罐具物理参数量化检测系统的研发

符美虹,史晓瑜,刘堂义,徐刚,杨华元

（上海中医药大学,上海 201203）

拔罐疗法可以是传统中医疗法中一种比较特殊的情况,这可能是唯一一种东西方许多国家在历史上都曾经采用的一种传统治疗方法。因此,可能由于这种缘固,ISO TC249（国际标准化组织中医药技术委员会）比较顺利地通过了一个抽气罐抽气装置的国际技术标准（ISO 19611：2017 traditional Chinese medicine-air extraction cupping device）。拔罐疗法古称“角法”,最早见于马王堆汉墓出土的《五十二病方》。拔罐疗法作为中医基本特色疗法在临床上得到广泛运用,且对其研究在不断地深入,在罐疗作用机制方面的研究取得了一定的成果[1-2]。拔罐疗法通过罐具内的负压,使局部组织充血、水肿,局部毛细血管破裂后对机体产生良性刺激作用和生物学作用。机体血管的扩张、血流量增加,可改善局部微循环,也可增强皮肤深层细胞的活力和血管壁的通透性,使局部温度升高,同时增加了局部组织的耐受性和抗病能力,通过反射机制调整机体全身[3-5]。但对其量化指标比如罐内负压、温度等因素的测量方法仍存在不足。因此研发一款简便实用的罐具物理参数量化检测系统,为罐具物理参数的量化提供新的方法和思路。

1 硬件制作

1.1 主要芯片

本系统所采用的主要数据处理芯片为 NI myRIO（美国国家仪器公司NI）。NI myRIO支持667 MHz双核ARM Cortex-A9可编程处理器和可定制的现场可编程门阵列（FPGA）,使开发者可以快速开发系统、解决复杂设计难题。这些都可以通过小巧方便的NI myRIO实现。本课题的系统是在NI myRIO的支持下展开的。

1.2 负压及温度检测传感器

本系统采用的传感器为BMP180负压温度模块（德国罗伯特·博世有限公司）,其检测的负压范围为30～110 kPa,温度范围为-40～85 ℃。在本系统中,将BMP180负压模块的相关引脚与myRIO的相关连接,通过自编的二次开发软件,即可以读取BMP180负压模块的负压和温度数据。具体的接线方法为,用杜邦线一侧母头先与传感器相连,另一侧母头与NI myRIO的左边A口相连,电源线接33,SDA接34,SCL接32,GND接30,传感器与NI myRIO连接。传感器将所获取的负压和温度信息,经过模数转换为数字信号,数字信号通过I2C总线传输给NI myRIO。NI myRIO上的LabVIEW程序读取 I2C总线传来的气温和负压的数字信号,并解码出负压和温度信息。NI myRIO同时将该信息通过无线或者USB的方式传输到电脑端的LabVIEW主界面上,通过随时间不断刷新负压和温度信息,且自动保存1023位点内的数据,得到负压和温度随时间变化的曲线。这样系统便实现了实时测量拔罐过程中,罐具内的负压和温度的动态变化。

2 软件设计

负压和温度传感器将所获取的负压和温度信息,经过模数转换为数字信号,数字信号通过 I2C总线传输给NI myRIO。NI myRIO读取I2C总线传来的气温和负压的数字信号,并解码出负压和温度信息。NI myRIO同时将该信息通过无线或者USB的方式传输到电脑端的 LabVIEW主界面上,通过随时间不断刷新负压和温度信息,且自动保存 1023位点内的数据,得到负压和温度随时间变化的曲线。

3 系统功能特点

本系统的特点为动态检测留罐过程中负压和罐内温度,且对整个拔罐治疗过程不产生任何影响。因而可以客观反应罐疗的参数变化,可开展罐疗法客观化研究,为罐疗法的量效研究提供一种新方法和手段。

4 系统功能测试——留罐过程中罐内负压和温度的变化概况

以抽气罐作为研究对象。暴露受试者施术部位腰部,用抽气筒连接气罐开始抽气,观察屏幕当负压曲线不能再向下的时候停止打气（即达到抽气罐的最大负压状态）,留罐5 min,保存图形和数据。

图1所示为抽气罐留罐过程中罐内负压的动态变化情况,即抽气罐抽气到最大负压时,罐内负压 5 min内的变化情况。气罐所能达到的最大负压为抽气停止时-24.50 kPa（图中是绝对值,即76.8 kPa）,在5 min之内的变化趋势大致斜率为 2/15,罐内负压在留罐过程中会缓慢减小。

