简易电火针笔的设计

邹和德 周文辉 程妍 张迪

（黑龙江中医药大学第一临床医学院，哈尔滨 150040）

火针，又名燔针、烧针，首见于《黄帝内经》，在《灵枢·官针》中有“悴刺者，刺燔针则取痹也”的记载。火针疗法经过历代医家不断地研究、改进、发展，现今已成为中医理论系统中较为完善和富有特色的针灸治疗方法。火针主要通过温灸和针刺双重刺激一定的穴位发挥温阳补虚、温经散寒、祛痛止痒、除麻止痉等作用，适用于痤疮、多发性毛囊炎、湿疹、带状疱疹、白癜风、扁平疣、神经性皮炎等多种皮肤疾病，治疗疾病范围广，且均能获得较好效果，临床应用广泛。传统火针针具粗大，容易造成皮肤损伤且易使患者产生恐惧心理，对操作者的技术要求比较高，而毫火针操作过程中易弯曲变形［1］，火焰加热法在针尖离开后容易迅速散热变黑，操作不娴熟很难达到目标效果，正如《针灸大成》所述“火针即烨针，频以麻油蘸其针，灯上烧令其红，用方有功。若不红不能祛病，反损于人”。现有的电火针及枪式电火针等器械则存在一些操作不便、成本高、使用复杂的不足［2］，为此提出设计简易电火针笔。

1 简易电火针笔的设计原理、结构与操作

1.1 设计原理

电火针笔整体设计分为两大部分，机械部分与电路部分。机械部分分为笔身与笔芯两大结构，通过对电火针各结构尺寸的计算，进行两者的精密配合，整体结构类似左轮手枪的转轮弹夹，笔头处出针孔与笔芯转轮上的储针槽、推杆、按钮帽位于同一条轴上，推杆与储针槽接触面有磁性可吸引成整体，按下按钮帽针具即刺出，相当于左轮手枪子弹击出，泄力时弹簧可使储针槽自动回弹。储针槽直径大于推杆，回拉推杆由于推杆外筒的阻挡可分离两者，拨动转轮换针（即换储针槽），装有新针的储针槽可与推杆吸引连接，相当于手枪转轮换弹，然后继续针刺。固定轴固定转轮（即笔芯前半部分）和限制弹簧运动轨迹。电路部分拟采用Pt100铂热电阻温度控制器，其由温度传感部分、判断部分和输出部分组成，温度传感器的温度探头选取Pt100铂热电阻，其电阻值与温度呈线性变化关系，在传感器NE5532芯片和多个元器件组合［3］下将温度信息处理转变为电压信号，并将电压信号分别传至AD转换器和判断部分，AD转换器将电压信号转变为数字信号并传给数据处理器进一步处理，最后传至显示器显示温度，判断部分接受温度传感器的电压信号，集成电路A设置600℃与700℃对应的电压值，接受到的电压信号与此低值与高值对比，当改电压信号低于低值时，输出加热信号，当高于高值时输出断电信号，输出电路选用固态继电器，加热信号与断电信号传至继电器，控制其输出端的闭合与断开，闭合时加热管通电加热，温度升高，断开时停止加热，温度下降。各部分关系框图如图1所示。

图1 电火针笔各部分关系框图

1.2 结构

简易电火针笔设计总长度15 cm，直径约2.5 cm。图2为电火针笔的整体结构展示。转轮用于变换储针槽，推杆外筒内有推杆，按钮帽为操作时按下的部分，以上共同组成笔芯，固定柱固定转轮和弹簧，弹簧与转轮的距离即为推杆外露部分的长度，若装好火针针具，推进推杆外露部分，则储针槽与弹簧刚好接触，针尖到达加热管中央。

图2 电火针笔整体结构图

图3为电火针笔拆解图。笔头上有出针孔，转轮内部一圈有4个储针槽，每个储针槽中间有一个针槽口，可插入火针针柄，出针孔、图中下方的储针槽、推杆、按钮帽有同一条轴线。图4为笔芯的拆解图，针槽内面与推杆内面为磁性材料可吸引连接成一个整体，针槽直径略大于推杆直径，推杆的中轴插入转轮的中轴口以连接为一个整体。图5为推杆尾部结构图，推杆可与按钮帽分离，末端有三个突起的标度点，均间隔2mm，用于调节出针长度。

图3 电火针笔拆解图

图4 电火针笔笔芯拆解图

图5 电火针笔推杆尾部结构图

图6为电火针笔的横截面投影图，其中红圈为弹簧的投影，如图所示，弹簧直径大于固定柱但未触及针槽口。图7为外部控制电路，电路接通指示灯用于指示电路是否接通，温度显示器显示加热管温度，开关控制电路是否接通。

图6 电火针笔横截面图

图7 外部控制电路图

1.3 操作

将转筒、推杆外筒等从针身内取出，根据需要将四根火针针具固定于针槽上并装回，调节按钮帽到需要刻度（不拔出时出针长度为2 mm，每拔出一个刻度点，针刺深度加深2 mm，针刺深度为2～8 mm），将推杆外露部分推进，接通电源，按下开关加热针尖，单手握笔，达到标准温度后即可针刺。此针用完后回抽一下推杆，感受到阻挡时即可拨动转轮换针，推进推杆加热后可继续针刺，可重复拨动三次，直到四根火针用完取出内部整条笔芯更换新的针具。治疗结束后即可关闭电源，更换新的针具预备下次使用。图8为电火针笔操的作流程示意图。

