（生物医学工程专业论文）基于中医理论的热磁复合理疗仪研究.pdf

燕山大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s e do nv a t i o u sr e l e r a n tm a t e r i a l sa n dl i t e r a t u r ef r o ma l lo v e rt h ew o r l d ， t h i s p a p e rp r o p o s e s ac o m b i n a t i o no fp e l m ar e f l e c t i o na r e at r e a t m e n to f t r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n ea n dt h e r m o m a g n e t i cc o m p o u n dp h y s i o t h e r a p y ， a n di n t r o d u c e sa c o m p o u n dp h y s i o t h e r a p e n t i ci n s t r u m e n t t h a t g e n e r a t e s a l t e r n a t i o np u l s em a g n e t i cf i e l d b yu t i l i z i n gc e r t a i nh a r d w a r ew i r i n gd e s i g n , w ee n r i c ht h ec o m b i n a t i o nm e t h o do ft r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n ep e l m a r e f l e c t i o na r e at r e a t m e n ta n dm o d e r np h y s i c a lf a c t o r e f f e c t i v e l y ，b y e f f e c t i v e l yc o m b i n i n gt e p i dt r e a t m e n ta n da h e r n a t i o np u l s em a g n e t i cf i e l d ， f i r s to fa l l ，w ec o n d u c tr e s e a r c ho nt h e o r i e so fh e a ta n dm a g n e t i ct h e r a p i e s ， an e c e s s a r ys t e pf o rt h ed e s i g no ft h e r m o m a g n e t i cc o m p o u n dp h y s i o t h e r a p y i n s t r u m e n t t h er a t i o n a lb e h i n dm o d e r np h y s i c a lt h e r a p yi st h a tp h y s i t s f a c t o r sm a k ea ni m p a c to nh u m a nb o d ya n di nt u r nc a u s eas e r i e so f r e a c t i o n s ， w h i c hc u r e sb i o l o g i c a lm e c h a n i s m a n dt h e r m o m a g n e t i c s ，as o r to fp h y s i c a l f a c t o r s ，c u r eh u m a nb o d yb yc a u s i n gas e r i e so fb i o l o g i c a le f f e c ti nr e s p o n s e t oh e a ta n dm a g n e t i s m s e c o n d l y ，a c u p u n c t u r e i nt r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n ei s i n t r o d u c e d ， e s p e c i a l l yc h a n n e la n ds u b s i d i a r yc h a n n e la n da c u p u n c t u r ep o i n t sa st w o c r i t i c a lf a c t o r s w ea l s op o i n to u tt h er a t i o n a lo fp e l m ar e f l e c t i o na r e a t r e a t m e n t ，n a m e l y ，i m p a c to np e l m ab ym a g n e t i cf i e l d t h et h e r m o m a g n e t i c c o m p o u