (CCMD-CTR) (alle år til 11. august 2015). Desuden søgte disse efterforskere i det kumulative indeks til sygepleje og allierede sundhedslitteratur, Web of Science, Cochrane Library, Allied and Complementary Medicine Database og internationale forsøgsregistre (til 19. juni 2018). De gennemførte også en grå litteratursøgning og håndsøgte referencelisterne over inkluderede undersøgelser og relevante oversigtsartikler. For effektivitet inkluderede disse efterforskere RCT'er på voksne med en historie med vinter-type SAD, som var symptomfri i begyndelsen af ​​undersøgelsen. For AE'er havde disse forskere også til hensigt at inkludere ikke-randomiserede undersøgelser. Disse forskere havde til hensigt at inkludere undersøgelser, der sammenlignede enhver form for lysterapi (f.eks. skarpt hvidt lys, administreret af visirer eller lyskasser, IR-lys, daggry-stimulering) versus ingen behandling/placebo, 2. generations antidepressiva, psykologiske terapier, melatonin , agomelatin, livsstilsændringer, negative iongeneratorer eller en anden af ​​de førnævnte lysterapier. De planlagde også at inkludere undersøgelser, der undersøgte lysterapi i kombination med enhver komparatorintervention. To reviewforfattere screenede abstracts og fuldtekstpublikationer, abstraherede uafhængigt data og vurderede risikoen for bias fra inkluderede undersøgelser. De identificerede 3.745 citater efter de-duplikering af søgeresultater, ekskluderede 3.619 poster under titel og abstrakt gennemgang. Disse efterforskere evaluerede 126 fuldtekstpapirer til inklusion i gennemgangen, men kun 1 undersøgelse, der leverede data fra 46 personer, opfyldte berettigelseskriterierne. Den inkluderede RCT havde metodiske begrænsninger. Disse efterforskere vurderede det til at have høj risiko for ydeevne og detektionsbias på grund af manglende blinding og som havende høj risiko for nedslidningsbias, fordi studieforfatterne ikke rapporterede årsager til frafald og ikke integrerede data fra drop-outs i analysen . Den inkluderede RCT sammenlignede forebyggende brug af skarpt hvidt lys (2.500 lux via visirer), IR-lys (0,18 lux via visirer) og ingen lysbehandling. Samlet set reducerede hvidt lys og IR-lys terapi forekomsten af ​​SAD numerisk sammenlignet med ingen lysterapi. I alt udviklede 43 % (6/14) af forsøgspersonerne i gruppen med stærkt lys SAD, samt 33 % (5/15) i IR-lysgruppen og 67 % (6/9) i den ikke-behandlede gruppe. Lysterapi reducerede risikoen for SAD-forekomst med 36 %, men 95 % CI var meget bred og inkluderede både mulige effektstørrelser til fordel for stærk lysterapi og dem, der gik ind for ingen lysterapi (RR 0,64, 95 % CI: 0,30 til 1,38 23 forsøgspersoner, beviser af meget lav kvalitet). Infrarødt lys reducerede risikoen for SAD med 50 % sammenlignet med ingen lysterapi, men CI var også for bredt til at tillade præcise estimeringer af effektstørrelse (RR 0,50, 95 % CI: 0,21 til 1,17 24 forsøgspersoner, evidens af meget lav kvalitet) . Sammenligning af begge former for forebyggende lysterapi i forhold til hinanden gav ensartede forekomster af depressive episoder i begge grupper (RR 1,29, 95 % CI: 0,50 til 3,28 29 forsøgspersoner, meget lav evidens). Årsager til at nedgradere evidenskvalitet omfattede høj risiko for bias af den inkluderede undersøgelse, upræcis og andre begrænsninger, såsom selvvurdering af resultater, manglende kontrol af compliance i hele undersøgelsens varighed og utilstrækkelig rapportering af emnekarakteristika. Efterforskerne gav ingen oplysninger om bivirkninger. De fandt ingen undersøgelser, der sammenlignede lysterapi versus andre interventioner af interesse, såsom 2. generations antidepressiva, psykologiske terapier, melatonin eller agomelatin. Forfatterne konkluderede, at evidens for lysterapi som forebyggende behandling for personer med en historie med SAD var begrænset. Metodiske begrænsninger og den lille stikprøvestørrelse af den eneste tilgængelige undersøgelse har udelukket reviewforfatterens konklusioner om effekter af lysterapi for SAD. Disse forskere udtalte, at i betragtning af at sammenlignende evidens for lysterapi versus andre forebyggende muligheder var begrænset, bør beslutningen for eller imod at påbegynde forebyggende behandling af SAD og den valgte behandling være stærkt baseret på patientens præferencer.

Kræft

Tsai og Hamblin (2017) bemærkede, at IR-stråling er elektromagnetisk stråling med bølgelængder mellem 760 og 100.000 nm, mens LLLT- eller fotobiomodulationsterapi (PBM) generelt anvender lys ved røde og nær-IR-bølgelængder (100 til 600 nm biologisk aktivitet) til at modulere. Mange faktorer, tilstande og parametre påvirker de terapeutiske virkninger af IR, herunder fluens, irradians, behandlingstid og gentagelse, pulsering og bølgelængde. Stigende beviser tyder på, at IR kan udføre foto-stimulering og PBM-effekter, der især gavner neural stimulation, sårheling og kræftbehandling. Nerveceller reagerer særligt godt på IR, som er blevet foreslået til en række neurostimulerings- og neuromodulationsapplikationer, og de seneste fremskridt inden for neural stimulering og regenerering blev diskuteret i denne gennemgang.

Hou og kolleger (2017) udtalte, at terapi baseret på nanopartikler har udviklet sig hurtigt i det seneste årti og er blevet brugt i vid udstrækning til diagnosticering og behandling af leverkræft, brystkræft og andre tumorer. For hudkræft er der dog begrænsede undersøgelser. Disse forskere syntetiserede med succes en theranostisk nanopartikel ved at rive IR820 på overfladen af ​​chitosan-belagt magnetisk jernoxid, IR820-CS-Fe3O4, hvilket viser en fremragende magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) evne og cytotoksiske effekter mod melanom under bestråling med en nær-infrarød (nær-infrarød) NIR) laser (808 nm) in vitro.Desuden blev der observeret god stabilitet i op til 8 dage og ubetydelig cytotoksicitet, disse egenskaber er vigtige for biomedicinske anvendelser af nanopartikler. Forfatterne konkluderede, at de tilvejebragte en ny og potentiel teranostisk platform til behandling og påvisning af melanom.

Zhang og kolleger (2017) bemærkede, at selvom triple-negativ brystkræft (TNBC) er en lille procentdel af alle brystkræfttilfælde, er TNBC til dato en af ​​de mest udfordrende typer af brystkræft til grundforskning og klinikforskning, fordi TNBC-patienter udviser en høj risiko for tilbagefald, kortere samlet overlevelse (OS) og begrænsede terapeutiske muligheder efter afslutning af konventionel kemoterapi sammenlignet med patienter med andre BC subtyper. Den epidermale vækstfaktorreceptor (EGFR) er et lovende mål for TNBC-behandling. Selvom NIR fototermisk terapi (NIR-PTT) ved hjælp af anti-EGFR antistof-konjugerede guld nanorods (anti-EGFR-GN'er), har tiltrukket sig betydelig interesse for ikke-invasiv og målrettet TNBC-behandling gennem en aktivering af apoptotisk vej, er det uklart om anti-EGFR-GNs-kombinerede NIR-PTT modulerer induktionen af ​​autofagi, der bidrager til celledød. Disse forskere undersøgte den autofagiske celledød i dyrkede TNBC-celler og muse-xenograft-tumorer under anti-EGFR-GNs-kombineret NIR-PTT. De fandt, at cytotoksiciteten induceret af anti-EGFR-GNs-kombineret NIR-PTT blev reddet ved behandling med autofagi-hæmmer, 3-methyladenin (3-MA). Anti-EGFR-GNs-kombinerede NIR-PTT inducerede bemærkelsesværdige niveauer af autofagi-aktivitet, som det fremgår af et stort antal autofagiske vesikler og en signifikant stigning i autofagi-specifikke proteiner mikrotubuli-associeret protein let kæde 3 (LC3), p62, beclin-1 , og autofagi-relateret gen5 (Atg5), der ledsager hæmningen af ​​AKT-mTOR-signalvejen, der er ansvarlig for at inducere autofagi. Desuden øgede anti-EGFR-GNs-kombinerede NIR-PTT i muse-xenograft-tumorer også LC3- og beclin-1-niveauer. Forfatterne konkluderede, at disse resultater for første gang viste, at anti-EGFR-GNs-kombinerede NIR-PTT bemærkelsesværdigt inducerede autofagi, der førte til EGFR-målrettet cancercelledød.

Xu og Associates (2017) udtalte, at mens immunterapi er blevet et meget lovende paradigme for kræftbehandling (f.eks. kolorektal cancer) i de senere år, har det længe været anerkendt, at fotodynamisk terapi (PDT) har evnen til at udløse antitumor-immunresponser . Konventionel PDT udløst af synligt lys har imidlertid begrænset penetrationsdybde, og dens genererede immunrespons er muligvis ikke robust nok til at eliminere tumorer. Up-conversion nanopartikler (UCNP'er) er samtidigt fyldt med chlor e6 (Ce6), en fotosensibilisator, og imiquimod (R837), en Toll-like-receptor-7 agonist. De opnåede multi-tasking UCNP-Ce6-R837 nanopartikler under NIR-bestråling med øget vævsgennemtrængningsdybde ville muliggøre effektiv fotodynamisk ødelæggelse af tumorer for at generere en pulje af tumorassocierede antigener, som i nærvær af de R837-holdige nanopartikler som adjuvans er i stand til at fremme stærke anti-tumor immunresponser. Mere signifikant viste PDT med UCNP-Ce6-R837 i kombination med den cytotoksiske T-lymfocyt-associerede protein 4 (CTLA-4) checkpoint blokade ikke kun fremragende effektivitet til at eliminere tumorer udsat for NIR-laseren, men resulterede også i stærk anti- tumorimmuniteter for at hæmme væksten af ​​fjerne tumorer efterladt efter PDT-behandling. Desuden har en sådan cancerimmunterapistrategi en langsigtet immunhukommelsesfunktion til at beskytte behandlede mus mod genudfordring af tumorceller. Forfatterne konkluderede, at disse resultater præsenterede en immunstimulerende UCNP-baseret PDT-strategi i kombination med CTLA-4-checkpoint-blokade for effektivt at ødelægge primære tumorer under lyseksponering, hæmme fjerne tumorer, der næppe kan nås af lys, og forhindre tumorgentagelse via immunhukommelseseffekt.

