台式控温艾灸仪的研制

杨柳，黄双燕，林晓鑫，林鑫海，韩琼，薛辉，江浩（通信作者）

1 福建中医药大学 （福建福州 350122）；2 福州大学 （福建福州 350122）

近年来，艾灸疗法已得到临床人员与科研人员的广泛关注。研究发现，温热刺激是艾灸取效的关键因素，温度是温热效应的量化表现形式，艾灸的刺激量可以通过灸温来体现[1]，而且不同的灸温干预所产生的临床疗效亦有差异[2-3]，且已在分子生物学领域得到了验证[4]。目前，实施艾灸多采用人工操作，费时费力，且对灸温把控差，易发生烧伤的意外情况[5]，产生的艾烟也具有一定的不良刺激[6]，这些不利因素都局限了艾灸的临床应用。以温度为量化指标的可控性操作和减少艾烟是提高艾灸疗效及安全性的关键环节，因此，应加强与物理学、生物传热学等多学科、多领域的跨行业交叉研究[7]。本研究在前期研制的基础上[8]，经过反复多次实验，研制出携带方便、放置灵活、温控除烟的新型台式艾灸仪，且已申请国家专利，现报道如下。

1 台式艾灸仪设计方案

1.1 仪器结构

1.1.1 外观结构

该仪器整体外观类似一盏台灯（图1～2），由底座、支架和艾灸罩3部分组成；底座呈四方体,平面上有显示温度的OLED液晶显示屏、按键（包括电源按键和温度设置按键），后方有充电端口；支架呈圆柱形，由上臂和前臂组成；艾灸罩由罩头、罩环和罩口3部分组成，罩环为内小外大的圆环，呈圆台状；罩口外层安装有60目钢丝的阻灰网及隔氧板；使用螺栓、螺母将上臂与底座、上臂与前臂、前臂与艾灸罩分别进行铰接。

图1 台式温控灸仪外观结构

图2 台式温控灸仪矢状面

1.1.2 内部结构

该仪器内部主要由控温调温系统、动力系统、烟雾过滤吸附系统、内外电源、固定连接装置等组成，见图3～4。其中，控温调温系统主要由底座内部32位STM32F103C8T6系列芯片、16位模拟数字转换器与放置在罩口的温度传感器组成；动力系统主要由底座内的步进电机、前臂中空下端的收绳器、前臂与上臂的内壁槽孔牵引绳、罩头内的艾条钉、能带动艾条移动的弹簧及固定艾条的凹槽组成，它们之间均相互连接，共同完成艾条的移动；烟雾过滤吸附系统由罩头与中空双层罩环组成；内外电源由可放置在底座内的内源性蓄电池与底座后接外源电源的端口组成；固定连接装置包括芯片与液晶显示屏、电源按键、温度设置按键、温度传感器、步进电机等各种导线的连接。

图3 底座和支架内部结构

图4 艾灸罩内部结构

1.2 灸温调控的工作原理

灸温调控工作由控温调温系统和动力系统完成，见图5。首先，温度传感器采集施灸时皮肤表面温度，再通过数字转换器将数字信号传送至芯片；芯片接收到温度信号后与原设定的温度进行比较，然后发出控制信号调控动力系统工作；当接收到的温度高于设定温度时，步进电机控制收绳器拉紧、收缩牵引绳，带动固定钉，使艾条远离施灸皮肤；当艾条燃烧变短，距离皮肤更远，温度传感器检测到温度低于设定温度时，步进电机控制收绳器放开牵引绳，牵引绳结合弹性结构的压缩弹簧往外顶的弹力，将艾条向外推送，接近皮肤，使温度达到预设值[9]，从而实现施灸过程灸温恒定在设定范围内。上述温度变化均能在显示屏上实时显示，从而体现当前仪器的工作状态。

图5 灸温调控的工作原理

1.3 烟雾过滤吸附的工作原理

中空层上小下大且放置有活性炭的艾灸罩环，放置吸附棉的艾灸罩头与前臂和上臂的中空结构相通，艾灸罩环的内壁设计有多个空洞且外壁密闭，这些特点均有利于施灸过程艾烟的吸附。依据空气流动原理，艾条燃烧所产生的烟雾易向外周、上方扩散，从罩环内壁的空洞扩散至罩环中空结构，并被活性炭吸收过滤，再被罩头内的吸附棉进一步吸收，从而减少艾烟的不良刺激。

2 台式艾灸仪使用方法

首先，操作者打开隔氧板和阻灰网，将点燃的艾条（约长6 cm）插入艾条底座的圆柱形凹槽内，并用固定钉固定好，扣好阻灰网，调好隔氧板孔距的大小；然后，将艾灸仪放置在施灸部位，调好上臂、前臂及艾灸罩的角度，使点燃的艾条中心对准施灸穴位；接着，打开电源，依据患者病情及预计值来设置温度范围，通过温度按键调节精确至小数点后一位数，OLED液晶显示屏将会显示目标温度范围；之后，放置在艾灸罩罩口的温度传感器就开始实时收集施灸温度，控温调温系统也开始启动，烟雾过滤吸附系统也同步工作；操作结束后，移去仪器，关闭电源，打开隔氧板和阻灰网，取出残留的艾条，再卸下艾灸罩环与罩头，更换吸附棉与活性炭，并再次装好，扣上隔氧板和阻灰网，为下次操作做好准备。具体操作步骤见图6。

图6 台式艾灸仪临床应用操作示意

3 台式艾灸仪的特色与创新点

3.1 温度可控，提高疗效

该仪器的核心控制采用了STM32F103C8T6系列芯片，温度传感器采用热敏电阻，其可精确地监测施灸温度，还可形成闭环式反馈调控，从而指挥动力系统实现艾条自动伸长与回缩，保证施灸过程温度稳定在设置范围，达到预期灸温刺激量，以提高疗效。

3.2 吸除烟雾，减少刺激

该仪器的结构设计有利于烟雾扩散，活性炭及吸附棉双重吸收过滤可减少艾烟产生量，从而扩大艾灸的适用人群。

3.3 应用灵活，方便操作

该仪器应用转轴连接，使上臂、艾灸罩可以变换不同角度，以适应人体不同的施灸部位；该仪器既可采用外部电源，又可采用内部蓄电池，使用更加方便。

3.4 燃烧充分，节约成本

依据前期艾条燃烧速度的实验数据与施灸时间的要求（10～15 min），该仪器使用10 cm高的艾灸罩及6 cm长的艾条、圆台状的艾灸罩环、密闭的外壁、可调节施灸孔开口大小的隔氧板，并以弹簧的弹力来推送艾条，这些设计既可保证艾条充分燃烧，又可有效降低艾条与流动空气接触的速率，使其燃烧速度缓和稳定，利用率高，从而节约成本，提高经济效益。

3.5 携带方便，放置稳定

该仪器整体上类似于小型台灯，多个组成部分可以自由装卸，如艾灸罩、上臂、前臂、隔氧板、阻灰网等，便于携带与组装；在底座内与前臂的下端安装具有一定重量的温度调控配件、蓄电池、步进电机及相应的填充物，以确保整个艾灸仪的重心落在底部，保证其放置的稳定性。

综上所述，新研制的台式艾灸仪结合艾灸疗法的作用机制，设计上充分考虑外观、结构与功能，创新性地克服了影响艾灸疗效的不利因素，有利于艾灸疗法向临床、社区与家庭的应用推广。