罐具物理參數(shù)量化檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)

符美虹,史曉瑜,劉堂義,徐剛,楊華元

（上海中醫(yī)藥大學(xué),上海 201203）

拔罐療法可以是傳統(tǒng)中醫(yī)療法中一種比較特殊的情況,這可能是唯一一種東西方許多國(guó)家在歷史上都曾經(jīng)采用的一種傳統(tǒng)治療方法。因此,可能由于這種緣固,ISO TC249（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織中醫(yī)藥技術(shù)委員會(huì)）比較順利地通過(guò)了一個(gè)抽氣罐抽氣裝置的國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ISO 19611：2017 traditional Chinese medicine-air extraction cupping device）。拔罐療法古稱“角法”,最早見(jiàn)于馬王堆漢墓出土的《五十二病方》。拔罐療法作為中醫(yī)基本特色療法在臨床上得到廣泛運(yùn)用,且對(duì)其研究在不斷地深入,在罐療作用機(jī)制方面的研究取得了一定的成果[1-2]。拔罐療法通過(guò)罐具內(nèi)的負(fù)壓,使局部組織充血、水腫,局部毛細(xì)血管破裂后對(duì)機(jī)體產(chǎn)生良性刺激作用和生物學(xué)作用。機(jī)體血管的擴(kuò)張、血流量增加,可改善局部微循環(huán),也可增強(qiáng)皮膚深層細(xì)胞的活力和血管壁的通透性,使局部溫度升高,同時(shí)增加了局部組織的耐受性和抗病能力,通過(guò)反射機(jī)制調(diào)整機(jī)體全身[3-5]。但對(duì)其量化指標(biāo)比如罐內(nèi)負(fù)壓、溫度等因素的測(cè)量方法仍存在不足。因此研發(fā)一款簡(jiǎn)便實(shí)用的罐具物理參數(shù)量化檢測(cè)系統(tǒng),為罐具物理參數(shù)的量化提供新的方法和思路。

1 硬件制作

1.1 主要芯片

本系統(tǒng)所采用的主要數(shù)據(jù)處理芯片為 NI myRIO（美國(guó)國(guó)家儀器公司NI）。NI myRIO支持667 MHz雙核ARM Cortex-A9可編程處理器和可定制的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）,使開(kāi)發(fā)者可以快速開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、解決復(fù)雜設(shè)計(jì)難題。這些都可以通過(guò)小巧方便的NI myRIO實(shí)現(xiàn)。本課題的系統(tǒng)是在NI myRIO的支持下展開(kāi)的。

1.2 負(fù)壓及溫度檢測(cè)傳感器

本系統(tǒng)采用的傳感器為BMP180負(fù)壓溫度模塊（德國(guó)羅伯特·博世有限公司）,其檢測(cè)的負(fù)壓范圍為30～110 kPa,溫度范圍為-40～85 ℃。在本系統(tǒng)中,將BMP180負(fù)壓模塊的相關(guān)引腳與myRIO的相關(guān)連接,通過(guò)自編的二次開(kāi)發(fā)軟件,即可以讀取BMP180負(fù)壓模塊的負(fù)壓和溫度數(shù)據(jù)。具體的接線方法為,用杜邦線一側(cè)母頭先與傳感器相連,另一側(cè)母頭與NI myRIO的左邊A口相連,電源線接33,SDA接34,SCL接32,GND接30,傳感器與NI myRIO連接。傳感器將所獲取的負(fù)壓和溫度信息,經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)通過(guò)I2C總線傳輸給NI myRIO。NI myRIO上的LabVIEW程序讀取 I2C總線傳來(lái)的氣溫和負(fù)壓的數(shù)字信號(hào),并解碼出負(fù)壓和溫度信息。NI myRIO同時(shí)將該信息通過(guò)無(wú)線或者USB的方式傳輸?shù)诫娔X端的LabVIEW主界面上,通過(guò)隨時(shí)間不斷刷新負(fù)壓和溫度信息,且自動(dòng)保存1023位點(diǎn)內(nèi)的數(shù)據(jù),得到負(fù)壓和溫度隨時(shí)間變化的曲線。這樣系統(tǒng)便實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量拔罐過(guò)程中,罐具內(nèi)的負(fù)壓和溫度的動(dòng)態(tài)變化。

2 軟件設(shè)計(jì)

