砭石溫法在模擬人體的傳熱性能研究及臨床應(yīng)用.pdf

1、目的:
　　(1)砭石臨床操作方法多種多樣，目前關(guān)于砭石溫法熱應(yīng)用研究較少，本文探索泗濱砭石熱量傳遞與臨床療效的關(guān)系，一方面，研究砭石溫法操作中砭石溫度、厚度、石材對傳熱效果的影響，從而規(guī)范砭石溫法的臨床操作，促進(jìn)臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化和療效最大化。另一方面，將泗濱浮石與幾種常見石材傳熱性能作對比，為從古至今砭具選材是泗濱浮石提供理論依據(jù)。
　　(2)分析砭石溫法在五輸穴中井穴與合穴的傳熱差異，探索中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)說五輸穴的特異性。嘗試采

2、用現(xiàn)代科學(xué)手段解讀中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)說理論。
　　(3)探索砭石溫法操作在現(xiàn)代科學(xué)手段中優(yōu)化應(yīng)用，提出新的溫法應(yīng)用系統(tǒng)，并用計(jì)算機(jī)模擬其應(yīng)用的可行性和有效性，倡導(dǎo)更安全、環(huán)保、綠色的砭石理療床、砭石養(yǎng)生房的設(shè)計(jì)模式，促進(jìn)砭石療法的推廣普及和在養(yǎng)生保健中的應(yīng)用，探索中醫(yī)藥健康產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展方向。
　　方法:
　　(1)建立人體二維模型和局部三維模型
　　首先建立人體傳熱模型，包括計(jì)算機(jī)的二維數(shù)學(xué)模型和局部的三維模型，采用

3、數(shù)值方法，對復(fù)雜的人體進(jìn)行合理的簡化，是本論文的研究基礎(chǔ)。本課題得到了美國圣母大學(xué)傳熱學(xué)相關(guān)的研究團(tuán)隊(duì)幫助和指導(dǎo)，其中包括ANSYS系統(tǒng)的操作，人體的二維和局部三維的建模，數(shù)值計(jì)算，敏感性分析等，這是研究順利進(jìn)展的重要條件。
　　(2)分析不同條件下砭石溫法傳熱性能
　　在所建的模型基礎(chǔ)上，采取計(jì)算機(jī)模型和數(shù)值模擬手段，對砭石溫法應(yīng)用中熱量在人體內(nèi)的傳導(dǎo)行為進(jìn)行深入研究，分析砭石溫法在五輸穴上的傳熱特異性，以足少陰腎經(jīng)井穴和

4、合穴為例，探討五輸穴的經(jīng)氣運(yùn)行傳輸與熱量傳遞的內(nèi)在聯(lián)系，從生物傳熱學(xué)角度探討五輸穴的經(jīng)氣輸布規(guī)律，用現(xiàn)代科學(xué)研究方法詮釋古老的中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)說理論。
　　設(shè)置參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，探討不同砭石溫度、厚度和不同石材與砭石傳熱性能的相關(guān)性。一方面分析砭石傳熱規(guī)律和熱量最大化的條件，通過對砭石溫法溫度的設(shè)置，厚度的設(shè)定，使砭石溫法作用達(dá)到最大化，更好地指導(dǎo)臨床應(yīng)用。另一方面對比研究泗濱砭石與其它石料的傳熱性能差異，與花崗巖、石灰?guī)r、砂巖和沙做

5、對比，探究其優(yōu)于其它石料的特點(diǎn)，進(jìn)一步為泗濱浮石是砭具佳石提供理論支持。
　　(3)新型砭石溫法的系統(tǒng)研究
　　采用現(xiàn)代科學(xué)手段，對中醫(yī)砭石療法進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用。提出太陽集熱作用于砭石的安全溫法理論，并對其進(jìn)行模擬應(yīng)用分析?；谔岢龅男滦吞柲茼臼瘻胤ㄏ到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，開展了新型溫法系統(tǒng)的熱性能分析研究和敏感性分析。分析砭石-人體接觸面對溫度變化的效果，在不同太陽輻射強(qiáng)度、管長度、管徑、隔熱層厚度和管內(nèi)水流流速對應(yīng)的溫度變化率。探

6、討該新型溫法系統(tǒng)應(yīng)用的可行性和有效性，拓展了砭石療法在養(yǎng)生保健中的應(yīng)用前景，包括砭石溫法理療床、砭石養(yǎng)生法的設(shè)計(jì)理念等，促進(jìn)砭石療法的健康產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，探索傳統(tǒng)中醫(yī)療法在現(xiàn)代科學(xué)應(yīng)用的新思路。
　　結(jié)果:
　　(1)文獻(xiàn)研究
　　本文對砭石療法的起源、發(fā)展、臨床應(yīng)用等做了系統(tǒng)的文獻(xiàn)研究，也闡述了中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)說“五輸穴”理論來源、現(xiàn)代研究概況。砭石療法，古稱“砭術(shù)”，在《黃帝內(nèi)經(jīng)》中與針、灸、藥、導(dǎo)引并稱五大醫(yī)術(shù)，并為五大醫(yī)

