热力学平衡 篇1
目前,针对页岩这类致密储层的孔隙度测量,诸多专家学者已做了大量的研究工作。田华[4]对测试参数进行了优化,提高了测试结果的重复性;薛清太[5]研制了一套高真空高饱和压力孔隙度分析设备,低孔低渗储层孔隙度测试结果相对常压饱和提高了10%;崔红彦[6]研究发现孔隙度测试结果随着测试压力的提升而增大。综上发现,现有研究方向主要集中于重复性的研究,理论解释孔隙度测试结果影响因素的研究较少。本文在前人的基础上,通过建立气体在孔隙内外的热力学平衡方程和实验验证,对影响孔隙度测试结果的影响因素进行研究,建立适合页岩储层孔隙度测定的实验方法。
1 孔隙度测试方法
目前,实验室孔隙度测试方法主要基于阿基米德原理或波义耳定律,具体实验方法包括液体饱和法和气体膨胀法,因无法完全排除黏土吸水膨胀作用,液测较少用于页岩孔隙度的测试;气体膨胀法因操作简单、快速,成本低,是目前孔隙度测试的主要方法。气测孔隙度实验过程简化为图1。
假设容器体积为V1,岩心外观体积为V,初始时刻,气体未开始向岩心渗流,此时环境压力为P1,岩心中为大气压P0,t时刻,岩心中压力为P'2,容器压力为P2,则孔隙体积计算式为:
式(1)中,孔隙压力P'2为不可测试参数,现有商业测试仪器中,设定当压力P2在3 s内压力下降低于0.01 p Si时,孔隙内外达到平衡,满足等式P'2=P2。对砂岩等这类常规岩心,仪器设定的条件下,等式满足;但对于页岩这类致密岩心,需要进一步验证该设定条件下,P'2与P2是否满足等式,为此通过研究孔隙内密度随时间的变化关系,寻找页岩样品测试中等式P'2=P2成立条件,进而给出页岩测试规范。
2 热力学平衡方程
对于页岩这类致密多孔介质物质,其孔隙形态大多数不规则,但以轻微不规则的椭圆型最为常见[7];为便于分析,假设页岩样品由孔径不等的毛细管构成,孔容分布由毛细管数量控制,气体在毛细管建立热力学平衡过程中,所有毛细管均同时进行,只需要分析单根毛细管热力学平衡建立过程即可。孔隙度测试过程中,除去岩心孔隙以外的孔隙(V1-V)远远大于岩心孔隙Vp,建立平衡前后,压力值P1与P2变化不大,该压力值的变化对孔隙内建立热力学平衡影响较小,为降低建立热力学平衡方程难度,故环境压力(密度)近似为常数。
2.1 建立热力学平衡方程
为建立热力学平衡方程,做以下假设:
(1)测试气体视为理想气体,满足理想气体状态方程。
(2)孔隙内外没有温度梯度场。第二个假设使方程满足单一变量,气体在孔隙中的扩散只是由密度差引起,无热扩散。设毛细管孔径为r,孔隙内密度为ρ1,该孔径控制的孔隙体积为V,周围环境密度为ρ0,压力为P,环境温度为T,则孔隙内满足质量守恒方程:
式(2)中,J为通过单位面积的质量通量,kg·s-1·m-2。气体在孔隙中的流动是由两种不同机理共同作用的结果,一是压力差作用(渗流),二是扩散作用,2007年Javadpour[8]建立了气体在纳米孔隙中传质运动方程:
2003年,Roy S[9]等通过分析Ar,N2,O2对氧化铝过滤膜的扩散实验建立了纳米孔隙中的扩散方程:
气体渗流质量通量可由Hagen-Poiseuill:
式中:M为分子摩尔质量,D为扩散系数,R为绝对气体常数,T为绝对温度,ΔP为两端压力差;r为孔隙半径,μ为气体动力黏度,ρ为岩心周围环境密度,L为渗流长度(薄膜厚度)。将式(3)~式(5)带入式(2)中
由理想气体状态方程的变形式:
式(6)可以改写为:
求解微分方程(8)得:
当t=0时,ρ1=0;当t=∞时,ρ1=ρ0,可知A=ρ0,带入式(9),得:
当假设半径为r为喉道控制的孔隙体积V1=πr2L,L为渗流长度,则式(10)简化为:
