目的:(1)砭石临床操作方法多种多样,目前关于砭石温法热应用研究较少,本文探索泗滨砭石热量传递与临床疗效的关系,一方面,研究砭石温法操作中砭石温度、厚度、石材对传热效果的影响,从而规范砭石温法的临床操作,促进临床应用标准化和疗效最大化。另一方面,将泗滨浮石与几种常见石材传热性能作对比,为从古至今砭具选材是泗滨浮石提供理论依据。(2)分析砭石温法在五输穴中井穴与合穴的传热差异,探索中医经络学说五输穴的特异性。尝试采用现代科学手段解读中医经络学说理论。(3)探索砭石温法操作在现代科学手段中优化应用,提出新的温法应用系统,并用计算机模拟其应用的可行性和有效性,倡导更安全、环保、绿色的砭石理疗床、砭石养生房的设计模式,促进砭石疗法的推广普及和在养生保健中的应用,探索中医药健康产业的现代化发展方向。方法:(1)建立人体二维模型和局部三维模型首先建立人体传热模型,包括计算机的二维数学模型和局部的三维模型,采用数值方法,对复杂的人体进行合理的简化,是本论文的研究基础。本课题得到了美国圣母大学传热学相关的研究团队帮助和指导,其中包括ANSYS系统的操作,人体的二维和局部三维的建模,数值计算,敏感性分析等,这是研究顺利进展的重要条件。(2)分析不同条件下砭石温法传热性能在所建的模型基础上,采取计算机模型和数值模拟手段,对砭石温法应用中热量在人体内的传导行为进行深入研究,分析砭石温法在五输穴上的传热特异性,以足少阴肾经井穴和合穴为例,探讨五输穴的经气运行传输与热量传递的内在联系,从生物传热学角度探讨五输穴的经气输布规律,用现代科学研究方法诠释古老的中医经络学说理论。设置参数进行敏感性分析,探讨不同砭石温度、厚度和不同石材与砭石传热性能的相关性。一方面分析砭石传热规律和热量最大化的条件,通过对砭石温法温度的设置,厚度的设定,使砭石温法作用达到最大化,更好地指导临床应用。另一方面对比研究泗滨砭石与其它石料的传热性能差异,与花岗岩、石灰岩、砂岩和沙做对比,探究其优于其它石料的特点,进一步为泗滨浮石是砭具佳石提供理论支持。(3)新型砭石温法的系统研究采用现代科学手段,对中医砭石疗法进行优化应用。提出太阳集热作用于砭石的安全温法理论,并对其进行模拟应用分析。基于提出的新型太阳能砭石温法系统的数学模型,开展了新型温法系统的热性能分析研究和敏感性分析。分析砭石-人体接触面对温度变化的效果,在不同太阳辐射强度、管长度、管径、隔热层厚度和管内水流流速对应的温度变化率。探讨该新型温法系统应用的可行性和有效性,拓展了砭石疗法在养生保健中的应用前景,包括砭石温法理疗床、砭石养生法的设计理念等,促进砭石疗法的健康产业化发展,探索传统中医疗法在现代科学应用的新思路。结果:(1)文献研究本文对砭石疗法的起源、发展、临床应用等做了系统的文献研究,也阐述了中医经络学说"五输穴"理论来源、现代研究概况。砭石疗法,古称"砭术",在《黄帝内经》中与针、灸、药、导引并称五大医术,并为五大医术之首。砭石疗法作为中医学体系的重要组成部分,历史上它先后经历了起源、发展、沉寂、再发现几个阶段。砭石疗法起源于新石器时代,上古曾被先民们广泛的应用,砭石疗法在东汉开始失传,清代更不见痕迹。直至二十世纪三十年代《砭经》问世,泗滨浮石的发现,新砭石疗法的兴起,砭石疗法进入新的发展时期。现代关于砭石疗法的研究主要分两方面:一是泗滨砭石的独特生物物理特性,二是砭石疗法的临床操作和临床观察。文献表明,砭石疗法在砭石在临床中的应用如骨关节病,内科疾病如中风后遗症、高血压、冠心病、失眠、妇科疾病,慢性疲劳综合征等取得较好的疗效。现代学者提出了砭术十六法,以及砭石治疗操作的三大类,分别是感应疗法、温度疗法和砭石手法。砭石疗法的砭具多种多样,操作手法多种多样,目前尚缺乏砭具制作和操作的规范标准。本文研究的砭石温法即温度疗法的一种。该疗法临床应用较广泛,也易于形成标准化操作,值得对其临床应用进行优化方案研究。泗滨浮石是砭石佳具,其具有微晶结构,主要成分是纳米晶方解石。具有丰富的超声波电磁波、极宽的远红外辐射波谱,以及接触人体时引起体表的感应增温效应等特点。泗滨砭石具有很好的临床效果,这些大多与传热性能有关系,现代关于砭石传热性能的研究甚少,文献表明,采用ANSYS系统数值建模,运用生物传热学方法研究传统中医的如中医隔物灸和温针灸产生的热在人体组织中的传导过程,其研究对象和建立模型有一定的局限性,而目目前没有针对砭石传热特性的类似研究,故砭石温法的人体传热规律研究十分重要。