簡易電火針筆的設計

鄒和德 周文輝 程妍 張迪

（黑龍江中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，哈爾濱 150040）

火針，又名燔針、燒針，首見于《黃帝內經(jīng)》，在《靈樞·官針》中有“悴刺者，刺燔針則取痹也”的記載?；疳槸煼ń?jīng)過歷代醫(yī)家不斷地研究、改進、發(fā)展，現(xiàn)今已成為中醫(yī)理論系統(tǒng)中較為完善和富有特色的針灸治療方法?；疳樦饕ㄟ^溫灸和針刺雙重刺激一定的穴位發(fā)揮溫陽補虛、溫經(jīng)散寒、祛痛止癢、除麻止痙等作用，適用于痤瘡、多發(fā)性毛囊炎、濕疹、帶狀皰疹、白癜風、扁平疣、神經(jīng)性皮炎等多種皮膚疾病，治療疾病范圍廣，且均能獲得較好效果，臨床應用廣泛。傳統(tǒng)火針針具粗大，容易造成皮膚損傷且易使患者產(chǎn)生恐懼心理，對操作者的技術要求比較高，而毫火針操作過程中易彎曲變形［1］，火焰加熱法在針尖離開后容易迅速散熱變黑，操作不嫻熟很難達到目標效果，正如《針灸大成》所述“火針即燁針，頻以麻油蘸其針，燈上燒令其紅，用方有功。若不紅不能祛病，反損于人”?，F(xiàn)有的電火針及槍式電火針等器械則存在一些操作不便、成本高、使用復雜的不足［2］，為此提出設計簡易電火針筆。

1 簡易電火針筆的設計原理、結構與操作

1.1 設計原理

電火針筆整體設計分為兩大部分，機械部分與電路部分。機械部分分為筆身與筆芯兩大結構，通過對電火針各結構尺寸的計算，進行兩者的精密配合，整體結構類似左輪手槍的轉輪彈夾，筆頭處出針孔與筆芯轉輪上的儲針槽、推桿、按鈕帽位于同一條軸上，推桿與儲針槽接觸面有磁性可吸引成整體，按下按鈕帽針具即刺出，相當于左輪手槍子彈擊出，泄力時彈簧可使儲針槽自動回彈。儲針槽直徑大于推桿，回拉推桿由于推桿外筒的阻擋可分離兩者，撥動轉輪換針（即換儲針槽），裝有新針的儲針槽可與推桿吸引連接，相當于手槍轉輪換彈，然后繼續(xù)針刺。固定軸固定轉輪（即筆芯前半部分）和限制彈簧運動軌跡。電路部分擬采用Pt100鉑熱電阻溫度控制器，其由溫度傳感部分、判斷部分和輸出部分組成，溫度傳感器的溫度探頭選取Pt100鉑熱電阻，其電阻值與溫度呈線性變化關系，在傳感器NE5532芯片和多個元器件組合［3］下將溫度信息處理轉變?yōu)殡妷盒盘?，并將電壓信號分別傳至AD轉換器和判斷部分，AD轉換器將電壓信號轉變?yōu)閿?shù)字信號并傳給數(shù)據(jù)處理器進一步處理，最后傳至顯示器顯示溫度，判斷部分接受溫度傳感器的電壓信號，集成電路A設置600℃與700℃對應的電壓值，接受到的電壓信號與此低值與高值對比，當改電壓信號低于低值時，輸出加熱信號，當高于高值時輸出斷電信號，輸出電路選用固態(tài)繼電器，加熱信號與斷電信號傳至繼電器，控制其輸出端的閉合與斷開，閉合時加熱管通電加熱，溫度升高，斷開時停止加熱，溫度下降。各部分關系框圖如圖1所示。

圖1 電火針筆各部分關系框圖

1.2 結構

簡易電火針筆設計總長度15 cm，直徑約2.5 cm。圖2為電火針筆的整體結構展示。轉輪用于變換儲針槽，推桿外筒內有推桿，按鈕帽為操作時按下的部分，以上共同組成筆芯，固定柱固定轉輪和彈簧，彈簧與轉輪的距離即為推桿外露部分的長度，若裝好火針針具，推進推桿外露部分，則儲針槽與彈簧剛好接觸，針尖到達加熱管中央。

