。電子從激發
態返回基態的緩解過程有兩種，一種是輻射緩解
(radiation relaxation) ， 另一種則是非輻射緩解
(non-radiation relaxation);前者放出的能量是以電磁輻射
的方式呈現，至於後者則以「熱」的形式消耗掉（例
如：晶格振動），而不放出電磁輻射[22]
台灣應用輻射與同位素雜誌 Taiwanese Journal of Applied Radiation and Isotopes. 333
September 2007; Vol. 3, No.3,P333～P340
通訊作者: 林群智 2007/08/15 受理，2007/09/15 接受刊登
通訊地址: 南華大學 自然醫學研究所/通識教學中心 電話: +886-9-72019645
遠紅外線在醫學上之應用及其作用機制
謝鸚爗
1 林招膨1 劉威忠2 *林群智3
1
元培科技大學 影像醫學研究所
2
慈濟大學 放射技術系
3
南華大學 自然醫學研究所通識教學中心
摘要
遠紅外線一般被定義為波長介於5.6-1000μm之電磁波，其中，4-14μm之波段與生物體生長發育息息相關，
被稱為為生育光線（
growth ray），亦為目前遠紅外線療法所廣泛使用之波段，雖然，遠紅外線醫療器材充斥市面，
但其醫療功效及其作用原理對於一般民眾而言，依然披覆著神秘面紗;因此，本論文嘗試闡明遠紅外線之物理性
質，並介紹遠紅外線與人體細胞或組織作用之機制，及其在臨床上的應用與療效。
生物體內之分子吸收紅外線可能發生振動躍遷及轉動躍遷，進而產生熱效應及非熱效應。遠紅外線療法
與人體最主要作用機制是透過體內分子對於遠紅外線之共振吸收後產生之上述兩種效應達到醫療的目的，其臨床
應用包括：傷口止痛癒合、高血壓治療、紓解精神壓力、增進睡眠品質、降低血糖、消除疲勞感、腫瘤之
熱治療、產婦尿滯留的治療、治療小兒腸痙攣等，許多新興之主題使遠紅外線療法之應用更加多元化，除了在預
防醫學上發光發熱外，也為主流醫學提供另一扇窗。
關鍵詞：遠紅外線，生育光線，預防醫學，非游離輻射，振動躍遷
前言
自從1800 年科學家赫希爾
(William Herschel)利用
三稜鏡分光作用探討光譜的熱效應而發現了紅外線
[1]，如今已經廣泛被運用在於相關醫療方面以及復健
用途，依其波長可以再分為近紅外線、中紅外線和遠
紅外線，紅外線醫療儀器所釋放的波長位於遠紅外線
範圍內。遠紅外線對於生物體可產生溫熱效應，達到
促進血液循環、改善微血管循環不良[2-4]、促使組
織生長與再生[5]等作用，遠紅外線不僅可以促進
生物體的生長發育， 在醫療上亦可用為輔助治
療之工具，例如：傷口止痛癒合、活血化瘀
、
糖尿病足潰瘍癒合、治療高血壓、紓解精神壓力[6]
等。近年來有許多相關的研究證實遠紅外線具有臨床
運用之價值; 文獻指出遠紅外線對於傷口提早癒合
[7]、抑制疼痛[8-9]、增進睡眠品質[10]、降低血糖[11]
等症狀均有正面療效。遠紅外線在醫療上的效果已受
到肯定，但使用者對於遠紅外線與人體的作用機制卻
常常一知半解，也往往對市面上相關的廣告或器材感
到疑惑，卻難以分辨真偽而莫衷一是。爲了提升使用
者對於遠紅外線的認知，本篇文章將針對遠紅外線做
相關的介紹並且探討醫療上使用遠紅外線輔助治療對
於人體所導致的相關機制。
遠紅外線原理與機制
生育光線─遠紅外線
在電磁波光譜中，依能量的高低可分為兩種輻射,
其一是可會使物質原子產生電子之直接或間接游離作
用的游離輻射
(ionizing radiation),而另一種則是能量不
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September 2007; Vol. 3, No.3,P333～P340
足以使原子之電子產生離子或自由基的，謂之非游離
輻射
(nonionizing radiation)，其分際約為10 keV [12]，
若以參考人全身所含之元素來分析，其平均游離能量
為12.9 eV，此能量相當等於光子波長96 nm，大部分
存在人體的元素原子游離能都低於12.4 eV [13]，由圖
1 可得知此區界相當於波長100 nm、頻率3×10
15 Hz 或
是能量為1.987×10
-18 J 之光子。其中，非游離輻射包括
射頻
(radiofrequency) 、微波、紅外線、可見光、紫外
線等[14]。
