基于紅外成像技術(shù)的艾柱燃燒溫度特性研究＊

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· 針灸》載：“藥之不及，針之不到，必須灸之。”說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］。現(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。

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，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）。可認(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處所見圖像色彩由紅到綠變化，說明對(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。