仿真智能灸疗仪的研制

仿真智能灸疗仪的研制
福建中医药大学针灸学院，福建福州350122)
【摘要】灸疗在临床上广泛应用，灸疗器械亦随着灸疗的普遍应用而快速发展，灸疗的自动化、智能化是一大发展趋势。

针对传统艾灸与常见艾灸仪的不便与局限性，本文以研发思路、结构模块、功能模块、讨论四个方面，介绍一款能够在不同体位模拟传统艾灸手法进行多部位治疗、自动控温的无烟仿真智能灸疗仪。

【关键词】智能仿真施灸；多穴同灸；防烫伤安全机制；抖灰洁净
一、研发思路
《外台秘要》言：“至于火艾，特有奇能。

”艾灸因其独特的疗效而广泛应用于临床疾病治疗；同时，亦用于养生保健，改善亚健康状态，在美容、抗衰老方面具有一定疗效。

受诸多因素影响，使灸疗难以保证统一的施灸标准而保证疗效；且灸疗时间长，极大提高人力成本[1]；此外，较高浓度的艾烟增加了医患双方呼吸道的患病风险等[2]。

目前艾灸仪的研究已取得一定进展，然而存在施灸范围局限、自动化程度不高等问题。

为了弥补传统艾灸操作和常见的艾灸仪的不足和弊端，课题组设计一种仿真智能灸疗仪，可在不同体位下模拟传统艾灸手法进行多部位治疗、实现自动控温，为艾灸的自动化操作提供一思路。

二、仿真智能灸疗仪总体设计
仿真智能灸疗仪系统分为结构模块、功能模块二部分。

结构模块包括工作单位、主机、支架。

功能模块包括仿真施灸手法模块、防烫伤安全机制模块、定时抖灰洁净模块及净烟模块。

（一）仿真智能灸疗仪结构模块
仿真智能灸疗仪结构模块由工作单位、主机、支架三部分构成。

见图1-1。

1.工作单位
工作单位由吸烟设备和工作头组成，工作头有单工位、多工位型号。

如图1-
2所示是单工位工作头由外围透明灸罩、吸烟罩、排气扇、固定板、定时抖灰器、旋转盘、可更换艾条夹持器、送风管、传送滑轨、储灰槽、百叶扇式接灰网、隔
离网、超声波测距模块、红外测温装置组成。

[i]
如图1-3所示是多工位工作头由弹性拱形支架、球形万向头和多个单工位工
作头组成，弹性拱形支架可自由拼接拆卸、可搭载不同数量工位工作头，内含可
伸缩排烟管道，以四工位工作头举例。

根据特定部位的相关疾病，可更换多工位工作头，实现不同体位下进行多穴
同灸。

以肩部四工位工作头举例，其可适用于肩部疾病，如肩周炎、肩袖损伤等，使用时根据患者体型，可自主调节弹性拱形支架和球形万向头，将四个工作头精
准定位在肩部腧穴上，实现灸疗过程的个体化。

图1
2.主机
主机内部设置有仿真智能灸疗系统主板、蓄电池、两级烟雾过滤器及通风口，主机应用STM32F767IGT6单片机作为控制系统核心，主机外壳设置有220V交流
电充电口，主机正上方配备的触摸屏为TK6071IP触摸屏，主机底端四个直角位
置设有万向轮。

3.支架
由可伸缩杆、转动轴等组成。

（二）仿真智能灸疗仪功能模块
1.智能仿真施灸模块
根据三维运动图像解析软件采集具有丰富临床经验医师施灸操作的手法参数，利用MATLAB建立仿真智能灸疗仪工作头施灸运动模型，得到灸疗仪工作头施灸
时的运动参数进而编写为程序。

仿真智能灸疗仪单片机控制系统如图2，可实现：一精确控制灸疗仪工作头
实现仿真施灸模式[3]，二实现与触摸屏TK6071IP的通信。

TK6071IP触摸屏既可
实现对单片机控制参数(如施灸模式、施灸时间)的设定或修改，另一方面可查询
或显示设定参数与工作状态或实际值[4]。

图2
仿真施灸模式如下：
（1）温和灸模式：联动传送滑轨与旋转盘配合，实时监测并调控工作头所
对应区域的体表温度在40℃～45℃的治疗温度范围，并保证安全施灸距离，仿真
模拟实现穴位或局部皮肤温和灸手法操作。