Migræne

  1. i kontrolgruppen (gruppe A, 22 tilfælde i alt) blev nimodipin brugt til behandling af kronisk migræne i 2 måneder
  2. i gruppen med infrarødt polariseret lys (gruppe B, 22 tilfælde i alt), blev infrarødt polariseret lys anvendt til behandling af kronisk migræne i 50 til 60 dage
  3. i behandlingsgruppen for botulinumtoksin (gruppe C, 24 tilfælde i alt), blev ultralyd- og hyponom-guidet type A botulinumtoksin injiceret i frontale, temporale og occipitale muskler til behandling af kronisk migræne og
  4. i den fælles behandlingsgruppe (gruppe D, 23 tilfælde i alt), blev ultralyd-og-hyponom-guidet type A botulinumtoksin-injektion i gruppe C og infrarødt polariseret lys i gruppe B begge brugt her i behandlingen af ​​kronisk migræne.

Infrarød polariseret lysterapi varede 50 til 60 dage, og undersøgelsestiden varede 6 måneder. Undersøgelsen vil omfatte tilstande for patienter med kronisk migræne 3 måneder før behandling og 1, 3 og 6 måneder efter behandling. Patienterne blev bedt om at udfylde MIDAS (migræne disability assessment questionnaire) og blev bedømt på evalueringsskalaen for livskvalitet (QOL), således at forskerne ville være i stand til at sammenligne angrebsfrekvens, angrebets varighed, angrebets sværhedsgrad, brugen af smertestillende medicin og deres bedring fra kronisk migræne, og observer derefter deres bivirkninger. I alt 11 tilfælde faldt fra under behandlingen, 3 tilfælde i A-gruppe, 2 tilfælde i gruppe B, 4 tilfælde i gruppe C og 2 tilfælde i gruppe D. Ved 1, 3 og 6 måneder efter behandlingen scorer MIDAS i gruppe A, B, C og D var signifikant lavere end før behandlingen. Derfor var forskellene statistisk signifikante (p & lt 0,01). Scoringerne i QOL-vurderingsskalaen var signifikant højere end scores før behandling, så forskellen var statistisk signifikant (p & lt 0,01). MIDAS-scorerne og QOL-vurderingsskalaen i gruppe D blev sammenlignet med dem i henholdsvis gruppe A, B og C, og forskellene var statistisk signifikante (p < 0,05), 2 patienter blev registreret med svimmelhed, og svimmelheden forsvandt efter 2 uger uden behandling overhovedet. Pandelinjer og kragetæer hos 21 patienter blev overfladiske eller forsvandt i varierende grad efter injektionen. Forfatterne konkluderede, at kombinationen af ​​ultralyd-og-hyponom-guidet type A botulinumtoksin-injektion og infrarødt polariseret lys ved behandling af kronisk migræne viste en signifikant klinisk effekt. Desuden erklærede de, at yderligere undersøgelser i store prøver og multi-centre er nødvendige i den kliniske anvendelse. Dette var en lille undersøgelse (n = 23 i den fælles behandlingsgruppe med 2 frafald), og dens resultater blev forvirrede af den kombinerede brug af Botox og infrarød terapi.

Desuden gør UpToDate anmeldelser om "Kronisk migræne" (Garza og Schwedt, 2018), "Akut behandling af migræne hos voksne" (Bajwa og Smith, 2018a) og "Forebyggende behandling af migræne hos voksne" (Bajwa og Smith, 2018b) ikke nævne infrarød som en terapeutisk mulighed.

Ikke-diabetisk perifer neuropati

Miriutova et al (2002) rapporterede resultaterne af 73 patienter med kompression-iskæmisk myeloradiculopati, der modtog behandling inklusive infrarød laserstråling på de paravertebrale felter, motoriske punkter på de berørte nerver og biologisk aktive punkter Y63, Y67, YB34, YB42, YB43, E34, E42 (1,0 til 5,0 mW/cm2 5- og 5.000-Hz), elektrostimulering af motoriske nervepunkter og innerveret af dem muskler ved dobbelte kvadratiske impulser med et fast mellemrum på 5 ms. Forfatterne konkluderede, at impuls infrarød laserterapi lindrede smertesyndrom, stimulerede reparationsprocesser i de berørte nervestrukturer. Yderligere modificeret elektrisk stimulation aktiverede en regenerativ vækst af nervefibrene, re-innervation af lemmermusklerne. Dette var en ukontrolleret undersøgelse.

Foto et al (2007) sammenlignede nøjagtigheden, pålideligheden og væsentlige egenskaber ved 9 kommercielt tilgængelige håndholdte infrarøde termometre, der bruges til at styre den neuropatiske fod. Termometrene blev sammenlignet ved hjælp af 2 temperaturkontrolkilder, der simulerede fysiologiske forhold fundet i en fodplejeklinik. Med hver kontrolkilde indstillet uafhængigt, blev temperaturforskelle på 0 grader, 2 grader, 4 grader og 6 grader C tilfældigt udtaget og analyseret for hvert termometer af 2 testere. Rækkefølgen af ​​test blev tilfældigt tildelt for testere og instrumenter. Der var forskelle i middeltemperaturændringer blandt termometre (p < 0,001) og mellem testere (p = 0,0247). Forskelle i middeltemperaturændringer mellem instrumenter (mindre end 0,5 grader C), selvom de er små, kunne påvirke fortolkningen af ​​hudtemperaturen, hvis temperatursammenligninger blev foretaget med 2 forskellige instrumenter. Forskellen i temperaturændring mellem testere (0,06 grader C) var ikke stor nok til at påvirke beslutninger i klinisk praksis. Instrumentets responstid, afstand-til-punkt-forhold, sensordiameter, skærmopløsning, emissivitet og omkostninger blev sammenlignet. Forfatterne konkluderede, at de billige infrarøde termometre til generel brug, der blev brugt i denne undersøgelse, viste god nøjagtighed, pålidelighed og ydeevne og var egnede til brug i en fodplejeklinik. Denne undersøgelse gav ingen data til støtte for effektiviteten af ​​disse enheder til behandling af perifer neuropati.

Schencking et al (2008) rapporterede om tilfældet med en 67-årig kvindelig patient, der led af en vedvarende og akut forværret radikulopati (L5/S1 højre) på grund af metastaser fra brystkræft (pT1bL0N1R1G2M1/ossøs ER 95 %, PR 95 % , Her2-new-score 3+) i lændehvirvelsøjlen. Traditionelle behandlinger havde ikke givet tilstrækkelige terapeutiske virkninger. Disse efterforskere udførte 6 sessioner med vandfiltreret infrarød-A helkropshypertermi ved hjælp af et kommercielt system (Iratherm 1000 Von Ardenne Institute for Applied Medical Research, Dresden, Tyskland). Bølgelængden var 600 til 1.300 nm, den tilsigtede kropskernetemperatur var 38,5 grader C. Intensiteten af ​​smerten blev vurderet ved visuel analog skala (VAS). Smerteintensiteten (VAS) faldt fra 9 (indledende) til 3 point efter de første 3 behandlingssessioner. Patienten var fuldstændig smertefri efter 6 sessioner. Ingen bivirkninger blev observeret. Ved opfølgning efter 3 og 24 uger var patienten stadig smertefri. Forfatterne konkluderede, at infrarød-A helkropshypertermi kan være en effektiv terapeutisk procedure med sjældne bivirkninger for tumor-induceret neuropatisk smerte. Dets anvendelse bør dog undersøges yderligere i kontrollerede kliniske forsøg.

Spinocerebellar ataksi

Liu og kolleger (2019) bemærkede, at spinocerebellar ataksi type 3 (SCA3) er en poly-glutamin neurodegenerativ sygdom, der skyldes fejlfoldning og akkumulering af et patogent protein, hvilket forårsager cerebellar dysfunktion, og denne sygdom har i øjeblikket ingen effektive behandlinger. Langt infrarød stråling (FIR) har vist sig at beskytte levedygtigheden af ​​SCA3-celler ved at forhindre mutant ataxin-3-proteinaggregering og fremme autofagi. Denne mulige behandling mangler dog stadig in vivo evidens. Disse forskere undersøgte effekten af ​​FIR-terapi på SCA3 in vivo ved at bruge en musemodel over 28 uger. Kontrolmus bar en sund vildtype ATXN3-allel, der havde en poly-glutamin-kanal med 15 CAG-gentagelser (15Q), hvorimod SCA3-transgene mus havde en allel med en patologisk poly-glutamin-kanal med udvidede 84 CAG (84Q)-gentagelser. Resultaterne viste, at 84Q SCA3-musene udviste nedsat motorisk koordination, balanceevne og gangpræstation sammen med det tilhørende tab af Purkinje-celler i lillehjernen sammenlignet med de normale 15Q-kontroller, men FIR-behandling var dog tilstrækkelig til at forhindre disse defekter. FIR forbedrede ydeevnen markant med hensyn til maksimal kontaktflade, skridtlængde og basisstøtte i forpoterne, bagpoterne eller begge dele. Ydermere understøttede FIR-behandling overlevelsen af ​​Purkinje-celler i lillehjernen og fremmede autofagi, som afspejlet af induktionen af ​​autofagiske markører, LC3II og Beclin-1, samtidig med reduktionen af ​​p62- og ataxin-3-akkumulering i cerebellære Purkinje-celler, som kan delvist bidrage til redningsmekanismen. Forfatterne konkluderede, at disse resultater afslørede, at FIR gav terapeutiske effekter i en SCA3 transgen dyremodel og derfor har et betydeligt potentiale for fremtidig klinisk brug.

Traumatisk hjerneskade

Yao og kollegaer (2018) udtalte, at traumatisk hjerneskade (TBI) er blevet et stort sundheds- og socioøkonomisk problem, der påvirker unge mennesker og militært personel. Talrige TBI-patienter oplevede følgetilstanden af ​​hjerneskade kaldet kognitiv svækkelse, som reducerede funktioner i opmærksomhed, arbejdshukommelse, motivation og udførelse. I de senere år er transkraniel nær-infrarød laserterapi (tNiRLT) som en mulig terapi gradvist anvendt til behandling af kognitiv svækkelse post-TBI. I denne gennemgang syntetiseres de biologiske mekanismer for transkraniel tNiRLT for TBI hovedsageligt baseret på den fotoniske påvirkning af kronisk mild TBI. Forskellige spændende molekylære hændelser forekommer muligvis under proceduren, såsom stimulering af ATP-produktion, regional cerebral blodgennemstrømning (CBF), akupunktur, neurogenese og synaptogenese, reduktion af anti-inflammatorisk eksisterede også. Nogle dyreforsøg og kliniske undersøgelser af tNiRLT for TBI blev skitseret. Adskillige laboratorier har vist, at tNiRLT ikke kun er effektiv til at forbedre neurologiske funktioner, men også øger hukommelsen og indlæringskapaciteten i gnaverdyrs model af TBI. I en 2-patient case-rapport og en 11-case-serie blev kognitive funktioner forbedret. Effekt på kognitive og følelsesmæssige effekter blev også observeret i et dobbeltblindt, kontrolleret klinisk studie. Forfatterne konkluderede, at adskillige randomiserede, parallelle, dobbeltblindede, sham-kontrollerede forsøg er undervejs, med det formål at evaluere effektiviteten af ​​tLED på kognitive funktioner og neuropsykiatrisk status hos deltagere med TBI. Således er tNiRLT en lovende metode anvendt til kognitiv svækkelse efter TBI.