圖2 電火針筆整體結構圖

圖3為電火針筆拆解圖。筆頭上有出針孔，轉輪內部一圈有4個儲針槽，每個儲針槽中間有一個針槽口，可插入火針針柄，出針孔、圖中下方的儲針槽、推桿、按鈕帽有同一條軸線。圖4為筆芯的拆解圖，針槽內面與推桿內面為磁性材料可吸引連接成一個整體，針槽直徑略大于推桿直徑，推桿的中軸插入轉輪的中軸口以連接為一個整體。圖5為推桿尾部結構圖，推桿可與按鈕帽分離，末端有三個突起的標度點，均間隔2mm，用于調節(jié)出針長度。

圖3 電火針筆拆解圖

圖4 電火針筆筆芯拆解圖

圖5 電火針筆推桿尾部結構圖

圖6為電火針筆的橫截面投影圖，其中紅圈為彈簧的投影，如圖所示，彈簧直徑大于固定柱但未觸及針槽口。圖7為外部控制電路，電路接通指示燈用于指示電路是否接通，溫度顯示器顯示加熱管溫度，開關控制電路是否接通。

圖6 電火針筆橫截面圖

圖7 外部控制電路圖

1.3 操作

將轉筒、推桿外筒等從針身內取出，根據(jù)需要將四根火針針具固定于針槽上并裝回，調節(jié)按鈕帽到需要刻度（不拔出時出針長度為2 mm，每拔出一個刻度點，針刺深度加深2 mm，針刺深度為2～8 mm），將推桿外露部分推進，接通電源，按下開關加熱針尖，單手握筆，達到標準溫度后即可針刺。此針用完后回抽一下推桿，感受到阻擋時即可撥動轉輪換針，推進推桿加熱后可繼續(xù)針刺，可重復撥動三次，直到四根火針用完取出內部整條筆芯更換新的針具。治療結束后即可關閉電源，更換新的針具預備下次使用。圖8為電火針筆操的作流程示意圖。

圖8 簡易電火針筆操作流程示意圖

2 簡易電火針筆的加熱設計

2.1 持續(xù)加熱設計

通過電火針筆的結構實現(xiàn)對針尖的持續(xù)加熱，縮短加熱時間，減少熱量散失，提高加熱效率。持續(xù)加熱過程如圖9所示，加熱時針頭位于加熱管內部，達到指定溫度后按下按鈕帽，推桿推動針槽壓縮彈簧，針頭刺出，進行局部火針治療，松開手指，彈簧自動復原，推動針槽推桿回到開始位置，針頭歸位加熱，由于針刺在瞬間完成，且過程中加熱管始終維持高溫狀態(tài)，如此實現(xiàn)對針具的持續(xù)加熱。

圖9 持續(xù)加熱過程圖

2.2 加熱管溫度控制設計

電火針筆的優(yōu)勢之一為加熱溫度的穩(wěn)定與可視，可以保證對針具的持續(xù)有效的加熱，縮短每次加熱的時間，從而提高針刺速度，具有很大的實際意義。通過多次試驗，發(fā)現(xiàn)75%酒精外焰與內焰可以使火針迅速燒紅，焰心不能燒紅；普通打火機外焰可以燒紅，內焰與焰心處燒紅需要較長時間且不明顯。王程杰［4］通過實驗發(fā)現(xiàn)95%乙醇外焰與內焰溫度的兩次測試結果的平均值分別為714℃與635℃和670℃與617℃。周進康［5］實驗發(fā)現(xiàn)酒精含水量越大，火焰溫度越低。鑒于此，擬將加熱管溫度控制在600～700℃范圍內。電火針筆主要通過兩點實現(xiàn)對溫度的控制，首先，筆頭與筆身的內部擬填用二氧化硅氣凝膠復合材料，1100℃下材料性質與結構穩(wěn)定［6］，熱導系數(shù)低，具有其他材料無法比擬的隔熱效果［7］，具有耐高溫、隔熱等優(yōu)點，可以減少加熱過程中熱量的散失，以維持加熱管溫度穩(wěn)定；其次，電路中設置溫控器，溫度范圍設為600～700℃，加熱管旁邊設置耐高溫感溫探頭，將溫度信息傳至溫控器，溫控器屏幕（溫度顯示器）顯示溫度。