圖1 紅外線在電磁波譜之範圍
紅外線的能量低於12.4 eV，故屬於非游離輻射，
雖然人類肉眼看不見紅外線， 但皮膚可感受其
溫熱效應。歐美大眾頗喜好日光浴，其功效在於陽光
照射人體後，使體溫上升，進而導致排汗、促進血液
循環。由圖一可知，太陽光譜大致上可以分為三個波
段，其中可見光約佔44%、紫外線佔3%，而紅外線則
佔53%，佔整個太陽光譜之比例最多如圖2。
圖2 陽光中可見光約佔44%、紫外線佔3%、紅外線
53%
紅外線的波長約介於0.78-1000μm，依其波長又
可以區分為近紅外線、中紅外線及遠紅外線。在化學
及物理學上， 近紅外線波長範圍被劃分為
0.78-2.5μm，中紅外線為2.5-50 μm，遠紅外線為
50-1000μm [15]。另一種在醫學上常用的區分方式則
是， 近紅外線波長為0.8-1.5μm ， 中紅外線為
1.5-5.6μm，遠紅外線為5.6-1000μm 之電磁輻射[16]，
其中，波長4-14μm 之波段能被生物體有效地吸收，
故又稱之為生長光線或生育光線（
growth ray）[17]。
黑體輻射
為了研究各種不同物體所釋放的紅外線輻射，常
使用黑體
(Blackbody)為理想的輻射體;黑體是指一個物
體在任何溫度下都能完全吸收任何頻率的入射輻射能
量而不會產生反射的物體（實際上，絕對黑體並不存
在）[18]。此外，黑體發射電磁輻射的能力比同溫度下
的任何其它物體為佳，其輻射率比(任何實際物體的輻
射發射量與同一溫度下黑體的輻射發射量之比值)被定
義為1。物體的輻射率比與很多因素有關，例如：物體
的材料、表面特性、溫度及其釋放波長等[19]。黑體輻
射光譜中最大發射率之波長(λ
max)與絕對溫度(T)之關
係可以由維恩定律
(Wien's law; Eq.(1))表現之，而單位
時間、單位面積內從黑體輻射出的能量與溫度之關係
可以使用史蒂芬-波茲曼輻射定律
(Stefan-Boltzmann's
law of radiation Eq.
(2))來描述，由公式(1)和(2)可知兩者
都受到溫度的影響。維恩定律是由德國物理學家威廉-
維恩（Wilhelm Wien）於1893年總結其實驗數據而提
出。利用公式(1)可以得知某一溫度，物體釋出最大輻
射量之波長（λ
max）與其絕對溫度T（K）之乘積為常
數; 物體越熱，其釋出最大輻射量之波長越短（頻率越
高; 圖3），由此可求知地球的平均溫度為300K，最主
要的輻射釋出波長約10 μm，相當於紅外線範圍，而
太陽的溫度約為6000K，主要的輻射釋出波長約為0.48
μm，相當於黃綠光 [20]。
λ
max=2897/T(μm) (1)
史蒂芬-波茲曼輻射定律
(Stefan-Boltzmann's law of
radiation;
公式(2))可應用於探討某溫度物體表面的總
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發射強度E（W），此總發射強度被定義為單位面積A
之輻射面上，各方向所放射之所有波長能量。由史蒂
芬-波茲曼輻射定律可知總輻射強度與絕對溫度（T）
的四次方成正比，其中，σ 為史蒂芬-波茲曼常數，而
ε 為物體表面之放射率
(emissivity; ε=0~1); 因此，若
有一溫度為600K 之物體，則其放射能量應為300K 物
體之16 倍[21]。
E = σεAT
4 (W), σ = 5.67 × 10-8 (W/m2 K4) (2)
圖3 由圖可知當溫度越高時，最大輻射強度之波長越
短[20]
分子吸收紅外光導致量子化躍遷現象
電子從基態（
ground state）獲得足夠的能量，可
躍遷到較高能量的激發態，而位於激發態的電子並不
穩定，隨即釋放能量並回到較低能態。此種高能量電
子放出能量的過程，稱為緩解(
relaxation)。電子從激發
態返回基態的緩解過程有兩種，一種是輻射緩解
(radiation relaxation) ， 另一種則是非輻射緩解
(non-radiation relaxation);前者放出的能量是以電磁輻射
的方式呈現，至於後者則以「熱」的形式消耗掉（例
如：晶格振動），而不放出電磁輻射[22]。
分子吸收紅外線(近紅外線、中紅外線、遠紅外
線)，一般不會發生電子的躍遷現象，但可能發生兩種
量子化躍遷現象，分別為振動躍遷
(vibrational transition)
