激光散斑血流成像技术对艾灸效果的研究

胡哲+郑刚+李然+刘宏业+范彦平+杨晖

摘要： 以艾灸前后血流灌注指数为观察对象，研究艾灸对人体微循环的作用。将10个人分别进行不同时间（10 min、15 min、20 min）的艾灸和物理加热，使用激光散斑血流仪对检测区域进行测量和成像，观察各组穴区血流灌注指数的变化。经艾灸或者物理加热后，穴位处的血流灌注指数均有明显升高并有一个峰值，艾灸峰值出现在停止加热后，物理加热峰值出现在加热时间内，停止加热后，艾灸效应持续时间比物理加热长。研究表明，艾灸能够引起穴位局部微循环血流量增加，并与其作用于机体的时间有关，艾灸对机体产生作用的最主要原因是温热效应。

关键词：

激光散斑； 血流成像； 艾灸； 血流灌注指数； 微循环

中图分类号： O 436文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2017.06.004

Abstract：To observe the difference of blood perfusion index before and after moxibustion and to study the role of moxibustion time parameters in microcirculation，moxibustion and physical heating were carried out on 10 health volunteers in different time periods（10 min，15 min，20 min）.The detection area was measured and imaged by using laser speckle blood flow meter.The changes of blood perfusion index were observed.After moxibustion or physical heating，the blood perfusion index of the acupoints was significantly increased.The peak of moxibustion appeared after the intervention.The peak of the physical heating appeared in the intervention.After the intervention，the moxibustion effect lasted longer than the physical heating.Studies have shown that moxibustion can cause the increment of local microcirculation of blood flow.The influence is affected by the intervention time.The main cause of moxibustion is the warm effect.

Keywords：

laser speckle； flow imaging； moxibustion； blood perfusion index； microcirculation

引言

機体里血液与组织进行物质交换的最主要场所是微循环，微循环功能紊乱会使人产生多种疾病。近些年来，艾灸对微循环的影响越来越受到学界的关注，通过艾灸对于局部、远端肢体及体内深部脏器等部位影响的观察，证明艾灸的确能够改善机体局部的微循环。

艾灸作用于机体最主要的原因是温热刺激[1]，艾灸不仅可以使机体产生各种反应，而且还可以治疗诸多疾病，其作用于机体的主要机制是以温促通。机体在艾灸时，受者首先感触到温热刺激，然后艾灸部位的毛细血管扩张、血流加速、局部微循环改善，这些都可以看作是艾灸的初始“温通”效应，说明艾灸的温通作用开始对机体起作用。

马惠敏等[2]对小腿穴区进行电针和艾灸，然后通过红外热像和激光多普勒血流成像技术，对小腿穴区微循环灌注变化进行观察，研究艾灸对血流灌注的影响。赵丹等[3]探讨艾灸养老穴对手部末梢微循环的影响。朱英等[4]探讨了隔药灸神阙穴治疗寒凝型及气滞血瘀型原发性痛经的作用机制。血流灌注指数在微循环研究中是个非常重要的参数，它表示了机体接受到外部刺激后导致穴区局部血流的改变，反映了穴区微循环变化情况。

以往研究证实，艾灸改善机体微循环状态的最主要方式是提高局部穴位的血流灌注指数。但是，由于血流灌注测量手段的不足，对于艾灸时间与血流灌注指数的关系知之还很少。激光散斑血流成像（laser speckle flowgraphy，LSFG）技术在国际上的兴起和发展，为这一研究提供了有效的实验工具[5]。目前，在中医理疗方面，国内学者使用LSFG技术对皮肤血流进行了研究[6]，这些研究大都以针灸操作为主，而针对人们常用的艾灸理疗方式的研究还未见报道。本文以局部皮肤的血流灌注指数为观察对象，利用LSFG技术观察了部分穴位处皮肤血流变化，研究艾灸的作用。

1激光散斑血流仪工作原理

当激光照射到相对粗糙的表面上并且经过反射或者在粗糙表面的介质上传播时，由于光程差，会形成不规则的斑点式光强分布，这种光强分布图样就是散斑[7]。如果散射介质本身发生相对运动，CCD成像系统就可以拍摄到散斑图像中的每一个像素随时间变化的情况。该图像在时间和空间上的强度变化反映了散射粒子的运动信息。相对应的流速信息可以通过分析散斑强度在时间和空间上的变化而得到[8]。散斑强度的改变会引起散斑图像的模糊，会使局部的散斑对比度降低，并且随着流速的不断增大，散斑对比度也越来越小。在散斑图像上血管区域的对比度较小，血管周围部分对比度较大，分析对比度变化状况就可以得到局部血流的相对速度变化[9]。endprint

由流速引起的空间模糊程度能够得到高时空分辨率的二维流速分布图，这种模糊程度可以用散斑对比度K[10]来表示，即

K=σII—=βexp（-2x）+2x-12x21/2

（1）

式中：σI为图像灰度的标准偏差；I—为图像灰度的平均值；β为仪器相关常数；x为血流灌注指数（perfusion index，PI），x=T/τ，其中T为CCD曝光时间，τ为散斑图像波动的电场自相关衰减时间，反应了血流速度的快慢。仪器测得的粒子的相对速度与τ有关，且与τ成反比关系[11]。在计算得到对比度K后，利用最小二乘法拟合得到PI值。

2实验系统和方法

激光散斑血流成像仪为上海理工大学光电子与超声测试技术实验室开发研制，其中近红外半导体激光器波长为710 nm，CCD相机采用Baumer品牌，艾灸条直径为1.8 mm。实验系统如图1所示。

