我國電針儀器設(shè)備研究的概況與評述

郭太品,任玉蘭,李驥,陳亮,舒紅平,梁繁榮(.成都中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院,成都 657000;.成都信息工程學(xué)院軟件工程學(xué)院,成都 657000)

“973計劃”專欄

我國電針儀器設(shè)備研究的概況與評述

郭太品1,任玉蘭1,李驥2,陳亮1,舒紅平2,梁繁榮1
(1.成都中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院,成都 657000;2.成都信息工程學(xué)院軟件工程學(xué)院,成都 657000)

綜述了電針儀器研究的概況,發(fā)現(xiàn)電針治療儀器硬件平臺和軟件技術(shù)得到逐漸提高,呈現(xiàn)智能化、多功能化和精細化發(fā)展趨勢。電針手法儀器也有了初步研究,但還比較薄弱。電針設(shè)備的研究為針灸臨床、針灸量化研究起到了積極推動作用,但電針參數(shù)、智能化水平均有待提高,針灸理論切入度不夠。而新型智能電針的研發(fā)技術(shù)難度大、周期長、成本高,需要多學(xué)科交叉技術(shù)、多單位協(xié)作,引入市場機制,企業(yè)參與,方能推動針灸器械的長久循環(huán)深入研究,為針灸學(xué)科發(fā)展做貢獻。

針灸器械;電針儀;智能化;綜述

[Abstract]This article reviewed the general research status of electroacupuncture apparatus,finding thatboth hardware platform and software techniques of electroacupuncture apparatushad been improving in an intelligentized,multi-functional,and refinedway. Therewere also weak and primitive studies on electrical equipments of acupuncturemanipulations.The studies on electroacupunctureapparatuspromoted the clinicaland quantified researches of acupuncture-moxibustion,though the parameters and intelligentized level of electroacupuncture require further enhancement,aswell as the combination of acupuncture-moxibustion theories.As it’s usually difficult,long-cycle,and high-cost,it needs multidisciplinary techniques,cooperation of multiple units,introduction of market mechanism,and participation of enterprises to invent and develop novel intelligent electroacupuncture apparatus,for promoting the profound studies on acupuncture-moxibustion equipments and making contribution to the development of acupuncture-moxibustion subject.

[Keywords]Acupuncture-moxibustion apparatus;Electroacupunctureapparatus;Intelligentization;Review

電針儀器是針灸學(xué)和電子物理學(xué)發(fā)展的結(jié)果,為針灸臨床治療提供方便,可節(jié)約人力成本,提高臨床療效,同時也為一些實驗研究的刺激量化提供方便。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展,電針儀器的研發(fā)在信息化、智能化時代下,面臨著發(fā)展機遇和諸多挑戰(zhàn)。

1　電針治療儀器研究進展

1.1電針起源及早期電針機[1]

電針起源于歐洲,1810年法國醫(yī)生Louis Ber l ioz提出針上加電的想法,1921年Goulden E.A醫(yī)生正式用電針治療疾病。我國在1934年有用電針治療疾病的報道,1951年西安衛(wèi)校朱龍玉醫(yī)生研制了第一臺電針儀——“陜衛(wèi)式電針機”,之后經(jīng)過多次改進,出現(xiàn)各種版本的電針機。其中60年代主要有直流式電針機、蜂鳴式電針機、電子管式電針機,輸出分直流電、交流電和脈沖電,波形有尖波、方波、正弦波等。直流式電針機利用電位調(diào)節(jié)器控制直流電流的大小,長時間使用易產(chǎn)生治療部位電解而造成組織燙傷。交流電是直接利用市電供給通過變壓器降到不會燒傷皮膚的25 V,再通過電阻、電位器調(diào)控輸出,因其輸出正弦波會發(fā)熱、絕緣差,存在安全隱患,很快就被棄用。蜂鳴感應(yīng)式電針機是利用電鈴震蕩將直流電變成脈沖電流,但其脈沖波較窄,并且不對稱,造價高,工作性能不穩(wěn)定,耗能大,噪音大,頻率調(diào)節(jié)困難。電子管式電針機是利用電子管構(gòu)成自激多諧振蕩器,功率放大后產(chǎn)生脈沖電流,可實現(xiàn)頻率可調(diào),可產(chǎn)生多種波形,但其缺點是體積和重量較大,電壓高而不安全,耗能大等。

