一種全自動艾灸儀的研制與應用

高 棟 李鄉云 劉恩玲

1.山東省沂南縣中醫醫院，山東沂南276300；2.山東省沂南縣疾病預防控制中心，山東沂南276300

醫療器械的自動化、智能化是一大發展趨勢，特別中醫治療設備更需要現代化。醫院現在灸療方法為傳統艾灸法和艾灸儀灸療。缺點：傳統艾灸法醫生工作量大、煙霧大、患者舒適度差，意見大（督灸等方法患者躺一個多小時不能動）；我院有幾臺艾灸儀達不到傳統艾灸的治療效果。根據臨床需要想克服這些問題，我們通過大量臨床調查了解，設計一款由中心處理器、探測器、傳感器、驅動器、三維電動床等基本部件組成。這種設備即減輕醫生工作負擔也能解決排煙問題又能達到傳統艾灸的治療效果，目前這款治療儀已經獲得一項國家發明專利（申請公布號：2018105481491）。在治療過程中，由于燃燒的艾絨或艾條懸吊在設備上患者可以改變體位休息，增加患者治療舒適度。也可以多個穴位一次性完成艾灸，灸療醫生省時省力。

1 材料與方法

1.1 三維移動電動床

床面運動的三維立體移動是由三個馬達完成。M1 完成床面升降移動，用來調節艾灸頭到患者的皮膚的距離，可以手動用控制器調節，也可以用設置程序調節，主要是在艾灸的過程中根據患者的耐受力和艾灸頭的熱力來調節；M2 完成床面前后移動；M3 完成床面左右移動。M2、M3 基本用程序來控制，在程序控制下來改變艾灸穴位，同時也能手動調節，當患者在灸療過程中移動了位置，艾灸點不在穴位上，可以用手動調節到設定位置。原來設計：有兩個馬達控制艾灸頭上下前后移動，艾灸頭移動排煙系統必須跟隨移動，這樣設計排煙系統很容易損壞，使用不方便，就改成現在這種方式，這種方式電源及控制系統線路全部設在非運動系統，這樣線路不容易損壞，排煙系統也不需要移動，增強設備穩定性，這是本設備的設計亮點。但是這種方式的缺點是馬達功率大，設備占空間也大。

1.2 吸煙、排煙系統

研究表明，施灸過程中，艾灸室內空氣污染物氮氧化合物、一氧化碳和飄塵的含量濃度均高于國家環保法所規定的二級標準值數十倍之多[1-2]。艾灸煙可增加針灸醫生慢性咽炎的患病風險多[3]。不管是對個人還是對環境，艾灸除煙都是勢在必行。排煙管路接室外抽風機（參考生物安全柜的排氣方法），床體上面集煙罩將煙塵收集到排煙管路，經過過濾網過濾，經抽風機排到室外。抽風機控制原理：煙塵傳感器是感應艾灸室內有煙塵時，中心處理器發出指令，驅動板驅動抽風機工作，并且根據煙塵的濃度調節抽風機的抽力。使室內空氣保持潔凈，經過濾網過濾的煙塵基本達到排放標準。集煙罩下端艾灰過濾裝置，設計方案：經過多次操作測試，使用各種不同孔徑的絲網搖篩艾灰，觀察艾灰掉落情況，最終采用60 目絲網盛放艾灰。

1.3 中心處理器

整臺設備由觸摸屏與單片機控制，三維電動床的三維移動、傳感器工作狀態、控制面板的顯示、工作程序的寫入、艾灸頭的工作狀態等都由單片機來完成[4-6]。設備使灸前由醫生將艾灸模式寫到中心處理器，單片機內儲存著多種艾灸模式，這些工作模式是由多名有經驗的艾灸醫生提供的，通過層層篩選和臨床驗證才錄用的。在艾灸過程中通過導航跟蹤傳感器反饋信號對每個艾灸的穴位精準定位，確定第一個使灸穴位開始灸療，根據程序設定灸完一個穴位，由中心處理器發出指令到驅動板，再灸另一個穴位，按循序完成整個灸療過程，并在顯示屏上顯示整個灸療過程。在灸療過程中也可以隨時修正艾灸狀態，如由于患者耐熱程度不同，需要改變灸頭到皮膚的距離、改變艾灸穴位和調整艾灸位置等。

1.4 溫度探測器

溫度探測器測試艾灸穴位艾灸時表皮的溫度（與紅外線體溫計原理相同），防止燒燙傷，根據測試溫度值調節艾灸頭到皮膚的距離。熱對皮膚、皮下組織的損傷程度，只要取決于溫度數值和熱作用時間[7]。臨床醫學中，42 ～45℃內細胞死亡方式為凋亡，而不同細胞引起凋亡的溫度、時間相差很大。對敏感組織43℃時，30min 可能引起廣泛的細胞凋亡。當溫度達到45℃時，壞死細胞的數量將迅速增加，溶酶體酶活性也開始增加，其崩解釋放的消化酶使損傷細胞蛋白消化溶解[8]。49℃熱源持續作用皮膚3min 可致表皮損傷，超過9min 表皮將壞死[9]。當艾灸穴位皮膚超過設定溫度時，溫度探測器測試的溫度值通過傳感器傳到中心處理器，中心處理器將信息傳遞到到驅動板，驅動板驅動馬達運轉，使艾灸頭到皮膚的距離加大，反之當艾灸穴位皮膚低于設定溫度時，就減小艾灸頭到皮膚的距離。