n dp l a y s i o t h e r a p e n t i ci n s t r u m e n ti n t r o d u c e di nt h i sp a p e ri sd e s i g n e d b a s e do nt r a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e t h i r d l y ，t h et h e o r yo fa l t e r n a t i n gp u l s em a g n e t i cf i e l di sr e s e a r c h e du p o n , f e a s i b i l i t y o fm a g n e t i c t h e r a p y o na c u p u n c t u r e p o i n t sa n a l y z e d ，a n d a d v a n t a g e so fm a g n e t i ct r e a t m e n ti n t r o d u c e d b ys t u d y i n gt h em e c h a n i s mo f a l t e r n a t i o np u l s em a g n e t i cf i e l dt r e a t m e n t ，w er e a c ht oo u rc o n c l u s i o nt h a t a l t e r n a t i o np u l s em a g n e t i cf i l e dp r o d u c e sad e e p e ri m p a c ta n das i g n i f i c a n t l y b e t t e re f f e c tt h a np e r m a n e n tm a g n e t i cf i e l d a n dt h e r eg o e so u ra n s w e rt ot h e a b s t r a c t r e s e a r c hq u e s t i o n , ac o m b i n a t i o no fa l t e r n a t i o np u l s e m a g n e t i c f i e l da n d t h e r m o m a g n e t i ct r e a t m e n t t h ec i r c u i t a ld e s i g na n dm o n o l i t h i cm a c h i n es y s t e m d e s i g n , a n dt h ed e s i g nb e i n gi np r o g r e s st os y s t e m a t i cs o t t w a r es t u d i e st h e o u t e r - r i n gh a v i n gi n t r o d u c e de v e r yt h e r m o m a g n e t i ec o m p o u n dp h y s i o t h e r a p y i n s t r u m e n tp a r th a r d w a r ef i n a l l y f i n a l l y ，w ei n t r o d u c es o m ec i r c u i t a ld e s i g na n dm o n o l i t h i cm a c h i n es y s t e m d e s i g no ft h et h e r m o m a g n e t i cc o m p o u n dp h y s i o t h e r a p e u t i ci n s t r u m e m ，a n d r e s e a r c ho ns o f t w a r ed e s i g no f t h es y s t e m k e y w o r d sm o d e r np h y s i c st h e r a p e u t i c s ；p e l m ar e f l e c t i o na r e at r e a t m e n t ； t e p i dt r e a t m e n t ；m a g n e t i ct h e r a p y ；m o n o l i t h i cm a c h i n e ；p u l s e m a g n e t i cf i e l d m 燕山大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于中医理论的热磁复 合理疗仪研究，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立 进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含 他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承 担。 