1.2晶體管脈沖電針儀

直到1968年晶體管電針機問世,晶體管材料使電針儀具備了體積小、重量輕、低耗能、便攜式、震蕩性能好、安全可靠、壽命長等優(yōu)點,逐漸替代了以往的電針儀,得到臨床推廣普及應(yīng)用。晶體管脈沖電針儀的性能較好,針對波形控制及疾病特點開發(fā)成各式產(chǎn)品,特別是70、80年代針刺麻醉研究的興起,出現(xiàn)了各種“電針麻儀”[1]。在所有晶體管電針儀器中,G6805系列經(jīng)過幾代改版,形成較為規(guī)范的連續(xù)波、疏密波、斷續(xù)波組,且價格實惠,波形、強度調(diào)節(jié)方便,全國很多針灸醫(yī)療器械企業(yè)都可生產(chǎn),至今仍然為臨床使用最多的電針治療儀器。

1.3集成電路電針儀

集成電路是把硬件設(shè)備所需的晶體管、二極管、電阻、電容等元件集合在一起做成一個體積較小的半導(dǎo)體芯片,并且寫入程序控制操作?；诩呻娐冯娽槂x器或相類似的理療儀器市面上產(chǎn)品繁多,但以韓式電針儀系列影響最大,應(yīng)用最廣。90年代初北京大學(xué)韓濟生院士采用集成電路,在電針鎮(zhèn)痛的參數(shù)研究基礎(chǔ)上,參照日本的錐形電極(SSP)和歐美的低頻電流經(jīng)皮穴位刺激(EAV)治療方法,研發(fā)了“韓式電針儀”,主要具備針刺通電和穴位皮膚刺激?；诩呻娐冯娽槂x,性能比G6805更高,且經(jīng)過幾代更新,硬件已經(jīng)做成單片機芯片,體積更小,攜帶更方便,采用程序?qū)懭肟刂撇僮?頻率和強度參數(shù)呈現(xiàn)數(shù)字化、客觀化,調(diào)節(jié)更靈敏。因其參數(shù)在鎮(zhèn)痛研究中較為明確,采用DD波可使內(nèi)啡肽、腦啡肽、強啡肽內(nèi)源性鎮(zhèn)痛物質(zhì)都能釋放出來[2],鎮(zhèn)痛效果更強,因此在國內(nèi)外臨床和科研上得到廣泛應(yīng)用。

從90年代開始,電針硬件由簡單的集成電路逐漸發(fā)展成超大規(guī)模集成電路的單片機,程序控制及運算能力更強。電針參數(shù)(頻率、波形)輸出控制呈多樣化發(fā)展,結(jié)合穴位電阻檢測、紅外線灸、震蕩按摩等,并依據(jù)疾病特點,逐漸呈現(xiàn)多功能化、智能化、單病種治療化發(fā)展趨勢。PCE-A和PCE-B型“程序控制電針儀”[3-4],具備電阻檢測功能,并通過EPROM存貯器專家的程序處方及電針參數(shù),特別是小兒麻痹后遺癥經(jīng)驗處方系統(tǒng)?！癝MY-10型電腦隨機脈沖針療儀”具備了輸出隨機脈沖波,在病程較長的慢性疼痛病治療中不容易產(chǎn)生耐受性,具有一定的治療優(yōu)勢[5]?！癤S-998A型光電耳穴治療儀”則針對耳穴結(jié)構(gòu)特點研發(fā),具備激光和脈沖兩種治療方式[6]。“電刺激經(jīng)絡(luò)導(dǎo)通法及刺激裝置”基于單片機和CPLD控制核心研發(fā),可實現(xiàn)多通道獨立輸出控制、參數(shù)設(shè)定、數(shù)值顯示功能,經(jīng)絡(luò)疏通作用較強[7]。劉志朋等[8]把脈沖電針、熱灸、震蕩按摩集成一體制成“多功能中醫(yī)針灸治療儀”?！八{輝醫(yī)用數(shù)碼電針治療儀”DL-CM1型主要對胃腸疾病治療保健具有優(yōu)勢[9]。

