LED光針灸儀的設計制作及性能研究

唐君　張棟　王淑友

[摘 要] LED（Light Emitting Diode，發光二極管）光針灸是一項新興的光學針灸技術。本文主要針對LED光針灸儀的整體設計及其對裸鼠體表的局部照射刺激效應展開研究。研究內容包括LED光針灸儀的電學、光學以及機械設計，LED光針灸儀對動物穴位的刺激效應，通過聯合使用紅外熱成像和激光多普勒血流成像技術， 觀察LED光針灸儀照射后裸鼠體表被照射區溫度和微循環血流灌注變化，了解LED光針灸儀對照射區溫度與血流灌注的影響。

[關鍵詞] 發光二極管；穴位；針灸；激光散斑血流成像；血流灌注

中圖分類號：R245.33 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5200（2016）01-016-03

0 引言

以一定強度的光束聚焦、擴束或直接照射穴位模擬中醫傳統針灸療法稱為光針灸 [1]，光針灸作為傳統針灸的輔助用于臨床治療起始于20 世紀70 年代初，光針灸不會發生傳統針灸可能發生的彎針、滯針、暈針、折針、刺傷重要臟器等異常現象，也沒有造成血液傳染可能，其作用越來越得到重視與肯定。目前，光針灸儀器已廣泛應用于炎癥、運動損傷、肌肉疾病、抑郁癥、更年期綜合征、肥胖以及美容等內、外、婦、兒、五官、皮膚科各種常見病和一些疑難雜癥的治療[2-4]。

一直以來，光針灸都采用激光作為照射光源，然而激光發生裝置由于體積大、價格昂貴、僅能發射出一小光點，無法照射大面積傷口，臨床應用受到限制。近來由于LED技術不斷發展，其性能不斷提高，發光強度增加，且同時具有高效率、長壽命、低耗電、低故障、綠色環保、色彩豐富、控制方便等特點，已出現以LED取代激光作為光針灸照射光源趨勢。

1 LED光針灸儀設計與制作

為進行LED光針灸效應研究，我們自主設計了一臺LED光針灸儀。LED光針灸儀設計與研制工作主要包括如下內容： LED驅動電路設計，MCU（微控制器）軟件編程與開發，LED波長選擇與配比，LED功率大小選擇，LED頻率選擇，LED光療儀器整體功能設計以及樣機制備[5-7]。

1.1 LED驅動電路

LED驅動電路設計使用AC/ DC轉換，額定電壓12V，能量來自交流市電，盡可能保持恒流特性，保持輸出電流在±10%范圍內變動。驅動電路保持較低自身功耗。

1.2 LED光波長選擇

本LED光針灸治療儀設計并封裝制備出多種波長LED照射光源，包括紅光（660nm）、橙光（633nm）、綠光（530nm）、 藍光（420nm）及白光LED，可以根據不同疾病、不同穴位選擇不同顏色（不同波長）光進行選擇性治療，以期達到最佳治療效果。單一LED功率均為50～60mW。

1.3 LED光針灸儀中央控制器

微控制器是LED光針灸儀核心器件之一，包括LED通道選擇、定時、功率大小以及頻率選擇等均由其控制。設計使用TI公司MSP430F149單片機作為微控制器。該單片機引腳資源豐富，功能強大，留下了足夠空間對光療儀性能進行提升。本LED光針灸儀設計了20路LED照射輸出，可以同時最多對20個穴位進行照射治療。每路LED光輸出可分為連續照射和不同頻率間歇照射（0.5Hz、1Hz、2Hz）。這些功能均是由微處理器控制完成。

1.4 LED光針灸儀整體制作

LED光針灸儀完成全部功能設計，完成印制電路板（PCB）版圖設計及加工制作。設計并制備出適合LED光針灸治療儀殼體。最后，完成對LED光針灸儀整體功能調試，達到預期設計效果。

2 LED光針灸儀照射治療效果測試

應用LED光針灸儀樣機測試LED光照射治療效果[8-11]。通過聯合使用紅外熱成像和激光多普勒血流成像技術，觀察光針灸儀不同波長LED照射光源（紅光660nm、50mW、藍光420nm、50mW）照射裸鼠大椎穴后，穴區溫度和微循環血流灌注變化，了解LED光針灸儀不同波長照射光源對穴區溫度與血流灌注影響。

2.1 受試對象和分組

健康成年裸鼠40只，體重18～20g。紅光照射組及藍光照射組各20只。

2.2 儀器及使用條件

VARIOSCAN3021-ST型紅外熱像儀進行體表熱像圖觀察和采集。IRBIS2.2熱像圖處理程序進行熱像圖存儲數據提取和圖像處理。使用PeriScan PIM II型激光多普勒血流成像儀，應用LDPI2.5圖像軟件進行體表血流圖記錄分析處理和存儲。

2.3 實驗過程

腹腔內注射戊巴比妥鈉麻醉動物。裸鼠放置于恒溫實驗箱內，適應箱內溫度20 min，使體表溫度與屏蔽箱內溫度平衡。

實驗在封閉恒溫實驗屏蔽箱中完成，溫度控制在29～30℃之間，實驗前后溫度變化不超過±0.5℃。裸鼠取俯臥位，選定掃描模式和成像范圍，分別記錄前對照、紅光和藍光各照射10min后裸鼠大椎穴后穴區熱像圖和微循環血流圖像。

2.4 數據分析

用圖像軟件進行熱像圖和血流值 [單位：Flux-PU（灌注量）=CMBC（測量體積內血細胞濃度）×V（平均血細胞運動速度）]提取和分析，并進行定量化統計分析。統計結果以均數±標準差（x±s）表示。

3 測試結果

3.1 穴位照射后動物溫度變化

紅光LED照射組照射前，穴區平均溫度為33.93℃，照射10min后，穴區平均溫度為34.24℃，平均升高0.51℃，穴區溫度顯著增加（P<0.05）；藍光LED照射組照射前，穴區平均溫度為33.31℃，照射10min后，照射后平均溫度為34.13℃，平均升高0.82℃，穴區溫度顯著增加（P<0.05）。

3.2 穴位照射后動物體表微循環變化

紅光LED照射組照射前，平均值為318.55± 11.66，照射10min后，平均值為366.6±17.42，平均增加百分比為15.08%（P<0.05）。藍光LED照射前平均值為550.35±36.49，照射10min后平均值為723.2±33.86，平均增加百分比為30.41%（P<0.05）。

紅光LED與藍光LED照射前后樣本組溫度及血流微循環指標均有明顯變化，差異有顯著統計學意義。

4 小結

LED光針灸是結合了中醫、光學和電學的綜合性技術，具有一定應用前景。本文自主設計并制作了LED光針灸儀，并進行了不同波長LED照射裸鼠大椎穴對比實驗。

實驗表明，紅光LED與藍光LED照射10min后，穴區溫度均顯著增加，其中紅光照射后平均升高0.51℃，藍光照射組平均升高0.82℃。同時，血流微循環也均有不同程度改善，其中紅光照射后平均增加15.08%，藍光照射組平均增加30.41%。

溫度和血流反映了局部組織代謝變化，針灸重要作用就是對溫度和血流影響，由實驗結果可見，LED光針灸可對生物體局部溫度和血流產生影響，為下一步LED光針灸儀優化設計以及不同波長LED照射效應研究提供支持。

參 考 文 獻

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