图8 简易电火针笔操作流程示意图

2 简易电火针笔的加热设计

2.1 持续加热设计

通过电火针笔的结构实现对针尖的持续加热，缩短加热时间，减少热量散失，提高加热效率。持续加热过程如图9所示，加热时针头位于加热管内部，达到指定温度后按下按钮帽，推杆推动针槽压缩弹簧，针头刺出，进行局部火针治疗，松开手指，弹簧自动复原，推动针槽推杆回到开始位置，针头归位加热，由于针刺在瞬间完成，且过程中加热管始终维持高温状态，如此实现对针具的持续加热。

图9 持续加热过程图

2.2 加热管温度控制设计

电火针笔的优势之一为加热温度的稳定与可视，可以保证对针具的持续有效的加热，缩短每次加热的时间，从而提高针刺速度，具有很大的实际意义。通过多次试验，发现75%酒精外焰与内焰可以使火针迅速烧红，焰心不能烧红；普通打火机外焰可以烧红，内焰与焰心处烧红需要较长时间且不明显。王程杰［4］通过实验发现95%乙醇外焰与内焰温度的两次测试结果的平均值分别为714℃与635℃和670℃与617℃。周进康［5］实验发现酒精含水量越大，火焰温度越低。鉴于此，拟将加热管温度控制在600～700℃范围内。电火针笔主要通过两点实现对温度的控制，首先，笔头与笔身的内部拟填用二氧化硅气凝胶复合材料，1100℃下材料性质与结构稳定［6］，热导系数低，具有其他材料无法比拟的隔热效果［7］，具有耐高温、隔热等优点，可以减少加热过程中热量的散失，以维持加热管温度稳定；其次，电路中设置温控器，温度范围设为600～700℃，加热管旁边设置耐高温感温探头，将温度信息传至温控器，温控器屏幕（温度显示器）显示温度。

2.3 电火针笔的安全性设计与评价

加热管采用金属陶瓷加热体，具有升温快、无明火、表面安全不带电、不含有害物质等优点，其外部即笔头和笔身填充二氧化硅气凝胶复合材料，具有耐高温、隔热性好等优点，温控器用于控制温度稳定，防止热量积聚烧坏电火针笔和对皮肤造成损伤。此三者的采用以保证简易电火针笔使用时的安全性。

3 对电火针笔创新的探讨

所设计的简易电火针笔，目的是实现持续加热，温度稳定、可视，进针深度可调节，针刺深度误差范围小，且进针速度、回针速度、针在穴位的停留时间等均可由施术医生根据病人和穴位或疾病的实际情况灵活调控，以解决传统普通火针难以熟练的“红、准、快”［8］难题。

3.1 换针快捷与针具选择灵活

该简易电火针笔转轮内部设计有4个独立针槽进行储针，可根据病情需要放置4根粗细、形状各不同的火针，拨动转轮变换针具，能减少换针频率和满足不同疾病的治疗需要，简便而快捷，更加益于临床操作。

3.2 外形小巧而结构严谨

市场上有少量电火针用电加热取代了酒精灯加热。电火针一般有以下两种类型：一种是通过连接交流电源获得电能；另一种是通过安装在电火针内部的充电电池提供电能，虽然可携带外出，但是存在体积过大导致握持不便、影响操作性能等缺点。所设计的电火针笔亦采用家用交流电加热的方式，但电路的控制部分与笔身部分分离，可使笔身整体结构紧凑而且相对简单合理，体积小，单手即可握笔。相比充电电池，电火针握持方便，操作时可以更加灵活，解放另一只手进行辅助操作，使治疗上更方便和多样，同时可节省人力。

3.3 耗能减少且温度稳定

该简易电火针笔采取电加热方式，二氧化硅气凝胶复合材料能减少散热，与温控器搭配可减少持续通电对于电能的消耗，又能保证加热管的高温状态，达到温经散寒、通经活络等治疗目的，保证治疗效果。

3.4 针刺深度可精确调节

人体皮肤真皮层厚度为0.4～5.0mm［2］，为保证针刺深度又不伤及真皮层，在笔尾处设计了3个刻度点，间隔距离相等，均为2mm，由于基础针刺深度设计为2mm，使得针刺深度范围在2～8mm之间，可达到精准控制进针深度，并可随病变部位以及病变情况进行选择调节，扩大应用范围，使得针达病所，针到病除。

3.5 安全防烫伤

内部电加热的方式不产生明火，可减轻患者心理负担，从而让患者更加配合治疗，降低意外发生风险，隔热材料可防止针头过热烫伤患者与操作者，安全性高。

4 讨论

近年来在临床的实际操作中，火针疗法逐渐广泛开展，主要应用于皮肤科、骨科、神经系统等疾病［9］。考虑到火针疗法的广泛应用，针对火针操作的各种问题，设计了简易电火针笔，首先，对于加热与持针需要两手操作，将两者结合在一起，同时要保证良好的操作性，因此设计成笔的外型与大小、电加热管与储针槽相结合的形式；第二，对于火针治疗过程中换针的问题，设计多个储针槽，可以放置多个针具，单手拨动转轮换针；第三，由于各种疾病治疗的需要，在推杆尾部设计调节针刺深度的结构，使针刺深度在一定范围内变化，同时针具可选择不同的类型，以扩大其应用范围；第四，温度稳定的设计以保证安全性和加热效果，因此电火针笔具有多方面的优势，但是高温状态下，加热管耐用性，以及损坏后如何更换是值得探究的问题，在未来可根据实体实验优化其设计。简易电火针笔作为一种火针针灸器具，不仅可以保留火针本身“火”与针刺的双重优点，还可以改善火针操作困难的不足，且易于学习使用，对于火针治疗的初学者操作简便，具有很好的帮助作用，对于患者可减轻紧张情绪，这对于火针疗法的传承与推广具有十分重要的现实意义。