我国电针仪器设备研究的概况与评述

郭太品,任玉兰,李骥,陈亮,舒红平,梁繁荣(.成都中医药大学针灸推拿学院,成都 657000;.成都信息工程学院软件工程学院,成都 657000)

“973计划”专栏

我国电针仪器设备研究的概况与评述

郭太品1,任玉兰1,李骥2,陈亮1,舒红平2,梁繁荣1
(1.成都中医药大学针灸推拿学院,成都 657000;2.成都信息工程学院软件工程学院,成都 657000)

综述了电针仪器研究的概况,发现电针治疗仪器硬件平台和软件技术得到逐渐提高,呈现智能化、多功能化和精细化发展趋势。电针手法仪器也有了初步研究,但还比较薄弱。电针设备的研究为针灸临床、针灸量化研究起到了积极推动作用,但电针参数、智能化水平均有待提高,针灸理论切入度不够。而新型智能电针的研发技术难度大、周期长、成本高,需要多学科交叉技术、多单位协作,引入市场机制,企业参与,方能推动针灸器械的长久循环深入研究,为针灸学科发展做贡献。

针灸器械;电针仪;智能化;综述

[Abstract]This article reviewed the general research status of electroacupuncture apparatus,finding thatboth hardware platform and software techniques of electroacupuncture apparatushad been improving in an intelligentized,multi-functional,and refinedway. Therewere also weak and primitive studies on electrical equipments of acupuncturemanipulations.The studies on electroacupunctureapparatuspromoted the clinicaland quantified researches of acupuncture-moxibustion,though the parameters and intelligentized level of electroacupuncture require further enhancement,aswell as the combination of acupuncture-moxibustion theories.As it’s usually difficult,long-cycle,and high-cost,it needs multidisciplinary techniques,cooperation of multiple units,introduction of market mechanism,and participation of enterprises to invent and develop novel intelligent electroacupuncture apparatus,for promoting the profound studies on acupuncture-moxibustion equipments and making contribution to the development of acupuncture-moxibustion subject.

[Keywords]Acupuncture-moxibustion apparatus;Electroacupunctureapparatus;Intelligentization;Review

电针仪器是针灸学和电子物理学发展的结果,为针灸临床治疗提供方便,可节约人力成本,提高临床疗效,同时也为一些实验研究的刺激量化提供方便。经过半个多世纪的发展,电针仪器的研发在信息化、智能化时代下,面临着发展机遇和诸多挑战。

1　电针治疗仪器研究进展

1.1电针起源及早期电针机[1]

电针起源于欧洲,1810年法国医生Louis Ber l ioz提出针上加电的想法,1921年Goulden E.A医生正式用电针治疗疾病。我国在1934年有用电针治疗疾病的报道,1951年西安卫校朱龙玉医生研制了第一台电针仪——“陕卫式电针机”,之后经过多次改进,出现各种版本的电针机。其中60年代主要有直流式电针机、蜂鸣式电针机、电子管式电针机,输出分直流电、交流电和脉冲电,波形有尖波、方波、正弦波等。直流式电针机利用电位调节器控制直流电流的大小,长时间使用易产生治疗部位电解而造成组织烫伤。交流电是直接利用市电供给通过变压器降到不会烧伤皮肤的25 V,再通过电阻、电位器调控输出,因其输出正弦波会发热、绝缘差,存在安全隐患,很快就被弃用。蜂鸣感应式电针机是利用电铃震荡将直流电变成脉冲电流,但其脉冲波较窄,并且不对称,造价高,工作性能不稳定,耗能大,噪音大,频率调节困难。电子管式电针机是利用电子管构成自激多谐振荡器,功率放大后产生脉冲电流,可实现频率可调,可产生多种波形,但其缺点是体积和重量较大,电压高而不安全,耗能大等。