作者签字鞠刁多 日期：却6 年，1 月：泪 燕山大学硕士学位论文使用授权书 基于中医理论的热磁复合理疗仪研究系本人在燕山大学攻读硕士 学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大 学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人 完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有 关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权 燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文 的全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密区 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：参翻身 导师签名：l 汾 日期：切年，二月j 3 日 日期：妒多年，j 月力日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的研究目的和意义 随着人类社会的进步和现代科技的发展，西医学已逐渐形成在世界医 学界占主导地位的现代医学。然而，在另一方面，其种种弊端也日渐显 露，尤其是医源性、药源性疾病的大量出现，人类在生存质量、医疗质量 需求的深化和提高，迫切呼唤更为自然、有效的治疗方法。以中国传统医 学为代表的世界自然疗法医学体系日益兴旺。世界性的中医热潮中，以针 灸学为代表的中医外治法则成为先锋。中医外治作为最能体现中医学特色 的传统医学体系重要组成部分之一，历史悠久，源远流长，数千年来为中 华民族的繁衍昌盛做出了卓越的贡献，历经曲折后在新的历史潮流中，又 开始发出勃勃的生机l 】。 物理治疗是应用天然或人工的物理因子作用于人体，并通过神经、体 液、内分泌和免疫等生理调节机制，达到保健、预防、治疗和康复目的的 一门科学，简称理疗【2 】，是康复医学的重要治疗手段之一。 对物理治疗学的研究、包括研究物理因子的物理性质、生物学作用和 治疗方法，以及临床应用的理论和技术等内容。从宏观方面研究物理因子 对机体整体水平的影响，以了解物理因子作用的动态变化和效果；从微观 方面研究物理因子对超微结构功能形态变化，以揭示物理因子作用的本 质。物理治疗是利用外界条件刺激有机体，具有动力性和信息性的双重作 用，在调节人体功能、增强适应能力和防治疾病方面，具有不可估量的意 义。 磁场疗法作为物理疗法的种，具有鲜明的特色。磁疗对血管的影响 主要表现在对微循环的作用，来改善血管功能，尤其是改善微循环功 能：即通过经络穴位的作用、反射作用以及对血液流变的影响和热效应的 作用，达到促进炎症消退、加快组织愈合、降低血压，改善心脑血管的 代谢的目的。同时，经多年临床统计发现，磁疗还具有疗效显著、适应症 广、副作用少等优点。 燕山大学工学硕士学位论文 近年来，磁场疗法己成为一种常用的物理治疗方法，并在若干方面取 得了突破性的进展。实验研究表明，一定类型的磁场可以导致生物体各种 各样的生物效应，对一些病症有明显的治疗作用。而且与其他的物理疗法 相比较，磁场疗法治疗时间短，无痛苦、无创伤，并且可以与其他物理治 疗因子相结合进行复合治疗的特点。 随着磁场治病的新理论、新器械及颓方法不断出现和发展【3 1 ，磁场疗 法在当代医疗技术中占有越来越重要的地位。但是，在当今这样一个生活 节奏，工作节奏都很紧张的时代中，人们很少有时间去医院或者诊所里面 接受系统治疗。而且，随着人体亚健康现象的增多，人体理疗保健也成为 人们关注的焦点。同时，从磁疗器械的治病机理来说，它的结构复杂，集 成性不足问题也很大程度上限制了它的发展。这些问题都为磁疗的进一步 推广提出了难题【4 】。 针对以上的问题，基于所介绍的物理疗法、磁场疗法的特点和优缺 点，本课题将传统中医足底反射区理论以及温热疗法应用到磁疗仪器的设 计之中。力图设计一种基于中医理论的热磁复合理疗仪器。 1 2 课题的研究现状 1 2 1 国内磁疗的发展现状 应用磁场治病，在我国是在应用磁石基础上逐步发展起来的【5 1 。它的 发展历史，概括起来，共经历了三个阶段。 第一阶段是人类认识自然界存在磁石及磁现象，并开始用于内服治 病。 在我国，传说早在4 0 0 0 多年前，黄帝就发现了自然界有磁现象存 在，创造出了指南车，利用指南车战胜了另一个部落名叫蚩尤的领袖。至 于应用自然界存在的磁石治病【6 】，有文字记载的，最早见于汉代司马迁 史记扁鹊仓公传列中，内记有：“齐王侍医遂病，自炼五石服之中热 不溲者，不可服五石。”五石据抱朴子载，是指：丹砂、雄黄、曾 青、白矾石、磁石、五石说的。可见，我国早在2 0 0 0 多年前，就发现可 2 第1 章绪论 将磁石和其他矿物质混合在一起煎煮内服治病，并知道了什么病宜服磁 石，什么病忌服磁石。 据查“磁石”一词，古代本写作“慈石”。“慈石取铁，如慈母之招 子，故名慈石”( 本草纲目) 。又称“玄石”、“处石”、“炼铁 石”、“吸针石”。对于磁石优劣的鉴别，本草纲目中记有：“真磁 石一片，四面吸铁五量者，名磁石”。