1. 引言
现代医学认为，刺络放血加上拔罐可以增强机体免疫力，促进局部的血液及淋巴循环，阻止炎症过度反应和促进炎症的恢复，增加吸收炎性渗出物的速度[1]。刺络拔罐具有改善失眠[2]，缓解腰背酸痛，治疗痛风、感冒、风湿性关节炎等疾病的功能[3]。刺络拔罐疗法是由刺络放血疗法演变而来的，具体操作为根据患者的疾病，用三棱针或粗而尖的针具，在患者身上一定穴位或浅表络施以针刺，随即结合拔罐疗法尽可能排出体内淤血[4] [5]。然而，刺络拔罐是一项极其依赖操作者操作的疗法，这使得刺络拔罐疗法难以普及。
目前，刺络装置与拔罐装置往往是独立的。有少数团队设计了将刺络与拔罐相结合的装置，但都有一定缺陷。例如宁波市中医院的金颖团队的设计中刺络针可以在点刺经络和扎破脓包两种使用方式中转换，但在污血处理方面有所欠缺[6]。天津中医药大学第一附属医院的刺络拔罐装置，将拔罐罐体和气囊结合，通过挤压气囊使罐体内部产生负压，同时使用高吸水树脂层快速吸收刺络产生污血，但挤压气囊产生的负压大小难以控制，不利于控制拔罐效果[7]。
针对上述问题，本文借鉴了前人的贡献，将刺络装置与拔罐装置结合，研究了一种可以实现自动刺络拔罐，处理污血的自动刺络采血拔罐装置。首先介绍本装置的机械结构，接着介绍了本装置以STM32F103C8T6单片机作为主控芯片的控制系统，然后对本装置的刺络、拔罐、吸纳污血功能进行测试，并对实验结果进行分析，最后就本装置的特点、优势、价值进行总结。
2. 机械结构介绍
本装置的目的在于提供一种自动刺络采血拔罐装置，能够集刺络、拔罐、污血吸收处理于一体。如图1所示，本装置的主要部分分为刺络器、拔罐罐体、控制器三部分。如图2所示，本装置的壳体部分分为刺络器壳体和拔罐罐体壳体。刺络器壳体的上下两部分之间使用螺纹连接，刺络器壳体的下半部分与拔罐罐体也使用螺纹连接。推拉式电磁阀安装在刺络器壳体内，该电磁阀下端连接刺络针安装座，刺络针安装在刺络针安装座上。刺络器壳体使用PC材料制造，并在内部涂有导电涂层，可以尽量减小刺络器的冲量并达到电磁屏蔽的效果[8]。
Figure 1. Physical figure of the device
图1. 装置实物图
Figure 2. Perspective view of the introducer and cupping tank
图2. 刺络器与拔罐罐体透视图
拔罐罐体内部细节如图3所示，拔罐罐体壳体上有一个连接口，用于连接导管，导管的另一端与控制器内的真空泵连接。污血收集环沿拔罐罐体内壁安装，上有一圈用于安放毛细管的毛细管连接孔，毛细管用于吸收刺络产生的污血。在刺络拔罐的过程中，由于拔罐罐体内为负压状态，拔罐区域的皮肤会向上隆起，和污血收集环紧密贴合，刺络后污血从皮肤隆起的最高处流至罐壁周围接触到污血收集环的毛细管，由于毛细效应[9]，毛细管可以将污血从皮肤表面逆重力吸收。污血收集环采用透明树脂材料制成，用后即换，避免产生不必要的交叉感染。
Figure 3. Internal details of the cupping tank
图3. 拔罐罐体内部细节图
3. 控制系统介绍
3.1. 控制系统硬件介绍
控制器结构设计如图4所示，控制模块包括主控芯片和三个控制按钮，用于控制功能模块执行刺络拔罐。功能模块包括真空泵、电磁阀、蜂鸣器，用于实现自动刺络拔罐和处理污血，原理如图5所示。
3.1.1. 供电模块
电源输入支持220 V交流输入，使设备可以在多种环境中使用。为了满足各元件不同的输入电压，使用电源模块将外接的220 V电源降为24 V为继电器和DC-DC电源降压模块供电，继电器向电磁阀和真空泵输出24 V电压，同时继电器与电磁阀和真空泵之间的电路通断受主控芯片控制；DC-DC电源降压模块对24 V电压再次降压，向主控芯片和蜂鸣器输出5 V电压。
