5D Library › 晶体压电性、铁镍陨石与光生物调节 · English
第八章 实践：四项物理检测与预注册试验
第一部分 人人都能做的四项检测
前几章把各种说法变成了数字。这一部分把它们变成在家就能做的测量，只需要四件便宜的工具：数字万用表、强磁铁、10 倍放大镜和辐照度计。这些检测都不能证明一块石头是真的或一台设备有效；但每一项都可以证明某种说法是假的。
注
强磁铁要远离手机、银行卡、心脏起搏器和其他植入式器械，并小心夹手。只要红光或近红外设备开着，就要佩戴针对所用波长的防护眼镜。蚀刻金属需要用酸，应交给实验室或有经验的制样人员。
第一步：万用表
把万用表调到电阻挡，用两支表笔接触相距约一厘米的两个干净点。石英、电气石、玻璃和几乎所有石头都显示「OL」，即开路：它们是绝缘体。铁陨石和所有金属一样，读数不到一欧姆。导电的「水晶」不是石英；不导电的「陨石」不是铁陨石（但仍可能是石陨石）。
第二步：磁铁
强力钕磁铁能牢牢吸住铁陨石，对大多数石陨石则有微弱的吸引，因为它们含有金属颗粒。但许多地球上的材料也有磁性：钢、工业炉渣、磁铁矿，以及以「磁性赤铁矿」之名出售的闪亮黑色珠子，后者其实是人造铁氧体。被磁铁吸引是铁陨石的必要条件，而不是充分条件。
第三步：用放大镜看蚀刻面
魏德曼花纹只出现在经过抛光和蚀刻的切面上。用放大镜看，真正的八面体陨铁显示宽度一致、沿三到四个方向交错的铁纹石条带，镶着明亮的镍纹石细边，条带之间是细粒的合纹石；六面体陨铁只显示细而直的诺伊曼线；无结构陨铁什么也看不到。只有实验室测定含镍量（通常用 X 射线荧光或电子探针）才能确认陨石；有正式名称的陨石都登记在国际陨石学会的数据库中。
第四步：辐照度计
在皮肤实际所在的距离测量红光设备的辐照度。要使用适合窄带光的仪表，例如已知通光孔径的热电堆功率计或光谱辐射计；为测量太阳光设计的仪表，测 LED 时可能误差很大。
推导
把前三步写成一条判定规则，用于四个样品；然后是一块标称 100 mW/cm² 的红光灯板，在三个距离上的测量值，以及每个距离给出 4 J/cm² 所需的时间。
def stone_check(ohms_1cm, magnet, etched_pattern):
"""Steps 1–3: multimeter across ~1 cm, a strong magnet, a 10× loupe on an etched face.
ohms_1cm: None for 'OL' (open). magnet: 'strong' | 'weak' | 'none'.
etched_pattern: 'crossing bands' | 'fine lines' | 'none'."""