实验室温度为24.0～27.0 ℃，室内无阳光直射且空气保持对流。受试对象18～26岁健康志愿者10人，其中男性7人，女性3人。由于许多心理、神经系统、新陈代谢、体液和身体本身的诸多因素都强烈地影响微循环，实验对象在测试前静坐15 min。

（1） 艾灸组：细艾条点燃后，正对志愿者手臂外关穴进行艾灸，通过调节艾条与施灸穴位的距离，将施灸的局部皮肤温度控制在42 ℃，按分组分别对手臂外关穴艾灸10 min、15 min、20 min；

（2）物理加热组：用物理加热方式对手臂外关穴进行加热，使皮肤温度控制在42 ℃，按分组分别对手臂外关穴加热10 min、15 min、20 min。

对这10人分别做10 min、15 min、20 min的艾灸试验和物理加熱试验，每次间隔时间大于24 h。将待测手臂固定在CCD相机的测定范围以内，所用穴位为外关穴（手少阳三焦经穴）且选自同一位受试者同一侧手臂。

待血流稳定后即开始记录，并计算微循环血流灌注指数PI。

3实验结果与分析

图2（a）为自然状态下的手背激光散斑图，虚线为经络线。选取A点作为PI值测量点，并计算A点的中心30像素×30像素区域的PI值。A点为中渚穴，所处经络为手少阳三焦经。图2（b）为30 min内得到的血流伪彩色图，其颜色变化不明显，图3为A点PI值随时间的变化曲线，由图可见波动较小，表明静止状态下血管流速变化较小。

在伪彩色图像中不同颜色区域对应了不同的PI值，颜色越趋向深色表示PI值越大；颜色越趋向浅色，表示

PI值越小。

观察A点艾灸15 min过程中手背血流变化情况。随艾灸时间增加，手背的伪彩色变化明显，手背整体血流随之变化，如图4所示。在艾灸结束后，伪彩色图中黄红色区域分布最广（图4（b）），其中中渚穴附近变为红色，表明该区域PI较大，说明该区域皮肤血流流速最快。停止艾灸后，伪彩色图黄色逐渐变淡，并在停止艾灸15 min后趋于稳定（图4（c））。与艾灸前相比，艾灸后手背颜色偏黄，PI值较艾灸前相比略有升高，由此可知艾灸后的手背血流速度高于艾灸前。

根据A检测点的PI值统计处理结果，拟合得出不同艾灸时间PI值变化趋势曲线，如图5所示。

此外对外关穴也分别进行艾灸和物理加热10 min、15 min、20 min，并观察血流灌注指数变化。结果表明，艾灸和物理加热都能使PI值有明显提高，说明艾灸和物理加热都能促进机体一定部位的微循环，这和前面伪彩色图得到的结论相符合。

经艾灸或物理加热不同时间（10 min、15 min、20 min）后，血流灌注指数峰值以及峰值出现时间存在着差异。10 min（图5（a））中艾灸组的PI峰值为21.699 65，而物理加热组的PI峰值为21.089 63。15 min（图5（b））中艾灸组的PI峰值为23.846 8，而物理加热组的PI峰值为23.167 46。说明艾灸组的PI峰值比物理加热组要大，证明了艾灸比物理加热更能促进机体一定部位的微循环。物理加热的峰值时间出现在物理加热时间结束时，而艾灸组的峰值则出现在停止艾灸后的几分钟后（图5（a）、（b））。但是当干预时间较长时，PI值不会一直持续增加，在20 min艾灸或者物理加热时（图5（c）），PI值在17 min就达到了峰值。

不同加热时间（10 min、15 min、20 min）结束后，对穴位血流灌注指数产生作用的持续时间也存在着差异。图5中艾灸组（10 min、15 min、20 min）的持续时间分别为13.6 min、14.1 min、17.3 min，而物理加热组（10 min、15 min、20 min）的持续时间分别为10.6 min、12.8 min、14.4 min。说明在各加热时间（10 min、15 min、20 min）结束以后，对机体产生作用的持续时间艾灸组均长于物理加热组。

4结论

研究发现艾灸治疗和物理加热两者均可以增大穴位局部的血流灌注指数，这两种方式对皮肤局部的血流灌注指数峰值亦无明显差异，表示艾灸的温热作用是使血流灌注指数提高的主要影响因素。从血流灌注指数峰值出现的时间来看，艾灸和物理加热两者也存在着差异，物理加热组的血流灌注指数在加热过程的后半段已经到了峰值，而艾灸组的血流灌注指数则在停止艾灸后仍然会持续上升至峰值。从停止艾灸后的后续反应和持续时间来看，两者也存在着差异，物理加热组明显小于艾灸组。上述两者不同的原因，可能因为是艾灸除了温热刺激作用以外，还有可能是艾在燃烧过程中的辐射作用，包括热辐射远红外辐射以及光辐射近红外辐射，其中靠近近红外区的远红外辐射为最主要的因素[12]，可以直接作用于人体的较浅部位，通过传导扩散热量，而近红外辐射能量较远红外强，可以穿透15 mm深度以上的机体直接渗透到更深一层的组织，从而被人体吸收[13]。另外艾灸除了热、辐射作用，还有药性作用等[14]，本研究中艾灸治疗和物理加热反应时间的差异反映了艾灸治疗作用的多重性和优势，但是艾灸作用于机体的具体机制还有待进一步开发。endprint

参考文献：

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（编辑：刘铁英）endprint