淺談智能化艾灸設備設計原理

李立國，付紅光，周學軍，鄭俊超，高希言，肖紅恩

（1.鄭州衛生健康職業學院；2.河南中醫藥大學；3.河南智領醫療設備有限公司，河南 鄭州 450000）

艾灸療法具有溫經散寒、活血止痛和防病保健的作用，是一種臨床療效確切、應用范圍廣泛的中醫傳統治療方法。灸療歷史悠久，歷代醫家在長期醫療實踐中，提出了許多認識，如艾炷底部直徑的要求要有3分大“灸不三分，是謂徒冤”，孫思邈對灸量提出“外氣務生，內氣務熟”的“灸之生熟”說，形成了多種灸法，亦有灸后需留瘢痕，都是為了達到一定的施灸量，才有好的效果。透灸法是在施灸時，使熱量透達至機體深部組織，產生明顯的灸感，達到氣血調和、經絡疏通的一種灸治方法。

“透灸”是河南中醫藥大學高希言教授多年灸療科研和臨床成果。灸療器具是施行灸療的一個重要環節，其功能直接影響灸療效果及應用推廣。目前，傳統灸療方法和灸療器具實現透灸效果很難或成本很高并且操作繁雜，浪費人力，煙霧粉塵不能得到較好的控制，容易造成環境污染、資源浪費，及危害醫務工作者的身體健康等不良影響。現有灸療存在環境污染（煙、味污染）、溫控差、安全性低（易燙傷）、人工依賴性高四大瓶頸問題，嚴重影響灸療的透灸效果和臨床療效，限制灸療的推廣和使用。雖然已經研制了系列透灸器具在臨床中應用，取得了一定成績，積累了豐富經驗，但仍然不能克服四大瓶頸問題。因此，在前期透灸器具研究和應用的基礎上，研制出符合透灸效果、便于臨床推廣使用的智能透灸設備迫在眉睫。因此，筆者根據臨床應用需要設計出一種智能化艾灸設備，介紹如下。

1 設計思路

目前傳統灸療方法和灸療器具溫度、透灸效果難以實時掌控，且成本偏高、操作繁雜，浪費人力物力，煙霧粉塵污染，資源浪費。灸療中，傳統明火灸療具有得天獨厚的優勢，雖然有眾多現在光電仿制艾灸施灸的儀器，但都不能夠達到透灸標準，不能完全發揮傳統艾灸的良好療效。

實踐和研究表明，溫熱和光熱效應是灸療療效的關鍵。很對艾灸治療的病人，都需要達到“透灸”效果才能夠真正實現治療的目的。這就需要大面積、長時間“透灸”來保證療效。現代明火灸療器具不能智能控溫，要實現大面積、長時間“透灸”，只能通過大量人工操作來實現，并且容易因人為因素導致患者燒燙傷醫療事故現象的發生。

浙江大學2013 年研究報告指出，長期工作在中醫院艾灸室的醫務人員，吸入的有害物質超過聯合國推薦的安全標準200 倍。浙江大學2013 年的研究報告指出：一根艾條燃燒所產生的焦油相當于20 ～40 根中等焦油香煙產生的焦油。同時艾灸后會在衣物、環境中遺留1 周左右的味道，甚至有報道大夫或患者出現艾煙、艾味過敏病例。

灸療治療應針對施灸個體差異進行靈活治療調整。艾灸療法特別是應用最廣泛的懸灸（溫和灸），需要熟練的技師手持艾條對準穴位操作。操作者要不斷地觀察和詢問被灸者的感覺，并隨著艾條燃燒變短不斷地調整溫度（距離）。并且注意及時清除灸條上的灰，以避免燙傷被灸者。這就導致治療耗費人工，費時費力，這也是艾灸治療費用不斷上漲的主要原因，很多中醫院不愿意提供艾灸治療服務的主要原因之一。這就要求理想的灸療器要能夠適應各種方案、差異和調整。

針對艾灸目前存在的諸多問題，本研究綜合運用燃燒學、傳熱學、空氣動力學、污染控制學等相關交叉學科理論和技術，針對性地提出改進缺點的具體解決方案，研制出智能化艾灸設備。