負(fù)壓和溫度傳感器將所獲取的負(fù)壓和溫度信息,經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)通過(guò) I2C總線傳輸給NI myRIO。NI myRIO讀取I2C總線傳來(lái)的氣溫和負(fù)壓的數(shù)字信號(hào),并解碼出負(fù)壓和溫度信息。NI myRIO同時(shí)將該信息通過(guò)無(wú)線或者USB的方式傳輸?shù)诫娔X端的 LabVIEW主界面上,通過(guò)隨時(shí)間不斷刷新負(fù)壓和溫度信息,且自動(dòng)保存 1023位點(diǎn)內(nèi)的數(shù)據(jù),得到負(fù)壓和溫度隨時(shí)間變化的曲線。

3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

本系統(tǒng)的特點(diǎn)為動(dòng)態(tài)檢測(cè)留罐過(guò)程中負(fù)壓和罐內(nèi)溫度,且對(duì)整個(gè)拔罐治療過(guò)程不產(chǎn)生任何影響。因而可以客觀反應(yīng)罐療的參數(shù)變化,可開(kāi)展罐療法客觀化研究,為罐療法的量效研究提供一種新方法和手段。

4 系統(tǒng)功能測(cè)試——留罐過(guò)程中罐內(nèi)負(fù)壓和溫度的變化概況

以抽氣罐作為研究對(duì)象。暴露受試者施術(shù)部位腰部,用抽氣筒連接氣罐開(kāi)始抽氣,觀察屏幕當(dāng)負(fù)壓曲線不能再向下的時(shí)候停止打氣（即達(dá)到抽氣罐的最大負(fù)壓狀態(tài)）,留罐5 min,保存圖形和數(shù)據(jù)。

圖1所示為抽氣罐留罐過(guò)程中罐內(nèi)負(fù)壓的動(dòng)態(tài)變化情況,即抽氣罐抽氣到最大負(fù)壓時(shí),罐內(nèi)負(fù)壓 5 min內(nèi)的變化情況。氣罐所能達(dá)到的最大負(fù)壓為抽氣停止時(shí)-24.50 kPa（圖中是絕對(duì)值,即76.8 kPa）,在5 min之內(nèi)的變化趨勢(shì)大致斜率為 2/15,罐內(nèi)負(fù)壓在留罐過(guò)程中會(huì)緩慢減小。

圖2所示為抽氣罐留罐5 min過(guò)程中罐內(nèi)溫度的變化情況。罐內(nèi)溫度總體呈遞增趨勢(shì),隨著時(shí)間的變化從最初的22.5 ℃到5 min末的27.0 ℃。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)留罐時(shí)間延長(zhǎng)到8 min時(shí),罐內(nèi)溫度到達(dá)最大值29.0 ℃后開(kāi)始下降。

圖2 抽氣罐內(nèi)溫度變化曲線圖（溫度單位℃;橫坐標(biāo)5 min）

通過(guò)上面的初步觀察,我們可以看到,抽氣罐在留罐過(guò)程中,負(fù)壓逐漸減小,而罐內(nèi)溫度會(huì)經(jīng)歷一個(gè)由升到降的過(guò)程,上升的原因可能是負(fù)壓造成的局部血液積聚造成,之后隨著負(fù)壓的下降,血液積聚的情況減輕,罐內(nèi)溫度開(kāi)始下降。這個(gè)負(fù)壓和溫度的變化,可能是罐療法的作用機(jī)制之一。具體情況如何,有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

