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        基于紅外成像技術(shù)的艾柱燃燒溫度特性研究*

        2019-01-05 07:20:18陳燕萍閃增郁
        陜西中醫(yī) 2019年1期

        張 喜,陳燕萍,宋 軍,閃增郁

        北京市防治重大疾病基礎(chǔ)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心)(北京100700)

        “灸”原本是指用艾火直接燒灼,艾柱化膿灸是古代應(yīng)用最廣的一種灸法[1]。《醫(yī)學(xué)入門(mén)· 針灸》載:“藥之不及,針之不到,必須灸之。”說(shuō)明灸法借火的熱力對(duì)人體有獨(dú)特的療效。灸法療效的產(chǎn)生是一個(gè)多因素綜合作用的結(jié)果[2]?,F(xiàn)代研究證實(shí),灸法作用方式主要由燃燒物藥物作用、燃燒熱的溫?zé)嶙饔?、熱輻射近紅外光的透穴作用及其在經(jīng)絡(luò)中傳輸作用組成[3]。

        現(xiàn)有研究較多關(guān)注艾灸對(duì)人體的作用[4-6],而檢測(cè)艾柱自身燃燒溫度的研究相對(duì)較少,且使用的方法是直接測(cè)量燃燒狀態(tài)艾柱內(nèi)部的溫度。用紅外成像技術(shù)方法檢測(cè)艾柱燃燒時(shí)溫度變化的相關(guān)研究較為罕見(jiàn)。

        業(yè)已證明,艾灸的燃燒光譜以紅外輻射為主,艾灸燃燒時(shí)的輻射能譜在0.8~5.0μm之間[7]。紅外熱像儀可采集艾柱燃燒時(shí)的紅外輻射能量,經(jīng)過(guò)一系列光電信號(hào)的轉(zhuǎn)化與計(jì)算機(jī)智能分析和處理,把人眼所無(wú)法觀察到的表面熱分布可視化,并用不同的色彩顯示其溫度分布。紅外成像技術(shù)可以檢測(cè)艾柱燃燒狀態(tài)下多個(gè)點(diǎn)的溫度值,連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察燃燒艾柱的不同距離溫度變化,并可以全面、整體、動(dòng)態(tài)地采集和分析艾柱溫度信息,是一種清晰、高效的技術(shù)手段。

        艾灸熱對(duì)于生物而言是外熱源,按照能量守恒定律,艾灸在組織中傳輸?shù)哪芰縼?lái)自艾葉燃燒釋放的能量[8]。溫?zé)岽碳な前娜⌒У年P(guān)鍵因素之一,而溫度又是不同溫?zé)岽碳さ牧炕问剑?]。因此應(yīng)用紅外成像技術(shù)探討艾柱溫度作為給腧穴以外來(lái)的溫?zé)嵝源碳さ淖兓捌溆行蛐砸?guī)律是一項(xiàng)非常有意義的研究工作。其不僅可以為評(píng)價(jià)臨床灸效提供基礎(chǔ)性的參考條件,而且也為評(píng)價(jià)艾柱及艾條質(zhì)量提供一定的數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)參考。

        材料與方法

        1 儀器和材料 紅外熱像儀FLIR SC660(美國(guó)菲力爾公司生產(chǎn),采用焦平面陣列(FPA)非制冷型探測(cè)器,紅外分辨率為640*480像素。測(cè)量范圍為-40℃~+1500℃,測(cè)量精度為±1%)。

        本研究為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了艾炷的大小,以避免由于艾炷的形制不統(tǒng)一對(duì)結(jié)果造成影響。裁切三種艾柱(記為A、B、C)為高(50±2)mm、直徑(30±3)mm的圓柱體,每種10支,共30支。對(duì)30支艾柱編號(hào)并進(jìn)行隨機(jī)化處理。

        2 實(shí)驗(yàn)方法

        2.1 記錄艾柱燃燒狀態(tài)下的熱圖:控制室內(nèi)溫度為(20±2)℃ ,相對(duì)濕度為45%~65% ,空氣無(wú)明顯流動(dòng)。用酒精燈點(diǎn)燃艾柱,直至艾炷正中達(dá)到完全燃燒狀態(tài)。將點(diǎn)燃的艾柱固定于帶有標(biāo)記距離的鐵架臺(tái)上,利用紅外成像技術(shù),根據(jù)隨機(jī)方案的次序拍攝A、B、C三種艾柱在同等燃燒條件下垂直、水平兩種位置下的紅外熱圖,共60張。

        2.2 測(cè)量艾柱不同距離的燃燒溫度:紅外設(shè)定測(cè)量溫度范圍0℃~150℃,主要目的是觀察艾柱燃燒邊緣及邊緣以外的溫度變化情況。應(yīng)用圖像分析軟件,分別測(cè)量三種不同艾柱燃燒時(shí)的邊緣、距離邊緣0.4cm、5cm、10cm處所對(duì)應(yīng)的溫度值。

        3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析,數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,用單因素方差分析評(píng)估三種不同艾柱的燃燒溫度,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        結(jié) 果

        1 三種艾炷不同位溫度變化 A、B、C三種艾炷燃燒時(shí)垂直位、水平位邊緣、距離邊緣0.4cm、5cm、10cm所對(duì)應(yīng)的溫度值比較(見(jiàn)表1、表2,圖1、圖2)。

