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灸法作为传统中医学中的一种疗法,因其独特的临床疗效、安全简单的操作和极低的成本一直为人们所关注。在过去的研究中,一直认为灸疗的主要疗效在于灸法对人体组织的温热刺激作用,因此研究灸疗过程中热在人体组织中的传递对揭示灸疗的作用机理就有很重要的意义。
本文的主要工作就是运用数学建模的方法分别模拟了隔附子饼灸和温针灸在作用于人体时所生成的热在人体组织中的传递过程。使用有限元软件ANSYS在原有二维模型基础上建立新的三维数值模型,并结合传热过程中的热传导和热对流作用,模拟了整个传热过程,给出了人体各组织的温度和热流量分布。
本文先建立了艾炷隔附子饼灸作用于生物组织的三维传热模型,然后根据实验条件分析了艾炷燃烧过程中附子饼底面的温度分布情况,并在模型上施加了新建立的温度边界条件,同时考虑了生物模型表面的空气对流条件,计算得到了三维生物模型在不同时刻的温度分布图和热流量分布图,而且对三维模型的计算结果、实验以及二维模型的模拟数据进行了比较,验证了三维模型的准确性。在温针灸方面,本文在二维模型的基础上建立了新的三维生物模型,模拟了两种温针灸(银针和不锈钢针)对生物组织的传热过程,并将三维模型的计算结果和实验以及数值模拟结果进行对比分析,发现三维模型的数据和二维模型的相比,和实验结果吻合得更好。在验证了三维模型的合理性和准确性后,本文分别建立了在隔附子饼灸和温针灸作用下的人体足三里穴位三维模型,并在这些模型中施加相对应的温度边界条件和空气对流条件,计算得到了这些模型在不同时刻的温度分布图和热流量分布图,并比较了人体不同内层组织在热传递过程中的热流量大小,发现热量向人体组织内传递时会在筋膜处聚集并沿筋膜传递,根据这个结果,我们尝试从细胞层面解释了灸疗对人体的作用机理。
本文的结果和以前工作相比有一定的改进,能够更准确地用数值方法来模拟传统中医灸热在生物组织中的传导过程,为临床上使用灸疗提供了较好的数据参考。