1.2晶体管脉冲电针仪

直到1968年晶体管电针机问世,晶体管材料使电针仪具备了体积小、重量轻、低耗能、便携式、震荡性能好、安全可靠、寿命长等优点,逐渐替代了以往的电针仪,得到临床推广普及应用。晶体管脉冲电针仪的性能较好,针对波形控制及疾病特点开发成各式产品,特别是70、80年代针刺麻醉研究的兴起,出现了各种“电针麻仪”[1]。在所有晶体管电针仪器中,G6805系列经过几代改版,形成较为规范的连续波、疏密波、断续波组,且价格实惠,波形、强度调节方便,全国很多针灸医疗器械企业都可生产,至今仍然为临床使用最多的电针治疗仪器。

1.3集成电路电针仪

集成电路是把硬件设备所需的晶体管、二极管、电阻、电容等元件集合在一起做成一个体积较小的半导体芯片,并且写入程序控制操作。基于集成电路电针仪器或相类似的理疗仪器市面上产品繁多,但以韩式电针仪系列影响最大,应用最广。90年代初北京大学韩济生院士采用集成电路,在电针镇痛的参数研究基础上,参照日本的锥形电极(SSP)和欧美的低频电流经皮穴位刺激(EAV)治疗方法,研发了“韩式电针仪”,主要具备针刺通电和穴位皮肤刺激。基于集成电路电针仪,性能比G6805更高,且经过几代更新,硬件已经做成单片机芯片,体积更小,携带更方便,采用程序写入控制操作,频率和强度参数呈现数字化、客观化,调节更灵敏。因其参数在镇痛研究中较为明确,采用DD波可使内啡肽、脑啡肽、强啡肽内源性镇痛物质都能释放出来[2],镇痛效果更强,因此在国内外临床和科研上得到广泛应用。

从90年代开始,电针硬件由简单的集成电路逐渐发展成超大规模集成电路的单片机,程序控制及运算能力更强。电针参数(频率、波形)输出控制呈多样化发展,结合穴位电阻检测、红外线灸、震荡按摩等,并依据疾病特点,逐渐呈现多功能化、智能化、单病种治疗化发展趋势。PCE-A和PCE-B型“程序控制电针仪”[3-4],具备电阻检测功能,并通过EPROM存贮器专家的程序处方及电针参数,特别是小儿麻痹后遗症经验处方系统。“SMY-10型电脑随机脉冲针疗仪”具备了输出随机脉冲波,在病程较长的慢性疼痛病治疗中不容易产生耐受性,具有一定的治疗优势[5]。“XS-998A型光电耳穴治疗仪”则针对耳穴结构特点研发,具备激光和脉冲两种治疗方式[6]。“电刺激经络导通法及刺激装置”基于单片机和CPLD控制核心研发,可实现多通道独立输出控制、参数设定、数值显示功能,经络疏通作用较强[7]。刘志朋等[8]把脉冲电针、热灸、震荡按摩集成一体制成“多功能中医针灸治疗仪”。“蓝辉医用数码电针治疗仪”DL-CM1型主要对胃肠疾病治疗保健具有优势[9]。

1.4嵌入式电针仪器

嵌入式电针仪器主要由CPU、外围硬件模块、软件程序3部分构成,其中软件程序又分为嵌入式操作系统和应用软件系统两大部分。以往的电针仪,类似韩式电针仪,通过单片机控制,也属于广义上的嵌入式电针仪器,但主要通过程序的写入控制,智能化程度不高。嵌入式操作系统通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能,操作系统可更新、卸载,并可以基于系统开发独特功能的应用软件。目前嵌入式操作系统主要有Linux、Windows Embedded、VxWorks、Android、iOS等,硬件平台主要由微处理器、控制器、存储器等组成[10]。

嵌入式电针仪器的最大优点是采用软件系统控制电针,电针性能的稳定性和精确度更高,电针的操作更便利,具有良好的人机交互。杨育霞等[11]在分析现有电针参数调节不精确、显示参数不合理、恒压输出不科学和保护措施不到位等缺点的基础上,开发了基于ARM微处理器和Linux操作系统研发的电针治疗仪,通过触屏实现了灵活便捷的人机交互,参数控制更灵敏[12]。陈海军等[13]也采用嵌入式ARM-WinCE开发了射频电针美容仪,配有8寸液晶显示屏,实现了良好的人机交互。