及轉動躍遷
(rotational transition)，此兩種的能級差一般
分別為0.05-1 eV以及小於0.05 eV。分子之振動方式
[23]，可分為分子內化學鍵之伸展（
stretching; 又可分
為對稱性伸展
(symmetry)和不對稱性伸展(asymmetric)
運動，如圖4、交剪（
scissoring）、搖擺（wagging）、
搖動（
rocking）、彎曲（bending）或扭轉（twisting）
的變化如圖5，這些振動方式則為遠紅外線療法與人體
最主要作用機制，當分子吸收遠紅外線能量後可導致
振動躍遷，由低能階(基態)躍遷到高能階(激發態)，提
高其振動頻率，隨後以輻射緩解的方式釋出能量，或
以非輻射緩解的方式降到低能階而釋出熱。此外，欲
使分子吸收紅外線而產生振動躍遷必須符合兩項原
則：其一為紅外線能量必須等於分子振動躍遷的能階
差，換句話說，入射紅外線頻率須等於振動頻率才能
引起分子吸收能量而產生振動，其二為分子振動必須
伴隨偶極矩（
dipole moment）產生變化，亦即分子之
淨偶極矩不能為零。
圖4 伸縮振動
(Stretching vibration) [23]
圖5 彎曲振動
(Bending vibration)，+：往讀者方向運
動，-：遠離讀者方向運動[23]
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分子吸收遠紅外線範圍之能量亦可發生轉動躍
遷，使分子繞其質心作旋轉運動。分子欲發生轉動躍
遷，入射光子的能量必須等於轉動能級的能量差，且
分子轉動時也必須符合其淨偶極距不為零。當分子發
生振動躍遷時，也可能伴隨轉動的躍遷，而使其放射
光譜複雜化。
遠紅外線與人體作用機制
由維恩定律可求知在人體溫37
oC時，最主要的輻射
波長約為9.35μm，恰好落在生育光波長範圍內，人體
約有60兆個細胞，細胞中佔最大部分的是水分，由圖
六可知水分子的最有效吸收頻率約為6.27μm恰好在
生育之光的4~14μm區域內，另外在細胞膜上有許多的
磷脂質、蛋白質及醣類，它們的平均波長也介於
4~14μm生育之光範圍內。人體在吸收遠紅外線後可產
生兩個主要的生物效應，即熱效應以及非熱效應。其
中，熱效應是組織中分子的振動或轉動能階躍遷之能
量差與紅外線光子能量發生共振（resonance），使得分
子振動或轉動，隨後以非輻射緩解的方式釋出熱而回
到較低能階，醫療上的遠紅外線療法以振動躍遷產熱
為主要作用機制，此溫熱效應可以達到人體血管擴張
的效果，造成血流量增加如圖7、促進新陳代謝等
[2-4;24]。此外，遠紅外線之非熱效應主要是生物體內
之細胞或組織吸收後產生之生物化學反應（如：紅血
球膜電位、膜流動性與細胞變形能力），例如：造成人
體內參與生化反應之分子的濃度提高或活性改變，
如：改變NO濃度或刺激自律神經系統，亦可造成皮膚
血管擴張之效果[24]。再者，人體約有70%是水分，血
液的水分比率更高達80%，遠紅外線之非熱效應可促使
大水分子團產生共振，進而導致水分子與水分子之間
的氫鍵斷裂，使大水分子團變成獨立細小水分子，使
得小水分子容易進入細胞內，促進生物化學反應之進
行[2]。
皮膚的基本構造可以分為三層，從外到內，依次
是表皮、真皮、皮下組織。近紅外線可以穿透到皮下
組織，而遠紅外線幾乎在表皮都被吸收了[25]，但它卻
可以在深部組織產生溫熱效果，其原因就在於遠紅外
線釋出的波長大部分的能量都被淺層皮膚的組織分子
以及水分子有效吸收，進而產生振動躍遷，而自低能
階(基態)躍遷到高能階(激發態)，隨後以非輻射緩解的
方式釋出熱，或伴隨轉動躍遷而導致摩擦產生熱。產
生的熱能可以透過傳導的方式，傳送到更深的組織，
或者透過促進血液循環的方式，使得熱能能傳到深部
組織或更遠的地方，而令深部組織達到產生溫熱效果
以及引發一連串有益的生物效應。
圖6 水與二氧化碳分子之紅外線吸收光譜[26]
圖7 遠紅外線照射後導致人體背部血流量隨著照射時
間增加而增加[27]
紅外線療法在醫療上的相關應用及研究
遠紅外線在現今農、工、醫療業上的運用相當普
遍，在醫療上，遠紅外線療法廣泛地應用於復健輔助
以及疾病治療上，且具有正面之療效[6]。遠紅外線照
射產生之溫熱效應，除了被發現可促進血液循環和新