I en case-serie undersøgelse undersøgte Hipskind og kolleger (2019) resultatet af at anvende rød/nær-infrarød lysterapi ved hjælp af lysemitterende dioder (LED'er) pulseret med 3 forskellige frekvenser trans-kranielt for at behandle TBI hos militærveteraner. I alt 12 symptomatiske forsøgspersoner diagnosticeret med kronisk TBI på mere end 18 måneder efter traume modtog pulserende trans-kraniel PBM-terapi (tPBMT) ved hjælp af 2 neopren-terapipuder indeholdende 220 infrarøde og 180 røde LED'er, hvilket genererede en effekt på 3,3 W og en gennemsnitlig effekttæthed på 6,4 mW/cm2 i 20 minutter, tre gange om ugen over 6 uger. Resultatmål omfattede standardiserede neuropsykologiske testresultater og kvalitative og kvantitative enkeltfotonemissionscomputertomografi (SPECT) målinger af regional cerebral blodgennemstrømning (rCBF). Pulserende tPBMT forbedrede signifikant neuropsykologiske scores i 6 ud af 15 underskalaer (40,0 % p < 0,05 2-halede). SPECT-analyse viste stigning i rCBF i 8 ud af 12 (66,7 %) forsøgspersoner. Kvantitativ SPECT-analyse afslørede en signifikant stigning i rCBF i denne undergruppe af forsøgspersoner og en signifikant forskel mellem før- og efterbehandling gammastråletal/cc [t = 3,77, df = 7, p = 0,007, 95 % CI: 95.543,21 til 21.931,82]. Forfatterne bemærkede, at dette var den første undersøgelse, der rapporterede kvantitativ SPECT-analyse af rCBF i områder af interesse efter pulseret tPBMT med LED'er i TBI. De konkluderede, at pulseret tPBMT ved hjælp af LED'er viste løfte om at forbedre kognitiv funktion og rCBF flere år efter TBI. Desuden er større, kontrollerede undersøgelser nødvendige.

Forfatterne konkluderede, at begrænsningerne af denne undersøgelse omfattede brugen af ​​en lille, frivillig prøve (n = 12) uden kontrol- eller falske behandlingsgrupper til sammenligning. Dette var et case-seriedesign, hvor alle forsøgspersoner modtog den samme behandling, og blinding af forsøgspersoner og klinikere, der administrerede behandlingen, blev ikke udført. Ubevidste eksperimenters bias og placebo-effekter skal kontrolleres i fremtidige undersøgelser. Alternative former for neuropsykologiske vurderinger blev ikke brugt på grund af budget-, personale- og tidsbegrænsninger, hvilket introducerede potentielle praksiseffekter. En tredje begrænsning var muligheden for, at regression til middelværdien delvist kunne forklare resultaterne af de kvantitative SPECT-analyser på grund af udvælgelseskriteriernes cut-off på z mindre end eller lig med 1,00. Teoretisk set ville fjernelse af udvælgelseskriterier afhjælpe dette problem, men det er en af ​​de bedste praksis-identifikatorer for den reducerede rCBF forbundet med TBI. En anden mulig begrænsning var reproducerbarheden af ​​SPECT, selvom forskning viste, at SPECT-reproducerbarheden var mellem ± 1,3 % og 5 %.

Knogleregenerering

Tani og kolleger (2018) bemærkede, at PBM er blevet brugt til knogleregenererende formål inden for forskellige områder inden for medicin og tandpleje, men modstridende resultater kræver et skeptisk blik for dets potentielle fordele. I et in vitro-studie sammenlignede disse forskere PBM-potentialet med røde (635 ± 5 nm) eller nær-infrarøde (NIR, 808 ± 10 nm) diodelasere og violetblå (405 ± 5 nm) lysdiode, der opererer i en kontinuerlig bølge med en energitæthed på 0,4 J/cm² på human osteoblast og mesenkymal stromal celle (hMSC) levedygtighed, proliferation, adhæsion og osteogen differentiering. PBM-behandlinger ændrede ikke levedygtigheden (PI/Syto16 og MTS-assays). Konfokal immunfluorescens og RT-PCR-analyser indikerede, at rød PBM på begge celletyper øgede vinkulinrige klynger, osteogene markørers ekspression (Runx-2, alkalisk phosphatase, osteopontin) og mineraliseret knoglelignende knudestrukturaflejring og på hMSC'er inducerede stressfiberdannelse og opregulerede ekspressionen af ​​proliferationsmarkør Ki67. Interessant nok blev osteoblastreaktioner på rødt lys medieret af Akt-signalaktivering, som så ud til positivt at modulere niveauer af reaktive oxygenarter. Violet-blåt lys-bestrålede celler opførte sig i det væsentlige som ubehandlede celler, og NIR-bestrålede celler viste modifikationer af cytoskeletsamling, Runx-2-ekspression og mineraliseringsmønster. Forfatterne konkluderede, at selvom det er inden for begrænsningerne af en in vitro-eksperiment, kan denne undersøgelse foreslå PBM med 635 nm laser som potentiel effektiv mulighed for at fremme/forbedre knogleregenerering.

Temporomandibulær lidelse

Sousa og kollegaer (2019) temporomandibulær lidelse (TMD) betragtes som hovedårsagen til orofacial smerte af ikke-dental oprindelse og et folkesundhedsproblem. Symptomatologien er muskel- og/eller artikulære smerter, begrænsning af underkæbebevægelsesområdet (ROM) og ændringer i underkæbebevægelsesmønsteret. På grund af dens kompleksitet er der allerede behandlinger, der anvender forskellige former for terapi. Foto-biomodulering ved hjælp af lyskilder, såsom lav-niveau laser eller lysdioder (LED), med forskellige bølgelængder, i en enkelt eller kombineret form, gør det muligt at udforske endnu en terapeutisk ressource. Formålet med denne undersøgelse er at evaluere virkningerne af PBM med samtidig brug af røde og infrarøde lysdioder, på smerte, rækkevidde af mandibular bevægelser og på den elektriske aktivitet af tyggemuskler hos individer med TMD.Der foreslås et randomiseret, kontrolleret, dobbeltblindet klinisk forsøg, som vil involvere 33 individer (n = 11 pr. gruppe) af begge køn, i alderen 18 til 45 år i 3 grupper: LED-gruppe placebogruppe og kontrolgruppe, indsendt til 6 ikke -på hinanden følgende sessioner med PBM på i alt 2 ugers behandling. Research Diagnostic Criteria for Temporomandibular Disorders-RDC/TMD vil blive brugt til at vurdere og bestemme forsøgspersoners TMD-smerte vil blive vurderet ved hjælp af VAS, den mandibular ROM vil blive bestemt ved hjælp af en digital skydelære, og den elektriske aktivitet af masticatory muskler vil blive verificeret ved elektromyografi (EMG). En blandet plade med 18 røde LED'er-660 nm og 18 infrarøde LED'er-850 nm med effekt på 3,5 mW pr. LED, 4,45 mW/cm, strålingseksponering på 5,35 J/cm, vil blive brugt til PBM. Det bestrålede område vil være 14,13 cm, og energi på 75,6 J, i TMJ-regionen og i de bilaterale tygge- og temporale muskler. Forsøgspersoner fra alle grupper vil blive revurderet efter den første terapeutiske intervention og ved afslutningen af ​​behandlingen. Forfatterne forventer, at brugen af ​​PBM med LED'er, infra og rød, kan reducere smerter, forbedre temporomandibulær ledsfunktion hos patienter med TMD og dermed forbedre patientens generelle tilstand.

Infrarød koagulation til behandling af anal dysplasi

Goldstone og medarbejdere (2011) udtalte, at de tidligere havde rapporteret om infrarød koagulation (IRC) af anale højgradige intraepiteliale pladeepitellæsioner (HSIL'er) hos human immundefektvirus (HIV)-positive og HIV-negative mænd, der har sex med mænd (MSM) med en medianopfølgning på 1,5 år. I et retrospektivt kohortestudie bestemte disse forskere HSILs gentagelsesrater efter langsigtet opfølgning for IRC, og om patienter udviklede sig til invasiv cancer. Denne undersøgelse blev udført i en kontorbaseret praksis. De evaluerede patienter var MSM, som gennemgik mindst 1 IRC anal HSIL-ablation mellem 1999 og 2005 med mindst 1 års yderligere opfølgning. De primære målte resultater var HSILs tilbagevenden og progression til analt planocellulært karcinom (SCC). I alt 96 MSM blev inkluderet (44 HIV-positive) med en median opfølgning på 48 og 69 måneder i HIV-negative og HIV-positive MSM 35 % af HIV-positive og 31 % af HIV-negative forsøgspersoner fra den oprindelige kohorte gik tabt til opfølgning. I HIV-negativ MSM havde 32 (62 %) et gentagelse i gennemsnit på 14 måneder. Forekomsten af ​​tilbagefald efter 2. og 3. behandling var 48 % og 57 %. I HIV-positiv MSM havde 40 (91 %) et recidiv i gennemsnit på 17 måneder. Gentagelsesraten efter 2., 3. og 4. IRC var 63 %, 85 % og 47 %. Efter 1. ablation var HIV-positiv MSM 1,9 gange mere tilbøjelig til at få et recidiv end HIV-negativ MSM (p = 0,009). Et år efter 1. ablation havde 61 % af HIV-positive MSM tilbagevendende HSILs sammenlignet med 38 % af HIV-negative MSM. Et år efter 2. ablation havde 49 % af HIV-positive MSM tilbagevendende HSILs sammenlignet med 28 % af HIV-negative MSM. I HIV-negativ og HIV-positiv MSM var sandsynligheden for at helbrede en individuel læsion efter 1. ablation 80 % og 67 %. Det meste tilbagefald skyldtes udviklingen af ​​metakrone læsioner, der opstod hos 82 % og 52 % af HIV-positive og HIV-negative forsøgspersoner efter deres 1. IRC-behandling. Det gennemsnitlige antal tilbagevendende læsioner for både HIV-positive og HIV-negative MSM var aldrig større end 2. Ingen MSM udviklede SCC, og der var ingen SAE'er. Ved sidste besøg var 82 % af HIV-positive MSM og 90 % af HIV-negative MSM HSIL-frie. Forfatterne konkluderede, at IRC-ablation var en effektiv behandling af HSIL'er, og ingen patienter udviklede sig til cancer HIV-positive patienter var signifikant mere tilbøjelige til at få et recidiv, og tilbagefald forekom hurtigere hos disse patienter. Disse forskere udtalte, at de største ulemper ved denne undersøgelse var dets retrospektive design, og at det var et observationsstudie med betydeligt tab til opfølgning (35 % af HIV-positive og 31 % af HIV-negative forsøgspersoner fra den oprindelige kohorte).

