計(jì)算機(jī)控制式電針刺激脈沖裝置的研制及其應(yīng)用檢測

陳玄，鄭忠楷，葉笑然，韓靜，黃曉卿

1.福建省中醫(yī)藥研究院 針灸儀器研究室，福建 福州 350003；2.閩江學(xué)院物理學(xué)與電子信息工程系，福建 福州350108

計(jì)算機(jī)控制式電針刺激脈沖裝置的研制及其應(yīng)用檢測

陳玄1，鄭忠楷2，葉笑然1，韓靜1，黃曉卿1

1.福建省中醫(yī)藥研究院 針灸儀器研究室，福建 福州 350003；2.閩江學(xué)院物理學(xué)與電子信息工程系，福建 福州350108

目的 針對目前電針儀輸出脈沖頻率組成固定而規(guī)則度高、普遍產(chǎn)生針感快速減弱或消失的缺陷，研制新型電針刺激脈沖輸出裝置。方法 以計(jì)算機(jī)編程技術(shù)和微電子技術(shù)、制作可通過人機(jī)界面精準(zhǔn)地控制電脈沖串頻率組合的裝置。檢測該裝置輸出的一種不規(guī)則性脈沖串，以視覺評分法評價(jià)和比較此種脈沖串和規(guī)則脈沖串刺激志愿者足三里及合谷穴位30min的針感變化。結(jié)果該裝置可設(shè)置任意多種規(guī)則或不規(guī)則電脈沖波，且具有儲存和復(fù)現(xiàn)所輸出的刺激波的功能，與規(guī)則脈沖刺激波比較，適中度針感明顯延長（P<0.05）。結(jié)論 該裝置能夠設(shè)置、保存和再現(xiàn)電針刺激脈沖，并可輸出具有持續(xù)電針針感電激脈沖串。

電針儀；微機(jī)控制脈沖裝置； 針感；針刺療法

0 前言

電針已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代針刺療法中，它通過電針儀輸出刺激脈沖，實(shí)現(xiàn)對穴位的刺激。最早的電針儀輸出的脈沖串，其頻率等電針參數(shù)在單個(gè)電針過程中是固定不變的。20世紀(jì)60年代后，改良過的電針儀可以發(fā)送幾組固定變化的規(guī)則性的電針脈沖串，使用者只能選擇使用這幾組脈沖串。這些脈沖串的頻率組合有三種，一種是固定頻率連續(xù)波輸出的脈沖串，通稱“連續(xù)波”；第二種是固定兩種頻率組合的脈沖串，通稱“疏密波”；第三種是固定頻率，強(qiáng)度斷續(xù)輸出的脈沖串，通稱“斷續(xù)波”。由于以上三種脈沖串的頻率組合固定，實(shí)質(zhì)上均屬于規(guī)則性脈沖串。

一般電針治療1次需要30min。目前的電針儀在實(shí)際應(yīng)用中，醫(yī)生需要根據(jù)患者的感覺，調(diào)整適合的刺激強(qiáng)度。但患者接受5～10min電針治療療法時(shí)，普遍出現(xiàn)電針針感的快速減弱或消失，本文稱此現(xiàn)象為電針的針感適應(yīng)現(xiàn)象。

事實(shí)上，中醫(yī)十分重視針感，因此醫(yī)生為了維持患者的針感，往往在治療過程中不斷詢問患者的感受，確認(rèn)針感減弱或消失時(shí)，采用再次或多次調(diào)整電針強(qiáng)度的辦法以維持針感。多次調(diào)整刺激強(qiáng)度，加重了臨床醫(yī)生的負(fù)擔(dān)，也在一定程度上影響療效。

電針的針感適應(yīng)現(xiàn)象屬于感覺的適應(yīng)現(xiàn)象。感覺生理已經(jīng)認(rèn)識到，感覺適應(yīng)的本質(zhì)是由于刺激的規(guī)則性所引起的感受器的適應(yīng)。

