激光针灸内关穴的单盲对照实验及图像处理

李则 李凯扬

0 引言

《黄帝内经·灵枢·海论》中提到“十二经脉者，内属于腑脏，外络于肢节”，说明经络联络脏腑，沟通内外。经络理论是我国中医理论体系的重要组成部分，几乎涵盖了中医治疗的所有领域，并长期指导针灸和其他学科的临床实践[1]。经络学历经中医从古至今的临床实践和经络理论体系的不断发展与完善，其在医学方面的重要性和作用不容置疑[2]。但是目前关于经络的本质还没有被学术界普遍接受的理论学说[3-6]，将经络可视化并对循经感传现象作用机制的科学解释，对中医的推广和临床研究有着至关重要的作用。

红外热成像技术可对肉眼不可见的热量变化进行实时的观测与记录[7]。在经络的可视化和循经高温线的研究中，其可方便直观地获取人体的体表温度，使研究更加深入、集中[8]。

激光针灸是以低强度激光束直接照射穴位[9]。其采用优良的光纤来提供高强度激光，允许同时无痛无创地刺激多个点，除了具有促进生物功能、组织再生、减轻炎症和疼痛的优点，还具有与传统金属针相似的生理作用，从而起到传统针灸的作用[10]。

为此，本文将以人体手臂手厥阴心包经的循经规律为研究对象，采用单盲对照激光针灸人体内关穴的实验，结合红外热成像实时观测记录体表温度，利用Matlab对体表热像图进行配准与温度相减，更加直观地得到激光针灸前后经络循行线的温度变化，探讨激光针灸内关穴对心包经的温度影响，为经络的本质研究提供一定的实验数据与科学依据。

1 实验对象与研究方法

1.1 实验对象及分组

共选择80名健康志愿者。入选标准:(1) 年龄在18～25岁之间；(2) 神志清楚，无沟通障碍;(3) 无过敏药物和内脏感染性疾病;(4) 近一个月内无感冒、发热。按入选顺序对志愿者进行编号，根据统计学的随机数字表法，将所有志愿者分为相同数量的实验组和对照组，每组40例。本实验经武汉大学批准，志原者签署知情同意书。

循经感传是由人体大脑感知的经络现象[11]，由于人体主观感觉可由心理因素诱导而产生，为尽可能消除受试者大脑以为自己被激光针灸从而心理诱导产生循经感传现象，实验组和对照组分别设置真伪激光实验。受试者不知自己是否真的被激光针灸，从而消除心理诱导的循经感传现象。实验组用激光针灸仪持续照射穴位点20 min(真激光实验)，对照组同样用仪器对准穴位，但无激光输出(伪激光实验)。

1.2 仪器设备

基于单片机平台的双波长双通道半导体激光针灸模拟器由武汉大学物理科学与技术学院419实验室自主研发。仪器具有双通道输出，采用水的吸收峰波长为808 nm和蛋白质的吸收峰波长为980 nm的双激光，同时调节不同的激光参数进行激光针灸治疗。双激光照射人体组织时的穿透深度为5～6 cm，可达到不同体型人体的大部分穴位。仪器上限功率为100 mW，对人体无害，符合实验要求。可仿真传统的灸法和传统的针灸提插法[12]。

HB-T-2C型热层析成像系统由武汉昊博科技有限公司自主研发。通过调节焦距和温度窗口，可以实时显示并记录人体表面的红外辐射图像。

1.3 激光针灸方法步骤

本研究由一名没有参与随机分组的研究人员控制激光的工作。为了尽量消除心理暗示的影响，志愿者本人对是否被施加激光不知情。同时,用红外热成像来观察和记录体表的温度变化,并分析心包经上的穴位点、非穴位点的温度值。最后利用Matlab软件进行激光针灸前后的人体手臂红外热像图进行配准和相减，得到温差效应图。

实验室室内温度控制在28 ℃，人体体表温度约35 ℃，室内相对湿度40 %～60 %，室内空气稳定，无明显对流。拍摄对象和相机周围的风速是稳定的。进入实验室前，受试者自主用穴位探测仪结合心包经理论循行路线，找到相应的实验穴位，操作者用黑色眼线笔对穴位进行标记，然后静坐1 h以上，以此来避免穴位探测仪对本实验的影响。