Alam og associates (2016) bemærkede, at der er uklarhed med hensyn til den optimale håndtering af anal intraepitelial neoplasi (AIN) III. I en systematisk gennemgang sammenlignede disse efterforskere internationale/nationale samfundsretningslinjer, der i øjeblikket er tilgængelige i litteraturen om håndtering, behandling og overvågning af AIN III. Derudover undersøgte de kvaliteten af ​​de undersøgelser, der blev brugt til at udarbejde retningslinjerne, og præciserede den terminologi, der blev brugt i histologisk vurdering. Disse forskere udførte en elektronisk søgning i PubMed og Embase ved hjælp af søgetermerne "anal intraepitelial neoplasi", "AIN", "anal cancer", "retningslinjer", "overvågning" og "management". Litteraturgennemgange og retningslinjer eller praksisretningslinjer i peer-reviewede tidsskrifter fra 1. januar 2000 til 31. december 2014, der vurderer behandling, overvågning eller håndtering af patienter med AIN relateret til humant papillomavirus (HPV) var inkluderet. Retningslinjerne identificeret af søgningen blev vurderet for kvaliteten af ​​evidens bag dem ved hjælp af Oxford Center for Evidence-based Medicine 2011 Levels of Evidence. Databasesøgningen identificerede 5.159 artikler, og 2 yderligere retningslinjer blev hentet fra officielle retningslinjer. Efter at inklusionskriterierne var blevet anvendt, blev 28 fuldtekstpapirer gennemgået. 25 af disse blev udelukket, hvilket efterlod 3 retningslinjer til inklusion i den systematiske gennemgang: dem, der er udgivet af Association of Coloproctology of Great Britain and Ireland, American Society of Colon and Rectal Surgeons og det italienske selskab for kolorektalkirurgi. Der blev ikke identificeret retningslinjer for håndtering af AIN III fra humane papillomavirusforeninger og -samfund. Alle 3 retningslinjer var enige om, at et højt indeks for klinisk mistanke var afgørende for diagnosticering af AIN med en sygdomsspecifik historie, fysisk undersøgelse, digital rektal undersøgelse (DRE) og anal cytologi. Der var udveksling af terminologi fra højkvalitets AIN (HGAIN) (som inkorporerede AIN II/III) og AIN III i litteraturen, hvilket førte til forvirring i terapibrug. Behandlingen varierede fra immunmodulering og PDT til målrettet destruktion af områder med HGAIN/AIN II/III ved hjælp af IRC, elektrokauteri, kryoterapi eller kirurgisk excision, men med ringe konsensus mellem retningslinjerne. Anbefalinger om overvågningsstrategier var tilsvarende uenige, lige fra 6-måneders fysisk undersøgelse til årlig anoskopi ± biopsi. Over 50 % af anbefalingerne var baseret på niveau III eller niveau IV evidens, og mange blev kompileret ved hjælp af undersøgelser, der var mere end 10 år gamle. Forfatterne konkluderede, at på trods af overensstemmelse med hensyn til diagnose, var der betydelig variation i retningslinjerne i forhold til anbefalinger om behandling og overvågning af patienter med HGAIN/AIN II/III. Alle 3 sæt retningslinjer var baseret på forældede beviser på lavt niveau, der stammer fra 1980'erne og 1990'erne.

Goldstone og kolleger (2019) bemærkede, at anal HSIL-ablation kan reducere forekomsten af ​​invasiv cancer, men der findes få data om behandlingseffektivitet og naturlig regression uden behandling. I et randomiseret, multicenter, åbent studie undersøgte disse forskere virkningerne af IRC på anale HSIL'er (indeks HSIL'er) hos HIV-inficerede voksne i alderen over eller lig med 27 år med 1 til 3 biopsi-beviste anale HSIL'er uden HSILs tidligere historie. Forsøgspersoner blev randomiseret 1:1 til HSIL-ablation med IRC (behandling) eller ingen behandling (aktiv monitorering [AM]). Forsøgspersonerne blev fulgt hver 3. måned med højopløsningsanoskopi. Behandlingspersoner gennemgik anale biopsier af formodede nye eller tilbagevendende HSIL'er. AM-personerne gennemgik først biopsier ved måned 12. Det primære endepunkt var fuldstændig clearance af indeks HSIL ved måned 12. Disse efterforskere randomiserede 120 forsøgspersoner. Komplet indeks HSIL-clearance forekom hyppigere i behandlingsgruppen end i AM (62 % versus 30 % risikoforskel, 32 % 95 % CI: 13 % til 48 % p < 0,001). Fuldstændig eller delvis clearance (clearance større end eller lig med 1 indeks HSIL) forekom mere almindeligt i behandlingsgruppen (82 % versus 47 % risikoforskel, 35 % 95 % CI: 16 % til 50 % p < 0,001). At have en enkelt indekslæsion sammenlignet med at have 2 til 3 læsioner var signifikant forbundet med fuldstændig clearance (relativ risiko, 1,96 95 % CI: 1,22 til 3,10). De mest almindelige bivirkninger relateret til behandlingen var milde eller moderate anale smerter og blødninger. Ingen SAE'er blev anset for at være relateret til behandling eller undersøgelsesdeltagelse. Forfatterne konkluderede, at IRC-ablation af anale HSIL'er resulterede i mere clearance af HSIL'er end observation alene.

Forfatterne udtalte, at denne undersøgelse havde flere ulemper. Som tidligere nævnt blev flere forsøgspersoner med 2 eller 3 indekslæsioner randomiseret til AM, hvilket kunne påvirke resultaterne. Det var muligt, at den absolutte forskel i HSIL'er var overvurderet, da AM-gruppen ved baseline havde flere HSIL'er end behandlingsgruppen, men i den multivariable model var RR for HSIL-clearance stadig signifikant. Disse efterforskere indskrev forsøgspersoner med små læsioner, som kunne overvurdere respons, fordi små læsioner kan være mere tilbøjelige end store læsioner til at forsvinde med behandling eller gå tilbage uden behandling. Disse forskere var alle ret erfarne i behandling af HSIL'er, og forsøgspersonerne var for det meste hvide, HIV-inficerede mænd med begrænset sygdom, der modtog antiretroviral behandling med tilfredsstillende viral suppression og immunrekonstitution, hvilket gjorde resultaterne mindre generaliserbare til andre udbydere og populationer. Den overordnede styrke af denne undersøgelse hvilede på det faktum, at det var den første prospektive, multi-site, randomiserede undersøgelse, der blev drevet til at bestemme, hvorvidt HSIL-ablation var overlegen i forhold til AM alene til at fjerne HSIL'er hos HIV-inficerede individer.

Corral and associates (2019) udtalte, at anal intraepitelial neoplasi (AIN) (eller lav/høj grad pladeepitelial neoplasi (L/HSIL)) er forløberen for tidlig invasiv anal cancer. Forskellige terapeutiske muligheder for lokal ablation af lokaliserede læsioner er blevet rapporteret. I en systematisk gennemgang analyserede disse efterforskere sikkerheden og effektiviteten af ​​IRC til behandling af anal dysplasi. De gennemførte en søgning i litteraturen i 2019 ved hjælp af PubMed og Cochrane for at identificere alle kvalificerede forsøg, der publicerede rapporteringsdata om behandling af anal dysplasi med IRC. Procentdelen af ​​SCC i anus, der udviklede sig i opfølgningen og resultaterne af større komplikationer efter behandling, var de primære resultater. I alt 24 artikler blev identificeret, hvoraf 6 blev udvalgt med i alt 360 patienter inkluderet, med en medianalder på 41,8 år var 3 undersøgelser prospektive og 3 retrospektive, kun 1 var et randomiseret forsøg. Alle artikler omfattede mænd, 4 artikler omfattede hiv-positive kvinder og kun 1 artikel omfattede ikke-hiv-inficerede mænd. Ingen patient udviklede større komplikationer efter IRC-behandling. Smerter var det mest almindelige symptom fundet efter proceduren i de forskellige serier, og mild blødning, der ikke krævede transfusion, var den mest almindelige komplikation, der opstod hos 4 til 78 % af patienterne. Median opfølgning var mellem 4,7 og 69 måneder. Ingen patient udviklede SCC efter IRC. Tilbagevendende HSIL varierede fra 10 til 38 %. 2 undersøgelser rapporterede resultater fra opfølgning af ubehandlede patienter, der viste, at mellem 72 og 93 % af dem havde vedvarende HSIL ved sidste opfølgning, og 4,8 % udviklede SCC. Forfatterne konkluderede, at IRC var en sikker og effektiv metode til ablation af højgradig anal dysplasi, som kunne hjælpe med at forhindre anal cancer. Fortsat overvågning anbefales på grund af risikoen for tilbagefald.

Desuden hedder det i en UpToDate-gennemgang om "Anale pladeepitellæsioner: Diagnose, screening, forebyggelse og behandling" (Palefsky og Cranston, 2020), at "Infrarød koagulation, hyfrecation, argonplasmakoagulation og radiofrekvensablation - For læsioner, der er for stor til TCA, kan kontorbaseret infrarød koagulation (IRC) bruges. Denne enhed er godkendt af US Food and Drug Administration (FDA) til behandling af hæmorider og analvorter. Behandlingen består af direkte påføring af en 1,5-sekunders bestrålingspuls i det infrarøde område til det dysplastiske anale epitel, hvilket resulterer i vævsdestruktion til en dybde på ca. 1,5 mm. Det koagulerede væv kan derefter debrideres ved hjælp af Tischler biopsipincet. Mulige procedure-relaterede komplikationer omfatter øjeblikkelig og forsinket blødning og infektion. IRC er endnu ikke godkendt af FDA til behandling af anal SIL. Flere undersøgelser har vist sikkerheden og effektiviteten af ​​IRC hos både HIV-inficerede og HIV-ikke-inficerede individer. For eksempel, i et åbent randomiseret forsøg med 120 HIV-inficerede voksne med anal HSIL, var fuldstændig indeks HSIL-clearance hyppigere i behandlingsgruppen end i monitoreringsgruppen (62 versus 30 %, risikoforskel 32 %, 95 % CI 13 til 48 %). Som et andet eksempel, i en retrospektiv undersøgelse af 96 mænd, blev behandling med IRC efterfulgt af recidiv i gennemsnit 14 måneder hos 62 % af dem, der ikke var HIV-inficerede og hos 91 % af dem, der var HIV-smittede. Selvom flere genbehandlinger var påkrævet i de fleste tilfælde, udviklede ingen af ​​mændene sig til planocellulært karcinom. Der var ingen alvorlige bivirkninger”.