1.5结合计算机平台的电针仪

基于计算机平台电针仪的研发主要包括两部分,即计算机临床辅助决策支持系统和电针仪器的研究。临床辅助决策支持系统是利用人工智能技术对针灸临床医生提供辅助信息决策支持的系统,西医研究较多,针灸专业的相对较少。在80年代此类软件开发比较多,出现了一批功能类似针灸临床决策支持系统的“针灸专家系统”,其中包括依据老中医经验研发的系统,如“刘卓佑主任医师针刺治疗妇科病的电脑程序”“黄圣源针灸治疗眼病的应用软件”“费久治医师针灸减肥专家系统”“激光针戒烟微电脑软件”等[14]。然而这些系统也存在很大的局限性,主要是数据库的来源较窄,临床适用性较差,基于单机版研发,难以实现更新,也未结合针灸仪器配套使用,使得这些系统临床推广应用较为局限。2009年任玉兰等[15]研发的“针灸临床循证决策支持系统(著作权登记号2009SR014647)”,在借鉴循证医学的理念和方法的基础上,从证据采集、数据仓库构建到数据挖掘做了大量研究,系统实现了七大功能模块,即数据更新模块、数据预处理模块、诊断决策模块、用穴规律模块、治疗方案决策、系统知识辅助模块、用户接口模块。此系统最大的优势是具备大量的古今针灸文献资源,可为临床医生提供较为客观的古今临床证据方案,此系统已经基于WEB网络开发,很容易实现系统更新、信息共享和信息反馈等,但尚未在临床推广使用。

近年来,针对专病治疗的特点,同时研发计算机平台应用软件和电针仪器,使二者结合使用,力求达到更佳的治疗效果。如基于PC平台的脑血管疾病针灸治疗系统[16]、艾滋病辅助诊疗系统[17]、肿瘤辅助诊疗系统[18],均为集电针治疗、专家辅助诊疗系统、穴位查询等一体仪器,并且基于PC开发具有很大的发展空间,可集多种功能为一体,如电子病历系统、针灸参数、多功能治疗等。

2　针刺手法仪器研究

在电针的研制中,如何把针刺手法、参数采集,形成客观化、量化的数据,再通过电针参数模拟,并开发电针,一直受到针灸界的关注,近年来一些研究者在这方面做了大量的工作。程卓等[19]采用虚拟现实技术通过三维数字人体穴位采集,实现了行针的力感特征模型的建立,为针刺手法客观化研究做了初步探索。杨华元等通过电阻传感器技术采集手法参数信号提取、识别、分析做了大量研究,先后研制了“ATP-Ⅰ型针刺手法参数测定仪”[20]和“ZFG-A型针刺手法参数测定仪”[21],同时对数据的分析也做了大量的探索性工作,开发了“针刺手法信息分析系统”[22],重现古典医籍中的提插和捻转类手法参数特征[23],并采集分析医生的单式补泻手法参数特征[21],并通过针刺仿真手法机械手还原量化,并且经动物研究[24]证明安全有效。洪文学等[25-26]也采用符号化测量理论,将诸如烧山火、透天凉等古典针刺手法映射到电气参数,并利用单片机针灸补泻手法仪器研究。但是目前手法电针仪器研究还处于比较薄弱阶段,真正实现把传统手法量化并仿真模拟,但采用电针在临床实现还有一段距离。

3　问题与展望

3.1电针参数研究有待深入

纵观历史,针灸器具从砭石针、骨针等演变为青铜针和钢铁针等,每次改革都为提高针灸临床服务能力和促进针灸理论的发展做出巨大贡献。电针到目前已经得到全面普及应用,为节约医生的工作量,获得较强的得气感,提高临床疗效,起到了重要的作用[27-35],同时也为针灸机制理论研究做出了巨大贡献,特别是对刺激量的界定起到了积极的作用。大量的研究证明不同的参数对临床疗效和实验效应均产生不同的影响[36],然而目前针灸刺激参数研究有待进一步加强,参数的研究对临床疗效的提高和针灸量化、标准化有着重要的意义。