式(11)即为毛细管热力学平衡方程,描述了孔隙内气体密度随时间的变化规律,且从该式可以给出等式P'2=P2成立条件。在多孔介质中,渗流长度等于样品外观尺度和迂曲度的乘积。由式(11)知,影响热力学平衡的因素可分为三类:第一类为反映测试介质本身性质,例如黏度、扩散系数;第二类为测试样品固有性质,例如孔径,迂曲度;第三类为测试条件,例如压力、温度、外观尺寸等。
2.2 参数设置
气体的扩散类型决定扩散系数,使用错误的扩散系数,带来较大的扩散通量误差。化工领域将扩散类型划分为Knudsen扩散(Kn>10)、Fick扩散(Kn<0.01)和过度扩散(0.01<Kn<10)[10],其中(Kn为努森数,λ为分子自由程,Pd m;d为孔隙直径,m;δ为分子动力学直径,m)。采用Bosanquit公式、分子动力学和斯托克斯-爱因斯坦方程计算过渡扩散系数Dt、努森扩散系数Dk和Fick扩散系数D[11]f:
式中r为孔隙半径,m;R普适气体常数,值为8.314J·mol-1·K-1;M为相对分子质量,g/mol;T为环境绝对温度,K;Kb为普朗克常数,值为1.38×10-23J·K-1;μ为孔隙中流体的黏度,Pa·s;rA为气体分子半径,m。
3 毛细管热力学平衡方程应用
3.1 影响因素分析
现有孔隙度测试标准中,选取氦气作为测试气体,第一类测试参数不可改变;第二类测试参数是反映储层孔隙结构特征,也不可改变;为调整热力学平衡时间,只有通过调整第三类测试参数实现目标。为方便分析测试参数对平恒时间的影响,假设当孔隙内气体密度为外界密度的99%时,即达到热力学平衡。图2为喉道半径与平衡时间的关系图,分析可知,增加压力对不同喉道半径的平衡时间的影响差异较大,喉道半径越大,提高测试压力对缩短分析时间效果越好,例如喉道半径为1 nm,测试压力50psi分析时间为8 956 s;300 psi分析时间为7 784 s;压力提高6倍,而平衡时间仅减少19%;在喉道半径12.5 nm时,测试压力在50 psi和300 psi分析时间分别为1 553 s和306 s,压力增大6倍,分析时间减少80%。改变渗流长度是调整热力学平衡时间的另一个参数,且渗流长度作用平衡时间不受孔隙半径大小影响,粒径为1 cm的颗粒所有类型的孔隙所需平衡时间均仅为粒径为2.5 cm的样品平衡时间的16%。通过以上分析知,类似于页岩样品纳米孔隙较为发育的岩石,在设定测试参数时,建议通过改变渗流长度调整平衡时间。
3.2 实验验证
热力学平衡方程反映的是孔隙中气体密度变化规律,将热力学平衡方程结合样品的全度孔径分布,模拟孔隙度随测试时间的变化规律,计算公式为:
式(15)中,Ф(t)为相对孔隙度,指t时刻测得的孔的孔隙所占总孔隙的百分数(图3),通过采用数理统计学中的假设检验方法对高压压汞和气体吸附实验结果重叠数据进行优选,将优选结果和剩余实验数据组合即可得到图3;Фr为半径为r的孔隙度值与总孔隙度的比值,ρr是t时刻半径为r的孔隙度中气体密度与环境密度的比值(图4),图4中模拟压力为150 psi,渗流长度为1.25 cm。结果表明,测试时间300 s时,孔径小于25 nm的孔隙体积将被低估,其中小于5 nm的孔隙体积低估值超过60%,页岩储层中,宏孔约占全部空隙的20%。综上可知,常规方法分析页岩样品,误差主要来至于微孔和介孔,且页岩样品孔隙度分析时间应延长。为验证该实验方法的可行性,选择三块页岩样品,对比分析实验结果和模拟结果(图5)发现:
(1)模拟孔隙度值随时间的变化规律和实验结果较好吻合,证明热力学平衡方程可用于描述孔隙内气体密度变化规律,建立的实验方法切实可行;
(2)孔隙度值在分析时间大于50 min时不再变化,远大于常规分析时间5 min,说明常规分析时间不能达到页岩样品的测试要求,统计发现,常规分析结果均值为1.03%,延长时间后结果均值为3.07%,常规分析结果仅为后者的33.55%;