2 智能透灸設備構造

（1）智能透灸設備主要由主機、自動懸臂、隔離治療單元三部分組成，由MCU 控制整機智能功能處理。

（2）治療隔離單元為相對密閉空間。保留傳統明火灸療特色，通過電弧自動點燃艾條；單元內包含有艾條固定裝置、排煙排氣孔道、應急孔。根據治療部位和個體差異可自由更換適宜治療單元。通過多個溫控單元，實時采集艾條溫度、人體溫度、密閉空間溫度，達到精確實時控溫。

（3）自動懸臂采用可伸縮可任意形變金屬軟管構成，排煙管道和供氧管道附著懸臂上，懸臂可任意角度、任意位置調整。可以實現治療保健對象本人單獨進行多體位個性化無線遙控操作功能。

（4）主機由電機控制單元、無線遙控通信單元、無線溫控單元組、氣泵控制單元和除煙除味單元組成。通過水和活性炭達到除煙徹底、除味徹底的效果。

通過對MCU 編程實現智能控制。

3 使用方法

（1）通過MCU 編程對供氧泵控制模塊、無線遙控控制模塊、控溫模塊、點火控制模塊、除煙除味控制模塊、電壓保護電路模塊及自由懸臂進行智能調控。

（2）將3 段長度為2 ～3cm 艾條固定于艾條槽內，通過操控面板啟動主機，利用電弧點火器自動點燃艾條，利用第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和第三溫度傳感器分別檢測人體艾灸局位溫度、艾條槽內部艾條燃燒溫度和隔離罩內腔溫度，根據設定溫度值自動調控電磁閥的開啟進而控制供氧泵的進氧量，調節艾條燃燒速率，如果溫度偏低，可增加進氧量，加速艾條燃燒，以升高溫度；若溫度過高，人體艾灸部位感覺灼熱，可減少進氧量，以降低溫度。

（3）通過水和活性炭進行除煙、除味。另外，可根據實際需要，遙控自由懸臂進行雀啄灸、回旋灸等多重灸法及拔罐。

（4）隔離罩內防護網可防止艾灰掉落以免燙傷人體，并可根據使用情況隨時更換，施灸完畢,關閉主機，待艾灰冷卻以后,將艾灰倒出即可。

4 技術特點

（1）能夠在保留傳統明灸療特色，實現透灸療效，通過電弧自動點燃艾條；通過采用耐高溫耐腐蝕透明材質（有機玻璃、玻璃、橡膠或塑料）構建相對密閉空間的治療隔離單元，為設備創造控煙、控味、控溫的基礎環境。

（2）利用相對密閉空間的治療隔離單元，通過多個溫控單元，根據實時采集艾條溫度、人體溫度、密閉空間溫度的數據改變來控制進氧量和艾條燃燒值，達到精確實時控溫，建立安全保障；利用相對密閉空間的治療隔離單元，采用碳水雙重技術解決灸療煙、味污染問題；利用自動懸臂實現雀啄灸、回旋灸等多重灸法及拔罐功能。

（3）通過MCU 編程對電機控制單元、無線遙控通信單元、無線溫控單元組、氣泵控制單元、除煙除味單元、自動懸臂單元、隔離治療單元實現智能控制，達到自我進行多體位個性化無線遙控操作功能。

5 結語

本設備綜合運用針灸學、人體工程學、機械動力學、電子信息學、燃燒學、傳熱學、污染控制學等相關交叉學科理論和技術；采用人體工程學、材料工程學、機械動力學等技術解決透灸設備透明隔離治療單元和自動懸臂的構造問題；采用空氣動力學、電子信息學、燃燒學技術方法解決自動點火和溫度實時控制問題；采用污染控制學方法解決艾煙、艾味污染問題；采用MCU 集成電路和機械工程學技術解決整機智能控制問題。在繼承傳統灸療器具優點的基礎上，同時具有透灸效果好、智能操作、使用簡便、安全環保、節約人力物力、設計更人性化、智能化等特點，具有較高的臨床應用和市場推廣價值。