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陳代謝之外，亦可使飽和脂肪酸不容易再被氧化成血
脂(過氧化脂質)，故能減少血管內脂質的沉積，降低動
脈硬化現象之發生[28-29]。
遠紅外線局部照射具有類似於血管擴張劑的作
用，可改善微循環，提升皮瓣成活率,且在治療劑量範
圍內無明顯副作用[30]。此外，亦有研究指出，遠紅外
線照射受損之血管內皮細胞有助於其恢復[31]。
遠紅外線亦能加速傷口的癒合;傷口在癒合過程
中，組織需經過發炎期、增生期與整合期。以遠紅外
線照射傷口後，不但可以增加其發炎期生長因子的分
泌，提升皮膚生長因子活性，也直接刺激增生期與整
合期的膠原蛋白堆積，藉此加速傷口的復合[7]。以遠
紅外線治療紅臀和臀部潰瘍之兒童病患，亦可發現治
療組和對照組相比，其治癒的平均時間縮短，效率提
高[32]。
再者，遠紅外線照射可減緩運動傷害引起的疼痛
感[8]，降低神經傳導之興奮程度，提高對於疼痛的忍
受度，此外，對於疲勞之消除亦有其療效[33]。再者，
探討遠紅外線照射對荷瘤鼠S180 大腦內源性鴉片類物
質之影響的研究亦發現，照射遠紅外線之各組，其大
腦β─內啡肽（β- endorphin）、離氨酸腦啡肽（leucine
enkephalin）含量均明顯增加，可產生有效之抑痛作用，
為臨床上應用中遠紅外線治療和減輕腫瘤患者疼痛，
或緩解帶狀疱疹及肢體疼痛等應用提供了理論依據
[9]。
遠紅外線療法亦可應用於產婦尿滯留的治療上，
以遠紅外線照射膀胱區治療尿滯留和其它藥物療法
相較，不會導致產婦痛苦，亦不增加產後出血量，易
於被產婦接受。其機制在於遠紅外線之熱效應可刺激
皮膚內熱感受器，透過丘腦反射使血管平滑肌鬆弛，
促進血液循環，促使滲出液吸收進而消退炎腫，並減
緩肌肉的緊張和痙攣[34]。遠紅外線也用來治療小兒
腸痙攣之病症，在208 例遠紅外線照射治療小兒腸痙
攣之研究指出，其療效明顯優於藥物治療，容易進行
且無副作用，兒童容易接受[35]。
此外，有人運用老鼠實驗去探究遠紅外線對於睡
眠調節的影響，其研究發現非限制的老鼠在光亮環境
下連續曝射遠外線後，使慢波睡眠(slow wave sleep；
SWS)顯著地增加，而異型睡眠狀態(Paradoxical sleep)
除了在黑暗環境中有顯著的下降外，在觀察期間近乎
不受其影響。因此由本實驗可知其遠紅外線可調節睡
眠進而提升睡眠的品質[10]。
在糖尿病兔研究之中發現，遠紅外線對其高血糖
症狀具有明顯的緩解作用，可降低血糖而減輕症狀。
其機制是透過腺核苷酸環化酶adenylate cyclase)活性抑
制的同時激活磷酸二酯酶phosphodiesterase)活性，使環
磷酸腺苷cAMP)合成受阻，進而加快水解，降低血糖
[11]。
近來，遠紅外線亦被運用在體內腫瘤之熱治療上;
由於腫瘤細胞對的耐受溫度比正常組織低，將溫度提
高並控制在正常組織耐受範圍之內，可導致腫瘤細胞
凋亡以抑制腫瘤細胞增生，此外，動物實驗也證實，
利用遠紅外線照射小鼠可以抑制其體內腫瘤的生長
[17；36-37]。
結論
遠紅外線對人體之作用主要藉由分子之振動與
轉動，導致熱效應與非熱效應。其中，熱效應可達到
人體血管擴張之效果，造成血流量增加、促進新陳代
謝等；而非熱效應則已知可使大水分子團變成獨立細
小水分子，其小分子容易進入細胞內，促進生物化學
反應之進行，或使β─內啡肽（
β- endorphin）、離氨
酸腦啡肽（
leucine enkephalin）含量增加而產生抑痛
作用。目前，遠紅外線在臨床醫學上之運用包括
傷口
止痛癒合
、高血壓治療、紓解精神壓力、增進睡眠
品質、降低血糖、消除疲勞感、腫瘤之熱治療、產婦
尿滯留的治療、治療小兒腸痙攣等。
近年來，在許多關於遠紅外線之臨床及基礎醫學
研究結果如雨後春筍般陸續地公諸於世，此一非對抗
性的輔助療法（complementary healing）在如此多樣的
病症治療上已展現其功效， 目前廣為另類療法
（Alternative and complementary medicine）所採用，相
信未來也將在現代西醫學中注入活力，為主流醫學開
創新境。
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340
台灣應用輻射與同位素雜誌 Taiwanese Journal of Applied Radiation and Isotopes.