(3)测试值随时间变化趋势相对于模拟值变化趋势更为缓慢,这是因为模拟过程中,未考虑迂曲度,模拟结果偏大。
3.3 页岩孔隙度测试方法
孔隙内外气体是否达到热力学平衡是判断测试结果精度的主要依据,分析时间和渗流长度是影响热力学平衡主要因素,结合前文建立的热力学平衡方程和岩石全尺度孔径分布给出适合的分析时间或渗流长度,确立页岩孔隙度测试规范,进而建立页岩孔隙度测试新方法。以长宁-威远宁203井为例,分别模拟他们在不同粒径的分析时间和在不同测试时间的样品粒径,给出目标区块页岩样品测试规范。式(16)是确立页岩测试的基础方程,其中r为半径为r的孔隙所占总孔隙百分数,具体方法为:给出相对孔隙度值和渗流长度,反推分析时间;
反之给出相对孔隙度值和分析时间,反推样品的粒径大小,分析结果见表2。
从表2中可以发现,对于规则样品,微孔越多,孔隙度测试时间越长,分析时间差异较大;当限定分析时间,样品的分析粒径差异较小,且微孔越多,粒径越小。在长宁-威远区块,直径2.5 cm的规则样品,分析时间建议4 000 s左右,3.8 cm的分析时间建议在9 000 s;当限定分析时间为300 s或者600 s时,建议的样品粒经或薄片厚度分布不超过0.6 cm或0.8 cm。
4 结论
(1)孔隙内外气体是否达到热力学平衡决定气测孔隙度精度,其影响因素较复杂,结合传质方程和质量守恒方程建立了热力平衡方程,孔隙内外气体相对密度是平衡时间的指数函数,扩散系数、环境压力及渗流长度是影响平衡时间最主要参数。
(2)增大测试压力和减小样品外观尺寸是缩短岩石孔隙度测试平衡时间的主要手段,增大测试压力适合于孔隙主要为宏孔的岩样,减小样品大小适合于纳米孔隙大量发育的页岩样。
(3)结合热力学平衡方程和岩石孔径分布模拟孔隙度变化曲线与实验测试结果吻合较好,常规方法分析页岩样品的实验结果远小于真实值,例如文中的样品,常规孔隙度测试结果仅为改进方法试验结果的33%。
(4)页岩样品孔隙度测试,应根据孔径分布和热力学平衡方程确定气体孔隙度测试实验参数,以长宁-威远区块岩心为例,直径为2.5 cm的规则样品建议分析时间不低于4 000 s,当分析时间设定为300 s时,建议测试样品的粒径不超过0.6 cm。
摘要：为研究气测孔隙度实验方法在分析页岩样品存在的问题,根据气体传质方程和质量守恒方程,结合全尺度孔径分布特征,定性分析影响孔隙度测试结果的主要因素和各种因素之间的关系;进而改进完善气测孔隙度实验方法。结果表明:孔隙内外热力学平衡是气测孔隙度精度主要影响因素,相对密度与平衡时间成指数关系;增大压力和减小样品大小有利于提高分析效率和测试精度,但对纳米孔隙发育的岩石,建议选择减小样品大小的技术方法;对比模拟结果和实验分析结果,常规分析方法试验结果偏小,样品偏小约70%;长宁-威远区块结果表明直径为2.5 cm的规则样品分析时间不低于4 000 s,当分析时间设定为300 s时,样品粒径不超过0.6 cm。
关键词：孔隙度,热力学平衡方程,扩散,渗流,页岩
参考文献
[1]王增香.陆相页岩气.北京:石油工业出版社,2014:6-16Wang Zengxiang.Lacustrine shale gas.Beijing:Petroleum Industry Press,2014:6-16
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热力学平衡 篇2
平衡能力是人体的重要功能, 在人类生活中有非常重要的意义。因此, 对于人体平衡能力的评价是一项基本的、正日益受到重视的综合机能评定[1]。目前, 有关老年人体质的检测与评价的研究中, 国外的研究已达到一定的深度, 但在平衡能力方面研究较少, 更未见到简单、完善的检测方法和评价休系。