Indhold

I 1800-tallet blev der lavet undersøgelser af øjenbevægelser ved hjælp af direkte observationer. For eksempel observerede Louis Émile Javal i 1879, at læsning ikke involverer en jævn fejning af øjnene langs teksten, som tidligere antaget, men en række korte stop (kaldet fikseringer) og hurtige saccader. [1] Denne observation rejste vigtige spørgsmål om læsning, spørgsmål som blev udforsket i løbet af 1900-tallet: Ved hvilke ord stopper øjnene? Hvor lang tid? Hvornår går de tilbage til allerede sete ord?

Edmund Huey [2] byggede en tidlig eye tracker ved at bruge en slags kontaktlinse med et hul til pupillen. Linsen var forbundet med en aluminiumsmarkør, der bevægede sig som reaktion på øjets bevægelse. Huey studerede og kvantificerede regressioner (kun en lille del af saccaderne er regressioner), og han viste, at nogle ord i en sætning ikke er fikserede.

De første ikke-påtrængende eye-trackere blev bygget af Guy Thomas Buswell i Chicago, ved at bruge lysstråler, der blev reflekteret på øjet og derefter optage dem på film. Buswell lavede systematiske undersøgelser af læsning [3] og billedvisning. [4]

I 1950'erne foretog Alfred L. Yarbus [5] vigtig øjensporingsforskning, og hans bog fra 1967 bliver ofte citeret. Han viste, at opgaven til et emne har meget stor indflydelse på emnets øjenbevægelse. Han skrev også om forholdet mellem fikseringer og interesse:

"Alle optegnelser . viser endegyldigt, at karakteren af ​​øjenbevægelsen enten er fuldstændig uafhængig af eller kun meget lidt afhængig af billedets materiale og hvordan det er lavet, forudsat at det er fladt eller næsten fladt." [6] Det cykliske mønster i undersøgelsen af ​​billeder "er ikke kun afhængig af, hvad der vises på billedet, men også det problem, som iagttageren står over for, og den information, som han håber at få ud af billedet." [7]

I 1970'erne udvidede eye-tracking-forskningen sig hurtigt, især læseforskning. Et godt overblik over forskningen i denne periode er givet af Rayner. [13]

I 1980 formulerede Just and Carpenter [14] det indflydelsesrige Stærk øje-sind hypotese, at "der ikke er nævneværdig forsinkelse mellem det fikserede og det bearbejdede". Hvis denne hypotese er korrekt, så når et subjekt ser på et ord eller en genstand, tænker han eller hun også over det (bearbejde kognitivt), og lige så længe som den registrerede fiksering. Hypotesen tages ofte for givet af forskere, der bruger eye-tracking. Men blik-kontingente teknikker tilbyder en interessant mulighed for at adskille åbenlyse og skjulte opmærksomheder, for at skelne mellem, hvad der er fikseret, og hvad der bearbejdes.

I løbet af 1980'erne blev øje-sind-hypotesen ofte sat spørgsmålstegn ved i lyset af skjult opmærksomhed, [15] [16] opmærksomheden på noget, man ikke ser på, hvilket folk ofte gør. Hvis skjult opmærksomhed er almindelig under eye-tracking-optagelser, vil de resulterende scanningsveje og fikseringsmønstre ofte ikke vise, hvor vores opmærksomhed har været, men kun der, hvor øjet har kigget, uden at indikere kognitiv behandling.

1980'erne oplevede også fødslen af ​​at bruge eye-tracking til at besvare spørgsmål relateret til menneske-computer interaktion. Specifikt undersøgte forskere, hvordan brugere søger efter kommandoer i computermenuer. [17] Derudover tillod computere forskere at bruge eye-tracking-resultater i realtid, primært for at hjælpe handicappede brugere. [17]

På det seneste har der været vækst i at bruge øjensporing til at studere, hvordan brugere interagerer med forskellige computergrænseflader. Specifikke spørgsmål, forskere stiller, er relateret til, hvor nemme forskellige grænseflader er for brugerne. [17] Resultaterne af eye tracking-forskningen kan føre til ændringer i design af grænsefladen. Endnu et nyt forskningsområde fokuserer på webudvikling. Dette kan omfatte, hvordan brugere reagerer på rullemenuer, eller hvor de fokuserer deres opmærksomhed på et websted, så udvikleren ved, hvor de skal placere en annonce. [18]

Ifølge Hoffman [19] er den nuværende konsensus, at visuel opmærksomhed altid er lidt (100 til 250 ms) foran øjet. Men så snart opmærksomheden flytter til en ny position, vil øjnene gerne følge med. [20]

Vi kan stadig ikke udlede specifikke kognitive processer direkte fra en fiksering på et bestemt objekt i en scene. [21] For eksempel kan en fiksering på et ansigt i et billede indikere genkendelse, at kunne lide, ikke lide, forvirre osv. Derfor er eye tracking ofte koblet med andre metoder, såsom introspektive verbale protokoller.

Takket være fremskridt inden for bærbare elektroniske enheder kan bærbare hovedmonterede eyetrackere i øjeblikket opnå fremragende ydeevne og bliver i stigende grad brugt i forsknings- og markedsapplikationer rettet mod hverdagsmiljøer. [22] De samme fremskridt har ført til stigninger i studiet af små øjenbevægelser, der opstår under fiksering, både i laboratoriet og i anvendte omgivelser. [23]

I det 21. århundrede er brugen af ​​kunstig intelligens (AI) og kunstige neurale netværk blevet en levedygtig måde at fuldføre eye-tracking-opgaver og analyser. Især egner det konvolutionelle neurale netværk sig til eye-tracking, da det er designet til billedcentrerede opgaver. Med AI kan eye-tracking-opgaver og undersøgelser give yderligere information, som muligvis ikke er blevet opdaget af menneskelige observatører. Udøvelsen af ​​dyb læring giver også mulighed for, at et givet neuralt netværk forbedres ved en given opgave, når der gives nok prøvedata. Dette kræver dog et relativt stort udbud af træningsdata. [24]

De potentielle use cases for AI i eye-tracking dækker en bred vifte af emner fra medicinske applikationer [25] til førersikkerhed [24] til spilteori. [26] Selvom CNN-strukturen kan passe relativt godt til opgaven med eye-tracking, har forskere mulighed for at konstruere et brugerdefineret neuralt netværk, der er skræddersyet til den specifikke opgave. I disse tilfælde kan disse interne kreationer overgå allerede eksisterende skabeloner til et neuralt netværk. [27] I denne forstand er det tilbage at se, om der er en måde at bestemme den ideelle netværksstruktur for en given opgave.

Eye-trackere måler øjets rotationer på en af ​​flere måder, men hovedsageligt falder de ind under en af ​​tre kategorier: (i) måling af bevægelsen af ​​et objekt (normalt en speciel kontaktlinse) fastgjort til øjet (ii) optisk sporing uden direkte kontakt med øjet og (iii) måling af elektriske potentialer ved hjælp af elektroder placeret omkring øjnene.

Eye-attached tracking Rediger

Den første type bruger en fastgørelse til øjet, såsom en speciel kontaktlinse med et indbygget spejl eller magnetfeltsensor, og vedhæftningens bevægelse måles med den antagelse, at den ikke glider væsentligt, når øjet roterer. Målinger med tætsiddende kontaktlinser har givet ekstremt følsomme optagelser af øjenbevægelser, og magnetiske søgespoler er den foretrukne metode for forskere, der studerer dynamikken og den underliggende fysiologi af øjenbevægelser. Denne metode tillader måling af øjenbevægelser i vandrette, lodrette og torsionsretninger. [28]

Optisk sporing Rediger

Den anden brede kategori bruger en optisk, ikke-kontakt metode til at måle øjenbevægelser. Lys, typisk infrarødt, reflekteres fra øjet og registreres af et videokamera eller en anden specielt designet optisk sensor. Informationen analyseres derefter for at udtrække øjenrotation fra ændringer i refleksioner. Videobaserede eye trackers bruger typisk hornhindens refleksion (det første Purkinje-billede) og midten af ​​pupillen som funktioner til at spore over tid. En mere følsom type eye-tracker, dual-Purkinje eye tracker, [29] bruger refleksioner fra forsiden af ​​hornhinden (første Purkinje-billede) og bagsiden af ​​linsen (fjerde Purkinje-billede) som funktioner til at spore. En endnu mere følsom metode til sporing er at afbilde træk inde fra øjet, såsom nethindens blodkar, og følge disse træk, mens øjet roterer. Optiske metoder, især dem, der er baseret på videooptagelse, bruges i vid udstrækning til bliksporing og foretrækkes for at være ikke-invasive og billige.

Elektrisk potentialmåling Rediger

Den tredje kategori bruger elektriske potentialer målt med elektroder placeret rundt om øjnene. Øjnene er oprindelsen til et konstant elektrisk potentialfelt, som også kan detekteres i totalt mørke, og hvis øjnene er lukkede. Det kan modelleres til at blive genereret af en dipol med dens positive pol ved hornhinden og dens negative pol ved nethinden. Det elektriske signal, der kan udledes ved hjælp af to par kontaktelektroder placeret på huden omkring det ene øje, kaldes Elektrookulogram (EOG). Hvis øjnene bevæger sig fra midterpositionen mod periferien, nærmer nethinden sig den ene elektrode, mens hornhinden nærmer sig den modstående. Denne ændring i orienteringen af ​​dipolen og følgelig det elektriske potentialfelt resulterer i en ændring i det målte EOG-signal. Omvendt, ved at analysere disse ændringer i øjenbevægelser kan spores. På grund af diskretiseringen givet af den fælles elektrodeopsætning, kan to separate bevægelseskomponenter - en vandret og en vertikal - identificeres. En tredje EOG-komponent er den radiale EOG-kanal, [30] som er gennemsnittet af EOG-kanalerne, der refereres til en posterior hovedbundselektrode. Denne radiale EOG-kanal er følsom over for de saccadiske spidspotentialer, der stammer fra de ekstra-okulære muskler ved begyndelsen af ​​saccader, og tillader pålidelig detektion af selv miniature saccader. [31]

På grund af potentielle drifter og variable relationer mellem EOG-signalets amplituder og saccadestørrelserne er det udfordrende at bruge EOG til at måle langsomme øjenbevægelser og detektere blikretning. EOG er dog en meget robust teknik til at måle saccadisk øjenbevægelse forbundet med blikskift og detektering af blink. I modsætning til videobaserede eye-trackere tillader EOG optagelse af øjenbevægelser selv med lukkede øjne, og kan dermed bruges i søvnforskning. Det er en meget let tilgang, der i modsætning til nuværende videobaserede eye-trackere kun kræver meget lav beregningskraft, der fungerer under forskellige lysforhold og kan implementeres som et indlejret, selvstændigt bærbart system. [32] [33] Det er således den foretrukne metode til at måle øjenbevægelser i mobile dagligdagssituationer og REM-faser under søvn. Den største ulempe ved EOG er dens relativt dårlige blikretningsnøjagtighed sammenlignet med en videotracker. Det vil sige, at det er svært med god nøjagtighed at bestemme præcis, hvor et motiv kigger, selvom tidspunktet for øjenbevægelser kan bestemmes.

