李娜，陈皓宇，赵东亮

河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）生物医学工程研究室，河南洛阳 471000

艾灸疗法是传统中医疗法的重要组成部分，其主要是通过燃烧艾叶产生的光辐射、热效应对病变穴位进行刺激以及艾燃烧生成物的药理作用达到综合治疗效果，即艾灸起效的关键因素包括光、热、药、穴等[1-2]。然而，传统手工操作的艾灸疗法在实施过程中不仅耗时费力，而且温度不易控制，产生的有害烟尘污染环境，严重制约了艾灸疗法的推广应用。 近年来，随着计算机技术与传感技术的发展，结合传统艾灸理论与现代光疗、热疗、药物提取等技术的电子灸疗设备应运而生[3-4]。 目前，国内外研发的电子灸疗设备主要分为两大类，一类是模拟艾灸作用机理的灸疗设备，另一类是代替艾灸人工操作的灸疗设备。模拟艾灸作用机理的电子灸疗设备主要通过模拟艾灸的红外、温热和药力效应中的一种或几种达到部分艾灸作用效果。代替艾灸人工操作的电子灸疗设备通过设备点燃艾条并代替人工实施艾灸操作，主要包括实现温和灸功能的普通温和灸疗设备和实现雀啄灸、循经灸、回旋灸等功能的以热敏灸疗设备为代表的特殊悬灸设备。 该文从艾灸作用机理入手，分析和探讨各类电子灸疗设备的设计方案，并结合临床需求展望其未来发展方向。

1 模拟艾灸作用机理的灸疗设备

艾灸产生的光、热、药能改善血液循环，调节免疫功能与基因表达，促进神经功能活性，实现对人体局部和全身的调节。通过模拟艾灸作用机理的一种或几种实现部分艾灸作用效果的灸疗设备具有无明火、不燃烧、不产生有害烟尘等优势。

1.1 红外模拟灸疗设备

艾条燃烧光谱稳定，在近红外波段达到辐射峰值，且与人体辐射光谱接近[5]。红外辐射由于其波长短、能量强，能够渗透到机体深层，通过毛细血管网到达人体更广泛的部位，然后被吸收，有透热较深效果[6]。

红外模拟灸疗设备利用红外发生源或半导体发光管辐射红外光谱，模拟艾灸的红外光热效应。赵鑫等[7]设计的一种基于碳纤维的迷你红外灸疗仪以红外发生元件碳纤维表面发热元件作为灸疗的热源和红外发生源，温度传感器监测皮肤温度，通过单片机控制灸疗温度，同时将皮肤温度实时显示在液晶屏上。 陈祥林等[8]研制的智能光灸环设备是基于艾灸现代光谱机制的研究成果，结合LED 光源在生物医学的优势，利用LED 红外光源模拟艾灸燃烧光谱中1.5 μm 和3.5 μm 的波长对局部皮肤或穴位进行有效刺激，部分实现艾灸效果。 此类灸疗设备红外辐射光谱是否与艾灸燃烧辐射光谱一致，其所特有的生物刺激和光效应是否可以模拟艾灸达到临床要求，尚需进一步研究证实。

1.2 温热模拟灸疗设备

艾灸温热效应是通过艾灸改变局部组织的温度，实现艾灸源与被灸局部热量传递，通过多种途径激发人体自身的保护潜能，增强机体的适应性，最终实现对机体的温通和温补效果[9]。 艾灸温热刺激还可以有效改善血液成分、血液流变学和血管舒缩功能，抑制炎性因子表达，稳定体内环境。

温热模拟灸疗设备利用电阻发热原理模拟艾灸的温热刺激。李骥[10]设计的电子艾灸仪选择DS18B20 作为温度传感器，AT89C52 单片机作为微处理器，功率10 W的加热电阻丝作为发热元件，微处理器通过开通或关闭复合三极管导通状态，调节加热电阻的工作状态，使温度控制在45～65℃。 此类灸疗设备受限于发热元件及传感器的选择，温度调节有限，且单一的温热刺激难以完全实现艾灸治疗的临床效果。