至于将磁石作为内服药物治病，公 元前2 世纪，我国第一部中草药专著神农本草经即正式入药，并加说 明：“磁石主治周痹风湿，肢节肿痛，不可持物，洗洗酸榍，除大热烦满 及耳聋【7 1 。”到公元6 世纪，陶红景在名医别录中，进一步扩大了磁 石的治疗范围，提出：“养肾脏，强筋骨，益精除烦，通关节，消臃肿鼠 瘘、颈核喉痛、小儿惊痫。炼水饮之，亦令人有子。”千金方中还记 载有磁石渍酒饮，治阳事不举。养老方中记载以磁石未煮水再煮猪 肾，治老年耳聋。直指方中记载有磁石段酒醉7 次为末，每空心时米 汤饮服1 钱治脱肛。总之，自我国第一部中草药专著神农本草经i g 】到 新中国成立后1 9 6 3 年出书的中华人民共和国药典，几千年来，都把 磁石作为一味内服药，将其性能、功用、用法详细记载了下来。与此同 时，还制成了多种以磁石为主或含有磁石的“磁珠丸”、“磁石丸”、 “磁石六味丸”、“紫雪散”等中成药。 第二阶段是利用磁石或混合其他药物研磨外敷保健治病。 利用磁石上的微弱保健治疗，最早见于唐代冯挚所著云中杂记 中，记载有：“益精者，无如磁石，以为益枕，可老而不昏，宁王宫中多 用之。”从宁王宫中多用之这句话中可以看出，当时的宫廷贵族就发现了 磁石上的磁场对人体的有益作用。这一见解，虽然在以后的格致镜 源、医学衷中参西录、验方新编等书中，都作了引用，但医家 用于临床者仍极为少见。到宋代严用和在济生方中治肾虚儿聋有： “真磁石，一豆大，铁砂末入不病耳内，自然通透。”这对磁石外用治 病，又有一些发展。在此前后，何希影在圣惠方中还提到：“小儿误 吞针，用磁石如枣大，磨令光，钻作窍，丝穿令含，针自出。”钱相公 旮中方中记载：“真磁石，枣核大，钻孔线穿，拽之，误吞针铁，立 3 燕山大学工学硕士学位论文 出。”这些很象现代的磁吸器，也可说是我国最原始的磁疗器具。除此之 外还有引索堂咽喉病述中记有以磁石置尾骨下，再用铁块含口中，洽 咽中有气上逆。备急千金方中记载磁石和其他药物混合在一起研末外 敷治病，在乾坤秘韫中曾提到用吸铁石3 钱，金银花4 两，香油1 斤，如常煎膏贴之，治疗肿毒。值得提出的是在我国浩如烟海的古代医学 著作中，磁石作用于穴位治病却极难找到。李时珍在本草纲目中引用 简便方记载：“大肠脱肛，磁石研磨调涂上。”天然磁石本来磁性极 弱，而磁石上的磁场，最怕震动，研末后磁性全失，也是自然的事。至于 以此作为磁场作用于穴位治病的开端，似乎牵强。至于将天然磁石作用于 穴位治病，未见有记载。特别是天然磁石，不成形体，外敷使用不便因 而几千年来，未见医家应用于临床，只有磁石和其他中草药混合在一起煎 煮或制成丸散内服之法流传了下来。 第三阶段是人造磁体与电磁体的发明及磁与经络的结合，逐步形成了 一种疗法f 9 】。在这一阶段，可分三方面加以叙述： ( 1 ) 永磁体与经络相结合，逐步形成了“磁穴疗法”或称“腧穴磁 疗”、“磁场疗法”等。应用不成形体的磁石外敷经络治病，在我过古代 医学著作中，是未见有文字记载的。1 9 3 1 年日本三岛博士发明了铝镍钴 磁钢f l o 】，1 9 3 2 年加藤、武井博士发明铁氧体永磁，这些永磁体上的磁性 磁场强度，比天然磁石上的磁性强很多倍。1 9 6 7 年美国s t e r a n a t 又研制成 功稀土钴永磁体，这种磁体上的磁性又比铝镍钻、铁氧体永磁体上的磁性 强许多倍，特别是上述各种永磁体，又可根据人们的需要，制成各种适体 形状，这就为磁体外敷治病创造了条件【1 n 。 新中国成立后，5 0 年代末，上海曾出售一种内嵌6 块永磁体不锈钢 手表带形的“磁性降压带”，右手和右脚各带一只用以治疗高血压，但并 不是作用于穴位。1 9 6 2 年陈植在河北唐山用不同形状的永磁体外敷不同 腧穴为患者治疗，一直到现在还保存有当时大量病历，并得到河北省科 委、卫生厅的支持。1 9 6 5 年陈植在湖南省干部疗养院与刘莆伯合作，临 床观察证实对风湿性关节炎、d , j l 气管炎等病有较好疗效。此后丰台铁路 医院也进行了永磁体外敷治疗疾病观察。1 9 7 0 年刘祥研制成一种小磁 4 第1 章绪论 珠，作用于穴位治疗高血压等病，也的却起了一定疗效。1 9 7 3 年初陈植 与胡梅村率先在国内应用稀土永磁体外敷穴位治病，由于这种磁体在同等 体积情况下，比铁氧体永磁体磁场强度高5 倍以上，因而疗效大为提高， 治疗范围也相应扩大。为了进一步验证推广这一方法，1 9 7 4 年9 月1 2 日 湖南省卫生厅正式下函成立了以黄兆明为首的协作组，对多种病进行了系 统的观察总结。此后北京、内蒙、上海、广东、江苏都先后应用稀土永磁 为患者治疗和进行动物实验。人们公认稀土永磁应用于临床，为制造多种 磁疗机创造了条件，是磁疗发展中一次突破性进展。自1 9 8 5 年每隔2 年 举行一次全国性磁疗学术、经验交流会，不断出现新的成果，使磁疗呈现 出一个百花齐放、百家争鸣蓬勃发展的新局面。周万松的磁疗法已载 入大型理疗学一书中，作为理疗学中的一章有6 万余字。1 9 8 9 年周万松又出版了实用磁疗学一书2 8 万余字，总结了国内2 0 多年来 临床与实验研究，是国内当前进行临床与实验的重要参考著作。1 9 7 9 年 陈植，胡梅村出版了我国第一本全面介绍磁场治病的著作磁疗法，由 于书中提出了“适量磁场”的新见解及“根据不同疾病，将不同场强、体 积、数量的磁体，作用于不同腧穴，并视疾病的变化，及时予以调整”的 治法治则，此书一出版，即引起了国际上的重视。