(2)传热性能研究建立起人体理论和数值模型来研究砭石温法的传热性能,其中包括计算机二维模型和局部三维模型。研究初期所建立的复杂人体的简化数学模型十分重要,是本研究得以开展的前提条件,通过所建立的局部的三维模型来分析不同穴位传热的特异性,通过人体的二维模型来对比分析各种条件下的砭石传热规律。研究砭石温法的传热性能,总结了一些规律。三维模型下,砭石温法的引起人体组织温度的升高主要在浅层皮肤组织,距皮肤外表面6cm以下的温度几乎没有变化。对比井穴和合穴的传热效果,涌泉穴和阴谷穴处砭石传热效果稍有不同。在有砭石加热的情况下,涌泉穴在皮肤外表面的温度为337K,热量向两边扩散;且在距皮肤外表面6cm处温度不再变化,与无砭石加热条件下的温度相同,此时温度为306K。阴谷穴在皮肤外表面的温度为341K,热量往深度方向传递较多,在距皮肤外表面6cm处温度仍在变化,此时温度为307K,无砭石加热条件下的温度为306K。故合穴(阴谷穴)传热效果优于井穴(涌泉穴)。二维模型下,研究表明,时间步长0.05 s是足够小的,采用该时间步长,计算结果是可靠的。砭石周边的对流热损失对人体组织温度分布影响小,可忽略不计。对于敏感性分析,当砭石外表面温度为45 ℃时候,皮肤、脂肪、肌肉、骨骼外表面温度分别为:42.1℃、41.1℃、39.0 ℃和37.3 ℃;砭石外表面温度越高,人体组织的温度越高,砭石与皮肤外表面之间温度差也越大;砭石越薄,换热能力越好,因此薄砭石用作温法效果更佳;砭石热穿透能力远高于花岗岩、石灰岩、砂岩和沙,导致人体组织的温度更高。(3)新型砭石温法系统的研究基于提出的数学模型,开展了新型温法系统的热性能研究和敏感性分析,并获得以下结论:从假设的早晨5:00开始,砭石被逐渐加热,并在29.9分钟时刻其温度达到初始人体温度。故建议在29.9分钟以后使用该温法系统。在57.2分钟时刻其温度达到人体目标温度45℃。早上温法系统早用将非常重要,因为早上温度通常比较低,治疗效果会更明显。强太阳辐射、小或短的水管都能引起更好的温法系统热性能。过高的水流流速会稍微提高该系统的热性能,但电耗更高;过低的水流流速会导致管内水较差的混合效果,故建议采用适中管内水流流速。砭石-人体接触面对砭石和人体温度以及达到目标温度的时间的影响非常小,故该温法系统具有安全性和可行性。结论:(1)本文开展砭石温法的传热性能研究,研究表明,砭石温法五输穴中井穴和合穴上的传热效果是有差异的,对比分析足少阴肾经井穴涌泉穴与合穴阴谷穴,其传热效果在传热效果涌泉穴优于阴谷穴,涌泉穴为肾经的井穴,阴谷穴为肾经的合穴,井穴为经气所出,故气血不多,合穴为经气汇合之处,气血丰富。但是本研究由于受到计算机模拟模型的简化限制,不考虑血管、神经、组织液的特征,实难准确反映经络穴位的特点,为后世的研究提供了方法和借鉴,有待进一步深入研究。(2)总结了砭石温法临床操作中规范化方案,如砭石的温度设定、砭石厚度、砭石石材的选取等。研究表明,当砭石外表面温度为45℃时候,计算结果比较合理,能够做到热量输入的最大化,从而使得临床疗效也最佳。砭石的外表面温度越高,传热性能越好,在砭石温法操作中,建议将初始温度设定为45℃,临床应用中此温度是比较合理的,既不会烫伤皮肤,也能使人体各层组织的温度分布达到最大化。建议临床应用上将砭石外表面初始温度设定为45℃。砭石外表面温度与人体组织的温度正相关;薄砭石传热效果更好;在临床应用中,砭石的选材制作上,砭石的厚度不宜过厚,厚度的增加会降低砭石的传热效果,因此建议采用薄砭石制作砭具。砭石热穿透能力远高于花岗岩、石灰岩、砂岩和沙等其它材质,因此,泗滨砭石确实有优良的传热性能,证明了无论从古代砭术起源到现代新砭石疗法兴起,泗滨浮石都为砭具的最佳石材,也为人们选择泗滨浮石作为砭具佳石都是找到科学依据。(3)本文设计新型的太阳能砭石温法应用系统,提出太阳集热作用于砭石的安全温法理论,利用新型的太阳能系统对砭石温法做模拟,结果表明该温法系统具有有效性和可行性。该系统相对传统的加热方式更安全、环保、节能,降低了电热砭石仪或电热毯之类的事故率。本研究开拓了新型砭石温法现代化发展的新思路,易于砭石养生理念的推广应用,促进砭石疗法的健康产业化发展。综上所述,砭石疗法是中医传统疗法的重要组成部分,用现代科学对其进行研究有重要的价值和意义。