一种全自动艾灸仪的研制与应用

高 栋 李乡云 刘恩玲

1.山东省沂南县中医医院，山东沂南276300；2.山东省沂南县疾病预防控制中心，山东沂南276300

医疗器械的自动化、智能化是一大发展趋势，特别中医治疗设备更需要现代化。医院现在灸疗方法为传统艾灸法和艾灸仪灸疗。缺点：传统艾灸法医生工作量大、烟雾大、患者舒适度差，意见大（督灸等方法患者躺一个多小时不能动）；我院有几台艾灸仪达不到传统艾灸的治疗效果。根据临床需要想克服这些问题，我们通过大量临床调查了解，设计一款由中心处理器、探测器、传感器、驱动器、三维电动床等基本部件组成。这种设备即减轻医生工作负担也能解决排烟问题又能达到传统艾灸的治疗效果，目前这款治疗仪已经获得一项国家发明专利（申请公布号：2018105481491）。在治疗过程中，由于燃烧的艾绒或艾条悬吊在设备上患者可以改变体位休息，增加患者治疗舒适度。也可以多个穴位一次性完成艾灸，灸疗医生省时省力。

1 材料与方法

1.1 三维移动电动床

床面运动的三维立体移动是由三个马达完成。M1 完成床面升降移动，用来调节艾灸头到患者的皮肤的距离，可以手动用控制器调节，也可以用设置程序调节，主要是在艾灸的过程中根据患者的耐受力和艾灸头的热力来调节；M2 完成床面前后移动；M3 完成床面左右移动。M2、M3 基本用程序来控制，在程序控制下来改变艾灸穴位，同时也能手动调节，当患者在灸疗过程中移动了位置，艾灸点不在穴位上，可以用手动调节到设定位置。原来设计：有两个马达控制艾灸头上下前后移动，艾灸头移动排烟系统必须跟随移动，这样设计排烟系统很容易损坏，使用不方便，就改成现在这种方式，这种方式电源及控制系统线路全部设在非运动系统，这样线路不容易损坏，排烟系统也不需要移动，增强设备稳定性，这是本设备的设计亮点。但是这种方式的缺点是马达功率大，设备占空间也大。

1.2 吸烟、排烟系统

研究表明，施灸过程中，艾灸室内空气污染物氮氧化合物、一氧化碳和飘尘的含量浓度均高于国家环保法所规定的二级标准值数十倍之多[1-2]。艾灸烟可增加针灸医生慢性咽炎的患病风险多[3]。不管是对个人还是对环境，艾灸除烟都是势在必行。排烟管路接室外抽风机（参考生物安全柜的排气方法），床体上面集烟罩将烟尘收集到排烟管路，经过过滤网过滤，经抽风机排到室外。抽风机控制原理：烟尘传感器是感应艾灸室内有烟尘时，中心处理器发出指令，驱动板驱动抽风机工作，并且根据烟尘的浓度调节抽风机的抽力。使室内空气保持洁净，经过滤网过滤的烟尘基本达到排放标准。集烟罩下端艾灰过滤装置，设计方案：经过多次操作测试，使用各种不同孔径的丝网摇筛艾灰，观察艾灰掉落情况，最终采用60 目丝网盛放艾灰。

1.3 中心处理器

整台设备由触摸屏与单片机控制，三维电动床的三维移动、传感器工作状态、控制面板的显示、工作程序的写入、艾灸头的工作状态等都由单片机来完成[4-6]。设备使灸前由医生将艾灸模式写到中心处理器，单片机内储存着多种艾灸模式，这些工作模式是由多名有经验的艾灸医生提供的，通过层层筛选和临床验证才录用的。在艾灸过程中通过导航跟踪传感器反馈信号对每个艾灸的穴位精准定位，确定第一个使灸穴位开始灸疗，根据程序设定灸完一个穴位，由中心处理器发出指令到驱动板，再灸另一个穴位，按循序完成整个灸疗过程，并在显示屏上显示整个灸疗过程。在灸疗过程中也可以随时修正艾灸状态，如由于患者耐热程度不同，需要改变灸头到皮肤的距离、改变艾灸穴位和调整艾灸位置等。

1.4 温度探测器

温度探测器测试艾灸穴位艾灸时表皮的温度（与红外线体温计原理相同），防止烧烫伤，根据测试温度值调节艾灸头到皮肤的距离。热对皮肤、皮下组织的损伤程度，只要取决于温度数值和热作用时间[7]。临床医学中，42 ～45℃内细胞死亡方式为凋亡，而不同细胞引起凋亡的温度、时间相差很大。对敏感组织43℃时，30min 可能引起广泛的细胞凋亡。当温度达到45℃时，坏死细胞的数量将迅速增加，溶酶体酶活性也开始增加，其崩解释放的消化酶使损伤细胞蛋白消化溶解[8]。49℃热源持续作用皮肤3min 可致表皮损伤，超过9min 表皮将坏死[9]。当艾灸穴位皮肤超过设定温度时，温度探测器测试的温度值通过传感器传到中心处理器，中心处理器将信息传递到到驱动板，驱动板驱动马达运转，使艾灸头到皮肤的距离加大，反之当艾灸穴位皮肤低于设定温度时，就减小艾灸头到皮肤的距离。