1.5 驅動板

寫入信息由中心處理器將信息傳到驅動板，或者由傳感器反饋信息作用于驅動板驅動馬達運轉或停止，是艾灸頭到設定位置并設定停留時間（即灸療時間）。驅動板實際就是功率轉換控制板，將單片機發出的低功率信號轉換大功率信號，實現了弱電控制強電的轉換，同時電氣系統通過驅動板隔離了強電的干擾信號。驅動板的設置，有效的減少電子線路的故障，提高設備的使用率。同時也控制抽風機馬達工作與停止。

1.6 傳感器

治療床面運動限位、灸療穴位、灸頭到皮膚的距離、工作流程完成提示與設備故障報警等都是由傳感器來完成。

1.7 控制面板

控制面板包括顯示裝置、操作裝置、急停裝置等[10]。顯示裝置：通過觸摸屏選擇艾灸模式、艾灸穴位、艾灸軌跡，輸入工作流程[5]，設置完工作流程后，進入工作狀態，顯示全工作過程，顯示艾灸時間，顯示通過傳感器傳到單片機的信息，顯示艾灸的穴位，正在艾灸的穴位皮膚的溫度等；操作裝置：操作床面上下、左右、前后移動，也控制抽風機的工作狀態。急停裝置：用于設備失控或有危險時緊急停止工作用，一個灸療流程沒有結束時，需要停止灸療，也可以用急停按鈕停止工作。當檢測到正在艾灸的穴位皮膚溫度高于設定溫度時會報警，當檢測到溫度過高時（高出設置溫度5℃時），床面會自動下降10cm，并且急停裝置工作，整個工作流程結束，安全隱患解除以后，可以重新設置再繼續工作。

1.8 艾灸頭

艾灸頭是懸掛在設備上方，由多種規格的灸頭組成，各種灸頭可以相互置換：圓形鋼絲網容器其上有卡口，大小多個規格，圓形鋼絲網內放艾絨，用于穴位灸療，根據穴位不同更換不同規格的艾絨容器；窄長方形鋼絲網容器其上有卡口，內裝艾絨，多用于督灸；也可以直接將艾條裝在艾條固定器上，用于穴位灸療。鋼絲網容器卡扣接在煙塵收集罩上，煙塵收集器接在排煙系統上。單穴位艾灸條固定裝置：根據需要可以更換艾條夾持器接在煙塵收集罩上，用艾條灸療。

2 結果

目前國內外尚未報道同類用于艾灸的治療設備，而與傳統設備和電加熱艾灸設備相比[11]，這款設備有一下核心技術：（1）獨特的三維艾灸床在單片機的控制下完成多穴位艾灸一次完成，特別是在做督灸時，減少治療時間、增加治療效果、患者在治療過程中可以適當改變體位增加舒適感。一位灸療大夫可以同時給多位（5 ～10 位）患者使用艾灸儀進行灸療，并且能保障傳統灸療的效果，增加工作效率，減輕醫生負擔。治療床的三維移動方式電源及控制系統線路全部設在非運動系統，這樣線路不容易損壞，減少設備故障率。還設有急停開關鍵，能讓患者在感覺不適時迅速安全的停止治療，減少風險發生。這樣凸顯設備設計個性化。（2）排煙系統的設計，降低污染。傳統艾灸盒、手持艾條穴位艾灸、督灸等方法室內空氣污染嚴重，對患者和使灸者的健康危害特別大，使用吸煙過濾器排煙效果差、氣味重、噪聲大、勞動量大、成本高，2 ～ 3d 換一次過濾網，過濾網還不能重復使用。使用外排式排放一切問題都解決了。（3）艾灸頭的設計方便各種灸療方法的開展，也可以使用艾條使灸，能達到傳統灸療的效果。

目前該款設備樣機已投入臨床試用階段，關鍵是穴位精準度的調試，使用情況基本能達到預想的效果。

3 討論與結論

現在我們國家加強中醫文化建設，大力開展各種中醫療法，艾灸是一種古老的中醫療法[12]，醫院和中醫診所都開展了的多種艾灸療法，艾灸能夠治療各種疼痛性疾病、頸椎病、腰間盤突出、肩周炎、靜脈炎、末梢神經炎、關節炎、腰腿痛、腹痛、腹瀉、扭傷紅腫疼痛、面神經麻痹、中風、半身不遂、高血壓。內、外、婦、兒、五官科、神經系統、泌尿、內分秘調節儀對減肥、祛斑、美白、調節內分泌、對乳腺增生、乳腺囊性腫瘤、纖維瘤、女性更年期綜合征、盆腔炎、附件炎、痛經、風濕性關節炎等疾病。對這些疾病特別是慢性病有很好的療效[13-15]，但中醫艾灸設備相對西醫來說比較少，自動化程度高的艾灸設備更少，中醫醫療設備科研人員數量有限，接觸中醫設備的設備科研人員更少。在醫療設備展會上也有類似設備，但是與臨床需求相差甚遠，達不到艾灸的效果。因此設計制造這種艾灸設備用于臨床治療，將有助于提高我國在中醫艾灸設備水平，造福患者。