1.3 药效模拟灸疗设备

现代药理研究表明[11]，艾叶及其提取物具有抗菌、抗病毒、抗氧化、保肝利胆、止血、抗凝、抗过敏、免疫调节、抗癌等药理作用。 进一步研究显示[12]，艾叶燃烧产物的甲醇提取物具有清除自由基的作用，并且其作用强于未燃烧艾叶的甲醇提取物。艾燃烧不仅没有破坏有效药物成分，而且增强了药效。具体的过程是艾条燃烧产物中的抗氧化剂粘附在艾灸穴位的皮肤上，通过艾灸的热量渗入人体而起作用。

药效模拟灸疗设备通常使用艾油结合红外或温热刺激模拟艾灸的作用效果。 赵鑫等[7]设计的迷你红外灸疗仪与艾精油一起使用，可发挥艾灸的药物作用，提高灸疗效果。 此类灸疗设备不产生有害烟尘和灰烬，药物渗透作用强，但是艾叶的有效成分除了萜类的挥发油外，还有黄酮类、多糖类等物质，单纯的艾油无法完全取代艾灸的作用。

2 代替艾灸人工操作的灸疗设备

由于艾灸疗效主要是由艾条燃烧产生的综合作用决定的，而艾灸人工操作繁琐复杂，需要熟练的艾灸师手持艾条对准穴位操作，并随着艾条燃烧变短不断地调整距离，研究开发代替艾灸人工操作的灸疗设备能有效减轻操作者的工作强度，提高艾灸效率。目前，研究较多的包括实现温和灸功能的普通温和灸疗设备与实现雀啄灸、回旋灸等复杂手法的热敏灸疗设备，尤以前者为主。

2.1 普通温和灸疗设备

温和灸是应用最广泛的艾条悬灸，术者手持艾灸，将艾条的一端点燃，直接悬于施灸部位之上，与皮肤保持适当距离，使热力比较温和地作用于施灸部位，灸至患者感觉温热舒适、无灼痛、皮肤稍有红晕。 研究表明[13]，适宜的艾灸温度是获得最佳艾灸疗效的重要前提，不同灸温产生不同温热效应， 进而诱导不同生物学效应，最终达到不同的灸疗效果。 因此，控制艾灸温度是此类设备的主要研究方向，目前主要通过控制艾条与施灸部位的距离、控制艾条燃烧时的氧气量以及控制加热器的通断时间等方式实现对施灸温度的控制。

2.1.1 控制艾条与施灸部位的距离 通过控制艾条与施灸部位的距离从而精确控制施灸温度，是目前研究最多的控温方式。 王祖铭等[14]设计的一种基于单片机的电子艾灸盒实时采集患者皮肤表面温度，并与设定温度比较，进而控制步进电机正反转，调节艾绒燃烧高度，达到温度闭环监测控制的目的。 唐菊丽等[15]研制的一种新型智能精准艾灸设备，采用两个耐高温的DS18B20 测温模块，实时将温度反馈给芯片，以调节艾条的运动。徐炜君等[16]研制的一种智能艾灸设备，采用红外温度模块接收和处理遥控器的指令信号，驱动模块和步进电机驱动艾灸盒在滑动轨道上左右移动，丝杠控制模块控制艾灸盒的上下运动，自动调节艾灸盒与施灸部位皮肤之间的距离，达到温度自适应控制的目的。 此类灸疗设备温度传感器的选型以及安装位置将影响控温效果，从避免交叉感染及准确性方面考虑，红外非接触式温度传感器监测艾灸部位皮肤温度为优选方案。

2.1.2 控制艾条燃烧时的氧气量 通过控制艾条燃烧时的空气量或氧气量调节艾条燃烧速率，进而实现控制施灸温度的目的。 李立国等[17]设计的智能化艾灸设备，根据设定的温度值，自动控制电磁阀的开度，然后控制供氧泵的进氧量来调节艾条的燃烧速度。江苏科技大学的张德仪和张家港灵杰艾灸仪有限公司研发人员[18]研制的自动调温与均温艾灸仪，其风量控制部分采用泵调节进气量来控制温度。此类灸疗设备通过控制氧气量调节艾条燃烧速率，然而艾条充分燃烧和未充分燃烧时产生的药物有效成分及有害物质是否一致，对艾灸的作用效果是否产生影响，尚无定论。