本研究首先建立了人体在外部激励下完整的动力学模型, 并通过局部线性化方法将其简化为典型二阶系统模型[2]。然后利用并联六自由度运动平台作为伪脉冲激励源, 通过检测装置采集被测人的重心波动曲线。指标提取时利用小波变换方法, 先识别得到阻尼系数及自然角频率, 然后计算出调节时间, 并以该时间作为评价平衡能力指标。
1 被动运动平衡模型结构
人体受到微小激励扰动时, 平衡点附近的躯体动力学模型可以简化为以脚踝关节为基础的单级倒立摆模型。如图1所示, 人体的质量为m, 踝关节点到人体质心的距离为l, 摆角为θ。
设人体转动惯量为J, 踝关节输出转矩为Tc (t) , 随机扰动转矩为Td (t) 。由
假设输入外部激励v (t) 分别以不同的比例系数a1, a2引起θ和的变化, 此时PD控制器输出转矩Tc (t) 可以表示为:。将方程 (2) 代入 (1) , 平衡点附近由泰勒定理展。在零初始条件下, 对方程 (3) 取Laplace变换得:。忽略随机扰动项, 系统传递函数为:。可见, 原非线性系统可以简化为典型二阶系统模型。因此, 可用二阶系统的分析方法来估计原系统的过渡过程及各性能指标。
2 定量评测原理
对于欠阻尼二阶系统, 其自由响应信号形式为:。其中, ωn、ς、ωd分别为系统自然角频率, 阻尼系数, 阻尼振荡角频率。对 (6) 进行小波变换可。上式两边取对数得:。另一方面, 小波系数相位。联立上式 (9) 和式 (11) , 得二阶欠阻尼系统的自然角频率和阻尼系数分别为:。易知, 调节时间近似计算式为:。根据公式 (14) 可求出系统的调节时间, 并以此作为定量评价人体平衡能力指标。
3 评测系统构成方案
3.1 被动平衡能力评测装置的构成
本研究采用被动运动原理, 对人体平衡能力进行定量评测。系统由三个力传感器构成的力平台和数据采集软硬件构成, 并通过固接于其下方的六自由度平台对人体脚部施加前后向的平动激励。外部激励下重心受到突然的偏移, 人体平衡的本能将促使其重心向COP检测平台中心调整。
3.2 数据的采集与处理
在定量计算时, 首先从样本中选择具有典型二阶响应特征的曲线, 然后利用两种方法分别计算。方法1利用上述的小波变换方法。方法2利用解析法, 即根据响应曲线上的点计算调节时间, 设极值点分别为A (t0, c0) 、B (t1, c1) 和C (t2, c2) , 由二阶系统时间域函数。其中, M= (c2-c1) (c0-c1) 。
3.3 评测结果分析
利用上述原理, 求得阻尼系数、调节时间和模型拟合度, 并与解析法比较, 所得结果如图2所示。
由计算结果可知, 小波方法能更高精度地提取平衡指标, 并且可靠性较强。对比之前的解析法, 小波方法考虑相对更多的周期, 计算结果更具客观性。从临床应用上, 可根据该时间的长短作为平衡能力好坏的指标。
4 结论
本文通过对人体解剖及神经模型的研究, 建立了基于控制器的人体倒立摆模型, 并采用局部线性化方法将该动力学模型简化为典型的二阶系统模型。采用小波方法来计算调节时间, 从原理上削弱了噪声等不确定性的影响。通过对百余名大学生的实验研究, 验证了该方法的有效性。与之前所采用的解析法相比, 该方法更具客观性和说服力。
摘要：为了高准确度提取人体平衡能力评测指标, 建立了人体在外部激励下完整的动力学模型, 并简化为典型二阶系统模型。采用小波方法对动态重心数据进行处理, 估计得到模型参数。通过调节时间的计算, 得到反映人体平衡能力的指标, 证明该方法对评测结果的一致性。
关键词：动力学模型,平衡能力,调节时间
参考文献