5 討論

近年來(lái)隨著對(duì)罐療作用機(jī)制的深入研究,負(fù)壓和溫度作為罐療的主要量化參數(shù)[6-8],檢測(cè)的方法也越來(lái)越多樣化。對(duì)于罐療中的負(fù)壓和溫度的測(cè)量?jī)x器的研制雖然取得了一定的進(jìn)展,但仍存在不足之處。如李亞明等[9]將溫度計(jì)、真空表分別插接于鉆孔的圓形橡膠軟塞中,間隙處涂以萬(wàn)能膠粘固,再將插有溫度計(jì)和真空表的橡膠軟塞用萬(wàn)能膠分別粘固于拔火罐頂部的圓孔處,溫度計(jì)測(cè)溫端位于罐內(nèi)中央,檢測(cè)罐內(nèi)的負(fù)壓和溫度值,用以觀察罐內(nèi)負(fù)壓和溫度的變化,對(duì)罐內(nèi)溫?zé)岬哪褪苄约柏?fù)壓與罐斑形成情況的關(guān)系。該裝置中,應(yīng)用溫度計(jì)和真空表通過(guò)橡膠軟塞固定于罐內(nèi)測(cè)量溫度和負(fù)壓,操作方法復(fù)雜,需隔著罐具讀取罐內(nèi)的真空表和溫度計(jì)內(nèi)的數(shù)值,易在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因讀數(shù)不當(dāng)造成誤差。仝小林等[10]為了測(cè)試不同因素條件下罐具內(nèi)即刻真空壓力的變化,特制了帶有真空壓力表的玻璃罐。先將玻璃罐具底部鉆一個(gè)圓孔,再將中心帶螺紋的有機(jī)玻璃柱與小圓孔對(duì)齊后用萬(wàn)能膠粘于罐底,在有機(jī)玻璃柱另一端安裝一大小合適的真空壓力表。真空壓力表的數(shù)值需即刻讀取,快速記錄,不可自動(dòng)保存。趙喜新等[11-12]用拔罐負(fù)壓檢測(cè)儀（自制）、負(fù)壓抽氣罐、計(jì)時(shí)器、溫度計(jì)等觀察時(shí)間因素、壓力因素及雙因素交互作用時(shí)罐斑顏色變化規(guī)律及背腰部不同部位罐斑的顯色規(guī)律。罐具的負(fù)壓和溫度的測(cè)量需要使用不同的測(cè)量?jī)x器,操作人員需同時(shí)記錄罐內(nèi)負(fù)壓、溫度和計(jì)時(shí)器的變化值,易造成數(shù)值的誤差。盧靜等[13]將Powerlab生理記錄儀及壓力傳感器（量程±50 kPa）,通過(guò)塑膠管與罐具連接記錄罐內(nèi)負(fù)壓變化情況,可得到負(fù)壓隨時(shí)間變化的曲線,用以探究火罐內(nèi)壓力變化及罐內(nèi)負(fù)壓對(duì)毫針進(jìn)針深度影響觀察。罐具連接壓力感受器與生理記錄儀將火罐內(nèi)的即時(shí)壓力值精確反應(yīng)于電腦,能夠做到讀數(shù)準(zhǔn)確。但只可測(cè)量罐內(nèi)負(fù)壓這一單個(gè)數(shù)據(jù)。李超群等[14-15]從溫度角度繼續(xù)探討拔罐療法對(duì)能量代謝影響的機(jī)理,進(jìn)一步深入探尋拔罐療法的作用規(guī)律。采用抽氣罐（負(fù)壓為-0.04 Pa）和溫度采集儀（FLUKE2635）持續(xù)記錄大椎穴拔罐前后膀胱經(jīng)穴的體表溫度相應(yīng)的電阻值,保存測(cè)量結(jié)果后,經(jīng)換算公式得到體表溫度值。實(shí)驗(yàn)中溫度采集儀需將電阻值經(jīng)換算后獲得溫度值,操作繁瑣,增大了所獲體表溫度值與實(shí)際值的誤差。

本課題組基于Labview系統(tǒng)和BMP180負(fù)壓溫度模塊研發(fā)的罐具物理參數(shù)量化檢測(cè)系統(tǒng),通過(guò)溫度和壓強(qiáng)傳感器,動(dòng)態(tài)獲取罐具內(nèi)負(fù)壓和溫度的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了同時(shí)、同步檢測(cè)罐具內(nèi)的負(fù)壓和溫度,相對(duì)而言,獲得數(shù)據(jù)的方式比較客觀,數(shù)據(jù)的精確度和傳感器的靈敏度,大大提高了系統(tǒng)測(cè)試的質(zhì)量,盡量避免了人為的主觀因素造成的數(shù)據(jù)誤差,系統(tǒng)操作及為簡(jiǎn)便,可以成為罐療法量化研究工作的基本工具。初步的觀察可以發(fā)現(xiàn),罐療法留罐過(guò)程中,罐內(nèi)負(fù)壓會(huì)逐漸減小,盡管檢測(cè)的是抽氣罐,但是還是觀察到了罐體內(nèi)溫度有一個(gè)逐漸上升,然后緩慢的下降過(guò)程。前面是臨床的共識(shí),后者則是本次試驗(yàn)的新發(fā)現(xiàn),即不需要“火”,抽氣罐也有“火”的作用。利用該系統(tǒng),開(kāi)展了一系列的罐具比較研究,相關(guān)的研究數(shù)據(jù)將陸續(xù)公開(kāi)發(fā)表。