首先日本现代中国医疗 研究会理事长杉充胤译成日文在日本出版，有关专家就此书中的“磁场对 生命的影响，适量磁场”举行过两次座谈会，并来信称此书对日本经络疗 法的发展提供了宝贵的经验。日本有关专家1 8 人专程来长沙与作者及磁 疗举行座谈，交流经验。之后香港大光文化出版公司又以中文版出版。 1 9 8 3 年美国中华针灸医院并聘陈植为磁疗医学顾问。与此同时武汉冶金 医专还专门举办了医用生物磁学专修班，为磁医学培养了一批人才。目前 磁疗已在全国各省市医疗单位作为一种疗法，开展起来。 ( 2 ) 电磁体与动磁场的发明，推动与壮大了磁疗的发展，6 0 年代初， 陈公焯首先在国内研制出一种低频交变综合磁疗机，由于此机具有震动、 磁场、热能的综合效应，对多种病能产生较好的疗效。7 0 年代林真又发 明了利用小型电动机使稀土永磁体进行转动的旋磁机。由于机体小，使用 方便，效果好，很快得到了推广。接着有人又研制出大型脉冲磁疗机，峰 5 燕山大学工学硕士学位论文 值可达8 0 0 0 高斯，两大磁头可对称与并列使用。胡梅村研制出手握式的 交变磁棒。与此同时长沙还发明了磁场电脉冲，使永磁体注入脉冲电流， 人体一接触这种磁体，如同针刺一样产生痛麻胀感。赵文清研制出电磁眼 睛治疗近视，取得一定的疗效。这一时期，多种类型的磁疗机在各地大量 出现。交变磁场、恒定磁场、脉动磁场、脉冲磁场及动磁场都出现在各种 不同的磁疗机中。进入8 0 年，周书芳制成“拔牙磁麻器”0 2 ，上海黄蒲 中心医院研制成治疗骨折饿“脉冲电磁场骨刺激器”，徐雪雄等研制出机 头达4 0 0 平方厘米，磁场达1 0 0 0 0 高斯特大型“直流电磁疗机”，陈述之 研制成功一种多用途“磁电仪”，周光元、黎成珍研制的“三波道自动变 波磁床”，卢仲良等制成“无磨损旋磁机”、“高强度交变磁疗机”，施 嘉标研制“无噪音大面积悬磁机”，陈植研制成“镇痛助产仪”，梁惠英 研制的足踏降压仪、侯生魁等研制的磁体针、北方科技厂制的“肝病仪”等 都先后投入临床。 随着永磁体、电磁体、动磁体的广泛应用，湖北又研制出磁流体注射 液l l “。沈阳、徐州利用磁场作为载体制成“磁控药丸”，将药物送入动 物体内，再利用外磁场将药物固定在肿瘤部位【1 4 】，使药直接在肿瘤部位 释放，特别是陈良魁将微型磁环埋入人体穴位治疗气管炎取得了理想疗 效。这是我国第一位将永磁体消毒后植入人体内的先行者。 1 2 2 国外磁疗的发展状况 在国外，对磁现象的认识，历史更为悠久。以磁石治病，最早始于公 元1 世纪古希腊医生加仑用磁石治疗腹泻，公元5 世纪古罗马医生艾蒂尤 斯用磁石解除手足痛风、痉挛、惊厥。公元1 l 世纪阿拉伯医学家阿维森 纳用磁石治疗肝、脾脏病以及水肿和秃头。公元1 4 世纪马塞吕和1 6 世纪 莱奥纳迪又发现了磁石可治牙痛，公元1 5 世纪瑞士一德国医生帕拉歇卢 又用磁石治疗疝气和水肿、黄疸等病。公元1 7 世纪，美国科学家富兰克 林发现了电以后，丹麦科学家奥斯特、英国物理学家法拉第、麦克丝韦 等，相继研究了电磁相互感应，之后电磁体就逐步发展起来，因而这时期 就产生了能医治各种疾病的金属牵引器等器具。与此同时，有关著述也相 6 第1 章绪论 继问世，如1 8 2 6 年法国科学家贝特郎发表了法国动物磁学，1 8 4 3 年 艾丹在电和磁现象及其相互关系中，描述了磁场对人体的影响及i 临床 应用。 公元2 0 世纪，是磁医学迅速发展的时期。前苏联c o o b e b a p 提到低频 磁疗机及其用途的磁疗器械，2 0 世纪初，就已证明有效果。因此，前苏 联在卫国战争时期就开始应用磁场治疗伤痛。5 0 年代末日本出现了金银 磁气粒疗法，磁珠上包以金箔、银箔治疗疾病。6 0 年代和7 0 年代，罗马 尼亚、日本、前苏联、前西德，都生产有不同的磁疗器械，美国以矫正眼 睑下垂，以磁流体注射液注入肿瘤及其周围，外加磁场，使流体及周围血 管闭塞，肿瘤自行坏死i i s , 1 6 。近年来，美国科学家还研究出一种“自体骨 髓磁疗法”，方法是从患有神经母细胞瘤病人身上抽出百分之十的骨髓， 使其与抗体混合，然后置于强磁场中，癌细胞即会被分离出来，如此多次 反复，可分离出来9 9 9 的癌细胞，使患者逐步康复1 1 7 】。前苏联拉托维 亚神经外科中心的医务人员利用磁场可在大脑动脉损伤及血管缝合手术中 阻止血液凝结成块的作用进行研究，发现如改变磁场强度、方向，又会出 现相反效果，他们利用这一发现，为不少本来应当锯开头盖骨、切除肿瘤 手术的血管瘤患者，不用开刀，就可痊愈出院【l ”。同时又研制出了一种 植入体内，不再取出能被机体吸收的磁体，这种新的人工磁源，可在机体 血管成形术时植入体内，用以促使术后增高的凝血机能恢复正常和增强机 体的抵抗力。前苏联莫斯科皮罗戈夫医院儿童外科专家给患者胸部内植入 - d , 块用磁性情化材料制成的薄片【饽】，再在体外放一磁片，利用体内外 两磁片极相吸引的力量，矫正胸部畸形。这家医院已为2 0 0 多例患者进行 了这种手术，待胸廓恢复正常后，再将磁片取出，效果满意。 在美国，继7 0 年代利用磁场治眼睑下垂之后，近年又研制成功了一 种“磁性假牙”。方法是首先拔掉患者牙龈的神经，然后在牙根上嵌上细 小的磁粒，使“磁性假牙”与其紧紧粘贴在起。这种假牙最大的优点是 不会导致鄂骨软化而出现假牙松动。 在恒磁方面，如将磁片安装在耻骨与尿道部位控制尿失禁，在面部安 装磁块治疗面瘫以及磁颈托、牙托等等。