De mest udbredte nuværende designs er videobaserede eye-trackere. Et kamera fokuserer på det ene eller begge øjne og registrerer øjenbevægelser, mens seeren ser på en form for stimulus. De fleste moderne eye-trackere bruger midten af ​​pupillen og infrarødt/nær-infrarødt ikke-kollimeret lys til at skabe hornhindereflektioner (CR). Vektoren mellem pupilcentret og hornhindens refleksioner kan bruges til at beregne betragtningspunktet på overfladen eller blikretningen. En simpel kalibreringsprocedure af den enkelte er normalt nødvendig før brug af eye tracker. [34]

To generelle typer af infrarød/nær-infrarød (også kendt som aktivt lys) øjensporingsteknikker bruges: lys-pupil og mørk-pupil. Deres forskel er baseret på placeringen af ​​belysningskilden i forhold til optikken. Hvis belysningen er koaksial med den optiske vej, fungerer øjet som en retroreflektor, da lyset reflekteres fra nethinden, hvilket skaber en lys pupileffekt, der ligner røde øjne. Hvis belysningskilden er forskudt fra den optiske vej, så ser pupillen mørk ud, fordi retroreflektionen fra nethinden er rettet væk fra kameraet. [35]

Lyspupilsporing skaber større iris/pupilkontrast, hvilket muliggør mere robust øjensporing med al irispigmentering og reducerer i høj grad interferens forårsaget af øjenvipper og andre tilslørende træk. [36] Det tillader også sporing under lysforhold, der spænder fra totalt mørke til meget lyst.

En anden, mindre brugt, metode er kendt som passivt lys. Den bruger synligt lys til at belyse, noget som kan forårsage nogle distraktioner for brugerne. [35] En anden udfordring ved denne metode er, at pupillens kontrast er mindre end i de aktive lysmetoder, derfor bruges irisens centrum til at beregne vektoren i stedet. [37] Denne beregning skal detektere grænsen mellem iris og den hvide sclera (limbussporing). Det giver en anden udfordring for lodrette øjenbevægelser på grund af obstruktion af øjenlåg. [38]

Infrarød / nær-infrarød: lys pupil.

Infrarød / nær-infrarød: mørk pupil og hornhindereflektion.

Synligt lys: centrum af iris (rød), hornhindereflektion (grøn) og outputvektor (blå).

Eye-tracking-opsætninger varierer meget: nogle er hovedmonteret, nogle kræver, at hovedet er stabilt (for eksempel med en hagestøtte), og nogle fungerer eksternt og sporer automatisk hovedet under bevægelse. De fleste bruger en samplinghastighed på mindst 30 Hz. Selvom 50/60 Hz er mere almindeligt, kører mange videobaserede eyetrackere i dag ved 240, 350 eller endda 1000/1250 Hz, hastigheder, der er nødvendige for at fange fikserende øjenbevægelser eller korrekt måle saccade-dynamik.

Øjenbevægelser opdeles typisk i fikseringer og saccader – henholdsvis når øjenblikket holder pause i en bestemt position, og når det bevæger sig til en anden position. Den resulterende serie af fikseringer og saccader kaldes en scanpath. Glat forfølgelse beskriver øjet, der følger et objekt i bevægelse. Fixerende øjenbevægelser omfatter mikrosaccades: små, ufrivillige saccader, der opstår under forsøg på fiksering. De fleste informationer fra øjet er gjort tilgængelige under en fiksering eller glat forfølgelse, men ikke under en saccade. [39]

Scanpaths er nyttige til at analysere kognitive hensigter, interesse og betydning. Andre biologiske faktorer (nogle så simple som køn) kan også påvirke scanpathen. Eye tracking i menneske-computer-interaktion (HCI) undersøger typisk scanningsstien til brugsformål eller som en metode til input i blik-kontingente skærme, også kendt som blikbaserede grænseflader. [40]

Fortolkning af de data, der registreres af de forskellige typer eye-trackers, anvender en række software, der animerer eller visuelt repræsenterer dem, så en eller flere brugeres visuelle adfærd kan genoptages grafisk. Videoen er generelt manuelt kodet for at identificere AOI'erne (Area Of Interests) eller for nylig ved hjælp af kunstig intelligens. Grafisk præsentation er sjældent grundlaget for forskningsresultater, da de er begrænsede med hensyn til, hvad der kan analyseres - forskning baseret på eye-tracking, for eksempel, kræver normalt kvantitative mål for øjenbevægelseshændelser og deres parametre. Følgende visualiseringer er mest brugt:

Animerede repræsentationer af et punkt på grænsefladen Denne metode bruges, når den visuelle adfærd undersøges individuelt og angiver, hvor brugeren fokuserede deres blik i hvert øjeblik, suppleret med en lille sti, der angiver de tidligere saccade-bevægelser, som ses på billedet.

Statiske repræsentationer af saccadestien Dette er ret lig den, der er beskrevet ovenfor, med den forskel, at dette er en statisk metode. Der kræves et højere niveau af ekspertise end med de animerede for at fortolke dette.

Varmekort En alternativ statisk repræsentation, der hovedsageligt bruges til den agglomererede analyse af de visuelle udforskningsmønstre i en gruppe af brugere. I disse repræsentationer angiver de 'varme' zoner eller zoner med højere tæthed, hvor brugerne fokuserede deres blik (ikke deres opmærksomhed) med en højere frekvens. Varmekort er den bedst kendte visualiseringsteknik til eyetracking-studier. [41]

Blind zone-kort eller fokuskort Denne metode er en forenklet version af varmekortene, hvor de visuelt mindre besøgte zoner af brugerne vises tydeligt, hvilket giver mulighed for en lettere forståelse af den mest relevante information, det vil sige, at vi er informeret om, hvilke zoner der ikke blev set af brugerne.

Saliency kort I lighed med varmekort illustrerer et fremtrædende kort fokusområder ved lysende at vise de opmærksomhedsfangende objekter over et oprindeligt sort lærred. Jo mere fokus er givet til et bestemt objekt, jo lysere vil det se ud. [42]

Eye-trackere måler nødvendigvis øjets rotation i forhold til en referenceramme. Dette er normalt knyttet til målesystemet. Hvis målesystemet således er hovedmonteret, som ved EOG eller et videobaseret system monteret på en hjelm, så måles øje-i-hoved vinkler. For at udlede sigtelinjen i verdenskoordinater skal hovedet holdes i en konstant position, eller dets bevægelser skal også spores. I disse tilfælde føjes hovedretning til øje-i-hoved retning for at bestemme blikretningen.

Hvis målesystemet er bordmonteret, som med sklerale søgespoler eller bordmonterede kamerasystemer ("remote"), så måles blikvinkler direkte i verdenskoordinater. I disse situationer er hovedbevægelser typisk forbudt. For eksempel fastgøres hovedpositionen ved hjælp af en bidestang eller en pandestøtte. Så er en hovedcentreret referenceramme identisk med en verdenscentreret referenceramme. Eller i daglig tale bestemmer øje-i-hoved-positionen direkte blikkets retning.

Nogle resultater er tilgængelige på menneskelige øjenbevægelser under naturlige forhold, hvor hovedbevægelser også er tilladt. [43] Den relative position af øje og hoved, selv med konstant blikretning, påvirker neuronal aktivitet i højere synsområder. [44]

En stor del forskning er gået i undersøgelser af mekanismer og dynamikker ved øjenrotation, men målet med eyetracking er oftest at estimere blikkets retning. Brugere kan f.eks. være interesserede i, hvilke træk ved et billede, der tiltrækker øjet. Det er vigtigt at indse, at eye-trackeren ikke giver absolut blikretning, men snarere kun kan måle ændringer i blikretning. For at vide præcist, hvad et emne ser på, kræves der en eller anden kalibreringsprocedure, hvor individet ser på et punkt eller en række punkter, mens eyetrackeren registrerer den værdi, der svarer til hver blikposition. (Selv de teknikker, der sporer træk ved nethinden, kan ikke give nøjagtig blikretning, fordi der ikke er noget specifikt anatomisk træk, der markerer det nøjagtige punkt, hvor den visuelle akse møder nethinden, hvis der faktisk er sådan et enkelt, stabilt punkt.) pålidelig kalibrering er afgørende for at opnå valide og gentagelige øjenbevægelsesdata, og dette kan være en betydelig udfordring for ikke-verbale personer eller dem, der har ustabilt blik.

Hver metode til eye-tracking har fordele og ulemper, og valget af et eye-tracking-system afhænger af overvejelser om omkostninger og anvendelse. Der er offline metoder og online procedurer som AttentionTracking. Der er en afvejning mellem omkostninger og følsomhed, hvor de mest følsomme systemer koster mange titusindvis af dollars og kræver betydelig ekspertise for at fungere korrekt. Fremskridt inden for computer- og videoteknologi har ført til udviklingen af ​​relativt billige systemer, der er nyttige til mange applikationer og ret nemme at bruge. [45] Fortolkning af resultaterne kræver dog stadig en vis grad af ekspertise, fordi et forkert justeret eller dårligt kalibreret system kan producere vildt fejlagtige data.

Eye-tracking mens du kører bil i en vanskelig situation Rediger

Øjenbevægelsen af ​​to grupper af bilister er blevet filmet med et særligt hovedkamera af et team fra det schweiziske føderale teknologiske institut: Nybegyndere og erfarne bilister fik registreret deres øjenbevægelser, mens de nærmede sig et sving på en smal vej. Serien af ​​billeder er blevet kondenseret fra de originale filmrammer [47] for at vise 2 øjefikseringer pr. billede for bedre forståelse.

Hver af disse stillbilleder svarer til cirka 0,5 sekunder i realtid.

Serien af ​​billeder viser et eksempel på øjefiksering #9 til #14 af en typisk nybegynder og en erfaren chauffør.

Sammenligning af de øverste billeder viser, at den erfarne chauffør tjekker kurven og endda har fiksering nr. 9 tilbage til at se til side, mens nybegynderen skal tjekke vejen og vurdere sin afstand til den parkerede bil.

På de midterste billeder koncentrerer den erfarne chauffør sig nu fuldt ud om det sted, hvor en modkørende bil kunne ses. Begynderchaufføren koncentrerer sig om den parkerede bil.

På det nederste billede har novice travlt med at estimere afstanden mellem venstre væg og den parkerede bil, mens den erfarne chauffør kan bruge sit perifere syn til det og stadig koncentrere sig om det farlige punkt i kurven: Hvis en bil dukker op der, han må vige, dvs. e. stop til højre i stedet for at passere den parkerede bil. [48]

Nyere undersøgelser har også brugt hovedmonteret øjensporing til at måle øjenbevægelser under virkelige køreforhold. [49] [23]

Eye-tracking af yngre og ældre mennesker, mens de går. Edit

Mens de går, er ældre forsøgspersoner mere afhængige af fovealt syn end yngre forsøgspersoner. Deres ganghastighed er nedsat af et begrænset synsfelt, sandsynligvis forårsaget af et forringet perifert syn.