2.3 電火針筆的安全性設計與評價

加熱管采用金屬陶瓷加熱體，具有升溫快、無明火、表面安全不帶電、不含有害物質等優(yōu)點，其外部即筆頭和筆身填充二氧化硅氣凝膠復合材料，具有耐高溫、隔熱性好等優(yōu)點，溫控器用于控制溫度穩(wěn)定，防止熱量積聚燒壞電火針筆和對皮膚造成損傷。此三者的采用以保證簡易電火針筆使用時的安全性。

3 對電火針筆創(chuàng)新的探討

所設計的簡易電火針筆，目的是實現(xiàn)持續(xù)加熱，溫度穩(wěn)定、可視，進針深度可調節(jié)，針刺深度誤差范圍小，且進針速度、回針速度、針在穴位的停留時間等均可由施術醫(yī)生根據(jù)病人和穴位或疾病的實際情況靈活調控，以解決傳統(tǒng)普通火針難以熟練的“紅、準、快”［8］難題。

3.1 換針快捷與針具選擇靈活

該簡易電火針筆轉輪內部設計有4個獨立針槽進行儲針，可根據(jù)病情需要放置4根粗細、形狀各不同的火針，撥動轉輪變換針具，能減少換針頻率和滿足不同疾病的治療需要，簡便而快捷，更加益于臨床操作。

3.2 外形小巧而結構嚴謹

市場上有少量電火針用電加熱取代了酒精燈加熱。電火針一般有以下兩種類型：一種是通過連接交流電源獲得電能；另一種是通過安裝在電火針內部的充電電池提供電能，雖然可攜帶外出，但是存在體積過大導致握持不便、影響操作性能等缺點。所設計的電火針筆亦采用家用交流電加熱的方式，但電路的控制部分與筆身部分分離，可使筆身整體結構緊湊而且相對簡單合理，體積小，單手即可握筆。相比充電電池，電火針握持方便，操作時可以更加靈活，解放另一只手進行輔助操作，使治療上更方便和多樣，同時可節(jié)省人力。

3.3 耗能減少且溫度穩(wěn)定

該簡易電火針筆采取電加熱方式，二氧化硅氣凝膠復合材料能減少散熱，與溫控器搭配可減少持續(xù)通電對于電能的消耗，又能保證加熱管的高溫狀態(tài)，達到溫經(jīng)散寒、通經(jīng)活絡等治療目的，保證治療效果。

3.4 針刺深度可精確調節(jié)

人體皮膚真皮層厚度為0.4～5.0mm［2］，為保證針刺深度又不傷及真皮層，在筆尾處設計了3個刻度點，間隔距離相等，均為2mm，由于基礎針刺深度設計為2mm，使得針刺深度范圍在2～8mm之間，可達到精準控制進針深度，并可隨病變部位以及病變情況進行選擇調節(jié)，擴大應用范圍，使得針達病所，針到病除。

3.5 安全防燙傷

內部電加熱的方式不產(chǎn)生明火，可減輕患者心理負擔，從而讓患者更加配合治療，降低意外發(fā)生風險，隔熱材料可防止針頭過熱燙傷患者與操作者，安全性高。

4 討論

近年來在臨床的實際操作中，火針療法逐漸廣泛開展，主要應用于皮膚科、骨科、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病［9］。考慮到火針療法的廣泛應用，針對火針操作的各種問題，設計了簡易電火針筆，首先，對于加熱與持針需要兩手操作，將兩者結合在一起，同時要保證良好的操作性，因此設計成筆的外型與大小、電加熱管與儲針槽相結合的形式；第二，對于火針治療過程中換針的問題，設計多個儲針槽，可以放置多個針具，單手撥動轉輪換針；第三，由于各種疾病治療的需要，在推桿尾部設計調節(jié)針刺深度的結構，使針刺深度在一定范圍內變化，同時針具可選擇不同的類型，以擴大其應用范圍；第四，溫度穩(wěn)定的設計以保證安全性和加熱效果，因此電火針筆具有多方面的優(yōu)勢，但是高溫狀態(tài)下，加熱管耐用性，以及損壞后如何更換是值得探究的問題，在未來可根據(jù)實體實驗優(yōu)化其設計。簡易電火針筆作為一種火針針灸器具，不僅可以保留火針本身“火”與針刺的雙重優(yōu)點，還可以改善火針操作困難的不足，且易于學習使用，對于火針治療的初學者操作簡便，具有很好的幫助作用，對于患者可減輕緊張情緒，這對于火針療法的傳承與推廣具有十分重要的現(xiàn)實意義。