特别是日本最近又研制出了磁性 7 燕山大学工学硕士学位论文 超过合金，高达3 8 兆高奥的合金，为利用恒磁作为诊断治疗疾病，又提 供了新的手段。至于磁诊断技术如磁核共振成像、核磁共振血统计以及心 磁图计【2 0 川、脑磁图计等，也已研究应用。其他如磁控药针，磁控导 管、头颅磁刺激【2 2 】等等治疗手段，在一些先进国家应用得更为普遍。总 计，目前世界上有独联体、美国、德国、日本、英国、法国、罗马尼亚、 印度、以色列等国家和地区，开展了“生物磁学”或“磁医学”、“磁疗 法”的实验研究工作，并不断取得新进展【2 3 l 。截止目前为止，已举行过 十几次国际性的生物磁学会议。磁疗在这些会议中愈来愈引起人们的关 注。例如1 9 8 3 年在北京举行的第七届国际稀土永磁会议上，有关医学方 面的报告，就占了一定的比重。可以预期，随着科学技术的发展，磁疗亦 将在国际上形成一门独立的新学科 2 4 】。 1 2 3 磁疗器械的现状以及展望 1 2 3 1 磁疗器械的现状目前市场上生产的磁疗仪器大多都是单一磁场 的磁疗仪器，只产生一种类型的磁场，如低频交变磁场、脉冲电磁场或脉 动磁场等，这类磁疗器械从六十年代即已问世。属于单一磁场的磁疗器 械，主要有以下几个方面： ( 1 ) 低频交变磁场磁疗机。此种类型的磁疗器械产生的磁疗强度，可 以根据设计而有不同。有单一磁头的磁疗机，有2 个磁头、4 个磁头、l o 个磁头、2 0 个磁头的交变磁场磁疗机，可以进行单人治疗。如有多个输 出孔的低频交变磁疗机，可以同时治疗多个部位或多位患者，此种类型的 低频磁场磁疗机适用于大中型医院。 ( 2 ) 脉冲磁场磁疗机。此类磁疗器械产生的磁场可以根据需要进行调 节，而且脉冲频率也可以调节。产生的磁场强度，可以高达数百m t ，是 磁疗机中磁场强度最高的一种。 ( 3 ) 脉动磁场磁疗器械。此类磁疗器械产生脉动磁场。 1 2 3 2 存在的主要问题虽然电磁疗器械取得明显进展，但仍存在不足 之处，有碍电磁疗器械发展。主要问题如下： ( 1 ) 目前市面上生产的家用磁疗仪器大多结构单一，产生的磁场也比 第1 章绪论 较单一，容易让人体产生自适应的情况，治疗深度也往往达不到预期的深 度，很难达到理想的理疗和治疗效果。 ( 2 ) 除恒定磁场磁疗器外，其他磁疗仪器大多结构复杂，操作不便， 而且成本高，很难普及家庭。 ( 3 ) 磁疗器械的应用范围与治疗疾病的种类，一般应是该磁疗器械通 过临床验证观察的病种，不得随意扩大，但有的磁疗器械并非如此。有的 结构简单的磁疗器械治疗疾病种类繁多。 ( 4 ) 作为医疗单位磁疗室的交变电磁疗机、脉冲电磁疗机等主要磁疗 器械，在造型、结构、功能等方面，需做进一步研究改进，如有的磁疗机 造型较粗糙，磁头比较沉重，需要使之新颖、美观、磁头较轻巧，在功能 上采用单片机集成、增添时间报警装置等。 1 2 3 3磁疗仪器的发展方向针对以上现状和主要存在的问题，未来磁 疗器械发展方向可以概括为： ( 1 ) 由单一磁场向复合磁场发展。以往的磁疗器械一般均为单一磁 场，而近年来，一些磁疗器械向复合磁场发展，有的磁疗器械不仅可以产 生交变磁场，而且可以产生脉冲磁场或脉动磁场，脉冲频率也可以调节， 可选择应用。 ( 2 ) 动磁场与静磁场相结合的磁疗器械。有的磁疗器械不仅产生动磁 场，而且可以产生静磁场，动磁场以交变磁场较多，两种不同类型的磁场 同时作用于人体。目前这种产生动、静磁场的磁疗器械较常见。 ( 3 ) 与其他物理作用相结合的磁疗器械。目前有些磁疗器械，除了产 生磁场外，还同时能产生其他物理作用，比较多的是同时产生远红外线， 远红外磁疗器械较常见。其他还有产生温热、低频脉冲电流、中频脉冲电 流、音乐电流、超声波等，从而加强磁场的治疗作用，有利于提高治疗效 果。 ( 4 ) 由体外向体腔内发展。一般磁疗器械，均在体外使用，因为这样 既方便，而且易于患者接受，磁疗者能很好耐受。但近年来，个别磁疗器 械可以作为腔内治疗，如内科应用的热旋磁疗仪，将磁头插入阴道内进行 磁疗。还有磁热前列腺治疗仪，磁疗头插入直肠内，能够通过肠壁作用到 9 燕山大学工学硕士学位论文 前列腺，使前列腺受到更强的磁场作用。 ( 5 ) 与现代电子技术相结合。以往的一些磁疗器械比较简单，现在有 些磁疗器械，开始引进了电子技术，如定时装置，音乐报时报警装置、显 示装置等等，可以显示治疗时间、磁场类型。 ( 6 ) 有些磁疗器械的外观较精美，给人一种美感，有利于患者更愿意 接受此种磁疗器械的应用。 ( 7 ) 磁场强度向两极发展。有的磁疗器械，产生的磁场强度高，达到 数百m t ，但也有的仅数m t 。这两种相差悬殊的磁场强度的磁疗器械，都 有较好的治疗作用，对多种疾病均有较好的效果，治疗的疾病范围均较 广。 1 3 本课题的研究内容和结构安排 本文主要研究基于中医理论的热磁理疗仪器，采用生物医学工程领域 内的医学和工学相结合的方法，利用热、磁的特性，以及传统中医足底反 射区理论，设计出一种新颖的热磁理疗仪器。本课题所要完成的任务主要 有： ( 1 ) 分析热疗和磁疗的各种生物效应，熟悉热疗和磁疗的作用机理， 以及相应的治疗作用。 ( 2 ) 熟悉中医足底反射区的基本理论，了解传统中医足底反射区的刺 激规律，以及可能对人体产生的影响。 ( 3 ) 设计热磁理疗仪电路样板，其中包括：单片机系统设计、磁疗外 围电路设计、磁头设计以及包括温度测量和温度控制的热疗外围电路的设 计等等。 ( 4 ) 对所设计的热疗系统和磁疗系统进行软件设计研究，并对软件进 行调试和标定。 1 0 第2 章温热疗法的理论研究 第2 章温热疗法的理论研究 凡以各种热源为介体，将热直接传至机体达到治疗作用的方法，称为 温热疗法【”1 。应用温热治疗疾病已有悠久的历史，在我国：史记中 曾记载：“上古之时，医有俞跗，治病不以汤液醴酒，馋石桥引，案抗毒 熨”。其中“熨”就是借助传导热进行的药物熨贴疗法。国外，早在古埃 及时期就有人用涂泥的方法治疗疾病。以后，意、法、德等国先后开始应 用泥疗，其中主要作用因素之一就是温热。随着我国物理疗法的广泛开 展，温热疗法己在各医疗部门中广泛用于治疗各种疾病。温热疗法的特点 是：取材广泛，设备简单，操作容易，应用方便，疗效较高，在各种医疗 机构或病人家庭中都能进行治疗。 温热疗法，除了各种传热介体的温热作用# 1 - z “，某些介体尚有机械 的和化学的刺激等综合因素作用。从而达到治疗疾病的目的。 2 1 温热疗法的物理基础 2 1 1 温热疗法的原理 热是物质的一种运动状态，它表示了物质微粒( 分子、原予、电子等) 的混乱运动，这一概念起源于人们对物体冷热的感觉，从现代观点来看， “热”和“内能”有不可分割的联系，物体变热是表示它的内能在增加， 变冷表示它的内能在减少。对物体加热，表示用热传递的方式使它的内能 增加。 热是分子不规则运动的结果。一个系统中分子运动的动能与该系统的 温度有关，故称为热能，所以热是能量的一种。当一定的能量被释放( 做 一定的功) 时，则可表现为一定量的热。每一个闭合的系统都具有一定的 总能量e ，这是该系统做功能力的量度。在闭合系统中，能量可以从一种 形式转化为另一种形式，但总能量保持不变，这就是能量守恒定律。而热 力学第一定律：一个系统总能量的变化( a e ) 等于系统吸收的热量( a q ) 与 该系统所做的功( a w ) 之差，即： 燕山大学工学硕士学位论文 z k e2 q 一 ( 2 - 1 ) 这是能量守恒定律的另一种表现形式。如果系统释放出热，则a q 为 负：如果做功于该系统，则a w 为负。因此，一个系统可以通过受热或外 界对之做功来获得能量。 其他形式的能量可以任何所希望的效率转化为热，但此过程不可逆， 热不能以任意效率转化为功。在分子水平，所有自发的物理过程在保持系 统总能量不变的情况下都趋向于最大限度的无序，而无序的一种形式是增 加原子的随机热运动，这对应于热能的增加。因为自发过程无法使它们自 己有序化，所以热能不能以百分之百的效率转化为功。因此。热能被称为 能量的一个低级形式。总的来说，如果对一个系统做功或给予一个系统能 量，则一些能量将转化为热。 2 1 2 热源的分类 用于热疗的热源有多种，但从物理学的角度，主要热源【2 7 】有以下三 种： ( 1 ) 化学热源热的一种主要来源为化学反应释放的热能。代谢产热和 燃烧就属此类。虽然有多种产热反应，但产生热能的一般过程都是相同 的。反应之前，能量以反应物的原子核和电子的结构所产生的势能形式储 存。在反应过程中。原于核和电子重新分布，形成势能较低的分子。因为 总能量保持不变，释放出的势能就会转化为原子核和电子的动能。在复杂 的分子中，动能表现为分子的平移运动、旋转运动，以及分子内原子的振 动。增加所有这些运动就等于升高温度，这样，势能就转化成了热能，或 叫做产热。 ( 2 ) 电热源在发电机或电池中，正负电荷被分开。因为不同性质的电 荷之间存在吸引力，所以需做功才能使它们分开。因此，被分离的正负电 荷具备了势能。当带正、负电荷的粒子在导体内流动形成电流时，势能转 化成了动能。在物理治疗中，常利用高频交流电场中加速运动的粒子相互 碰撞，使定向的动能转化为热能。 1 2 第2 章温热疗法的理论研究 ( 3 ) 摩擦如果两个面相接触，并且在外力作用下相对运动，则一个面 上的分子也在相对于另一个面上的分子运动。当这些分子之间发生碰撞 时，一个面上的部分动能就传递给另一个面，且由于碰撞使动能增加，这 一过程使整个表面上的分子动能增加，导致局部温度升高或称做热能产 生。 所有的热都以上述三种形式产生，都是由势能或定向动能转化为随机 动能。原子尺度上随机动能的增加就是宏观尺度上的温度上升。 2 1 3 热的传输方式 对热传输方法较普遍的分类是分为传导、对流和辐射三类。这三种过 程经常同时存在并以其中一种为主。本章所介绍的传导热疗法就是以热传 导为主的热疗法。 ( 1 ) 热传导从微观角度看，熟传导是通过分子相互碰撞将动能沿着温 度梯度传递并扩散。虽然对于每个分子来说是随机过程，但由于大量分子 的参与，却可以总结出热传导的统计学规律。固体间的热传输主要靠传导 完成。设两个面：面，和面，面积均为a ，它们之间的距离为x ，温度 分别为z 和疋，如图2 1 。如果每个面的温度保持不变，则在时间t 内， 从面，到面，传递的热量为： p ：二苎堡二互! 兰丝翌( 2 2 ) 图2 - 1 热传导模式图 f i g 2 1c o n d u c t i o n so f h e a tp a t t e r n s 1 3 燕山大学工学硕士学位论文 a 是该物质的特征常数，叫做导热系数。表2 1 为几种物质的导热系数。 根据上述公式，可以从理论上解决所有关于热传导的同题。 