因此，如果制作一種能靈活、精確設(shè)置不規(guī)則電針脈沖串的裝置，輸出不規(guī)則電脈沖刺激波，將可能解決目前傳統(tǒng)電針儀的上述針感適應(yīng)現(xiàn)象問題。

計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，提供了這個(gè)可能。因此，本課題研制一種計(jì)算機(jī)控制式電針刺激脈沖裝置的研制工作，并測試其所輸出的一種不規(guī)則電脈沖刺激波的抗針感適應(yīng)效果，取得初步結(jié)果，報(bào)告如下。

1 裝置研制的材料和測試對象

1.1 主要設(shè)備

計(jì)算機(jī)：CPU為Intel酷睿2雙核E7300；主板為微星P45NEO3-F；內(nèi)存為金士頓2GBDDR。數(shù)字示波器：美國泰克TDS2000B數(shù)字存儲示波器；表貼焊臺：密勒電氣(上海)有限公司；穩(wěn)壓電源：上海穩(wěn)利達(dá)電氣有限公司。

1.2 針感測定對象和針感評定

志愿者為在校大學(xué)生，年齡為（21±1.0）歲。刺激穴位：右側(cè)肢體合谷及足三里穴位。

按照國際視覺模擬評分法(Visual analogue scale，VAS)規(guī)定，制作針感評定尺[2]（一長條形板，寬12mm、長200mm，在其中一面（A面）為完整刻度面，標(biāo)志出20等分刻度（-100～100），另一面（B面）為中點(diǎn)標(biāo)志面，僅標(biāo)志出尺長的中點(diǎn)位置）。

2 裝置的研制

2.1 軟件設(shè)計(jì)

采用鄭忠楷等建立的方法[3]，利用計(jì)算機(jī)C++等高級語言提供的rand()函數(shù)，從一個(gè)固定的偽隨機(jī)序列獲得隨機(jī)數(shù)據(jù)[4]，將所獲得的隨機(jī)數(shù)據(jù)作用于脈沖電路，來分別生成電刺激信號的幅度、頻率和波寬等參數(shù)。通過軟件設(shè)置保留和復(fù)現(xiàn)刺激信號的功能，操作者可方便地使用計(jì)算機(jī)界面，設(shè)置刺激參數(shù)及刺激控制的操作。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

采用鄭忠楷等建立的方法[3]，刺激波發(fā)生電路主要由可編程升壓電路、高壓電子開關(guān)組成。通過Boost（升壓）電路在微處理器發(fā)出不同的PWM波形驅(qū)動下形成不同的DC-DC變換[5]，直接獲得相對電流強(qiáng)度、頻率、脈沖寬度、持續(xù)時(shí)間等獨(dú)立可調(diào)的電刺激脈沖波形。通過利用現(xiàn)有成熟芯片PL2003完成USB轉(zhuǎn)串行口，將來自計(jì)算機(jī)軟件的波形特征，通過USB接口，送達(dá)刺激發(fā)生電路， 實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)際信號輸出。同時(shí)通過計(jì)算機(jī)的USB接口，獲得500mA的電流，供刺激波形形成電路作為電源使用。

2.3 裝置的應(yīng)用檢測

2.3.1 實(shí)驗(yàn)分組

隨機(jī)將志愿受試者分為規(guī)則組、不規(guī)則組和對照組，每組8例，其中男性6例，女性2例。

2.3.2 電針刺激參數(shù)設(shè)置

在上述電針刺激脈沖裝置的計(jì)算機(jī)界面上，通過波形控制區(qū)的各參數(shù)設(shè)置區(qū)設(shè)置規(guī)則組、不規(guī)則組和對照組的電針參數(shù)如表1。各組電針參數(shù)分別保存為不同的文件以備電針時(shí)提取使用。

不規(guī)則組輸出的不規(guī)則刺激脈沖串實(shí)際波形是：在2～100Hz范圍內(nèi)，頻率每30s隨機(jī)變化1次。占空比與頻率同步變化，即每隔30s在20%～50%范圍內(nèi)完全隨機(jī)變化1次。

表1 各組電針參數(shù)