Yngre forsøgspersoner gør brug af både deres centrale og perifere syn, mens de går. Deres perifere syn giver hurtigere kontrol over gangprocessen. [50]

En lang række discipliner bruger eye-tracking-teknikker, herunder kognitiv videnskabelig psykologi (især psykolingvistik, det visuelle verdensparadigme), menneske-computer-interaktion (HCI) menneskelige faktorer og ergonomi, markedsføringsforskning og medicinsk forskning (neurologisk diagnose). [51] Specifikke applikationer omfatter sporing af øjenbevægelser ved sproglæsning, musiklæsning, genkendelse af menneskelig aktivitet, opfattelsen af ​​reklamer, sport, distraktionsdetektion og kognitiv belastningsvurdering af chauffører og piloter og som et middel til at betjene computere af personer med alvorlig motorisk svækkelse. [23]

Kommercielle applikationer Rediger

I de senere år har den øgede sofistikering og tilgængelighed af eye-tracking-teknologier skabt stor interesse i den kommercielle sektor. Applikationerne omfatter webbrugbarhed, annoncering, sponsorering, pakkedesign og bilteknik. Generelt fungerer kommercielle eye-tracking-undersøgelser ved at præsentere en målstimulus for en prøve af forbrugere, mens en eye tracker bruges til at registrere øjets aktivitet. Eksempler på målstimuli kan omfatte websteder, tv-programmer, sportsbegivenheder, film og reklamer, magasiner og aviser, pakker, hylder, forbrugersystemer (hæveautomater, kassesystemer, kiosker) og software. De resulterende data kan analyseres statistisk og gengives grafisk for at give bevis for specifikke visuelle mønstre. Ved at undersøge fikseringer, saccader, pupiludvidelse, blink og en række andre adfærdsmønstre kan forskere fastslå en hel del om effektiviteten af ​​et givet medie eller produkt. Mens nogle virksomheder gennemfører denne type forskning internt, er der mange private virksomheder, der tilbyder eye-tracking-tjenester og analyser.

Et område inden for kommerciel eye-tracking-forskning er webbrugbarhed. Mens traditionelle brugervenlighedsteknikker ofte er ret effektive til at give information om klik- og rullemønstre, giver eye-tracking mulighed for at analysere brugerinteraktion mellem klikkene og hvor meget tid en bruger bruger mellem klikkene, hvilket giver værdifuld indsigt i, hvilke funktioner der er mest iøjnefaldende, hvilke træk forårsager forvirring, og hvilke ignoreres helt. Specifikt kan eye-tracking bruges til at vurdere søgeeffektivitet, branding, onlineannoncer, navigationsbrugbarhed, overordnet design og mange andre webstedskomponenter. Analyser kan være målrettet mod en prototype eller et konkurrentwebsted ud over det primære klientwebsted.

Eye-tracking er almindeligt anvendt i en række forskellige reklamemedier. Reklamer, trykte annoncer, onlineannoncer og sponsorerede programmer er alle befordrende for analyser med den nuværende eye-tracking-teknologi. Et eksempel er analysen af ​​øjenbevægelser over annoncer i De Gule Sider. En undersøgelse fokuserede på, hvilke særlige funktioner der fik folk til at bemærke en annonce, om de så annoncer i en bestemt rækkefølge, og hvordan visningstiderne varierede. Undersøgelsen afslørede, at annoncestørrelse, grafik, farve og kopi alle påvirker opmærksomheden på reklamer. At vide dette giver forskere mulighed for at vurdere meget detaljeret, hvor ofte en stikprøve af forbrugere fikserer sig på mållogoet, produktet eller annoncen. Som et resultat kan en annoncør kvantificere succesen af ​​en given kampagne i form af faktisk visuel opmærksomhed. [52] Et andet eksempel på dette er en undersøgelse, der viste, at forfatterskabsuddrag på en søgemaskineresultatside fik mere opmærksomhed end de betalte annoncer eller endda det første organiske resultat. [53]

Endnu et eksempel på kommerciel eye-tracking-forskning kommer fra rekrutteringsområdet. En undersøgelse analyserede, hvordan rekrutterere screener Linkedin-profiler og præsenterede resultater som heat maps. [54]

Sikkerhedsapplikationer Rediger

Forskere i 2017 konstruerede et Deep Integrated Neural Network (DINN) ud af et Deep Neural Network og et foldet neuralt netværk.[24] Målet var at bruge dyb læring til at undersøge billeder af bilister og bestemme deres niveau af døsighed ved at "klassificere øjentilstande." Med nok billeder kunne den foreslåede DINN ideelt set bestemme, hvornår chauffører blinker, hvor ofte de blinker og hvor længe. Derfra kunne det vurdere, hvor træt en given chauffør ser ud til at være, og effektivt udføre en eye-tracking-øvelse. DINN blev trænet på data fra over 2.400 forsøgspersoner og diagnosticerede deres tilstand korrekt 96 %-99,5 % af tiden. De fleste andre kunstig intelligens-modeller udførte ved hastigheder over 90%. [24] Denne teknologi kunne ideelt set give en anden mulighed for at opdage sløvhed hos føreren.

Spilteori-applikationer Rediger

I en undersøgelse fra 2019 blev et Convolutional Neural Network (CNN) konstrueret med evnen til at identificere individuelle skakbrikker på samme måde som andre CNN'er kan identificere ansigtstræk. [26] Det blev derefter fodret med eye-tracking inputdata fra tredive skakspillere på forskellige niveauer. Med disse data brugte CNN blikvurdering til at bestemme dele af skakbrættet, som en spiller var meget opmærksom på. Det genererede derefter et fremtrædende kort for at illustrere disse dele af tavlen. I sidste ende ville CNN kombinere sin viden om brættet og brikkerne med sit fremtrædende kort for at forudsige spillernes næste træk. Uanset træningsdatasættet, som det neurale netværkssystem blev trænet på, forudsagde det næste træk mere præcist, end hvis det havde valgt ethvert muligt træk tilfældigt, og de fremtrædende kort, der blev tegnet for enhver given spiller og situation, var mere end 54 % ens. [26]

Hjælpemidler Rediger

Mennesker med alvorlig motorisk svækkelse kan bruge eye tracking til at interagere med computere [55], da det er hurtigere end enkelt-switch-scanningsteknikker og intuitivt at betjene. [56] [57] Motorisk svækkelse forårsaget af cerebral parese [58] eller amyotrofisk lateral sklerose påvirker ofte tale, og brugere med svær tale- og motorisk funktionsnedsættelse (SSMI) bruger en type software kendt som Augmentative and Alternative Communication (AAC) hjælpemiddel, [59] der viser ikoner, ord og bogstaver på skærmen [60] og bruger tekst-til-tale-software til at generere talt output. [61] I nyere tid har forskere også udforsket øjensporing for at kontrollere robotarme [62] og elektriske kørestole. [63] Eye tracking er også nyttig til at analysere visuelle søgemønstre, [64] opdage tilstedeværelsen af ​​Nystagmus og opdage tidlige tegn på indlæringsvanskeligheder ved at analysere øjets blikbevægelse under læsning. [65]

Luftfartsapplikationer Rediger

Eye tracking er allerede blevet undersøgt for flysikkerhed ved at sammenligne scanningsstier og fikseringsvarighed for at evaluere pilotelevers fremskridt, [66] for at estimere piloters færdigheder, [67] for at analysere besætningens fælles opmærksomhed og delte situationsbevidsthed. [68] Eye tracking-teknologi blev også udforsket for at interagere med hjelmmonterede displaysystemer [69] og multifunktionelle displays [70] i militærfly. Undersøgelser blev udført for at undersøge anvendeligheden af ​​eyetracker til Head-up-mållåsning og Head-up-målopsamling i hjelmmonterede displaysystemer (HMDS). [71] Piloternes feedback antydede, at selvom teknologien er lovende, er dens hardware- og softwarekomponenter endnu ikke modne. [ citat nødvendig ] Forskning i interaktion med multifunktionelle skærme i simulatormiljøer viste, at øjensporing kan forbedre responstiderne og den opfattede kognitive belastning betydeligt i forhold til eksisterende systemer. Yderligere undersøgte forskning også ved at bruge målinger af fiksering og pupilreaktioner til at estimere pilotens kognitive belastning. Estimering af kognitiv belastning kan hjælpe med at designe næste generation af adaptive cockpits med forbedret flyvesikkerhed. [72] Eye tracking er også nyttig til at detektere pilottræthed. [73] [23]

Automotive applikationer Rediger

I nyere tid er eye tracking-teknologien undersøgt i automotive domæne på både passive og aktive måder. National Highway Traffic Safety Administration målte blikvarigheden for at udføre sekundære opgaver under kørslen og brugte den til at fremme sikkerheden ved at fraråde introduktionen af ​​overdrevent distraherende anordninger i køretøjer [74] Ud over distraktionsdetektion bruges øjensporing også til at interagere med IVIS. [75] Selvom indledende forskning [76] undersøgte effektiviteten af ​​øjensporingssystem til interaktion med HDD (Head Down Display), krævede det stadig, at chauffører tog øjnene fra vejen, mens de udførte en sekundær opgave. Nylige undersøgelser undersøgte øjenblikskontrolleret interaktion med HUD (Head Up Display), der eliminerer øjne-off-road-distraktion. [77] Eye tracking bruges også til at overvåge kognitiv belastning af chauffører for at detektere potentiel distraktion. Selvom forskere [78] udforskede forskellige metoder til at estimere kognitiv belastning af chauffører fra forskellige fysiologiske parametre, udforskede brugen af ​​okulære parametre en ny måde at bruge de eksisterende eye trackers til at overvåge kognitiv belastning af chauffører ud over interaktion med IVIS. [79] [80]

Underholdningsapplikationer Rediger

2021-videospillet Before Your Eyes registrerer og læser spillerens blink og bruger det som den primære måde at interagere med spillet på. [81] [82]


Billig fjerngenkendelse af gestus i realtid

Foruddefinerede sekvenser af øjenbevægelser, eller 'blikgestik', kan udføres bevidst af mennesker og overvåges ikke-invasivt ved hjælp af fjernvideookulografi. Blikgestik rummer et stort potentiale i menneske-computer-interaktion, HCI, så længe de let kan assimileres af potentielle brugere, overvåget ved hjælp af billigt bliksporingsudstyr og maskinlæringsalgoritmer er i stand til at skelne den rumlige og tidsmæssige struktur af tilsigtede blikbevægelser fra typisk blikaktivitet udført under standard HCI. I dette arbejde udføres en evaluering af ydeevnen af ​​en bioinspireret Bayesiansk mønstergenkendelsesalgoritme kendt som Hierarchical Temporal Memory (HTM) på realtidsgenkendelse af blikbevægelser gennem en brugerundersøgelse. For at forbedre ydeevnen af ​​traditionel HTM under realtidsgenkendelse foreslås en udvidelse af algoritmen for at tilpasse HTM til den tidsmæssige struktur af blikbevægelser. Udvidelsen består af en ekstra topknude i HTM-topologien, der lagrer og sammenligner sekvenser af inputdata ved sekvensjustering ved hjælp af dynamisk programmering. Den rumlige og tidsmæssige kodificering af en gestus i en sekvens tjener formålet med at håndtere den tidsmæssige udvikling af blikgestik-forekomster. Den udvidede HTM giver mulighed for pålidelig skelnen mellem tilsigtede blikbevægelser fra ellers standard menneske-maskine blik interaktion, der når op til 98 % genkendelsesnøjagtighed for et datasæt med 10 kategorier af blikbevægelser, acceptable fuldførelseshastigheder og en lav frekvens af falske positive under standard blik -computerinteraktion. Disse positive resultater på trods af den anvendte billige hardware understøtter ideen om at bruge blikbevægelser som et nyt HCI-paradigme for områderne tilgængelighed og interaktion med smartphones, tablets, projekterede skærme og traditionelle stationære computere.

