LED光针灸仪的设计制作及性能研究

唐君　张栋　王淑友

[摘 要] LED（Light Emitting Diode，发光二极管）光针灸是一项新兴的光学针灸技术。本文主要针对LED光针灸仪的整体设计及其对裸鼠体表的局部照射刺激效应展开研究。研究内容包括LED光针灸仪的电学、光学以及机械设计，LED光针灸仪对动物穴位的刺激效应，通过联合使用红外热成像和激光多普勒血流成像技术， 观察LED光针灸仪照射后裸鼠体表被照射区温度和微循环血流灌注变化，了解LED光针灸仪对照射区温度与血流灌注的影响。

[关键词] 发光二极管；穴位；针灸；激光散斑血流成像；血流灌注

中图分类号：R245.33 文献标识码：A 文章编号：2095-5200（2016）01-016-03

0 引言

以一定强度的光束聚焦、扩束或直接照射穴位模拟中医传统针灸疗法称为光针灸 [1]，光针灸作为传统针灸的辅助用于临床治疗起始于20 世纪70 年代初，光针灸不会发生传统针灸可能发生的弯针、滞针、晕针、折针、刺伤重要脏器等异常现象，也没有造成血液传染可能，其作用越来越得到重视与肯定。目前，光针灸仪器已广泛应用于炎症、运动损伤、肌肉疾病、抑郁症、更年期综合征、肥胖以及美容等内、外、妇、儿、五官、皮肤科各种常见病和一些疑难杂症的治疗[2-4]。

一直以来，光针灸都采用激光作为照射光源，然而激光发生装置由于体积大、价格昂贵、仅能发射出一小光点，无法照射大面积伤口，临床应用受到限制。近来由于LED技术不断发展，其性能不断提高，发光强度增加，且同时具有高效率、长寿命、低耗电、低故障、绿色环保、色彩丰富、控制方便等特点，已出现以LED取代激光作为光针灸照射光源趋势。

1 LED光针灸仪设计与制作

为进行LED光针灸效应研究，我们自主设计了一台LED光针灸仪。LED光针灸仪设计与研制工作主要包括如下内容： LED驱动电路设计，MCU（微控制器）软件编程与开发，LED波长选择与配比，LED功率大小选择，LED频率选择，LED光疗仪器整体功能设计以及样机制备[5-7]。

1.1 LED驱动电路

LED驱动电路设计使用AC/ DC转换，额定电压12V，能量来自交流市电，尽可能保持恒流特性，保持输出电流在±10%范围内变动。驱动电路保持较低自身功耗。

1.2 LED光波长选择

本LED光针灸治疗仪设计并封装制备出多种波长LED照射光源，包括红光（660nm）、橙光（633nm）、绿光（530nm）、 蓝光（420nm）及白光LED，可以根据不同疾病、不同穴位选择不同颜色（不同波长）光进行选择性治疗，以期达到最佳治疗效果。单一LED功率均为50～60mW。

1.3 LED光针灸仪中央控制器

微控制器是LED光针灸仪核心器件之一，包括LED通道选择、定时、功率大小以及频率选择等均由其控制。设计使用TI公司MSP430F149单片机作为微控制器。该单片机引脚资源丰富，功能强大，留下了足够空间对光疗仪性能进行提升。本LED光针灸仪设计了20路LED照射输出，可以同时最多对20个穴位进行照射治疗。每路LED光输出可分为连续照射和不同频率间歇照射（0.5Hz、1Hz、2Hz）。这些功能均是由微处理器控制完成。

1.4 LED光针灸仪整体制作

LED光针灸仪完成全部功能设计，完成印制电路板（PCB）版图设计及加工制作。设计并制备出适合LED光针灸治疗仪壳体。最后，完成对LED光针灸仪整体功能调试，达到预期设计效果。

2 LED光针灸仪照射治疗效果测试

应用LED光针灸仪样机测试LED光照射治疗效果[8-11]。通过联合使用红外热成像和激光多普勒血流成像技术，观察光针灸仪不同波长LED照射光源（红光660nm、50mW、蓝光420nm、50mW）照射裸鼠大椎穴后，穴区温度和微循环血流灌注变化，了解LED光针灸仪不同波长照射光源对穴区温度与血流灌注影响。

2.1 受试对象和分组

健康成年裸鼠40只，体重18～20g。红光照射组及蓝光照射组各20只。

2.2 仪器及使用条件

VARIOSCAN3021-ST型红外热像仪进行体表热像图观察和采集。IRBIS2.2热像图处理程序进行热像图存储数据提取和图像处理。使用PeriScan PIM II型激光多普勒血流成像仪，应用LDPI2.5图像软件进行体表血流图记录分析处理和存储。

2.3 实验过程

腹腔内注射戊巴比妥钠麻醉动物。裸鼠放置于恒温实验箱内，适应箱内温度20 min，使体表温度与屏蔽箱内温度平衡。

实验在封闭恒温实验屏蔽箱中完成，温度控制在29～30℃之间，实验前后温度变化不超过±0.5℃。裸鼠取俯卧位，选定扫描模式和成像范围，分别记录前对照、红光和蓝光各照射10min后裸鼠大椎穴后穴区热像图和微循环血流图像。

2.4 数据分析

用图像软件进行热像图和血流值 [单位：Flux-PU（灌注量）=CMBC（测量体积内血细胞浓度）×V（平均血细胞运动速度）]提取和分析，并进行定量化统计分析。统计结果以均数±标准差（x±s）表示。

3 测试结果

3.1 穴位照射后动物温度变化

红光LED照射组照射前，穴区平均温度为33.93℃，照射10min后，穴区平均温度为34.24℃，平均升高0.51℃，穴区温度显著增加（P<0.05）；蓝光LED照射组照射前，穴区平均温度为33.31℃，照射10min后，照射后平均温度为34.13℃，平均升高0.82℃，穴区温度显著增加（P<0.05）。

3.2 穴位照射后动物体表微循环变化

红光LED照射组照射前，平均值为318.55± 11.66，照射10min后，平均值为366.6±17.42，平均增加百分比为15.08%（P<0.05）。蓝光LED照射前平均值为550.35±36.49，照射10min后平均值为723.2±33.86，平均增加百分比为30.41%（P<0.05）。

红光LED与蓝光LED照射前后样本组温度及血流微循环指标均有明显变化，差异有显著统计学意义。

4 小结

LED光针灸是结合了中医、光学和电学的综合性技术，具有一定应用前景。本文自主设计并制作了LED光针灸仪，并进行了不同波长LED照射裸鼠大椎穴对比实验。

实验表明，红光LED与蓝光LED照射10min后，穴区温度均显著增加，其中红光照射后平均升高0.51℃，蓝光照射组平均升高0.82℃。同时，血流微循环也均有不同程度改善，其中红光照射后平均增加15.08%，蓝光照射组平均增加30.41%。

温度和血流反映了局部组织代谢变化，针灸重要作用就是对温度和血流影响，由实验结果可见，LED光针灸可对生物体局部温度和血流产生影响，为下一步LED光针灸仪优化设计以及不同波长LED照射效应研究提供支持。

参 考 文 献

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