1.4嵌入式電針儀器

嵌入式電針儀器主要由CPU、外圍硬件模塊、軟件程序3部分構(gòu)成,其中軟件程序又分為嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)兩大部分。以往的電針儀,類似韓式電針儀,通過單片機控制,也屬于廣義上的嵌入式電針儀器,但主要通過程序的寫入控制,智能化程度不高。嵌入式操作系統(tǒng)通過裝卸某些模塊來達到系統(tǒng)所要求的功能,操作系統(tǒng)可更新、卸載,并可以基于系統(tǒng)開發(fā)獨特功能的應(yīng)用軟件。目前嵌入式操作系統(tǒng)主要有Linux、Windows Embedded、VxWorks、Android、iOS等,硬件平臺主要由微處理器、控制器、存儲器等組成[10]。

嵌入式電針儀器的最大優(yōu)點是采用軟件系統(tǒng)控制電針,電針性能的穩(wěn)定性和精確度更高,電針的操作更便利,具有良好的人機交互。楊育霞等[11]在分析現(xiàn)有電針參數(shù)調(diào)節(jié)不精確、顯示參數(shù)不合理、恒壓輸出不科學(xué)和保護措施不到位等缺點的基礎(chǔ)上,開發(fā)了基于ARM微處理器和Linux操作系統(tǒng)研發(fā)的電針治療儀,通過觸屏實現(xiàn)了靈活便捷的人機交互,參數(shù)控制更靈敏[12]。陳海軍等[13]也采用嵌入式ARM-WinCE開發(fā)了射頻電針美容儀,配有8寸液晶顯示屏,實現(xiàn)了良好的人機交互。

1.5結(jié)合計算機平臺的電針儀

基于計算機平臺電針儀的研發(fā)主要包括兩部分,即計算機臨床輔助決策支持系統(tǒng)和電針儀器的研究。臨床輔助決策支持系統(tǒng)是利用人工智能技術(shù)對針灸臨床醫(yī)生提供輔助信息決策支持的系統(tǒng),西醫(yī)研究較多,針灸專業(yè)的相對較少。在80年代此類軟件開發(fā)比較多,出現(xiàn)了一批功能類似針灸臨床決策支持系統(tǒng)的“針灸專家系統(tǒng)”,其中包括依據(jù)老中醫(yī)經(jīng)驗研發(fā)的系統(tǒng),如“劉卓佑主任醫(yī)師針刺治療婦科病的電腦程序”“黃圣源針灸治療眼病的應(yīng)用軟件”“費久治醫(yī)師針灸減肥專家系統(tǒng)”“激光針戒煙微電腦軟件”等[14]。然而這些系統(tǒng)也存在很大的局限性,主要是數(shù)據(jù)庫的來源較窄,臨床適用性較差,基于單機版研發(fā),難以實現(xiàn)更新,也未結(jié)合針灸儀器配套使用,使得這些系統(tǒng)臨床推廣應(yīng)用較為局限。2009年任玉蘭等[15]研發(fā)的“針灸臨床循證決策支持系統(tǒng)(著作權(quán)登記號2009SR014647)”,在借鑒循證醫(yī)學(xué)的理念和方法的基礎(chǔ)上,從證據(jù)采集、數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建到數(shù)據(jù)挖掘做了大量研究,系統(tǒng)實現(xiàn)了七大功能模塊,即數(shù)據(jù)更新模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、診斷決策模塊、用穴規(guī)律模塊、治療方案決策、系統(tǒng)知識輔助模塊、用戶接口模塊。此系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是具備大量的古今針灸文獻資源,可為臨床醫(yī)生提供較為客觀的古今臨床證據(jù)方案,此系統(tǒng)已經(jīng)基于WEB網(wǎng)絡(luò)開發(fā),很容易實現(xiàn)系統(tǒng)更新、信息共享和信息反饋等,但尚未在臨床推廣使用。

近年來,針對專病治療的特點,同時研發(fā)計算機平臺應(yīng)用軟件和電針儀器,使二者結(jié)合使用,力求達到更佳的治療效果。如基于PC平臺的腦血管疾病針灸治療系統(tǒng)[16]、艾滋病輔助診療系統(tǒng)[17]、腫瘤輔助診療系統(tǒng)[18],均為集電針治療、專家輔助診療系統(tǒng)、穴位查詢等一體儀器,并且基于PC開發(fā)具有很大的發(fā)展空間,可集多種功能為一體,如電子病歷系統(tǒng)、針灸參數(shù)、多功能治療等。