7、術(shù)之首。砭石療法作為中醫(yī)學(xué)體系的重要組成部分，歷史上它先后經(jīng)歷了起源、發(fā)展、沉寂、再發(fā)現(xiàn)幾個階段。砭石療法起源于新石器時代，上古曾被先民們廣泛的應(yīng)用，砭石療法在東漢開始失傳，清代更不見痕跡。直至二十世紀(jì)三十年代《砭經(jīng)》問世，泗濱浮石的發(fā)現(xiàn)，新砭石療法的興起，砭石療法進(jìn)入新的發(fā)展時期。現(xiàn)代關(guān)于砭石療法的研究主要分兩方面:一是泗濱砭石的獨(dú)特生物物理特性，二是砭石療法的臨床操作和臨床觀察。文獻(xiàn)表明，砭石療法在砭石在臨床中的應(yīng)用如骨關(guān)節(jié)病，內(nèi)科

8、疾病如中風(fēng)后遺癥、高血壓、冠心病、失眠、婦科疾病，慢性疲勞綜合征等取得較好的療效?，F(xiàn)代學(xué)者提出了砭術(shù)十六法，以及砭石治療操作的三大類，分別是感應(yīng)療法、溫度療法和砭石手法。砭石療法的砭具多種多樣，操作手法多種多樣，目前尚缺乏砭具制作和操作的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。本文研究的砭石溫法即溫度療法的一種。該療法臨床應(yīng)用較廣泛，也易于形成標(biāo)準(zhǔn)化操作，值得對其臨床應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化方案研究。
　　泗濱浮石是砭石佳具，其具有微晶結(jié)構(gòu)，主要成分是納米晶方解石。具有豐

9、富的超聲波電磁波、極寬的遠(yuǎn)紅外輻射波譜，以及接觸人體時引起體表的感應(yīng)增溫效應(yīng)等特點(diǎn)。泗濱砭石具有很好的臨床效果，這些大多與傳熱性能有關(guān)系，現(xiàn)代關(guān)于砭石傳熱性能的研究甚少，文獻(xiàn)表明，采用ANSYS系統(tǒng)數(shù)值建模，運(yùn)用生物傳熱學(xué)方法研究傳統(tǒng)中醫(yī)的如中醫(yī)隔物灸和溫針灸產(chǎn)生的熱在人體組織中的傳導(dǎo)過程，其研究對象和建立模型有一定的局限性，而且目前沒有針對砭石傳熱特性的類似研究，故砭石溫法的人體傳熱規(guī)律研究十分重要。
　　(2)傳熱性能研究

10、r>　　建立起人體理論和數(shù)值模型來研究砭石溫法的傳熱性能，其中包括計(jì)算機(jī)二維模型和局部三維模型。研究初期所建立的復(fù)雜人體的簡化數(shù)學(xué)模型十分重要，是本研究得以開展的前提條件，通過所建立的局部的三維模型來分析不同穴位傳熱的特異性，通過人體的二維模型來對比分析各種條件下的砭石傳熱規(guī)律。研究砭石溫法的傳熱性能，總結(jié)了一些規(guī)律。
　　三維模型下，砭石溫法的引起人體組織溫度的升高主要在淺層皮膚組織，距皮膚外表面6cm以下的溫度幾乎沒有變化。對

11、比井穴和合穴的傳熱效果，涌泉穴和陰谷穴處砭石傳熱效果稍有不同。在有砭石加熱的情況下，涌泉穴在皮膚外表面的溫度為337K，熱量向兩邊擴(kuò)散;且在距皮膚外表面6cm處溫度不再變化，與無砭石加熱條件下的溫度相同，此時溫度為306K。陰谷穴在皮膚外表面的溫度為341K，熱量往深度方向傳遞較多，在距皮膚外表面6cm處溫度仍在變化，此時溫度為307K，無砭石加熱條件下的溫度為306K。故合穴（陰谷穴）傳熱效果優(yōu)于井穴（涌泉穴）。
　　二維模型下