参数的研究为电针仪器开发的一项重要内容,可推动电针仪器的研制和改进。采用2Hz低频刺激能促进脑内脑啡肽和内啡肽的生成和释放,100 Hz高频刺激能促使脊髓生产和释放强啡肽,因此将二者交替使用则能达到更强的镇痛效果[37],这结果为韩式电针仪器的参数设置提供了科学依据。目前临床使用的主要是研究较为成熟的G6805系列和韩式电针系列,其波形主要是较为规律的疏波、密波、疏密波组合而成,一些基于其他波形的电针仪也在不断的研发和探索中,也显示了一定的优势。生物反馈治疗仪的研究就是采集脑电或者肌电做脉冲信号,通过转化放大刺激穴位治疗疾病,如生物脑电生物反馈睡眠治疗仪通过采集提取睡意时脑电信号q波和d波,并通过此两种波通过电针刺激穴位而治疗失眠,在提高疗效的同时还可以避免电针长期使用的耐受现象[38]。音乐电针仪器也是把音乐信号转化为与音乐同步的低频电流刺激人体穴位,同时具备电针、音乐、心理疗法,能起到很好的疗效[39-43],同样可以克服慢性病长期治疗中产生耐受性而降低疗效[44]。因此加大参数的临床和试验研究,可能是未来电针仪器突破的一个方向。

3.2智能电针仪器应用软件开发有待提升

随着智能化技术的普及应用,智能电针仪器必然成为未来针灸仪器研发应用的主流趋势。然而目前智能电针仪器设备未能上市临床应用,其原因可能是以下3点,智能化水平不高;中医理论结合度较差;临床医生需求和市场需求把握不够。目前虽然已出现一些基于平台使用的电针仪器设备,但其临床使用度不高,可能原因是与中医学理论结合度不高,对市场需求把握不够。因此应用软件的研发要基于中医针灸学理论基础和临床需求,结合多学科共同研发。早期的应用软件主要是专病治疗处方的查询、临床辅助决策系统、名老中医经验等,这些软件系统多为单个专家经验、单个疾病防治方案组成数据库,为针灸的智能化进程起到了积极的推动作用,但其数据库仍然狭窄,可能是制约其市场推广应用的因素之一。近些年来,研究者们[15,45]采用数据仓库和计算机挖掘技术,对针灸古代医籍文献、当代名老中医经验、现代期刊文献等进行了整理和收集,开发针灸数据仓库和数据挖掘软件平台,并进一步开发临床决策支持系统,这类系统收集了广泛的临床证据,对推动针灸的循证诊疗模式进程可能具有重要的作用[46]。随着智能设备如智能手机、平板电脑、笔记本及台式电脑、智能电视等广泛应用,各类智能针灸医疗及保健仪器设备研发的同时,配套的针灸智能应用软件研发具有重要的意义。

3.3研发机制模式面临诸多挑战

针灸仪器设备多属于2类医疗器械,硬件设备和软件平台均需按照国家医疗器械研发管理相关规定进行,其研发手续复杂,周期长,技术难度大,需要进行研发前市场需求调查、研发中的技术攻关、研发后临床试验、体系认证、企业注册等过程,需要通讯技术、计算机软件技术、工程技术、数学、针灸学、市场营销等多学科技术。此外研发过程中成本高,单靠政府科研经费资助尚存在一些困难。

总之,随着智能化时代的到来,为传统电针的智能化改进迎来一个机遇,硬件设备研发结合软件应用可能是未来的趋势,电针智能化控制、参数的深入研究、针灸应用软件的开发都可能是未来研发的重点。多学科技术结合,引入市场机制,搭建市场-研发机构-企业-医院保健机构网络联系平台,推动针灸科研成果转化,研发实用方便的高科技针灸智能仪器设备,对推动针灸学科发展和中医药现代化进程具有重要的意义。

[1]刘立安,戴淑青.临床电针疗法[M].北京:中国医药科技出版社, 2011:1-383.