if ohms_1cm is None:
return "insulator: quartz, tourmaline, glass, stone; not an iron meteorite"
if magnet != "strong":
return "conductor but not strongly magnetic: not iron-nickel metal"
if etched_pattern == "crossing bands":
return "consistent with an octahedrite; confirm nickel in a laboratory"
if etched_pattern == "fine lines":
return "consistent with a hexahedrite (Neumann lines); confirm Ni in a laboratory"
return "iron, steel, magnetite or a rare ataxite: needs a laboratory"
for sample in ((None, "none", "none"), (0.2, "strong", "crossing bands"),
(0.3, "strong", "none"), (2.0, "none", "none")):
print(f"{str(sample):40s} → {stone_check(*sample)}")
# Step 4: a red-light panel. Label claims 100 mW/cm²; readings at the skin position:
label = 100.0
measured = {5: 62.0, 15: 35.0, 30: 18.0} # cm → mW/cm², example readings
print()
for cm, mw in measured.items():
print(f"{cm:2d} cm: {mw:5.1f} mW/cm² ({mw / label:.0%} of label); "
f"4 J/cm² takes {4 / (mw / 1000):4.0f} s")
# (None, 'none', 'none') → insulator: quartz, tourmaline, glass, stone; not an iron meteorite
# (0.2, 'strong', 'crossing bands') → consistent with an octahedrite; confirm nickel in a laboratory
# (0.3, 'strong', 'none') → iron, steel, magnetite or a rare ataxite: needs a laboratory
# (2.0, 'none', 'none') → conductor but not strongly magnetic: not iron-nickel metal
#
# 5 cm: 62.0 mW/cm² (62% of label); 4 J/cm² takes 65 s
# 15 cm: 35.0 mW/cm² (35% of label); 4 J/cm² takes 114 s
# 30 cm: 18.0 mW/cm² (18% of label); 4 J/cm² takes 222 s这些示例读数是编造的，但反映了实践中常见的情形：在舒适距离上测得的辐照度只是标签数字的一部分，标签数字往往是在灯珠透镜表面测的。按标签建议的时间在 30 cm 处照射，得到的剂量也许只有预期的五分之一；为了弥补而凑近的人，受到的热量也随之增加。
第二部分 预注册实验方案
问题
短时间的红光和近红外光照射，是否比能产生同样温升的假照射更能增加健康前臂皮肤的血流？第五章说明了为什么这才是正确的比较：仅仅是温热就会增加皮肤灌注，所以拿光照与黑暗比较的研究，无法把光化学效应与热分开。
设计
| 要素 | 规定 |
|---|---|
| 参与者 | 18–60 岁健康成年人；排除：光敏感或正在服用光敏药物、前臂有皮肤病、文身或瘢痕、妊娠、癫痫、糖尿病或已知血管疾病、吸烟 |
| 设计 | 随机两阶段交叉；每人参加两次，间隔至少 48 小时，每天同一时间，在 23 °C 的房间静息 20 分钟后进行；顺序（AB 或 BA）由计算机分配并保持平衡 |
| A：真实光照 | LED 阵列发出 660 nm 和 850 nm 各半的光，皮肤处总辐照度 50 mW/cm²，每次开始前用校准过的仪表核实；照射前臂内侧 5 × 5 cm 区域 120 秒（6 J/cm²） |
| B：假照射 | 外壳和声音完全相同；可见的红色指示 LED 低于 1 mW/cm²；一片加热膜，在预试验中校准到能重现真实设备的皮肤温升（误差 0.3 °C 以内），每次都用皮肤热敏电阻核对 |
| 盲法 | 参与者佩戴不透光的防护眼镜，手臂从帘子后伸入；设备由一名不参与其他环节的技术人员标为 A 和 B；结局评估者和分析者不知道编码 |
| 主要结局 | 用激光散斑衬比成像测量照射区域皮肤灌注的变化 (Roustit and Cracowski 2012)，以照射前基线的百分比表示，在照射结束后 10 分钟测量 |
| 次要结局 | 30 分钟时的灌注；皮肤温度；参与者对自己所在组别的猜测，用于检验盲法 (Bang et al. 2004) |
方案的肌肉疲劳恢复版本，沿用相同的设备、假照射和盲法，在一项标准的握力疲劳任务之后照射前臂屈肌，主要结局为 20 分钟后最大握力的恢复；样本量按同样方法根据预试验数据计算。
样本量
推导
import math
from statistics import NormalDist
z = NormalDist().inv_cdf
def completers(sd_diff, delta, alpha=0.05, power=0.90):
"""Two-period crossover analysed as paired differences."""