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热力平衡能耗推算及节能技改方法 篇3
关键词：热力平衡 能耗推算 节能技术 工业循环水
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：1007—3973（2012）009—105—03
1 概述
本方法适用于工业循环水系统领域，是一种用来作能耗分析，对循环水系统进行冷却介质与被冷却介质的流量与温度的平衡计算方法和推算出结果后进行节能技改的办法。
对于工业循环水实施以下的能耗推算及节能技改具体步骤：
（1）把循环系统看作供水单元集合、用水单元集合、冷却单元集合3个子系统。
（2）现场测量冷却循环系统中被冷却介质的温差及冷却介质流量压力等参数。
（3）分别对供水单元集合、用水单元集合、冷却单元集合3个子系统进行平衡推算，确定理论能耗。
（4）根据原系统工艺参数确定最佳温差，并根据其确定流量，根据最不利点确定压力。
（5）重新优化设计循环水系统的关键参数及设备配置，调整供水参数和设备。
工业循环水流量—热力平衡能耗推算及节能技改方法能准确地推算出已有的循环水系统的能耗利用率，找出无效能耗的位置，并提出解决方法；优化后的循环水系统能耗利用率比一般工业循环水系统能耗大为下降，最终反映到供水设备上的节电率高达30以上，而且设备在运行过程中的噪音、振动明显减小，运行安全性得到大幅改善。
2 具体内容
本方法是一种用来作能耗分析，对循环水系统进行冷却介质与被冷却介质的流量与温度的平衡计算方法和推算出结果后进行节能技改的办法，为了实现达到上叙目的，采用以下程序：
（1）把循环系统看作供水单元集合、用水单元集合、冷却单元集合3个子系统。
（2）现场测量冷却循环系统中被冷却介质的温差及冷却介质流量压力等参数。
（3）分别对供水单元集合、用水单元集合、冷却单元集合3个子系统进行平衡推算，确定理论能耗。
（4）根据原系统工艺参数确定最佳温差，并根据其确定流量，根据最不利点确定压力。
（5）重新优化设计循环水系统的关键参数及设备配置，调整供水参数和设备。
具体实施方式：
（1）把循环系统看作供水单元集合、用水单元集合、冷却单元集合3个子系统（如图1），图2是系统具体划分的示意图。
（2）测量冷却循环系统中被冷却介质的温差及冷却介质流量压力等参数。具体的参数及位置如图3。
现场测量冷却循环系统中被冷却介质的温差及冷却介质的流量压力等参数，测量方法可采用常规的温度、压力、流量测量仪表，也可以采用传感器，还可以用远程监控的方法实现。
对于动力机械为电机而言能耗采用安装功率仪表的办法进行测量能耗。
对于动力机械为内燃机而言才用安装油料流量测量仪表的方法进行测量能耗。
（3）分别对供水单元集合、用水单元集合、冷却单元集合3个子系统进行平衡推算，确定理论能耗。
1）供水单元集合的平衡推算
水泵对外提供的水力能量通过以下公式计算：
输入Pi能量直接用泵房的电能表计量，或通过电能计算公式算出供水单元集合的平衡方程为：
P耗损=Pi—Pe
设Pb为必须损耗，那么可节能量为Pj=P耗损—Pb。
2）用水单元集合平衡推算
M1、M2分别为热流体和冷流体的质量流量；
i1、i2分别为热流体和冷流体的焓；
在计算过程中热流体的焓应引用设计值，以确定系统所需的实际流量。
3）换热效率平衡推算
首先我们假设单位填料体积的散质系数为设计参数，那没通过计算后结果应接近如实际出水温，如果偏差较大就核对填料面积和通气量，如果上述两项无误，则可判断为单位填料体积的散质系数为不合格，应加以改造。
（4）根据原系统工艺参数确定最佳温差，并根据其确定流量，根据最不利点确定压力。
1）根据原系统工艺参数确定最佳温差，并根据其确定流量，当温差偏小时应根据实际参数推算出最佳流量，并根据客户要求，留有一定富余量。