[2]韩济生.针刺麻醉向何处去?由针刺麻醉(AA)到针刺辅助麻醉(AAA)[J].中国疼痛医学杂志,1996,2(1):1-5.

[3]顾新建,刘维平,邢江淮,等.PCE-A型程序控制电针仪的研制[J].中国医疗器械杂志,1994,18(3):146-148.

[4]顾新建,邢江淮,刘维平,等.PCE-B型多功能电针治疗仪的研制[J].安徽中医学院学报,1993,12(4):38-39.

[5]杨兆民,刘农虞.SMY-10型电脑随机脉冲针疗仪治疗痛证的临床观察[J].针灸临床杂志,1996,12(2):25-26.

[6]王金汉,徐益权,吴艳琴.XS-998A型光电耳穴治疗仪的临床应用[J].针灸临床杂志,2002,18(5):19-20.

[7]马舜尧.电刺激经络导通法及刺激装置的研究[D].天津大学,2004: 1-59.

[8]刘志朋,殷涛.多功能中医针灸治疗仪的研制与应用[J].生物医学工程与临床,2002,6(2):108.

[9]连至诚,靳瑞,潘正,等.蓝辉医用数码电针治疗仪的结构特点及应用要领[J].医疗保健器具,2008,109(3):39-42.

[10]刘纯武,张羿猛,黄芝平,等.嵌入式系统设计与应用[M].长沙:国防科技大学出版社,2011:1-594.

[11]杨育霞,雍明超.电针治疗仪安全性问题及对策[J].中国针灸, 2009,29(4):339-341.

[12]雍明超.基于ARM的智能电针治疗仪的研究与设计[D].郑州大学, 2010:1-57.

[13]陈海军,肖玲,温志浩.基于嵌入式系统设计的人机交互射频电针美容仪[J].中国组织工程研究,2012,16(4):688-690.

[14]蔡扬海.Brower/Server模式在针灸辅助诊断系统上的应用研究[D].暨南大学,2006:1-59.

[15]任玉兰,梁繁荣,吴曦,等.基于数据挖掘的针灸临床循证决策支持系统研究[J].中华中医药杂志,2011,26(4):795-797.

[16]陈亮.基于PC平台的脑血管疾病针灸治疗系统的研究[D].燕山大学,2005:1-90.

[17]裴胜利.基于PC平台的艾滋病辅助治疗系统[D].燕山大学,2006: 1-91.

[18]宋俊杰.基于PC平台的肿瘤辅助治疗系统研究[D].燕山大学, 2006:1-77.

[19]程卓,王海生,闽友江,等.数字人体的针灸力感虚拟现实初步研究[J].中国医疗器械杂志,2007,31(1):5-9.

[20]刘堂义,杨华元,顾训杰,等.ATP-Ⅰ型针刺手法参数测定仪的研制[J].中国针灸,2003,23(11):668-670.

[21]洪菲,胡银娥,杨华元.单式针刺补泻手法的参数分析[J].上海针灸杂志,2011,30(9):634-637.

[22]刘堂义,杨华元,李小俊,等.“针刺手法信息分析系统”的开发与应用[J].针刺研究,2008,33(5):330-333.

[23]刘堂义,杨华元,蒯乐,等.提插、捻转类针刺手法物理参数分类及其特征[J].针刺研究,2010,35(1):61-66.

[24]杨华元,钟小红,刘堂义,等.针刺仿真手法对高血压大鼠血压及心肌血管紧张素Ⅱ的影响[J].针刺研究,2008,33(3):186-190.

[25]洪文学,李海峰,李成伟,等.仿古典针刺手法的电针针法产生方法研究[J].江西中医学院学报,2004,16(2):50-53.

[26]洪文学,陈亮,景军.一种具有传统中医针刺补泻手法的新型智能电针仪设计[J].北京生物医学工程,2006,25(6):586-589.