12、，研究表明，時間步長0.05 s是足夠小的，采用該時間步長，計(jì)算結(jié)果是可靠的。砭石周邊的對流熱損失對人體組織溫度分布影響小，可忽略不計(jì)。對于敏感性分析，當(dāng)砭石外表面溫度為45℃時候，皮膚、脂肪、肌肉、骨骼外表面溫度分別為:42.1℃、41.1℃、39.0℃和37.3℃;砭石外表面溫度越高，人體組織的溫度越高，砭石與皮膚外表面之間溫度差也越大;砭石越薄，換熱能力越好，因此薄砭石用作溫法效果更佳;砭石熱穿透能力遠(yuǎn)高于花崗巖、石灰?guī)r、砂巖和沙

13、，導(dǎo)致人體組織的溫度更高。
　　(3)新型砭石溫法系統(tǒng)的研究
　　基于提出的數(shù)學(xué)模型，開展了新型溫法系統(tǒng)的熱性能研究和敏感性分析，并獲得以下結(jié)論:從假設(shè)的早晨5:00開始，砭石被逐漸加熱，并在29.9分鐘時刻其溫度達(dá)到初始人體溫度。故建議在29.9分鐘以后使用該溫法系統(tǒng)。在57.2分鐘時刻其溫度達(dá)到人體目標(biāo)溫度45℃。早上溫法系統(tǒng)早用將非常重要，因?yàn)樵缟蠝囟韧ǔ１容^低，治療效果會更明顯。強(qiáng)太陽輻射、小或短的水管都能引起更好的

14、溫法系統(tǒng)熱性能。過高的水流流速會稍微提高該系統(tǒng)的熱性能，但電耗更高;過低的水流流速會導(dǎo)致管內(nèi)水較差的混合效果，故建議采用適中管內(nèi)水流流速。砭石-人體接觸面對砭石和人體溫度以及達(dá)到目標(biāo)溫度的時間的影響非常小，故該溫法系統(tǒng)具有安全性和可行性。
　　結(jié)論:
　　(1)本文開展砭石溫法的傳熱性能研究，研究表明，砭石溫法五輸穴中井穴和合穴上的傳熱效果是有差異的，對比分析足少陰腎經(jīng)井穴涌泉穴與合穴陰谷穴，其傳熱效果在傳熱效果涌泉穴優(yōu)于陰

15、谷穴，涌泉穴為腎經(jīng)的井穴，陰谷穴為腎經(jīng)的合穴，井穴為經(jīng)氣所出，故氣血不多，合穴為經(jīng)氣匯合之處，氣血豐富。但是本研究由于受到計(jì)算機(jī)模擬模型的簡化限制，不考慮血管、神經(jīng)、組織液的特征，實(shí)難準(zhǔn)確反映經(jīng)絡(luò)穴位的特點(diǎn)，為后世的研究提供了方法和借鑒，有待進(jìn)一步深入研究。
　　(2)總結(jié)了砭石溫法臨床操作中規(guī)范化方案，如砭石的溫度設(shè)定、砭石厚度、砭石石材的選取等。研究表明，當(dāng)砭石外表面溫度為45℃時候，計(jì)算結(jié)果比較合理，能夠做到熱量輸入的最大化

16、，從而使得臨床療效也最佳。砭石的外表面溫度越高，傳熱性能越好，在砭石溫法操作中，建議將初始溫度設(shè)定為45℃，臨床應(yīng)用中此溫度是比較合理的，既不會燙傷皮膚，也能使人體各層組織的溫度分布達(dá)到最大化。建議臨床應(yīng)用上將砭石外表面初始溫度設(shè)定為45℃。砭石外表面溫度與人體組織的溫度正相關(guān);薄砭石傳熱效果更好;在臨床應(yīng)用中，砭石的選材制作上，砭石的厚度不宜過厚，厚度的增加會降低砭石的傳熱效果，因此建議采用薄砭石制作砭具。砭石熱穿透能力遠(yuǎn)高于花崗巖、

17、石灰?guī)r、砂巖和沙等其它材質(zhì)，因此，泗濱砭石確實(shí)有優(yōu)良的傳熱性能，證明了無論從古代砭術(shù)起源到現(xiàn)代新砭石療法興起，泗濱浮石都為砭具的最佳石材，也為人們選擇泗濱浮石作為砭具佳石都是找到科學(xué)依據(jù)。
　　(3)本文設(shè)計(jì)新型的太陽能砭石溫法應(yīng)用系統(tǒng)，提出太陽集熱作用于砭石的安全溫法理論，利用新型的太陽能系統(tǒng)對砭石溫法做模擬，結(jié)果表明該溫法系統(tǒng)具有有效性和可行性。該系統(tǒng)相對傳統(tǒng)的加熱方式更安全、環(huán)保、節(jié)能，降低了電熱砭石儀或電熱毯之類的事故率。