        C種艾柱在邊緣、距離邊緣0.4cm、5cm、10cm處的燃燒溫度平均值均大于A,B兩種艾柱,但C種艾柱燃燒溫度值標(biāo)準(zhǔn)差較大,其曲線坡度較A,B大,說(shuō)明C組數(shù)據(jù)變異程度較大,變化不平穩(wěn)。

        表1 三種艾柱垂直位溫度變化(℃)

        表2 三種艾柱水平位溫度變化(℃)

        圖1 三種艾柱垂直位附近溫度

        2 三種艾柱垂直位與水平位的燃燒溫度差 由表3,圖3可見(jiàn),A種艾柱在三種艾柱中的垂直位與水平位溫度差值最小。A、B、C三種艾炷垂直位燃燒溫度與水平位燃燒溫度不同,說(shuō)明艾柱放置方向不同其溫度值亦有差異。

        圖2 三種艾柱水平位附近溫度

        表3 兩種位置溫差表(垂直-水平,℃)

        圖3 三種艾柱垂直位置與水平位置的溫度差

        3 方差分析結(jié)果 單因素方差分析結(jié)果如圖4,三種艾柱燃燒溫度在邊緣位置,組間比較溫度差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。三種艾柱燃燒溫度距離邊緣0.4、5、10cm位置,A、B與C組間比較溫度差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)??烧J(rèn)為A,B,C三種艾柱在邊緣位置的燃燒溫度總體均數(shù)不同,即不同艾柱的燃燒溫度不同。A,B與C種艾柱在距離邊緣0.4、5、10cm位置的燃燒溫度總體均數(shù)不同,即A,B與C種艾柱的燃燒溫度不同。

        圖4 方差分析結(jié)果

        4 三種艾柱燃燒的紅外熱圖 為了更直觀地表達(dá)三種艾柱的燃燒狀態(tài),在制作圖片時(shí)將溫度范圍調(diào)整為20℃~70℃。用紅外熱圖記錄分析三種艾柱在相同條件下的燃燒溫度分布,如圖5、圖6所示:以艾柱實(shí)體半徑為序,艾柱邊緣,距離邊緣0.4、5、10cm處所見(jiàn)圖像色彩由紅到綠變化,說(shuō)明對(duì)應(yīng)位置的溫度值呈逐漸下降趨勢(shì)。

        圖5 三種艾柱燃燒時(shí)垂直位熱圖

        圖6 三種艾柱燃燒時(shí)水平位熱圖

        艾柱燃燒溫度成同心圓分布,隨著輻射區(qū)域的擴(kuò)大,溫度逐漸降低。

        討 論

        《醫(yī)宗金鑒·刺灸心法要訣》指出:“凡灸諸病,必火足氣到,始能求愈?!背械蚕壬嗵岢?“灸穴勿多,熱足氣勻”?!盎鹱恪?、“熱足”是指艾灸溫度要充足,灸熱來(lái)自艾柱燃燒溫度,所以灸效是通過(guò)艾柱產(chǎn)生的熱量給人體以溫?zé)嵝源碳ざa(chǎn)生的。

        溫度是重要的生物物理因素之一[10]。有研究表明,不同產(chǎn)地艾葉、不同品系艾葉、栽培與野生艾葉、不同制作方式的艾絨燃燒溫度特性存在差異[11-13]。

        本研究應(yīng)用紅外成像技術(shù)測(cè)量分析艾柱燃燒溫度,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)接觸式測(cè)溫方法存在的測(cè)溫延遲現(xiàn)象及不能應(yīng)用于很高的溫度測(cè)量和對(duì)艾柱燃燒溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試及分析的不足。結(jié)果發(fā)現(xiàn),三種不同艾柱的燃燒溫度不同,其分布成同心圓狀,隨著輻射區(qū)域的擴(kuò)大,距離的增加,艾柱燃燒溫度逐漸降低。C種艾柱在邊緣、距離邊緣0.4、5、10cm處的燃燒溫度平均值均大于A,B兩種艾柱,C種艾柱燃燒溫度值標(biāo)準(zhǔn)差較大,變異程度較大。

        熱效應(yīng)是灸療的一個(gè)重要作用[10]。有研究者證實(shí),不同艾條燃燒溫度,其艾灸補(bǔ)瀉功效及其臨床適應(yīng)病證亦不同[14]。說(shuō)明灸效與艾柱燃燒熱值及其傳遞和受激共振相關(guān)。

        本研究所用三種艾柱中,臨床反饋療效最好的是A種艾柱,測(cè)試結(jié)果其在各測(cè)試位置溫度值最低,且位置差值最小。據(jù)此推測(cè),艾柱燃燒的溫度值低、位置差小,有可能是評(píng)判艾柱療效的一個(gè)重要指標(biāo)。灸熱達(dá)到多少度是臨床施灸效果最佳狀態(tài)?是否艾柱燃燒溫度越高,其灸效越好?這些問(wèn)題有待于進(jìn)一步探討艾柱溫度對(duì)臨床灸效的具體影響機(jī)制及其原理。

        將紅外成像技術(shù)用于艾柱燃燒狀態(tài)檢測(cè)是一個(gè)新的技術(shù)方法嘗試。該方法對(duì)于規(guī)范艾柱質(zhì)量評(píng)價(jià)體系有積極的促進(jìn)作用。

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