za, zb = z(1 - alpha / 2), z(power)
return math.ceil(((za + zb) * sd_diff / delta) ** 2 + za ** 2 / 2)
# Outcome: change in forearm skin perfusion (laser speckle contrast imaging),
# % of the pre-exposure baseline, 10 minutes after exposure ends.
SESOI = 10.0 # percentage points
for sd in (15.0, 20.0, 25.0):
n = completers(sd, SESOI)
print(f"sd of within-person difference {sd:.0f} points: {n} completers "
f"(recruit {math.ceil(n / 0.8)} if 20 % drop out)")
# sd of within-person difference 15 points: 26 completers (recruit 33 if 20 % drop out)
# sd of within-person difference 20 points: 44 completers (recruit 55 if 20 % drop out)
# sd of within-person difference 25 points: 68 completers (recruit 85 if 20 % drop out)方案按中间情形计划：44 人完成两次，考虑脱落招募 55 人。先做 8 人的预试验，只用于检查热量匹配和操作流程。
分析与判定规则
主要分析估计被试内灌注变化的差值（真实光照减假照射）及其 95% 置信区间，模型中纳入阶段和顺序以检查残留效应。结果将按下面这条在任何数据出现之前写定的规则解读，采用等效性检验的思路 (Lakens 2017)。
推导
SESOI = 10.0 # percentage points of perfusion change: smallest difference worth acting on
def verdict(diff, lo, hi):
"""diff = active light minus heat-matched sham, in perfusion change
(percentage points of baseline), with its 95 % confidence interval.
Fixed before any data are seen."""
if lo >= SESOI:
return "active light clearly better (by at least 10 points)"
if lo > 0:
return "active light better; size not shown to reach 10 points"
if hi < 0:
return "sham better"
if lo >= -SESOI and hi <= SESOI:
return "no difference worth acting on (within ±10 points)"
return "unclear: the interval is too wide"
for d, lo, hi in ((16, 11, 21), (6, 1, 11), (2, -4, 8), (5, -6, 16)):
print(f"{d:+3d} ({lo:+3d} to {hi:+3d}): {verdict(d, lo, hi)}")
# Blinding check: share of participants who guess their condition correctly.
guesses_right, n = 25, 44
print(f"correct guesses {guesses_right}/{n} = {guesses_right / n:.0%} (50 % = chance)")
# +16 (+11 to +21): active light clearly better (by at least 10 points)
# +6 ( +1 to +11): active light better; size not shown to reach 10 points
# +2 ( -4 to +8): no difference worth acting on (within ±10 points)
# +5 ( -6 to +16): unclear: the interval is too wide
# correct guesses 25/44 = 57% (50 % = chance)示例是编造的，用来事先说明每种结果将怎样报告。落在 ±10 个百分点以内的区间，报告为「没有值得据以行动的差别」，而不是「没有效果」；跨过边界的区间报告为结论不明，而不是「有趋势」。如果参与者猜中自己组别的比例远高于随机水平，报告将说明盲法失败，并把结果视为较弱的证据。
伦理与利益冲突
两种条件都是对前臂的短时、低强度照射。参与者签署知情同意，可以随时退出，并按上述标准筛查。方案在招募前将经独立研究伦理委员会审查并公开登记，遵循预注册的原则 (Nosek et al. 2018)。
利益披露
作者的集团运营与频率和谐振以及健康主题相关的网站，因此与人们如何看待光疗及相关产品有商业利益关系。为限制这种利益的影响：方案、分析代码和判定规则在招募前公开；不使用任何与作者有关联的公司的设备；数据由独立于作者企业的研究人员收集和分析；无论结果如何，结果、匿名数据和代码都将公开。
这项实验不能说明什么
它检验的是一个剂量、一组波长和一个结局，在健康前臂皮肤上，历时半小时。它对任何疾病、对大脑、对长期使用或其他剂量都说明不了什么。阳性结果能说明红光和近红外光在健康皮肤上有温热之外的作用；不能说明任何设备能治疗任何疾病。
参考文献
Fan, Y. (2026). Crystal Piezoelectricity, Iron-Nickel Meteorites and Photobiomodulation: Alpha-Quartz, Tourmaline Pyroelectricity, Widmanstätten Diffusion and Near-Infrared Cytochrome c Oxidase in Solid-State Physics and Biophotonics [晶体压电性、铁镍陨石与光生物调节] (Version 1.0.0). 5D Library. https://doi.org/10.5281/zenodo.23698498 · Licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).