1.5 驱动板

写入信息由中心处理器将信息传到驱动板，或者由传感器反馈信息作用于驱动板驱动马达运转或停止，是艾灸头到设定位置并设定停留时间（即灸疗时间）。驱动板实际就是功率转换控制板，将单片机发出的低功率信号转换大功率信号，实现了弱电控制强电的转换，同时电气系统通过驱动板隔离了强电的干扰信号。驱动板的设置，有效的减少电子线路的故障，提高设备的使用率。同时也控制抽风机马达工作与停止。

1.6 传感器

治疗床面运动限位、灸疗穴位、灸头到皮肤的距离、工作流程完成提示与设备故障报警等都是由传感器来完成。

1.7 控制面板

控制面板包括显示装置、操作装置、急停装置等[10]。显示装置：通过触摸屏选择艾灸模式、艾灸穴位、艾灸轨迹，输入工作流程[5]，设置完工作流程后，进入工作状态，显示全工作过程，显示艾灸时间，显示通过传感器传到单片机的信息，显示艾灸的穴位，正在艾灸的穴位皮肤的温度等；操作装置：操作床面上下、左右、前后移动，也控制抽风机的工作状态。急停装置：用于设备失控或有危险时紧急停止工作用，一个灸疗流程没有结束时，需要停止灸疗，也可以用急停按钮停止工作。当检测到正在艾灸的穴位皮肤温度高于设定温度时会报警，当检测到温度过高时（高出设置温度5℃时），床面会自动下降10cm，并且急停装置工作，整个工作流程结束，安全隐患解除以后，可以重新设置再继续工作。

1.8 艾灸头

艾灸头是悬挂在设备上方，由多种规格的灸头组成，各种灸头可以相互置换：圆形钢丝网容器其上有卡口，大小多个规格，圆形钢丝网内放艾绒，用于穴位灸疗，根据穴位不同更换不同规格的艾绒容器；窄长方形钢丝网容器其上有卡口，内装艾绒，多用于督灸；也可以直接将艾条装在艾条固定器上，用于穴位灸疗。钢丝网容器卡扣接在烟尘收集罩上，烟尘收集器接在排烟系统上。单穴位艾灸条固定装置：根据需要可以更换艾条夹持器接在烟尘收集罩上，用艾条灸疗。

2 结果

目前国内外尚未报道同类用于艾灸的治疗设备，而与传统设备和电加热艾灸设备相比[11]，这款设备有一下核心技术：（1）独特的三维艾灸床在单片机的控制下完成多穴位艾灸一次完成，特别是在做督灸时，减少治疗时间、增加治疗效果、患者在治疗过程中可以适当改变体位增加舒适感。一位灸疗大夫可以同时给多位（5 ～10 位）患者使用艾灸仪进行灸疗，并且能保障传统灸疗的效果，增加工作效率，减轻医生负担。治疗床的三维移动方式电源及控制系统线路全部设在非运动系统，这样线路不容易损坏，减少设备故障率。还设有急停开关键，能让患者在感觉不适时迅速安全的停止治疗，减少风险发生。这样凸显设备设计个性化。（2）排烟系统的设计，降低污染。传统艾灸盒、手持艾条穴位艾灸、督灸等方法室内空气污染严重，对患者和使灸者的健康危害特别大，使用吸烟过滤器排烟效果差、气味重、噪声大、劳动量大、成本高，2 ～ 3d 换一次过滤网，过滤网还不能重复使用。使用外排式排放一切问题都解决了。（3）艾灸头的设计方便各种灸疗方法的开展，也可以使用艾条使灸，能达到传统灸疗的效果。

目前该款设备样机已投入临床试用阶段，关键是穴位精准度的调试，使用情况基本能达到预想的效果。

3 讨论与结论

现在我们国家加强中医文化建设，大力开展各种中医疗法，艾灸是一种古老的中医疗法[12]，医院和中医诊所都开展了的多种艾灸疗法，艾灸能够治疗各种疼痛性疾病、颈椎病、腰间盘突出、肩周炎、静脉炎、末梢神经炎、关节炎、腰腿痛、腹痛、腹泻、扭伤红肿疼痛、面神经麻痹、中风、半身不遂、高血压。内、外、妇、儿、五官科、神经系统、泌尿、内分秘调节仪对减肥、祛斑、美白、调节内分泌、对乳腺增生、乳腺囊性肿瘤、纤维瘤、女性更年期综合征、盆腔炎、附件炎、痛经、风湿性关节炎等疾病。对这些疾病特别是慢性病有很好的疗效[13-15]，但中医艾灸设备相对西医来说比较少，自动化程度高的艾灸设备更少，中医医疗设备科研人员数量有限，接触中医设备的设备科研人员更少。在医疗设备展会上也有类似设备，但是与临床需求相差甚远，达不到艾灸的效果。因此设计制造这种艾灸设备用于临床治疗，将有助于提高我国在中医艾灸设备水平，造福患者。