2.3.3 針感變化的測定

（1）環(huán)境和條件。室溫25～28℃，安靜，光線適中。所有志愿者在實(shí)驗(yàn)前均填寫一份一般情況表，記錄其性別、年齡、身高、體重、健康狀況等基本資料。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及注意事項(xiàng)均告知志愿者，但志愿者不知道其分組。

（2）針刺穴位。令受試者休息15min后取仰臥位。在其右側(cè)肢體“合谷”和“足三里”穴處，常規(guī)消毒，分別用0.30mm×25mm和0.30mm×40mm無菌針灸針，直刺至皮下約5mm和10mm，每秒1次勻速地45°捻轉(zhuǎn)，2～3mm提插，約10s。使受試者有酸、脹、麻等針感。

（3）電針刺激穴位。將研制的NEA電針儀的USB口端插入計(jì)算機(jī)的USB接口處，打開新型電針儀驅(qū)動程序，激活該電針儀。并將電針儀輸出端的正極與受試者“合谷”處的針柄相連，負(fù)極與“足三里”處的針柄相連。根據(jù)分組，選擇相應(yīng)的電針參數(shù)，通過電針儀發(fā)送相應(yīng)的電刺激30min。

（4）VAS法測定針感變化。① 針感強(qiáng)度定標(biāo)：請受試者感受電針刺激開始時(shí)（第0 min內(nèi)）的針感強(qiáng)烈程度，向受試者出示VAS針感評定尺的中點(diǎn)標(biāo)志面，將該強(qiáng)度定位在VAS針感評定尺的中點(diǎn)（刻度0）處。并告知受試者尺子向左表示針感減弱，向右表示針感增強(qiáng)。尺子左端（刻度-100）表示“無感覺”，尺子中點(diǎn)（刻度0）表示“電針開始時(shí)的針感強(qiáng)度”[2，6-8]。② 第5、10、15、20、25、30min，分別讓受試者在VAS針感評定尺上指出當(dāng)時(shí)的針感強(qiáng)度的位置。具體操作：測定時(shí)，將中點(diǎn)標(biāo)志面朝向受試者，而完整標(biāo)志面朝向?qū)嶒?yàn)人員。在受試者眼正前方，實(shí)驗(yàn)人員用筆尖從刻度-100開始緩慢向刻度100方向移動，受試者在到達(dá)其自覺的針感強(qiáng)度所對應(yīng)的位點(diǎn)時(shí)，示意停止，實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行標(biāo)記，測量和數(shù)據(jù)記錄。

（5）描述法評定針感變化。電針結(jié)束即刻，請受試者就電針過程中針感隨時(shí)間的變化做出口頭描述并記錄。

2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)果

3.1 制作的新型電針刺激脈沖裝置的優(yōu)點(diǎn)

新型電針刺激脈沖裝置的計(jì)算機(jī)操作界面設(shè)置為波形預(yù)覽區(qū)和波形控制區(qū)兩個(gè)部分：波形預(yù)覽區(qū)在屏幕上顯示在1s得到的波形，給用戶直觀的認(rèn)識；波形控制區(qū)，可設(shè)置用戶設(shè)定的電針參數(shù)。界面左上方的下拉菜單還可以實(shí)現(xiàn)文件的保存和提取。

電針刺激脈沖裝置的參數(shù)設(shè)置可以由用戶準(zhǔn)確設(shè)定，也可以由計(jì)算機(jī)隨機(jī)設(shè)定。其形成的實(shí)際電刺激脈沖波形的參數(shù)為：頻率范圍為0～1000Hz，且每頻率可變；輸出脈沖相對應(yīng)的幅值為0～600mA，4mA步進(jìn)可變；占空比（脈沖寬度）1%～99%，1%步進(jìn)可變。其主要輸出參數(shù)對比目前常用的一款傳統(tǒng)電針儀更為精細(xì)準(zhǔn)確，表2是兩種電針刺激脈沖裝置在空載環(huán)境下的比較結(jié)果。

3.2 抗針感適應(yīng)效果評價(jià)