2　針刺手法儀器研究

在電針的研制中,如何把針刺手法、參數(shù)采集,形成客觀化、量化的數(shù)據(jù),再通過電針參數(shù)模擬,并開發(fā)電針,一直受到針灸界的關(guān)注,近年來一些研究者在這方面做了大量的工作。程卓等[19]采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過三維數(shù)字人體穴位采集,實現(xiàn)了行針的力感特征模型的建立,為針刺手法客觀化研究做了初步探索。楊華元等通過電阻傳感器技術(shù)采集手法參數(shù)信號提取、識別、分析做了大量研究,先后研制了“ATP-Ⅰ型針刺手法參數(shù)測定儀”[20]和“ZFG-A型針刺手法參數(shù)測定儀”[21],同時對數(shù)據(jù)的分析也做了大量的探索性工作,開發(fā)了“針刺手法信息分析系統(tǒng)”[22],重現(xiàn)古典醫(yī)籍中的提插和捻轉(zhuǎn)類手法參數(shù)特征[23],并采集分析醫(yī)生的單式補瀉手法參數(shù)特征[21],并通過針刺仿真手法機械手還原量化,并且經(jīng)動物研究[24]證明安全有效。洪文學(xué)等[25-26]也采用符號化測量理論,將諸如燒山火、透天涼等古典針刺手法映射到電氣參數(shù),并利用單片機針灸補瀉手法儀器研究。但是目前手法電針儀器研究還處于比較薄弱階段,真正實現(xiàn)把傳統(tǒng)手法量化并仿真模擬,但采用電針在臨床實現(xiàn)還有一段距離。

3　問題與展望

3.1電針參數(shù)研究有待深入

縱觀歷史,針灸器具從砭石針、骨針等演變?yōu)榍嚆~針和鋼鐵針等,每次改革都為提高針灸臨床服務(wù)能力和促進針灸理論的發(fā)展做出巨大貢獻。電針到目前已經(jīng)得到全面普及應(yīng)用,為節(jié)約醫(yī)生的工作量,獲得較強的得氣感,提高臨床療效,起到了重要的作用[27-35],同時也為針灸機制理論研究做出了巨大貢獻,特別是對刺激量的界定起到了積極的作用。大量的研究證明不同的參數(shù)對臨床療效和實驗效應(yīng)均產(chǎn)生不同的影響[36],然而目前針灸刺激參數(shù)研究有待進一步加強,參數(shù)的研究對臨床療效的提高和針灸量化、標準化有著重要的意義。

參數(shù)的研究為電針儀器開發(fā)的一項重要內(nèi)容,可推動電針儀器的研制和改進。采用2Hz低頻刺激能促進腦內(nèi)腦啡肽和內(nèi)啡肽的生成和釋放,100 Hz高頻刺激能促使脊髓生產(chǎn)和釋放強啡肽,因此將二者交替使用則能達到更強的鎮(zhèn)痛效果[37],這結(jié)果為韓式電針儀器的參數(shù)設(shè)置提供了科學(xué)依據(jù)。目前臨床使用的主要是研究較為成熟的G6805系列和韓式電針系列,其波形主要是較為規(guī)律的疏波、密波、疏密波組合而成,一些基于其他波形的電針儀也在不斷的研發(fā)和探索中,也顯示了一定的優(yōu)勢。生物反饋治療儀的研究就是采集腦電或者肌電做脈沖信號,通過轉(zhuǎn)化放大刺激穴位治療疾病,如生物腦電生物反饋睡眠治療儀通過采集提取睡意時腦電信號q波和d波,并通過此兩種波通過電針刺激穴位而治療失眠,在提高療效的同時還可以避免電針長期使用的耐受現(xiàn)象[38]。音樂電針儀器也是把音樂信號轉(zhuǎn)化為與音樂同步的低頻電流刺激人體穴位,同時具備電針、音樂、心理療法,能起到很好的療效[39-43],同樣可以克服慢性病長期治療中產(chǎn)生耐受性而降低療效[44]。因此加大參數(shù)的臨床和試驗研究,可能是未來電針儀器突破的一個方向。

