浅谈智能化艾灸设备设计原理

李立国，付红光，周学军，郑俊超，高希言，肖红恩

（1.郑州卫生健康职业学院；2.河南中医药大学；3.河南智领医疗设备有限公司，河南 郑州 450000）

艾灸疗法具有温经散寒、活血止痛和防病保健的作用，是一种临床疗效确切、应用范围广泛的中医传统治疗方法。灸疗历史悠久，历代医家在长期医疗实践中，提出了许多认识，如艾炷底部直径的要求要有3分大“灸不三分，是谓徒冤”，孙思邈对灸量提出“外气务生，内气务熟”的“灸之生熟”说，形成了多种灸法，亦有灸后需留瘢痕，都是为了达到一定的施灸量，才有好的效果。透灸法是在施灸时，使热量透达至机体深部组织，产生明显的灸感，达到气血调和、经络疏通的一种灸治方法。

“透灸”是河南中医药大学高希言教授多年灸疗科研和临床成果。灸疗器具是施行灸疗的一个重要环节，其功能直接影响灸疗效果及应用推广。目前，传统灸疗方法和灸疗器具实现透灸效果很难或成本很高并且操作繁杂，浪费人力，烟雾粉尘不能得到较好的控制，容易造成环境污染、资源浪费，及危害医务工作者的身体健康等不良影响。现有灸疗存在环境污染（烟、味污染）、温控差、安全性低（易烫伤）、人工依赖性高四大瓶颈问题，严重影响灸疗的透灸效果和临床疗效，限制灸疗的推广和使用。虽然已经研制了系列透灸器具在临床中应用，取得了一定成绩，积累了丰富经验，但仍然不能克服四大瓶颈问题。因此，在前期透灸器具研究和应用的基础上，研制出符合透灸效果、便于临床推广使用的智能透灸设备迫在眉睫。因此，笔者根据临床应用需要设计出一种智能化艾灸设备，介绍如下。

1 设计思路

目前传统灸疗方法和灸疗器具温度、透灸效果难以实时掌控，且成本偏高、操作繁杂，浪费人力物力，烟雾粉尘污染，资源浪费。灸疗中，传统明火灸疗具有得天独厚的优势，虽然有众多现在光电仿制艾灸施灸的仪器，但都不能够达到透灸标准，不能完全发挥传统艾灸的良好疗效。

实践和研究表明，温热和光热效应是灸疗疗效的关键。很对艾灸治疗的病人，都需要达到“透灸”效果才能够真正实现治疗的目的。这就需要大面积、长时间“透灸”来保证疗效。现代明火灸疗器具不能智能控温，要实现大面积、长时间“透灸”，只能通过大量人工操作来实现，并且容易因人为因素导致患者烧烫伤医疗事故现象的发生。

浙江大学2013 年研究报告指出，长期工作在中医院艾灸室的医务人员，吸入的有害物质超过联合国推荐的安全标准200 倍。浙江大学2013 年的研究报告指出：一根艾条燃烧所产生的焦油相当于20 ～40 根中等焦油香烟产生的焦油。同时艾灸后会在衣物、环境中遗留1 周左右的味道，甚至有报道大夫或患者出现艾烟、艾味过敏病例。

灸疗治疗应针对施灸个体差异进行灵活治疗调整。艾灸疗法特别是应用最广泛的悬灸（温和灸），需要熟练的技师手持艾条对准穴位操作。操作者要不断地观察和询问被灸者的感觉，并随着艾条燃烧变短不断地调整温度（距离）。并且注意及时清除灸条上的灰，以避免烫伤被灸者。这就导致治疗耗费人工，费时费力，这也是艾灸治疗费用不断上涨的主要原因，很多中医院不愿意提供艾灸治疗服务的主要原因之一。这就要求理想的灸疗器要能够适应各种方案、差异和调整。

针对艾灸目前存在的诸多问题，本研究综合运用燃烧学、传热学、空气动力学、污染控制学等相关交叉学科理论和技术，针对性地提出改进缺点的具体解决方案，研制出智能化艾灸设备。

