臺式控溫艾灸儀的研制

楊柳，黃雙燕，林曉鑫，林鑫海，韓瓊，薛輝，江浩（通信作者）

1 福建中醫(yī)藥大學(xué) （福建福州 350122）；2 福州大學(xué) （福建福州 350122）

近年來，艾灸療法已得到臨床人員與科研人員的廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，溫?zé)岽碳な前娜⌒У年P(guān)鍵因素，溫度是溫?zé)嵝?yīng)的量化表現(xiàn)形式，艾灸的刺激量可以通過灸溫來體現(xiàn)[1]，而且不同的灸溫干預(yù)所產(chǎn)生的臨床療效亦有差異[2-3]，且已在分子生物學(xué)領(lǐng)域得到了驗(yàn)證[4]。目前，實(shí)施艾灸多采用人工操作，費(fèi)時費(fèi)力，且對灸溫把控差，易發(fā)生燒傷的意外情況[5]，產(chǎn)生的艾煙也具有一定的不良刺激[6]，這些不利因素都局限了艾灸的臨床應(yīng)用。以溫度為量化指標(biāo)的可控性操作和減少艾煙是提高艾灸療效及安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，應(yīng)加強(qiáng)與物理學(xué)、生物傳熱學(xué)等多學(xué)科、多領(lǐng)域的跨行業(yè)交叉研究[7]。本研究在前期研制的基礎(chǔ)上[8]，經(jīng)過反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，研制出攜帶方便、放置靈活、溫控除煙的新型臺式艾灸儀，且已申請國家專利，現(xiàn)報道如下。

1 臺式艾灸儀設(shè)計方案

1.1 儀器結(jié)構(gòu)

1.1.1 外觀結(jié)構(gòu)

該儀器整體外觀類似一盞臺燈（圖1～2），由底座、支架和艾灸罩3部分組成；底座呈四方體,平面上有顯示溫度的OLED液晶顯示屏、按鍵（包括電源按鍵和溫度設(shè)置按鍵），后方有充電端口；支架呈圓柱形，由上臂和前臂組成；艾灸罩由罩頭、罩環(huán)和罩口3部分組成，罩環(huán)為內(nèi)小外大的圓環(huán)，呈圓臺狀；罩口外層安裝有60目鋼絲的阻灰網(wǎng)及隔氧板；使用螺栓、螺母將上臂與底座、上臂與前臂、前臂與艾灸罩分別進(jìn)行鉸接。

圖1 臺式溫控灸儀外觀結(jié)構(gòu)

圖2 臺式溫控灸儀矢狀面

1.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該儀器內(nèi)部主要由控溫調(diào)溫系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、煙霧過濾吸附系統(tǒng)、內(nèi)外電源、固定連接裝置等組成，見圖3～4。其中，控溫調(diào)溫系統(tǒng)主要由底座內(nèi)部32位STM32F103C8T6系列芯片、16位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與放置在罩口的溫度傳感器組成；動力系統(tǒng)主要由底座內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)、前臂中空下端的收繩器、前臂與上臂的內(nèi)壁槽孔牽引繩、罩頭內(nèi)的艾條釘、能帶動艾條移動的彈簧及固定艾條的凹槽組成，它們之間均相互連接，共同完成艾條的移動；煙霧過濾吸附系統(tǒng)由罩頭與中空雙層罩環(huán)組成；內(nèi)外電源由可放置在底座內(nèi)的內(nèi)源性蓄電池與底座后接外源電源的端口組成；固定連接裝置包括芯片與液晶顯示屏、電源按鍵、溫度設(shè)置按鍵、溫度傳感器、步進(jìn)電機(jī)等各種導(dǎo)線的連接。

圖3 底座和支架內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 艾灸罩內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 灸溫調(diào)控的工作原理

灸溫調(diào)控工作由控溫調(diào)溫系統(tǒng)和動力系統(tǒng)完成，見圖5。首先，溫度傳感器采集施灸時皮膚表面溫度，再通過數(shù)字轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號傳送至芯片；芯片接收到溫度信號后與原設(shè)定的溫度進(jìn)行比較，然后發(fā)出控制信號調(diào)控動力系統(tǒng)工作；當(dāng)接收到的溫度高于設(shè)定溫度時，步進(jìn)電機(jī)控制收繩器拉緊、收縮牽引繩，帶動固定釘，使艾條遠(yuǎn)離施灸皮膚；當(dāng)艾條燃燒變短，距離皮膚更遠(yuǎn)，溫度傳感器檢測到溫度低于設(shè)定溫度時，步進(jìn)電機(jī)控制收繩器放開牽引繩，牽引繩結(jié)合彈性結(jié)構(gòu)的壓縮彈簧往外頂?shù)膹椓?，將艾條向外推送，接近皮膚，使溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值[9]，從而實(shí)現(xiàn)施灸過程灸溫恒定在設(shè)定范圍內(nèi)。上述溫度變化均能在顯示屏上實(shí)時顯示，從而體現(xiàn)當(dāng)前儀器的工作狀態(tài)。