3.2.1 VAS法評定針感變化

由圖1可見，各組的開始電針針感強(qiáng)度定標(biāo)均為中點(diǎn)（0），不規(guī)則組電針30min過程中，30min內(nèi)針感維持在8.00～18.75，即電針針感不降低；規(guī)則組電針10min時(shí)，針感較大幅度降低到-41.00，此后逐漸降低，即針感較明顯減退；對照組針感在-13.62 ～ -4.62波動,30min內(nèi)無明顯變化；規(guī)則組與不規(guī)則組相比電針針感強(qiáng)度具有差異性（P<0.05）。即不規(guī)則組電針波形具有抗電針適應(yīng)的效果（如圖1所示）。

圖1 足三里和合谷穴位受不同電針刺激波形刺激激期間的動態(tài)針感變化

表2 新型電針刺激脈沖裝置與傳統(tǒng)電針儀性能對比

表3 電針合谷和足三里穴位30min不同波形電脈沖刺激的針感變化的VAS法評定（±s）

表3 電針合谷和足三里穴位30min不同波形電脈沖刺激的針感變化的VAS法評定（±s）

組別針感強(qiáng)度值0min 5min 10min 15min 20min 25min 30min對照組 0 8.25±29.76 8.00±31.42 4.63±31.65 13.63±28.26 5.25±29.95 8.25±28.56規(guī)則組 0 15.25±43.44 41.00±36.68 44.00±37.18 50.37±40.80 44.13±45.41 54.63±38.68不規(guī)則組 0 15.63±48.97 8.00±56.35 14.13±46.68 18.75±53.75 11.00±35.53 10.13±37.15＃

3.2.2 描述法評定針感變化

各組電針結(jié)束受試者對針感的變化做出描述，如表4所示。

不規(guī)則組中5例描述針感在開始數(shù)分鐘內(nèi)增強(qiáng)，之后維持在較強(qiáng)水平；1例描述電針全程針感無明顯變化；2例描述在針刺5min之內(nèi)感覺略微減弱，之后保持穩(wěn)定。

表4 電針合谷和足三里穴位30min不同波形電脈沖刺激的針感變化（描述法評定）

規(guī)則組中有2例描述10min之內(nèi)針感迅速大幅度減弱，15～20min時(shí)已完全無感覺；5例描述整個(gè)電針過程感覺逐漸減弱；1例描述針感無明顯變化。

對照組中有4例描述針感無變化，2例在5～10min略增強(qiáng)后維持穩(wěn)定，1例描述針感在較弱水平變化；1例描述5min內(nèi)針感大幅減弱后保持穩(wěn)定。

4 討 論

傳統(tǒng)電針儀不具備將刺激過程中所輸出的波形的存儲、復(fù)現(xiàn)功能。這給臨床驗(yàn)證或總結(jié)某種刺激方案療效和研究工作帶來了很大的困難，以至于難以總結(jié)治療規(guī)律、提高療效。受到傳統(tǒng)電針儀器自身?xiàng)l件的限制（參數(shù)調(diào)節(jié)過粗，只能發(fā)送三種波形，疏密波形轉(zhuǎn)換易引起人體不適等），有關(guān)電針不同波形的實(shí)驗(yàn)研究主要集中在動物實(shí)驗(yàn)方面，相關(guān)波形的比較僅局限于疏密波、連續(xù)波和間斷波三種，無法設(shè)置其他類型的不規(guī)則波形，篩選出真正最具抗耐受性的不規(guī)則波形。

本課題組利用成熟的計(jì)算機(jī)軟件編程技術(shù)和新興的電子芯片技術(shù)，研制了一種新型電刺激脈沖裝置，電刺激參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)節(jié)較精細(xì)準(zhǔn)確，輸出波形豐富多樣，并帶有波形預(yù)覽；計(jì)算機(jī)可保存刺激輸出過程，這樣，非常便于臨床應(yīng)用中重復(fù)，也便于比較不同刺激波形的療效。