3.1.2. 控制模块
选用STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，STM32是ARM Cortex内核单片机和微处理器市场和技术方面的领先者，具有高性能、低成本、低功耗等各种优势[10]。主控芯片的3.3 V输出正极与继电器S/S端口连接，I/O口P12与继电器1端口连接，I/O口P13与继电器2端口连接，从而控制继电器的电路通断。主控芯片通过I/O口PB15控制蜂鸣器，通过向微型真空泵输出PWM波控制微型真空泵负压的大小，设计框架如图6所示。
控制按钮用于满足使用者与装置之间人机交互的功能，控制按钮与主控芯片间使用I/O口连接，当主控芯片检测到控制按钮被按下时，执行该控制按钮对应的功能。使用者可以通过操作控制按钮代替原本复杂的刺络拔罐流程，这能够有效降低刺络拔罐疗法的操作难度。
3.1.3. 功能模块
蜂鸣器如图7所示，受主控芯片的I/O口控制，当I/O口输入高电平时，蜂鸣器报警，为了提高使用装置的安全性，在装置开始工作时和结束工作时使用蜂鸣器报警。微型真空泵和污血收集器罐体通过导管连接，微型真空泵用于对污血收集器罐体抽气，使罐体内形成负压。微型真空泵的开关由主控芯片控制继电器通断进行控制，微型真空泵的负压大小受主控芯片输出的PWM波控制。推拉式电磁阀如图8所示，主要由电磁铁、导杆和弹簧组成。推拉式电磁阀的开关也由主控芯片控制继电器通断进行控制。进行刺络时，主控芯片控制继电器模块通断，电磁阀内的电磁铁通电产生磁力，将导杆向下吸，导杆带动刺络针同步向下运动完成刺络。刺络结束后，污血被污血吸收环收集，电磁阀内的电磁体失去磁性，弹簧的弹力带动电磁阀内的导杆和刺络针安装座回到初始位置。
Figure 4. Controller structure
图4. 控制器结构图
Figure 5. Controller schematic
图5. 控制器原理图
Figure 6. Controller design framework diagram
图6. 控制器设计框架图
Figure 7. Buzzer
图7. 蜂鸣器
Figure 8. Push-pull solenoid valve
图8. 推拉式电磁阀
3.2. 控制系统软件介绍
控制系统的程序流程如图9所示，在开启电源后，控制芯片进行程序初始化，而后进行按键检测，当检测到控制按钮1被按下时，电路进行复位，继电器与蜂鸣器关闭，同时由继电器控制的电磁阀与真空泵关闭。当检测到控制按钮2被按下时，蜂鸣器报警一次，主控芯片控制继电器打开，继电器向真空泵和推拉式电磁阀供电，真空泵通过导管将罐体内部抽真空进行拔罐，同时电磁阀通电推动刺络针完成一次刺络，而后当刺络拔罐完成后，蜂鸣器再次报警提示。当检测到控制按钮3被按下时，蜂鸣器报警，而后主控芯片的定时器控制装置按照间隔时间5秒，依次进行拔罐，电磁阀推动刺络针刺入皮肤，蜂鸣器报警。该间隔时间可以通过调节主控芯片的定时器初始值调整。调节拔罐的强度可以通过调节主控芯片输出的PWM波控制。
Figure 9. Flowchart of the control system program
图9. 控制系统程序流程图
4. 实验
为了验证本装置的应用效果，对其进行可用性实验测试。实验将测试本装置的刺络、拔罐和吸纳污血功能。实验方法为，依次按下控制按钮1、控制按钮2、控制按钮3与检验其对应的功能。
如图10所示，测试控制按钮1的实验过程中，将控制器和刺络器放置在桌面上。按下控制按钮1后，单片机内部电路进行复位，无明显实验现象。