Grafisk abstrakt

Højdepunkter

► Dette arbejde præsenterer en udvidelse af det traditionelle HTM-paradigme for at forbedre HTM's ydeevne i realtidsgenkendelse af saccadiske blikbevægelser. ► Den udvidede HTM tilpasser HTM-algoritmer til problemer, hvor den rumlige og tidsmæssige struktur af instanser udfolder sig over tid. ► Vores blikbevægelsesgenkendelsessystem er i stand til robust at genkende blikbevægelser i realtid. ► Formålet med et sådant system er at tilvejebringe en kommunikationskanal mellem mennesker og computere, målrettet specifikt enten brugere med handicap eller miljøer, hvor traditionelle inputkanaler ikke er egnede eller kunne udvides. ► Den foreslåede udvidede HTM-tilgang er ikke specifikt designet til at håndtere blikbevægelser specifikt, da den er meget uafhængig af hardware og forbehandling af inputdata.


Vurderinger

En detaljeret vurdering af en ergoterapeut eller logopæd med viden om hjælpemidler og øjen-blik kontrolsystemer er nødvendig for at se, om øje-blik kontrol teknologi sandsynligvis vil være den rigtige mulighed for en person. Hvis det er tilfældet, vil terapeuten anbefale en afprøvning af øje-blik-kontrolteknologi for at finde ud af, om den vil opfylde deres mål. Disse mål kunne omfatte brug af øjenblikskontrolteknologi til kommunikation og gennemførelse af hverdagsaktiviteter i hjemmet, skolen, i samfundet eller på arbejdet. Terapeuten vil derefter anbefale systemer og software, der passer til personen, og derefter hjælpe dem med at mestre enheden. Terapeuten vil også sørge for, at personen er optimalt placeret og siddende komfortabelt, og uddanne deres familie, plejere, lærere og andre i, hvordan man bruger øje-blik kontrolsystemet.

Følgende vurderinger kan bruges af teamet til at evaluere brugen af ​​øje-blik kontrolteknologi:

    (IPPA) – måler, om enheder løser de problemer, en person oplever (GAS) – måler i hvilken grad en persons mål nås

Hvordan påvirker radiobølger den menneskelige krop?

Radiobølgerne har længere bølgelængder end infrarøde bølger. Radiobølger er en slags elektromagnetisk stråling. I det elektromagnetiske spektrum ligger radiobølgerne mellem frekvenserne fra 300 GHz til helt ned til 3 kHz. Desuden spænder de respektive bølgelængder fra 1 millimeter til 100 kilometer.

Generelt genereres de kunstige radiobølger af eksperterne og bruges til fast og mobil radiokommunikation, udsendelse, radar og andre navigationssystemer osv. Forskellige effekter af elektromagnetisk stråling på den menneskelige krop er angivet nedenfor. Radiobølger genereret af radio indeholder de laveste frekvenser i det elektromagnetiske spektrum og er meget sikrere.

Vigtigste virkninger på generelle sundhedsproblemer:

Generelt tilskrives symptomer på lave niveauer af eksponering for elektromagnetiske felter af offentligheden selv i deres hjem. De observerede symptomer omfatter hovedpine, angst, selvmord og depression, kvalme, træthed og tab af libido.

Ioniserende

Generelt har røntgen- og gammastrålerne en tendens til at forårsage alvorlig skade på din krop. Den overskydende eksponering for disse stråler kan beskadige DNA'et og cellerne. Disse stråler kan også forårsage sygdom, forbrændinger eller kræft.

Ikke-ioniserende

De ikke-ioniserende radiobølger har ikke nok protoner til at bryde cellerne eller beskadige DNA. Disse omfatter radiobølgerne, som udsendes af mobiltelefonen og ikke udsender højenergistråling og sandsynligvis i høj grad er sikre.

Graviditetsresultat

Høj eksponering for de elektromagnetiske felter på flere miljøniveauer øger ikke risikoen for uønskede resultater såsom spontane aborter, misdannelser, lav fødselsvægt og medfødte sygdomme. Tilstande som for tidligt fødte og lav fødselsvægt hos børn af arbejdere er ikke videnskabeligt bevist, at disse er forårsaget af felteksponeringer.

Grå stær

De mennesker, der udsættes for høje niveauer af radiofrekvens- og mikrobølgestråling, lider generelt af generel øjenirritation og grå stær. Men der er ingen beviser for, at disse effekter opstår på niveauer, som den brede offentlighed oplever.

Kræft og elektromagnetiske felter

Virkningerne af elektromagnetiske felter og deres beviser for enhver effekt er fortsat meget kontroversielle. Der er ikke fundet nogen store stigninger i risikoen for kræft hos børn eller voksne. Der er en lille stigning i risikoen for børneleukæmi ved eksponering for lavfrekvente magnetfelter i hjemmet.

Desuden er det ikke videnskabeligt bevist, at disse resultater indikerer en årsag-virkning sammenhæng mellem eksponering for markerne og sygdom. Ved meget høje temperaturer kan RF-bølgerne opvarme kroppens væv. Det er usandsynligt, at RF-bølger, der udsendes fra mobiltelefoner, forårsager kræft, da disse er ikke-ioniserende bølger og har en meget lav tendens til at beskadige DNA'et.

Depression og elektromagnetisk overfølsomhed

Der er nogle meget mindre beviser, der understøtter ideen om elektromagnetisk overfølsomhed. Det viser, at individer ikke udviser ensartede reaktioner under korrekt kontrollerede forhold med eksponering for elektromagnetiske felter. Der er ikke nogen biologisk mekanisme til at forklare overfølsomhed.

Effekt på nervesystemet

Det er et emne for aktiv diskussion fra meget lang tid, radiobølger er rapporteret at påvirke isolerede nervepræparater, centralnervesystemet, hjernekemi og histologi og blod-hjerne-barrieren. For nylig har eksperterne lavet en undersøgelse af isolerede hjertepræparater, der har givet bevis for bradykardi som følge af eksponering for RF-stråling ved ikke-termiske effekttætheder.

Visuelle problemer forårsaget af radiobølger

I mere end 30 år er udvikling af grå stær observeret som følge af høj eksponering af øjet for radiobølger. CW-mikrobølgefelterne har også lignende tærskler for at producere grå stær.

Endokrine system

Generelt er ændringen af ​​hormonkoncentrationer reversibel efter afslutningen af ​​RF-eksponeringen. De systemer, der er vigtige for opretholdelsen af ​​homeostasen, ændrer de komplekse vekselvirkninger af hypothalamus-, hypofyse-, binyre- og skjoldbruskkirtelsystemerne.

Immunsystem

Effekten af ​​radiobølger rapporteres i både Vitro og Vivo testsystemer. Desuden er lymfoblast-transformationen og ændringer i respons på mitogener også blevet bemærket. Generelt har sinusformede ELF-felter ingen signifikant effekt på immunkompetence efter in vivo eksponering af nogle laboratoriedyr.

Hæmatologiske og kardiovaskulære systemer

Mange videnskabsmænd har gjort en stor indsats for at vurdere virkningerne af både termogene og ikke-termogene niveauer af RF-stråling på blodkemi og blodcelletal. Ingen blodkarakteristika målt i undersøgelsen viste sig at ændre sig som reaktion på kronisk RF-eksponering.

Carcinogenese hos dyr

Kun nogle undersøgelser har påvist nogle beviser for muligt kræftfremkaldende potentiale, og andre har ikke vist nogen effekt. Plus, alle undersøgelserne blev bevist med elektromagnetiske felter større end de relevante GWEN-felter. Fortolkningen af ​​nogle rapporter kompliceres af termisk induceret stress.

De elektromagnetiske bølger med høje frekvenser kan påvirke din krop på en meget negativ måde end bølger med lavere frekvenser. De ikke-ioniserende bølger lykkes generelt ikke med at beskadige DNA og kropsceller og er meget sikrere end de ioniserende bølger.


Type 1: Temperatur

(i) Termoelement - De er lavet af to ledninger (hver af forskellig homogen legering eller metal), som danner en måleforbindelse ved at forbinde i den ene ende. Denne måleforbindelse er åben for de elementer, der måles. Den anden ende af ledningen afsluttes med en måleanordning, hvor der dannes en referenceforbindelse. Strømmen løber gennem kredsløbet, da temperaturen på de to kryds er forskellige. Den resulterende millispænding måles for at bestemme temperaturen ved krydset. Diagrammet af termoelement er vist nedenfor.

Der er mange måder at få gojibær ind i din kost:

  • Spis dem rå.
  • Brug dem i madlavningen.
  • Drik goji frugtjuice.
  • Tag et goji-tilskud.
  • Brug dem i en urtete.

Kilder

Naturlig medicin omfattende database: "Lycium (Goji): Monografi."

Naturlig standard: "Professionel monografi: Goji (Lycium spp.)"

Optometri og synsvidenskab: "Gojibæreffekter på makulære egenskaber og plasmaantioxidantniveauer."

The World Journal of Men's Health: "Administration af Goji (Lycium chinense Mill.) ekstrakter forbedrer erektil funktion i ældre rottemodel."

FoodData Central: "Gojibær."

Oxidativ medicin og cellulær levetid: "Gojibær som en potentiel naturlig antioxidantmedicin: et indblik i deres molekylære virkningsmekanismer."


Se videoen: #bassethound (Juli 2022).


Kommentarer:

  1. Artus

    Jeg synes nej.

  2. Oratun

    Hvilke ord ... super, god sætning



Skriv en besked