圖5 灸溫調(diào)控的工作原理

1.3 煙霧過濾吸附的工作原理

中空層上小下大且放置有活性炭的艾灸罩環(huán)，放置吸附棉的艾灸罩頭與前臂和上臂的中空結(jié)構(gòu)相通，艾灸罩環(huán)的內(nèi)壁設(shè)計有多個空洞且外壁密閉，這些特點(diǎn)均有利于施灸過程艾煙的吸附。依據(jù)空氣流動原理，艾條燃燒所產(chǎn)生的煙霧易向外周、上方擴(kuò)散，從罩環(huán)內(nèi)壁的空洞擴(kuò)散至罩環(huán)中空結(jié)構(gòu)，并被活性炭吸收過濾，再被罩頭內(nèi)的吸附棉進(jìn)一步吸收，從而減少艾煙的不良刺激。

2 臺式艾灸儀使用方法

首先，操作者打開隔氧板和阻灰網(wǎng)，將點(diǎn)燃的艾條（約長6 cm）插入艾條底座的圓柱形凹槽內(nèi)，并用固定釘固定好，扣好阻灰網(wǎng)，調(diào)好隔氧板孔距的大??；然后，將艾灸儀放置在施灸部位，調(diào)好上臂、前臂及艾灸罩的角度，使點(diǎn)燃的艾條中心對準(zhǔn)施灸穴位；接著，打開電源，依據(jù)患者病情及預(yù)計值來設(shè)置溫度范圍，通過溫度按鍵調(diào)節(jié)精確至小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)，OLED液晶顯示屏將會顯示目標(biāo)溫度范圍；之后，放置在艾灸罩罩口的溫度傳感器就開始實(shí)時收集施灸溫度，控溫調(diào)溫系統(tǒng)也開始啟動，煙霧過濾吸附系統(tǒng)也同步工作；操作結(jié)束后，移去儀器，關(guān)閉電源，打開隔氧板和阻灰網(wǎng)，取出殘留的艾條，再卸下艾灸罩環(huán)與罩頭，更換吸附棉與活性炭，并再次裝好，扣上隔氧板和阻灰網(wǎng)，為下次操作做好準(zhǔn)備。具體操作步驟見圖6。

圖6 臺式艾灸儀臨床應(yīng)用操作示意

3 臺式艾灸儀的特色與創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 溫度可控，提高療效

該儀器的核心控制采用了STM32F103C8T6系列芯片，溫度傳感器采用熱敏電阻，其可精確地監(jiān)測施灸溫度，還可形成閉環(huán)式反饋調(diào)控，從而指揮動力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)艾條自動伸長與回縮，保證施灸過程溫度穩(wěn)定在設(shè)置范圍，達(dá)到預(yù)期灸溫刺激量，以提高療效。

3.2 吸除煙霧，減少刺激

該儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于煙霧擴(kuò)散，活性炭及吸附棉雙重吸收過濾可減少艾煙產(chǎn)生量，從而擴(kuò)大艾灸的適用人群。

3.3 應(yīng)用靈活，方便操作

該儀器應(yīng)用轉(zhuǎn)軸連接，使上臂、艾灸罩可以變換不同角度，以適應(yīng)人體不同的施灸部位；該儀器既可采用外部電源，又可采用內(nèi)部蓄電池，使用更加方便。

3.4 燃燒充分，節(jié)約成本

依據(jù)前期艾條燃燒速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與施灸時間的要求（10～15 min），該儀器使用10 cm高的艾灸罩及6 cm長的艾條、圓臺狀的艾灸罩環(huán)、密閉的外壁、可調(diào)節(jié)施灸孔開口大小的隔氧板，并以彈簧的彈力來推送艾條，這些設(shè)計既可保證艾條充分燃燒，又可有效降低艾條與流動空氣接觸的速率，使其燃燒速度緩和穩(wěn)定，利用率高，從而節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 攜帶方便，放置穩(wěn)定

該儀器整體上類似于小型臺燈，多個組成部分可以自由裝卸，如艾灸罩、上臂、前臂、隔氧板、阻灰網(wǎng)等，便于攜帶與組裝；在底座內(nèi)與前臂的下端安裝具有一定重量的溫度調(diào)控配件、蓄電池、步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的填充物，以確保整個艾灸儀的重心落在底部，保證其放置的穩(wěn)定性。

綜上所述，新研制的臺式艾灸儀結(jié)合艾灸療法的作用機(jī)制，設(shè)計上充分考慮外觀、結(jié)構(gòu)與功能，創(chuàng)新性地克服了影響艾灸療效的不利因素，有利于艾灸療法向臨床、社區(qū)與家庭的應(yīng)用推廣。