表2 - 1 几种物质的导热系数 t a b l e 2 - is o m ep a r a m e t e r so f m a a e rh e a tc o n d u c t i o n ( 2 ) 对流对流是个常见的过程，但很难用精确的数学语言描述。对于 大多数液体，温度越高则密度越低。对于温度不均一的液体，如果冷的部 分位于热的部分之上，则出现一种不稳定的状态。这时，冷的液体下降， 置换因较热、密度较小而上升的液体，这种液体运动就是对流，如果较热 的液体上升后又被冷却，同时较冷的液体被加热，则循环过程建立，热被 不断地向上传递。所以，热对流是通过不同温度的液体分子位置互换来完 成的。为了通过对流有效地传递热量，必须有大量的物质参与流动，因为 热是靠热的液体来传递的。在动物体组织中，由于存在细胞结构，大量液 体的流动被限制，故对流几乎不存在。 ( 3 ) 辐射这种热传输不需要介质分子的参与，而是通过电磁波的形式 来完成的。所以即使两个物体在真空中相隔一定的距离，只要其温度不 等，就会发生能量的辐射和对辐射能量的吸收。 2 2 温热疗法的生物效应 ( 1 ) 对皮肤和神经系统的影响在皮肤组织内的各种末梢神经感受器 基本上都对热或冷的刺激起反应。但专门感受冷热刺激的神经末梢感受器 对冷热刺激更敏感。在皮下组织分布有感受热作用的鲁菲尼( r u f f m i ) t b 体 和在皮肤较浅表的部位分布有感受冷刺激的克劳泽( k r a u s e ) d x 体。不同部 位的皮肤中感受冷热刺激的神经末梢感受器的分布是不同的。对温度感觉 1 4 第2 章温热疗法的理论研究 最明显的是乳头、胸部、腹部。对温度的敏感程度在很大程度上取决于受 作用前的皮肤状态，当皮肤温度为2 7 3 2 c 时其敏感性最高。另一方面受 冷热刺激的皮肤面积越大，越容易识别温度变化。温热治疗时，首先作用 于皮肤富有的各种末梢感受器装置和血管。在皮内分布有许多自主神经纤 维和躯体神经纤维，当皮肤局部感受到热刺激时，除支配该部的自主神经 受到刺激作用外，而且能影响到脊髓上段和下段的自主神经中枢，甚至脑 皮质的功能，引起复杂的相应脊髓的节段反应和全身反应。所发生的应答 反应的显著性和强度，取决于刺激作用的强弱，以及介质的温度，治疗的 面积大小和持续的时间。热作用于皮肤可影响神经的传导速度。温热作用 可降低前角细胞y 纤维的传出、降低肌张力，减轻肌紧张而致的疼痛；肌 肉温度升高至大约4 2 左右时，可以减轻i i 类传入纤维的放电频率，增 加从高尔基腱器来的i b 纤维的放电频率，至使a 运动神经元放电频率降 低，亦可减轻因梭外肌纤维紧张而引起的疼痛【2 “。 以此观点解释温热作用的机制，但是不能仅以温热来说明对神经的影 响，还应看到温热介质的压缩作用、化学作用对神经的影响。因此，温热 疗法的介质对温热感受器，压力感受器，化学感受器具有综合性的作用。 由于某些温热介质是油质，冷却凝固时对皮肤的压力作用，以及润滑 作用，能使皮肤保持柔软而富于弹性，防止皮肤过度松驰而形成皱褶：对 瘢痕组织和肌腱挛缩等有软化及松解的作用，因而能缓解由于瘢痕挛缩引 起的疼痛。 ( 2 ) 对血液循环的影响热刺激作用于皮肤的热感受器，通过轴突反 射引起血管扩张。温度升高引起局部释放的组胺和前列腺素作用于周围血 管可引起血管扩张。此外，温度升高还可引起汗腺分泌。汗腺能分泌出一 种称为血管舒缓素的酶，它使激肽原转变为缓激肽。缓激肽能分别影响平 滑肌张力和内皮细胞的收缩性，从而使周围血管扩张，毛细血管和后毛细 静脉的通透性增加。 皮肤血流量在维持核心体温中，起着非常重要的作用。皮肤的血流主 要受交感神经一肾上腺神经支配。皮肤血管的特征是具有动静脉合支，所 以在散热过程中发挥重要作用。温热作用刺激皮肤传入感受器，可通过局 1 5 燕山大学工学硕士学位论文 部脊髓反射扩张血管且不局限于受热部位，也可在远离部位产生。如对某 一节段的皮肤温热刺激时，同一节段的内脏血管也发生充血反应。由于温 熟作用可以引起局部血液及淋巴循环的改善，因而有助于消散浸润，加强 再生过程。由于温热治疗的介质具有压缩作用，能防止组织内淋巴液和血 液的渗出，减轻组织表面的浮肿，防止出血和促进渗出液的吸收，故可用 于初期扭伤的局部肿胀【2 9 川。 当身体大范围皮肤受到温热作用时，内脏血管和血流可能出现与皮肤 血管相反的变化。当外周血管扩张时，内脏血管收缩( 心、肾血管例外) ， 促使储存血量进入血液循环，心率增快，全身血液循环加速，但不伴有血 压的明显改变；淋巴循环无明显改变。 ( 3 ) 对组织代谢的影响温热疗法能改善组织代谢过程，使皮肤、体 温及深部组织温度升高。温度可以影响人体细胞内的化学反应。一般认 为，温度每升高1 ，氧化率增加2 5 倍。因此，即使很小的温度变化， 也能影响细胞内的氧化过程，引起明显的生理效应。从理论上讲，组织摄 氧量的增加，就能获得更多的营养物质，有利于促进组织代谢和愈合。例 如，实验证明，石蜡治疗时能使皮肤温度升高8 1 8 。c ，取下石蜡后仍可 升高5 1 2 ，因而可加强组织代谢过程，使蛋白分解产物和残余氮增 加。但是在治疗过程中由于局部和全身排汗增加，从而排出了体内蛋白分 解产物。另外有人观察，在温热的影响下，病人的多肽曲线上升，证明间 质被激活，可促进病情好转；多肽曲线下降时，病情恶化。因此间质激活 的影响是