2）根据最不利点确定压力时应在最不利点安装压力测量仪表，不能用理论数据进行推算，以免由于退算有误，对生产带来不利影响。
（5）重新优化设计循环水系统的关键参数及设备配置，调整供水参数和设备。
1）根据平衡计算的结果得到的温差、流量、压力，重新优化设计循环水系统的关键参数及设备配置，调整供水参数，优化设计。
2）根据设计的结果，重新配置设备，其中包括平衡推算过程中发现明显不合理的，效率低的供水设备，换热设备，冷却塔等，当电机运行负载率在75%以下时，配置功率补偿设备，负载率在50%以下时，更换电机，以免由于功率因数低对电网造成的影响。
3 项目试验
试验1。单位名称：某服饰城（中央空调系统）。
（1）首先我们对用水平衡进行推算。
查得空调设计资料数据如表3。
通过现场测量，现在空调的实际制冷量为4377KW，对比参数得出结论为蒸发器、冷凝器的水量均过大。
M1、M2分别为热流体和冷流体的质量流量；
I1、I2分别为热流体和冷流体的焓；
得出结论为对于本系统蒸发器水量到800 m3/m，冷凝器水量到780 m3/m，完全能满足要求。
（2）供水单元集合的平衡推算。
水泵出口阀门开度为36%。
水泵出口阀门开度为80%，上塔阀门开度为100%
水泵实际运行偏离额定工况的34.7%
通过公式计算：
可算出泵房效率为45.7%，大量的能量浪费在了由于工况偏离而在叶轮内的水力冲击上，应重新设计配套水泵
（3）冷却单元集合的平衡推算。
经查在湿球温度为38.7℃的环境温度下，冷却单元的温差为6.6℃，运行效率高无需改变。
我们对设备进行重新设计，水泵设计叶轮后参数及改造后运行情况为表6。
并且调整水泵出口阀门开度为100%。
并且调整水泵出口阀门开度为100%，上塔阀门开度为100%
改造后冷冻泵节电量为19.99%，冷却泵节电量为30.46%。
试验2。单位名称：某钢铁股份有限公司（高炉软水系统）。
此系统已由双方对用水单元和冷却单元进行平衡计算，能源审计合格在此不做推算，改造只限于泵房内进行。
其中，水泵进口压为0.46MPa
通过公式计算供水的理论所需功率：
=237.6Kw
那么本泵房的能源利用率为
237.6/（449.4+423.8）=237.6/873.2=27.2%
大量的能量浪费在了效率低下的供水设备上面，应重新设计配套水泵改造后软水泵节电量为42.3%，泵房的能源利用率上升到了66.5%，取得了巨大的经济效益；由于客户考虑到系统运行的安全余量，所以水泵设计上保留的17%的余量，节电空间未挖尽。
4 总结
热力学平衡 篇4
非线性色谱的非平衡热力学分离理论Ⅱ.非线性-传质动力学过程的0-1模型
在制备色谱的优化设计和控制过程中,若试图把基于偏微分方程(PDE)-Eulerian描述的Wilson色谱理论框架和基于离散时间状态的优化控制方法(如Markov决策过程(MDP)和模型预测控制(MPC)等)衔接在一起时,就会出现明显的障碍.本文提出基于Lagrangian-Eulerian描述(L-ED)的非线性传质色谱(NTC)的.0-1模型来克服这些障碍.该模型把一个溶质微元单元划分为在流动相中并以其线速度移动的流动相溶质微元(SCm)和在固定相中其移动速度为0的固定相溶质微元(SCs).引入由溶质微元的序号集合、溶质微元的位置矢量、固定相溶质浓度矢量和流动相溶质浓度矢量组成的热力学状态矢量Sk,并用其来描述色谱过程的局域热力学路径(LTP)和宏观热力学路径(MTP).在非线性-理想-传质色谱的理论分析和数值实验中,0-1模型的数值解表现出很好的一致性、稳定性、守恒性及精确性等.该模型能很好地与控制论中的Markov决策过程或其他基于离散时间状态的优化控制方法相衔接.