3.2智能電針儀器應(yīng)用軟件開發(fā)有待提升

隨著智能化技術(shù)的普及應(yīng)用,智能電針儀器必然成為未來針灸儀器研發(fā)應(yīng)用的主流趨勢。然而目前智能電針儀器設(shè)備未能上市臨床應(yīng)用,其原因可能是以下3點,智能化水平不高;中醫(yī)理論結(jié)合度較差;臨床醫(yī)生需求和市場需求把握不夠。目前雖然已出現(xiàn)一些基于平臺使用的電針儀器設(shè)備,但其臨床使用度不高,可能原因是與中醫(yī)學(xué)理論結(jié)合度不高,對市場需求把握不夠。因此應(yīng)用軟件的研發(fā)要基于中醫(yī)針灸學(xué)理論基礎(chǔ)和臨床需求,結(jié)合多學(xué)科共同研發(fā)。早期的應(yīng)用軟件主要是專病治療處方的查詢、臨床輔助決策系統(tǒng)、名老中醫(yī)經(jīng)驗等,這些軟件系統(tǒng)多為單個專家經(jīng)驗、單個疾病防治方案組成數(shù)據(jù)庫,為針灸的智能化進程起到了積極的推動作用,但其數(shù)據(jù)庫仍然狹窄,可能是制約其市場推廣應(yīng)用的因素之一。近些年來,研究者們[15,45]采用數(shù)據(jù)倉庫和計算機挖掘技術(shù),對針灸古代醫(yī)籍文獻、當代名老中醫(yī)經(jīng)驗、現(xiàn)代期刊文獻等進行了整理和收集,開發(fā)針灸數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘軟件平臺,并進一步開發(fā)臨床決策支持系統(tǒng),這類系統(tǒng)收集了廣泛的臨床證據(jù),對推動針灸的循證診療模式進程可能具有重要的作用[46]。隨著智能設(shè)備如智能手機、平板電腦、筆記本及臺式電腦、智能電視等廣泛應(yīng)用,各類智能針灸醫(yī)療及保健儀器設(shè)備研發(fā)的同時,配套的針灸智能應(yīng)用軟件研發(fā)具有重要的意義。

3.3研發(fā)機制模式面臨諸多挑戰(zhàn)

針灸儀器設(shè)備多屬于2類醫(yī)療器械,硬件設(shè)備和軟件平臺均需按照國家醫(yī)療器械研發(fā)管理相關(guān)規(guī)定進行,其研發(fā)手續(xù)復(fù)雜,周期長,技術(shù)難度大,需要進行研發(fā)前市場需求調(diào)查、研發(fā)中的技術(shù)攻關(guān)、研發(fā)后臨床試驗、體系認證、企業(yè)注冊等過程,需要通訊技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、工程技術(shù)、數(shù)學(xué)、針灸學(xué)、市場營銷等多學(xué)科技術(shù)。此外研發(fā)過程中成本高,單靠政府科研經(jīng)費資助尚存在一些困難。

總之,隨著智能化時代的到來,為傳統(tǒng)電針的智能化改進迎來一個機遇,硬件設(shè)備研發(fā)結(jié)合軟件應(yīng)用可能是未來的趨勢,電針智能化控制、參數(shù)的深入研究、針灸應(yīng)用軟件的開發(fā)都可能是未來研發(fā)的重點。多學(xué)科技術(shù)結(jié)合,引入市場機制,搭建市場-研發(fā)機構(gòu)-企業(yè)-醫(yī)院保健機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系平臺,推動針灸科研成果轉(zhuǎn)化,研發(fā)實用方便的高科技針灸智能儀器設(shè)備,對推動針灸學(xué)科發(fā)展和中醫(yī)藥現(xiàn)代化進程具有重要的意義。

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General Review of the Studies on Electroacupuncture Apparatus in China

GUO Tai-pin1,REN Yu-lan1,LIJi2,CHEN Liang1, SHU Hong-ping2,LIANG Fan-rong1.1.School ofAcupuncture-moxibustion and Tuina,Chengdu University ofTraditional Chinese Medicine,Chengdu 657000,China;2.School of Software Engineering,Chengdu University of Information Technology,Chengdu 657000,China

R245

A

10.13460/j.issn.1005-0957.2016.02.0127

1005-0957(2016)02-0127-04

國家重點基礎(chǔ)研究計劃項目(2012CB518501);四川省科技成果轉(zhuǎn)化平臺建設(shè)項目;四川省科技廳支撐計劃(2011SZ0083)

郭太品(1986-),男,2012級博士生,Emai l:gtphncs@126.com

梁繁榮(1956-),男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向為經(jīng)穴效應(yīng)特異性及關(guān)鍵影響因素的研究,Email:acuresearch@126.com

2015-06-20