2 智能透灸设备构造

（1）智能透灸设备主要由主机、自动悬臂、隔离治疗单元三部分组成，由MCU 控制整机智能功能处理。

（2）治疗隔离单元为相对密闭空间。保留传统明火灸疗特色，通过电弧自动点燃艾条；单元内包含有艾条固定装置、排烟排气孔道、应急孔。根据治疗部位和个体差异可自由更换适宜治疗单元。通过多个温控单元，实时采集艾条温度、人体温度、密闭空间温度，达到精确实时控温。

（3）自动悬臂采用可伸缩可任意形变金属软管构成，排烟管道和供氧管道附着悬臂上，悬臂可任意角度、任意位置调整。可以实现治疗保健对象本人单独进行多体位个性化无线遥控操作功能。

（4）主机由电机控制单元、无线遥控通信单元、无线温控单元组、气泵控制单元和除烟除味单元组成。通过水和活性炭达到除烟彻底、除味彻底的效果。

通过对MCU 编程实现智能控制。

3 使用方法

（1）通过MCU 编程对供氧泵控制模块、无线遥控控制模块、控温模块、点火控制模块、除烟除味控制模块、电压保护电路模块及自由悬臂进行智能调控。

（2）将3 段长度为2 ～3cm 艾条固定于艾条槽内，通过操控面板启动主机，利用电弧点火器自动点燃艾条，利用第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别检测人体艾灸局位温度、艾条槽内部艾条燃烧温度和隔离罩内腔温度，根据设定温度值自动调控电磁阀的开启进而控制供氧泵的进氧量，调节艾条燃烧速率，如果温度偏低，可增加进氧量，加速艾条燃烧，以升高温度；若温度过高，人体艾灸部位感觉灼热，可减少进氧量，以降低温度。

（3）通过水和活性炭进行除烟、除味。另外，可根据实际需要，遥控自由悬臂进行雀啄灸、回旋灸等多重灸法及拔罐。

（4）隔离罩内防护网可防止艾灰掉落以免烫伤人体，并可根据使用情况随时更换，施灸完毕,关闭主机，待艾灰冷却以后,将艾灰倒出即可。

4 技术特点

（1）能够在保留传统明灸疗特色，实现透灸疗效，通过电弧自动点燃艾条；通过采用耐高温耐腐蚀透明材质（有机玻璃、玻璃、橡胶或塑料）构建相对密闭空间的治疗隔离单元，为设备创造控烟、控味、控温的基础环境。

（2）利用相对密闭空间的治疗隔离单元，通过多个温控单元，根据实时采集艾条温度、人体温度、密闭空间温度的数据改变来控制进氧量和艾条燃烧值，达到精确实时控温，建立安全保障；利用相对密闭空间的治疗隔离单元，采用碳水双重技术解决灸疗烟、味污染问题；利用自动悬臂实现雀啄灸、回旋灸等多重灸法及拔罐功能。

（3）通过MCU 编程对电机控制单元、无线遥控通信单元、无线温控单元组、气泵控制单元、除烟除味单元、自动悬臂单元、隔离治疗单元实现智能控制，达到自我进行多体位个性化无线遥控操作功能。

5 结语

本设备综合运用针灸学、人体工程学、机械动力学、电子信息学、燃烧学、传热学、污染控制学等相关交叉学科理论和技术；采用人体工程学、材料工程学、机械动力学等技术解决透灸设备透明隔离治疗单元和自动悬臂的构造问题；采用空气动力学、电子信息学、燃烧学技术方法解决自动点火和温度实时控制问题；采用污染控制学方法解决艾烟、艾味污染问题；采用MCU 集成电路和机械工程学技术解决整机智能控制问题。在继承传统灸疗器具优点的基础上，同时具有透灸效果好、智能操作、使用简便、安全环保、节约人力物力、设计更人性化、智能化等特点，具有较高的临床应用和市场推广价值。