作 者：梁恒 贾振斌 LIANG Heng JIA Zhenbin 作者单位：西安交通大学,生物医学信息工程教育部重点实验室,分离科学研究所,陕西,西安,710049刊 名：色谱 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY年，卷(期)：25(6)分类号：O658关键词：非线性色谱 非线性传质色谱 Lagrangian-Eulerian描述 Markov决策过程
热力学平衡 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取我院2010年2月至2013年2月收治的椎间盘突出引起的颈椎生物力学平衡失调患者350例作为研究对象。男182例, 女168例;年龄32~71岁, 平均年龄46.32岁;患者临床表现头部疼痛、颈肩酸胀痛、上肢麻木或疼痛, 个别患者表现步态不稳;急性发作286例, 慢性发病64例;病程6个月~5年;所有的患者均接受X线、CT或MRI检查, 确诊为颈椎间盘突出, 椎间盘突出2~6mm。
1.2 治疗方法
小针刀疗法:患者反方向坐在靠背椅子上, 脸朝下, 在脸部垫个小软枕, 充分暴露治疗部位;在MRI影像图显示下, 在相应的颈椎棘突边缘间找准压痛点, 定位, 局部常规消毒, 在术区铺上无菌的小手术孔巾。术者戴上口罩和一次性无菌手套。左手拇指尖按住痛点, 右手食指、中指捏住刀柄, 垂直迅速进针, 捏针刀姿势不变, 寻找椎间韧带、小关节组织, 进行横纵向剥离疏通3~4次。粘连组织被切开, 术者刀下无阻力感, 即可拔针, 创口用碘伏消毒后贴上创口贴。每次可选2~4个痛点治疗。每隔7~10d, 治疗一次。
牵引疗法:取患者坐位, 面部朝下, 颈椎向前倾20°, 保持颈椎中立, 头颈放松。采取枕颌带牵引法牵引, 将枕颌固定在患者的下颌和枕部, 根据患者的病情和耐受情况选择重量, 一般6~15kg, 重量选择由轻到重, 牵引时间根据患者的忍耐度控制在15~20min, 每天1~2次, 10d为一疗程, 治疗2个疗程。患者出现头晕或症状加剧时, 停止牵引治疗。
2 结果
2.1 疗效评判
治愈:患者头痛、颈肩酸胀痛消失, 颈椎活动不受限制, 可正常的生活和工作;显效:患者头痛、颈肩酸胀痛症状明显好转, 颈椎活动轻微受限, 可从事轻微体力劳动;有效:患者头痛、颈肩酸胀痛缓解, 但仍疼痛, 颈椎活动受到一定限制;无效:患者头晕、颈肩酸胀、疼痛症状无明显改善, 颈椎活动受限;
2.2 疗效观察
350例患者通过小针刀联合牵引方法治疗2个疗程后, 所有患者症状均有所缓解, 其中治愈116例, 显效152例, 有效45例, 无效37例;总有效率为89.43%, 见表1。
3 讨论