测试控制按钮2时，将控制器放置在桌面上，刺络器放置在受试者的手掌上。按下控制按钮2后，能听到蜂鸣器报警。而后，如图11所示真空泵通过导管将罐体内部抽真空，受试者手掌有明显隆起，如图12所示电磁阀通电推动刺络针进行刺络，等待刺络完成后，电磁阀归位，蜂鸣器再次报警提示。然后，将刺络器从受试者手掌上移开，能看到拔罐部位有明显拔罐痕迹且无污血残留。
而后进行控制按钮3的测试，并计时，将控制按钮3的流程间隔时间设置为5秒。按下控制按钮3后，蜂鸣器报警，5秒后，真空泵开始工作，拔罐罐体内部逐渐被抽真空，如图11所示受试者手掌有明显凸起，5秒后，如图12所示电磁阀通电推动刺络针进行刺络，5秒后，蜂鸣器再次报警。然后，将刺络器从受试者手掌上移开，能看到拔罐部位有明显拔罐痕迹且无污血残留。
实验结果表明，本装置的真空效果和吸收污血的效率良好，具有使用场景广泛，重复性好等优势。
Figure 10. Still state of the device
图10. 装置静止状态
Figure 11. Vacuum state of cupping body
图11. 拔罐罐体抽真空状态
Figure 12. State of puncturing
图12. 刺络状态
5. 主要研究内容和研究方法
5.1. 研究内容
在本文书写中，现代医学认为，拔罐在一定情况下需要配合上刺络排毒才能起到更好的治疗效果，促进局部的血液及淋巴循环，阻止炎症过度反应和促进炎症的恢复，增加吸收炎性渗出物的速度[1] [11]，在实际需求中，通过拔罐时的气压差起到排毒效果会让患者更加疼痛，拔罐时间也相应增加，污血也不能得到及时处理，所以本文专注于研究一款能够集刺络、拔罐、污血吸收处理于一体拔罐装置，减轻患者疼痛，起到更好的拔罐效果。研究主要在拔罐与刺络的结合上和污血吸收上有一定实用价值和创新性意义。
5.2. 研究方法
5.2.1. 文献研究
本文通过参考文献了解到拔罐与刺络的关联性，此前，拔罐和刺络往往是相互分开的，通过文献查阅和参考，拔罐和刺络结合能起到更好疗效。通过搜集相关论文发现，有少数团队对此进行了结合，但还有一些功能的缺失，例如在刺络后污血无法及时处理，可能会造成不必要的感染，针对以上问题，通过专著和文献的参考与研究，提供了装置设计的方向。
5.2.2. 实验研究
为了验证效果和完善装置，对装置进行了相应实验，实验测试了本装置的刺络、拔罐和吸纳污血功能，依次按下相应功能的操控按钮，测试按钮1成功完成复位，无明显实验现象。电路复位功能正常。测试按钮2受试者手掌有明显隆起，如图12所示电磁阀通电推动刺络针进行刺络，等待刺络完成后，电磁阀归位，蜂鸣器再次报警提示。然后，将刺络器从受试者手掌上移开，能看到拔罐部位有明显拔罐痕迹且无污血残留。装置一次刺络拔罐功能和吸纳污血功能正常。测试按钮3，将时间间隔设置为5秒，按下按钮后实验结果与预期符合，按时间间隔完成拔罐刺络循环功能正常，且无污血残留，吸纳污血功能正常。
6. 研究结论
本文以STM32F103C8T6单片机作为控制系统的核心，采用推拉式电磁阀、微型真空泵等原件，设计了一种自动刺络采血拔罐装置。并对该装置进行了可用性实验，实验结果表明，该装置能够实现自动刺络、吸收污血等功能，具有简便、可统一规范、集自动采血与拔罐为一体的优点。本项研究可以将刺络采血这一具有操作难度的治疗方法的应用空间从医院拓展出去，在生物医学工程方面拥有广阔的应用前景，具有良好的医学价值和社会价值。但目前该装置的局限性较大，虽然简化了刺络拔罐疗法的实施过程，但无法调节刺络深度。在接下来的研究中，将继续改进控制系统，进一步完善自动刺络采血拔罐装置。
基金项目
国家重点研发计划资助(2022YFC3601400)，上海市生物医药科技支撑专项资助(22S31901400)。
NOTES
*通讯作者。