2.1.3 控制加热器的通断时间 方力等[19]设计的基于单片机的电子温灸仪，通过按键输入设定温度及治疗时长，加热开始，温度传感器采集温度信号，A/D 模块进行模拟量/数字量转换将温度数据传送到单片机，单片机对比设定温度与采集温度，通过脉宽调制（PWM）技术改变给定控制周期内的加热器导通和关断时间，达到调节温度的目的。

采用以上三类控温方式的电子灸疗设备均实现了设备代替人工操作实施温和灸，对施灸温度精确控制的目的，然而临床实践中，一名施灸者可能需要同时管理数名施灸对象，在数台电子灸疗设备之间周转操作控制设备，依然耗费大量时间。

2.1.4 远程控制或中心监视 随着互联网、手机APP、蓝牙等技术的发展，一些可实现远程控制或中心监视的电子灸疗设备解决了上述问题[20]。 古世甫[21]设计的智能艾灸系统由中心监视终端、终端控制系统、路由器、艾灸床及净化系统组成。 中心监视终端是由计算机组成，主要实现对多个艾灸系统终端设备的工作状态过程记录和工作状态监控等功能。 路由器主要完成系统组网功能，实现终端控制系统与中心监视终端之间的数据交换功能。 终端控制系统主要由系统控制板和安卓屏组成，安装在艾灸床上，主要实现根据用户选择的工作模式控制艾灸床的功能，并将工作状态信息反馈给中心监视终端。王丽等[22]设计的智能控温艾灸装置，用户可以通过手机蓝牙与终端通讯，远程调控灸盒内的温度。 物联网、5G技术的发展将进一步推动灸疗设备的集中管理和远程控制，减轻医护人员的工作负担。

2.2 热敏灸疗设备

除了红外效应、温热效应、药力效应外，腧穴的选择也是影响艾灸疗效的重要因素。热敏灸疗法为一种新型艾灸疗法，通过选择热敏腧穴悬灸，激发透热、扩热、传热等经气传导，以达到病变部位，并施以个性化的饱和消敏灸量，能够显著提高临床疗效[23-24]。热敏腧穴是热敏灸治疗疾病的最佳刺激部位，探查热敏腧穴需要采用一上一下的雀啄灸、平行往复的循经灸以及圆周运动的回旋灸等复杂悬灸手法[25]。

以热敏灸疗设备为代表能完成雀啄灸、循经灸、回旋灸等复杂手法的特殊悬灸设备目前研究较少，仅见于专利文献，其可实施性与有效性尚需验证。 陈日新等[26]发明的一种热敏灸机器人，采用控制系统的控制输出端与多维度机械臂控制输入端电性连接，艾热发生器与多维度机械臂末端连接，在控制系统指令下，机械臂模拟各种人工施灸手法。热敏灸疗法具有广泛的适应证和显著的临床疗效，然而其实施过程极为繁琐，安全、有效的热敏灸疗设备的研制，对热敏灸疗法的推广应用有重要作用。

3 总结与展望

根据目前的研究显示[5]，艾灸的作用机理至少包括红外辐射效应、温热效应、药力效应与腧穴的敏化状态等几方面，各因素综合作用实现了艾灸疗法温阳补气、祛寒止痛、温经通络、补中益气等作用。模拟艾灸作用机理的电子灸疗设备虽然具有不燃烧、 无污染的优点，但是仅能实现艾灸疗法的部分功效，与传统艾灸有本质上的区别，其临床应用效果尚需更多研究证实，在临床推广使用中有较大的局限性。

代替艾灸人工操作的电子灸疗设备有效地控制了施灸温度，提高了艾灸疗法的工作效率和临床效果。 其中以实现温和灸功能为主的普通悬灸类设备研究比较成熟，其控温方式的不断改进和优化，使其能够精确稳定地控制施灸温度，并且结合互联网、蓝牙等技术实现了远程中心控制。 然而，艾灸实施过程中温度并非一成不变，以热敏灸为代表施灸过程需要用到雀啄灸、循经灸、回旋灸等复杂手法以不同温度来探查热敏穴位，从而达到艾灸最佳疗效。 因此，研究能够实现特殊艾灸手法的电子灸疗设备有望成为未来研究的重点，为临床艾灸疗法的多样化提供技术支持。