September 2007; Vol. 3, No.3,P333～P340
Medical Applications and the Action Mechanisms of
Far-infrared Ray
Ying-Yeh Hsieh
1 Jao-Perng Lin1 Wei-Chung Liu2 *Chin-Chun Lin3
1
Institute of Medical Imaging, Yuanpei University
2
Department of Radiological Technology, Tzu-Chi College of Technology
3
Institute of Natural Healing Sciences/General Education Center, Nanhua University
Abstract
Far-infrared ray is usually defined as the electromagnetic radiation with wavelength ranging from 5.6 to 1000
μm, in
which the radiation ranging between 4 and 14
μm commonly utilized by far-infrared medical instruments is also named
as growth ray. The healing effects and mechanism of far-infrared radiation are still not clear to the public although many
far-infrared medical instruments have been marketed popularly. Therefore, we try to elucidate the physical properties,
effects, acting mechanisms on cells and tissues, and clinical applications of far-infrared radiation.
Molecules in organism may absorb infrared ray resulting in vibrational and rotational transitions, which cause heat
and non-heat effects. These two effects employed in far-infrared ray remedy resulted from resonant far-infrared
molecular absorption. Clinical applications include analgesia and skinning over of wounds, hypertension, strain relief,
enhancing sleep quality, decreasing blood sugar, reducing fatigue, hyperthermia therapy for tumors, urine retention
therapy for lying-in women and intestinal spasm therapy for children. Many emerging studies have explored diverse
clinical applications of far-infrared ray, which not only make it prominent in preventive medicine but also provide
another treatment for traditional medicine.
Keywords: far-infrared ray, growth ray, preventive medicine, non-ionizing radiation, vibrational transition
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