打开热层析仪器主机及对应的软件，设置一个可以保存图片信息的文件夹，输入拍摄对象的相关信息(姓名、性别、年龄、号码等)，选择拍摄的主要部分，自动生成拍摄对象的独立图片信息存储文档，并保存到已建立的文件夹中。然后开始激光针灸实验并记录红外热分布图。激光针灸之前，受试者静躺20 min，使身体与环境处于平静的状态，减少实验前人体其他活动对热量产生的干扰。这20 min内采集的图像为激光针灸前体表热分布图；然后实验组和对照组分别采用真伪激光20 min，这20 min内采集的图像为激光针灸体表热分布图。激光开启与否均由同一人控制与记录。

采集激光针灸前后的体表热分布图，观察分析心包经理论循行路线的温度变化。在体表热像图中，温度由高到低的颜色显示依次为白、深红、浅红、黄、绿、蓝、紫、黑。为了更加方便地观察体表温度的总体变化趋势，用Matlab软件对体表热像图进行配准和相减处理得到温差图。在温差图中可直观观察激光针灸前后的温差，并可对比图像映射表分析温差大小。

2 实验结果及分析

2.1 激光针灸时受试者口述针感

中医认为，针灸要想有效，必须先“取气”。在传统的针灸疗法中，金属针被插入身体并受到刺激，直到产生一种“得气”的感觉。患者可能会把这种感觉描述为沉重、麻木，或者像电流一样沿着治疗的经脉流动，即传统针灸中所产生的“针感”反应[12]。

在本次激光针灸实验中，无论是实验组还是对照组，对于激光是否被启动，何时被启动受试者均无任何感觉。而在激光针灸5～10 min后，实验组大多数受试者均感觉到由光灸的穴位沿着手臂经络有一种“温暖感”，有时伴有酸胀、沉重或者振动感。并且在几分钟内逐渐积累，直到光灸结束；而对照组的受试者通常没有太多感觉，未出现这种“得气”感，从而减少了心理因素诱发的“得气”现象。

2.2 激光针灸前后的体表热像图显示

手厥阴心包经的理论循行图如图1所示[13]，图2为实验组激光针灸内关穴前后体表热像图，图3为对照组“伪”激光针灸前后的体表热像图。由这些体表热像图可见，在环境温度和湿度几乎没有变化时，激光针灸内关穴后实验组手臂及上半身有不同程度的升温反应，手厥阴心包上部体表尤为明显。对比理论的循行路线图可以看出，心包经上方的体表温度相较于其他部位明显升高，而对照组整体温度下降或保持，无明显升温现象。

图1 手厥阴心包经循行路线图

A—激光针灸前；B—激光针灸10 min后

A—激光针灸前；B—伪激光针灸10 min

2.3 激光内关穴前后经络循行线的温度变化

对比手厥阴心包经经络理论图，对实验组和对照组经络上9个穴位点、经络上两个相邻穴位的中点和距离9穴位外侧穴位旁开点(每个穴位点对应一个测试点，距离穴位1.5 cm处)的温度值进行分析。选取20组效果显著的实验图片计算平均温差。实验组在刺激内关穴后，经线上穴位点升温0.811～1.492 ℃，经线上穴位旁开点升温0.349～0.539 ℃，而对照组循经线未有明显升温现象。实验组的激光针灸前后心包经9个穴位的平均温度升高了1.002 ℃，经络上相邻两个穴位中点的温度升高为0.5～0.7 ℃，内关附近穴位的中点温度差约为0.7 ℃；对照组的手厥阴心包经9个穴位的平均温度降低了0.137 ℃，经络上两个穴位的温度差为0～0.2 ℃，未产生明显升温现象。结果如图4和图5所示。

图4 刺激穴位点及旁开点温度值分布对比

从图4中可以看出，激光针灸内关穴时，手臂部分整条经络线的温度都有不同程度的升高。内关穴的温度升高最多，这既是经络受到刺激的作用，也有激光给穴位点处皮肤加热的结果。顺着心包经的循行线，各穴位点升温的幅值逐渐降低，说明离激光刺激点越远的穴位感受到的刺激越弱；而刺激非穴位点时，温度升高明显不如刺激穴位点，说明此时循经感传现象微弱。