針感是一種主觀而又模糊的特征，對其量化評定較為困難。感覺的視覺模擬評分法(Visual analogue scale，VAS)由Aitkens在1965年首先提出，是一種主觀經(jīng)歷的客觀化測量方法，非常適用于評定難于直接測量的特征或行為[5]。VAS已經(jīng)在臨床上廣泛應(yīng)用于疼痛的評估，它不僅用來測定疼痛的強(qiáng)弱程度，也可以測定疼痛的緩解程度[7]及其他方面[8-9]。其信度被許多學(xué)者證實(shí)很高，同時(shí)具有較高的效度[9]。

本文將VAS法首次應(yīng)用于針感檢測，在30min的電針過程中每隔5min用VAS法評定一次針感強(qiáng)度，繪制成的一條時(shí)間-強(qiáng)度曲線可以反映針感隨時(shí)間的變化規(guī)律。本文將VAS法作為一種評定針感的指標(biāo)，填補(bǔ)了針感評定方面的空白。

使用本課題研制的新型電刺激脈沖裝置，分別輸出一組模擬傳統(tǒng)電針儀輸出波形的規(guī)則電脈沖波和一組頻率和占空比隨機(jī)變化的不規(guī)則電脈沖波。通過對24名志愿受試者的VAS法評定針感檢測顯示，電針30min期間，不規(guī)則組針感全程持續(xù)穩(wěn)定，而對照的規(guī)則組的針感在初期即迅速降低至標(biāo)準(zhǔn)電針強(qiáng)度的50%左右。一方面用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了長期以來臨床上看到卻未經(jīng)驗(yàn)證的針感耐受現(xiàn)象，在電針開始后數(shù)分鐘內(nèi)即可發(fā)生；另一方面也證實(shí)了增加電脈沖波的不規(guī)則性可以達(dá)到抗針感適應(yīng)的目的。

5 結(jié)論

本課題所研制的新型電刺激脈沖裝置可以通過人機(jī)對話法靈活、精確設(shè)置各電針參數(shù)，可以保存和再現(xiàn)電針波形，有利于電針參數(shù)規(guī)律的總結(jié)；該裝置輸出的各種不規(guī)則電脈沖刺激波，若經(jīng)進(jìn)一步篩選優(yōu)化，具有抗電針針感適應(yīng)的效果。

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Development of A Computer-Controlled Electro-pulse Output Unit and the Detection of Its Effect on Maintaining Electro-acupuncture Sensation

CHEN Xuan1, ZHENG Zhong-kai2, YE Xiao-ran1, HAN Jing1, HUANG Xiao-qing1
1.Fujian Institute of Traditional Chiese Medicine, Fuzhou Fujian 350003, China; 2.Department of Physics and Electronic Information Engineering, Minjiang University, Fuzhou Fujian 350108, China

Objective The pulses generated by the electro-acupuncture apparatus in common use are with fixed frequency. Consequently the needling sensation would weaken or even vanish quickly (the electroacupuncture sensory adaptation) during the elcetro-acupuncture for the regular of the pulses. This study intended to develop a computer control electro-pulse output unit to resolve it. Methods The unit was developed with computer aided programming and microelectronics so the frequency could randomly vary with man-maching dialogue. The unit was detected in this way. An irregular electro-pulse whose frequency gradually changed in 2～100Hz was set. Its effect in resenting the electro-acupuncture sensory adaptation was evaluated. Results All kinds of regular or irregular pulses could be set, generated accurately by the unit and saved as files for application conveniently. Acupuncturing the points with the irregular pulse for 30 minutes, the needling sensations could be maintained through the stimulating. On the contrary, with the regular pulse, the sensations fast weakened (P<0.05). Conclusion The electro-pulse output unit we developed can set and took-off the electro-pulses freely. Furthermore the pulses can be saved and reexported as it is needed. Some of the pulses can maintain the needling sensation.

electro-acupuncture apparatus; microcomputer controlled pulse system; needling sensation; sensory adaptation

TH789

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.05.015

1674-1633(2011)05-0057-04

2010-04-26

2011-01-24

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2007J0274)；福建省公益類科研院所基本科研專項(xiàng)（2009R10007-2）。

作者郵箱：minixuan2@yahoo.com.cn