（2）雀啄灸模式：控制传送滑轨升降，调节升降频率（30次、45次、60次
/分钟），使艾柱上下移动，仿真模拟雀啄灸手法操作。

（3）回旋灸模式：控制旋转盘回旋频率（15转、30转/分钟），保持施灸
距离，匀速反复旋转地进行施灸，仿真模拟回旋灸手法操作。

（4）补泻模式：控制送风管风速大小，控制艾柱燃烧速度，“毋吹其火”，待其慢慢燃烧、自灭，使火力温和、时间稍长，仿真模拟艾灸之补法；“疾吹其火”，增大火势，增加艾条燃烧热量，提高对皮肤的刺激，仿真模拟艾灸之泻法。

如图3所示是仿真智能灸疗系统控制框图。

图3
2.防烫伤安全机制模块
通过工作头上的红外测温装置与主机内部的红外接收模块实时监测腧穴和施灸范围内体表温度，并将采集的信息数字可视化反馈于触摸屏，参照穴位得气效果的最佳温度设置腧穴温度阈值：即将40℃～45℃设置为灸疗仪的治疗温度范围[5]。

当温度高于45℃时，升降机传送滑轨控制艾柱夹持器上升，将体表温度再次调节至治疗温度范围内。

为避免艾柱下降太过，由隔离网上的超声波测距模块监测清灰百叶扇与艾柱点燃端的距离，并锁定安全距离为1cm，即最低艾柱下降高度。

此外，洁净装置的充分清灰效果能避免施灸过程中温度较高的艾灰或带有火星的艾绒掉落至皮肤引起的烫伤。

3.定时抖灰洁净模块
工作头上配备电磁脉冲定时抖灰装置，安装于固定板下方，具有体积微小、节能环保、力度可调、结构简单等特点；采用球形百叶窗接灰装置，在抖灰前，百叶窗关闭而形成密闭空间，电磁脉冲定时抖灰器根据艾条燃烧产灰速率定时启动，将艾灰抖落在闭合的百叶窗上，并停留数秒，使艾灰快速降温，在送风管的
风力作用下，将艾灰收集至储灰槽，避免了艾灰的堆积，能够实现热力充分利用、清灰完全、防止烫伤等目的。

4.净烟模块
一级过滤器为超细聚丙烯纤维热熔缠结制成的PP滤芯，二级过滤器为活性炭。

由吸烟设备将艾烟吸入两级过滤器中净化后，将空气从通风口排出。

三、讨论
目前艾绒品质良莠不齐，艾条制作工艺没有统一标准，艾绒不易抱团或火力
过强，都会增加烫伤的风险，期盼仪器弥补灸疗的不足，既避免烫伤皮肤，又保
证不同的艾绒产生相同的温热效应，以实现安全、有效、便捷的艾灸。

但中医艾
灸设备相对西医来说较少，能解决上述问题且自动化程度高的艾灸设备更少。

与
传统灸疗及常见仪器相比，本设计有三方面突出特点，一是智能模拟仿真艾灸手
法操作，不仅丰富灸疗的使用方式，而且规范了灸疗操作，提高了灸疗疗效，多
种模式对应不同病症更加智能化。

二是控温、除灰、净烟等功能使得灸疗过程更
加安全、舒适。

三是配备多个可更换的灸疗仪工作单位可满足使用者的各种需求，适应范围更加广泛。

本设计还存在以下几点仍需改进：1.进一步改良灸疗仪构造，以满足对于隔
物灸和温针灸等特殊施灸方式的需求。

2.针对艾灸的量效关系问题需纳入系统数
据中，完善软件客户端与硬件设备的联系；3.控制艾烟浓度在既可保证艾灸疗效，又可提高舒适性的范围内，做到只闻艾香、不见艾烟。

参考文献：
[1]王晓颖,张玉杰,杜美玲,等.新型艾灸仪研究进展[J].河南中医
2020,40(10):1618-1620.
[2]赵越洋,李万瑶.临床艾灸烟雾对针灸医生患慢性咽喉炎的影响.时珍国医
国药,2013, 24(7): 1801-1802.
[3]姚勇,毛雷,邢嘉祺,等.智能艾灸手法模拟系统的设计与实现[J].北京生物医学工程,2020, 39 (06):588-593.
[4]洪家平,周炳,高美珍.基于单片机的触摸屏在电子艾灸仪中的应用研究[J].湖北师范学院学报(自然科学版),2016,36(02)13-17.
[5]李梅,于建娟,王耀帅.不同灸温的调脂控炎效应及与瞬时受体电位通道香草酸亚型1的关系研究[J].现代实用医学,2021,33(01):9-11+16+2.
1.作者简介:刘国盛(1999- -),男,本科在读。

2.通讯作者:张学君(1981- -),男,医学博士，副教授研究生导师。

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