而由图5中可以看出，伪激光针灸内关穴以及内关穴位旁开点时，手臂经络线的温度没有升高，只有轻微的温度下降。此对照实验可在很大程度上排除心理作用而产生的温升现象。

图5 对照组刺激穴位点及旁开点温度值分布对比

2.4 激光穴位前后沿着相应经脉的手臂线显示温度的变化

在实验中，由于人体穴位的光灸过程不是短暂的一瞬间，人体的自发性抖动会影响人体手臂部分温度变化的定量分析，因而要通过寻找最佳的空间变换关系，使得光灸前和光灸后的两幅图像能够尽可能对准，以便分析图像。分析手厥阴心包经的理论循行图可知，此经络中的9个穴位有6个在手臂上，其中有4个穴位紧凑集中在下手臂，为了更加直观观测手臂的温差，对热像图进行配准和温差处理，主要处理人体手臂部分的红外热像图。

采用传统图像配准，即图像位置的变换。通过图像数据与3×3变换矩阵进行运算使前后图像位置对齐，从而达到配准的效果。Matlab 2019在图像处理工具箱中加入了Registration Estimator模块，包含多种常用的配准方法，且每种配准方法的具体参数可调[14]。在实际操作中，对于各种图像均可以找到合适的配准方式，如图6所示。热像是一个8位的伪彩色图像，图像的的颜色模式是索引图像。在进行图像配准的时候，由于多特征点提取的算法只针对灰度图像，所以先把索引图像转换成灰度图像(去掉颜色信息)，然后对灰度图像进行配准(包括特征点的提取、匹配、生成矩阵等)，得到配准后的图像。把配准后的移动图像与固定图像进行作差，得到温差图。为了更好地表现温度信息，对灰度图像作伪彩色处理。首先将温差图转成索引图像，然后更换颜色映射表(图7)，让图像产生丰富的颜色。

图6 使用Matlab配准示意

由下往上依次为由大到小的温差，其中白色、红色代表高温差，绿色表示有适当的温差，紫色代表低温差，黑色表示恒温

实验组和对照组激光针灸内关穴前后手臂部分的体表热像图及温差效果图如图8、图9所示。由图可得实验组在激光针灸后，手臂部分会按照穴位对应的经络升温；对照组伪激光针灸，体表温度没有明显升温，部分恒温，部分手臂由于静躺而产生温度下降的低温差。

A—激光针灸前；B—激光针灸10 min后；C—配准相减的温差图

A—激光针灸前；B—激光针灸10 min后；C—配准相减的温差图

3 讨论

我国中医理论系统中，经络和循经感传的研究至关重要。经络学是多年中医临床治疗的经验总结，同时其又指导了学者们对中医的研究，其在医学中的重要性毋庸置疑，但目前对于经络的客观解释还未有明确的广为接受的科学解说，这也阻碍了中医向世界化和全球化发展的步伐。

本文数据结果证明了在没有明显心理诱导的影响因素下，激光针灸手厥阴心包经存在一定的循行性，为中医经络的研究提供了一定的科学数据。

本实验室前已有学者赵博文等[15]对正常人的原穴进行针刺从而研究经脉循行线温度变化[15]；张舒婷等[16]对太渊穴进行激光针灸从而分析手太阴肺经循行线温度变化的研究；汤茜等[17]对大肠经和肺经进行激光针灸实验并对热像图进行分析。以上所有实验均在湖北省中医院余乐医生的指导下进行，并受到国家重大科学仪器设备开发专项资助。但这些研究都存在有时未施加激光也有手臂温度升高的现象。为了消除由心理因素引起的温升现象，在前人的实验基础上设置单盲对照实验，受试者不知自己是否真的被施加激光，从而尽可能消除心理诱导的循经感传现象。

本课题目前仅对手厥阴心包经络进行了临床试验验证。在临床试验的过程中，由于试验环境的局限性，并且样本数量有限，未能证明其激光针灸结果的普遍性，关于人体经络的客观存在以及光灸后的“得气”现象有待进一步探索和研究。

4 结论

本文从激光针灸内关穴后的经络反应和经旁反应，以体表皮肤温度变化作为主要指标，探讨激光针灸引起的循经感传现象。结果表明，激光针灸手厥阴心包经后人体手臂和上肢温度普遍升高，其规律为：激光针灸的穴位升温最多，穴旁次之，远离本经部位的任意点升温最少。

随着科技的发展，中医经络应利用现代科技技术，将经络的“经验之行”变成科学化，将中医经络的作用机制趋于透明化，同时以温度显示作为突破口，从热学角度仿真分析经脉的热传导现象，为人体经络的原理提供实验数据和科学依据，这对将中医推广至全世界和中医临床研究起着至关重要的作用。