颈椎间盘退行性变是发生颈椎间盘突出症的常见内在病因, 临床表现上肢麻木、颈肩酸痛、活动受限。这是由于颈椎间盘退变, 髓核膨出压迫颈神经根, 使神经根产生一定张力, 引起相应的节段和受其支配区的疼痛或麻木, 甚至剧烈疼痛。在颈椎的静力平衡结构, 颈椎间盘是重要的组成部分, 是整个颈椎承载重力的关键。其次, 小关节、韧带也参与维持颈椎静力平衡。颈部周围的软组织是动力性平衡结构中的关键组成部分, 长期不良姿势、慢性损伤、炎症感染可造成颈部肌力减弱, 颈动力平衡失调, 患者活动受限。当伸屈颈肌力减弱, 会进一步造成静力平衡失调。有研究表明, 颈椎间盘病变时, 颈部周围不同的肌肉群结构改变与神经症产生有密切关联, 病程越长肌力改变越明显。在颈椎退行性变化过程中, 颈部肌肉、韧带等软组织反复轻微损伤, 导致韧带撕裂及肌肉纤维少量出血, 在修复过程中肌肉和韧带、肌肉和肌肉、韧带和韧带发生粘连, 神经和动静脉行走在增厚的结缔组织鞘, 并与周围组织粘连。因此, 颈椎动力平衡系统可致颈椎间盘突出症, 并且该病可加速破坏颈椎动力平衡系统。本研究采用小针刀疗法, 在增生的结节或压痛点进针, 剥离、疏通粘连的组织, 松解粘连的肌肉、韧带和筋膜, 减轻组织张力和压力, 解除因粘连对神经和动静脉卡压和牵拉, 恢复颈椎动力平衡, 解除颈部活动限制。小针刀疗法集中医针刺疗法和西医手术疗法的优点于一身, 即具有针灸针的作用又兼备手术刀的作用, 治疗神经根性疼痛有较好疗效[2]。一方面小针刀剥离、疏通作用, 可改善颈部局部血液循环, 同时在切割、松解过程中产生的刺激作用分解了局部组织蛋白, 降低致痛物质含量。另一方面小针刀在松解神经根管时相当一次较强的刺激针灸针治疗, 体内抗痛物质生成增加, 并且小针刀在松解粘连组织时, 经络得以疏通, 周围组织血氧供给增加, 达到“通则不痛”的效果, 并且使颈椎在新的基础上达到生物力学平衡。
颈椎退行性变的颈椎间盘突出症, 病理显示患者肌肉群有挛缩现象, 神经根被压迫。神经根压迫及水肿, 进一步造成小关节功能紊乱, 加速颈椎结构变化和颈椎退行性变化。颈椎间盘突出症患者的脊柱生理弯曲变直。正常的椎间盘富有弹性, 随着年龄增长髓核逐渐呈脱水状态, 其弹性和张力减退, 当机体颈椎间盘负重时, 使纤维环向外膨出, 实现功能代偿。牵引治疗可以减轻髓核压力, 牵引力不断增大, 颈椎间盘内髓核压力越小。牵引还可增加椎间隙和椎间孔, 使椎间盘形成负压, 将突出的髓核还纳, 解除神经根的刺激、压迫和椎动脉扭曲, 改善局部血液循环, 缓解肌肉痉挛, 使颈椎间盘复位, 可有效的改善颈椎正常的生理弯曲。通过牵引的固定和制动作用, 可减轻急性期出现的水肿、充血的症状。
本研究以恢复颈椎生物力学平衡为治疗原则, 采用小针刀联合牵引治疗颈椎间盘突出症患者350例取得满意的疗效, 大多数患者临床症状消失或好转。通过本研究发现, 小针刀联合牵引治疗此病, 创口小、患者痛苦小、安全、有效、方便, 值得临床推广应用。
参考文献
[1]郝采强, 施杞.实验性动力平衡失调对颈椎退变彭响的X线观察[J].颈腰痛杂志, 2000, 21 (1) :12.