[27]惠向联.电针结合康复训练治疗脑卒中后足下垂的疗效观察[J].中国伤残医学,2014,22(20):165-166.

[28]史晓岚,杨帅,张国庆,等.电针治疗围绝经期抑郁症临床观察[J].上海针灸杂志,2015,34(6):533-536.

[29]王仙凤,张卫华.电针治疗退行性膝关节炎的文献研究[J].现代中医药,2015,(3):78-79.

[30]管志敏,李源,刘颖,等.电针治疗小儿遗尿的疗效观察[J].陕西中医学院学报,2015,(3):65-66.

[31]刘兰群,李惠兰,徐基民.电针治疗脑卒中后记忆功能障碍临床研究[J].中国中医急症,2015,24(5):775-777.

[32]兰静,张海兰,任杰.电针结合康复治疗干预时机对脊髓损伤神经功能恢复的影响[J].内蒙古中医药,2014,33(31):56-57.

[33]孙远征,杨圆圆.不同波形电针治疗缺血性脑卒中后轻度认知障碍疗效观察[J].上海针灸杂志,2014,33(12):1114-1116.

[34]蔡贺.电针联合颈椎牵引治疗神经根型颈椎病的临床疗效观察[J].现代养生,2014,(22):93.

[35]张如飞,董超,段宇,等.电针对痉挛型脑瘫术后康复疗效的影响[J].时珍国医国药,2014,25(10):2553-2555.

[36]顾陈怿,胡军,蔡云彪.电针刺激参数的研究进展[J].中国针灸, 2003,23(8):489-491.

[37]Chen XH,Guo SF,Chang CG,etal.Optimal conditions for eliciting maximal eletroacupuncture analgesia with dense and dispersemode stimulation[J].Am JAcupunct,1994,22(1):47-53.

[38]陈群.脑电生物反馈治疗仪与睡眠分期的研究[D].广东工业大学, 2013:1-61.

[39]熊一鸣.音乐电针治疗仪[J].临床医学工程,1995,(4):25.

[40]丘红燕,高聪,刘月婵,等.针刺加音乐可编程电针仪治疗基底节性失语29例疗效观察[J].新中医,2003,35(12):48-49.

[41]梁静坤.基于音乐原理的电针仪的研究[J].邢台职业技术学院学报,2007,24(3):47-49.

[42]张春平,贺志芳.一种基于音乐原理的电针仪的研究[J].微计算机信息,2008,24(22):175-176.

[43]汪灿华,毕圣昭,何扬名,等.嵌入式音乐电针治疗仪音乐处方设计与疗效评估[J].世界科学技术:中医药现代化,2014,(10):2278-2281.

[44]张缙,张忆虹,白妍.音乐电针的研究[J].中国针灸,2005,25(8): 585-588.

[45]Zhou X,Chen S,Liu B,et al.Development of traditional Chinese medicine clinical data warehouse for medical know ledge discovery and decision support[J].Artif IntellMed,2010,48(2-3):139-152.

[46]郭太品,任玉兰,李骥,等.循证针灸学及其转化应用[J].中医杂志, 2014,55(12):999-1002.

General Review of the Studies on Electroacupuncture Apparatus in China

GUO Tai-pin1,REN Yu-lan1,LIJi2,CHEN Liang1, SHU Hong-ping2,LIANG Fan-rong1.1.School ofAcupuncture-moxibustion and Tuina,Chengdu University ofTraditional Chinese Medicine,Chengdu 657000,China;2.School of Software Engineering,Chengdu University of Information Technology,Chengdu 657000,China

R245

A

10.13460/j.issn.1005-0957.2016.02.0127

1005-0957(2016)02-0127-04

国家重点基础研究计划项目(2012CB518501);四川省科技成果转化平台建设项目;四川省科技厅支撑计划(2011SZ0083)

郭太品(1986-),男,2012级博士生,Emai l:gtphncs@126.com

梁繁荣(1956-),男,教授,博士生导师,研究方向为经穴效应特异性及关键影响因素的研究,Email:acuresearch@126.com

2015-06-20