图2所示为抽气罐留罐5 min过程中罐内温度的变化情况。罐内温度总体呈递增趋势,随着时间的变化从最初的22.5 ℃到5 min末的27.0 ℃。在另一个实验中,当留罐时间延长到8 min时,罐内温度到达最大值29.0 ℃后开始下降。

图2 抽气罐内温度变化曲线图（温度单位℃;横坐标5 min）

通过上面的初步观察,我们可以看到,抽气罐在留罐过程中,负压逐渐减小,而罐内温度会经历一个由升到降的过程,上升的原因可能是负压造成的局部血液积聚造成,之后随着负压的下降,血液积聚的情况减轻,罐内温度开始下降。这个负压和温度的变化,可能是罐疗法的作用机制之一。具体情况如何,有待进一步的实验进行验证。

5 讨论

近年来随着对罐疗作用机制的深入研究,负压和温度作为罐疗的主要量化参数[6-8],检测的方法也越来越多样化。对于罐疗中的负压和温度的测量仪器的研制虽然取得了一定的进展,但仍存在不足之处。如李亚明等[9]将温度计、真空表分别插接于钻孔的圆形橡胶软塞中,间隙处涂以万能胶粘固,再将插有温度计和真空表的橡胶软塞用万能胶分别粘固于拔火罐顶部的圆孔处,温度计测温端位于罐内中央,检测罐内的负压和温度值,用以观察罐内负压和温度的变化,对罐内温热的耐受性及负压与罐斑形成情况的关系。该装置中,应用温度计和真空表通过橡胶软塞固定于罐内测量温度和负压,操作方法复杂,需隔着罐具读取罐内的真空表和温度计内的数值,易在实验过程中因读数不当造成误差。仝小林等[10]为了测试不同因素条件下罐具内即刻真空压力的变化,特制了带有真空压力表的玻璃罐。先将玻璃罐具底部钻一个圆孔,再将中心带螺纹的有机玻璃柱与小圆孔对齐后用万能胶粘于罐底,在有机玻璃柱另一端安装一大小合适的真空压力表。真空压力表的数值需即刻读取,快速记录,不可自动保存。赵喜新等[11-12]用拔罐负压检测仪（自制）、负压抽气罐、计时器、温度计等观察时间因素、压力因素及双因素交互作用时罐斑颜色变化规律及背腰部不同部位罐斑的显色规律。罐具的负压和温度的测量需要使用不同的测量仪器,操作人员需同时记录罐内负压、温度和计时器的变化值,易造成数值的误差。卢静等[13]将Powerlab生理记录仪及压力传感器（量程±50 kPa）,通过塑胶管与罐具连接记录罐内负压变化情况,可得到负压随时间变化的曲线,用以探究火罐内压力变化及罐内负压对毫针进针深度影响观察。罐具连接压力感受器与生理记录仪将火罐内的即时压力值精确反应于电脑,能够做到读数准确。但只可测量罐内负压这一单个数据。李超群等[14-15]从温度角度继续探讨拔罐疗法对能量代谢影响的机理,进一步深入探寻拔罐疗法的作用规律。采用抽气罐（负压为-0.04 Pa）和温度采集仪（FLUKE2635）持续记录大椎穴拔罐前后膀胱经穴的体表温度相应的电阻值,保存测量结果后,经换算公式得到体表温度值。实验中温度采集仪需将电阻值经换算后获得温度值,操作繁琐,增大了所获体表温度值与实际值的误差。

本课题组基于Labview系统和BMP180负压温度模块研发的罐具物理参数量化检测系统,通过温度和压强传感器,动态获取罐具内负压和温度的数据,实现了同时、同步检测罐具内的负压和温度,相对而言,获得数据的方式比较客观,数据的精确度和传感器的灵敏度,大大提高了系统测试的质量,尽量避免了人为的主观因素造成的数据误差,系统操作及为简便,可以成为罐疗法量化研究工作的基本工具。初步的观察可以发现,罐疗法留罐过程中,罐内负压会逐渐减小,尽管检测的是抽气罐,但是还是观察到了罐体内温度有一个逐渐上升,然后缓慢的下降过程。前面是临床的共识,后者则是本次试验的新发现,即不需要“火”,抽气罐也有“火”的作用。利用该系统,开展了一系列的罐具比较研究,相关的研究数据将陆续公开发表。