基于紅外成像技術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研究重點實驗室（中國中醫科學院醫學實驗中心）（北京100700）

“灸”原本是指用艾火直接燒灼，艾柱化膿灸是古代應用最廣的一種灸法［1］。《醫學入門· 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人體有獨特的療效。灸法療效的產生是一個多因素綜合作用的結果［2］。現代研究證實，灸法作用方式主要由燃燒物藥物作用、燃燒熱的溫熱作用、熱輻射近紅外光的透穴作用及其在經絡中傳輸作用組成［3］。

現有研究較多關注艾灸對人體的作用［4－6］，而檢測艾柱自身燃燒溫度的研究相對較少，且使用的方法是直接測量燃燒狀態艾柱內部的溫度。用紅外成像技術方法檢測艾柱燃燒時溫度變化的相關研究較為罕見。

業已證明，艾灸的燃燒光譜以紅外輻射為主，艾灸燃燒時的輻射能譜在0.8～5.0μm之間［7］。紅外熱像儀可采集艾柱燃燒時的紅外輻射能量，經過一系列光電信號的轉化與計算機智能分析和處理，把人眼所無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。紅外成像技術可以檢測艾柱燃燒狀態下多個點的溫度值，連續動態觀察燃燒艾柱的不同距離溫度變化，并可以全面、整體、動態地采集和分析艾柱溫度信息，是一種清晰、高效的技術手段。

艾灸熱對于生物而言是外熱源，按照能量守恒定律，艾灸在組織中傳輸的能量來自艾葉燃燒釋放的能量［8］。溫熱刺激是艾灸取效的關鍵因素之一，而溫度又是不同溫熱刺激的量化形式［9］。因此應用紅外成像技術探討艾柱溫度作為給腧穴以外來的溫熱性刺激的變化及其有序性規律是一項非常有意義的研究工作。其不僅可以為評價臨床灸效提供基礎性的參考條件，而且也為評價艾柱及艾條質量提供一定的數據依據和技術參考。

材料與方法

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

本研究為了統一標準，規定了艾炷的大小，以避免由于艾炷的形制不統一對結果造成影響。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30支艾柱編號并進行隨機化處理。

2 實驗方法

2.1 記錄艾柱燃燒狀態下的熱圖：控制室內溫度為（20±2）℃ ，相對濕度為45%～65% ，空氣無明顯流動。用酒精燈點燃艾柱，直至艾炷正中達到完全燃燒狀態。將點燃的艾柱固定于帶有標記距離的鐵架臺上，利用紅外成像技術，根據隨機方案的次序拍攝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 測量艾柱不同距離的燃燒溫度：紅外設定測量溫度范圍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。應用圖像分析軟件，分別測量三種不同艾柱燃燒時的邊緣、距離邊緣0.4cm、5cm、10cm處所對應的溫度值。

3 統計學方法 采用SPSS 24.0統計學軟件進行分析，數據以均數±標準差表示，用單因素方差分析評估三種不同艾柱的燃燒溫度，以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 三種艾炷不同位溫度變化 A、B、C三種艾炷燃燒時垂直位、水平位邊緣、距離邊緣0.4cm、5cm、10cm所對應的溫度值比較（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準差較大，其曲線坡度較A，B大，說明C組數據變異程度較大，變化不平穩。

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 方差分析結果 單因素方差分析結果如圖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計學意義（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計學意義（均P＜0.05）。可認為A，B，C三種艾柱在邊緣位置的燃燒溫度總體均數不同，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不同，即A，B與C種艾柱的燃燒溫度不同。

圖4 方差分析結果

4 三種艾柱燃燒的紅外熱圖 為了更直觀地表達三種艾柱的燃燒狀態，在制作圖片時將溫度范圍調整為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，說明對應位置的溫度值呈逐漸下降趨勢。

圖5 三種艾柱燃燒時垂直位熱圖

圖6 三種艾柱燃燒時水平位熱圖

艾柱燃燒溫度成同心圓分布，隨著輻射區域的擴大，溫度逐漸降低。

討 論

《醫宗金鑒·刺灸心法要訣》指出：“凡灸諸病，必火足氣到，始能求愈。”承淡安先生亦提出 “灸穴勿多，熱足氣勻”。“火足”、“熱足”是指艾灸溫度要充足，灸熱來自艾柱燃燒溫度，所以灸效是通過艾柱產生的熱量給人體以溫熱性刺激而產生的。

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］。

本研究應用紅外成像技術測量分析艾柱燃燒溫度，彌補了傳統接觸式測溫方法存在的測溫延遲現象及不能應用于很高的溫度測量和對艾柱燃燒溫度進行動態測試及分析的不足。結果發現，三種不同艾柱的燃燒溫度不同，其分布成同心圓狀，隨著輻射區域的擴大，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準差較大，變異程度較大。

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

本研究所用三種艾柱中，臨床反饋療效最好的是A種艾柱，測試結果其在各測試位置溫度值最低，且位置差值最小。據此推測，艾柱燃燒的溫度值低、位置差小，有可能是評判艾柱療效的一個重要指標。灸熱達到多少度是臨床施灸效果最佳狀態？是否艾柱燃燒溫度越高，其灸效越好？這些問題有待于進一步探討艾柱溫度對臨床灸效的具體影響機制及其原理。

將紅外成像技術用于艾柱燃燒狀態檢測是一個新的技術方法嘗試。該方法對于規范艾柱質量評價體系有積極的促進作用。