激光针灸是现代激光技术与中国传统针灸相结合的成果。近年来应用低功率的激光代替银针照射穴位达到镇痛和治疗的研究已得到生物学界的广泛重视。临床实验表明激光针灸可以适应于几乎所有的传统针灸的方法运用范围,对多种急慢性疾病,调节阴阳平衡,气血运行都有疗效。激光针灸治疗疾病有效率在80-90%[1,2]。
本文设计了激光针灸仪电路系统和光路系统,根据传统针灸的变化规律实现微机控制激光器模拟针灸手法。并从硬件电路、光路上实现激光模拟针与灸的同时实现。
仪器结构与原理
仪器整机结构框图如图1:
仪器设计原理
CO2激光是远红外激光。人体对CO2激光有着良好的吸收渗透作用。当激光能量密度达到
时对皮肤组织有烧灼、烫化作用。在能量密度为
以下可用于照射穴位、经络,模仿传统的针灸。对针灸起决定作用的是能量密度。在特定距离上,能量密度取决于功率的大小。因而控制激光工作在调制状态,以激光的功率大小模拟插针的深浅,以调制激光的功率变化的快慢模仿插针、提针的缓疾。
针灸分为两部分:“针”和“灸”,针即针刺,灸即是以能产生热量的物体对穴位或患处烧灼熏烤。借温热的刺激,达到治疗和理疗的目的。要实现上述的激光针灸,对于CO2激光既可模仿针,也可模仿灸。灸辅助针,使针与灸的变化规律相同。例外,可用He-Ne激光模仿针,CO2模仿灸。CO2属于长波长红外线,其穿透深度比632.8nm的He-Ne可见光的要浅,比650nm的半导体激光的穿透能力(l～15mm)也小,CO2激光穿透深度只有约lmm。由此可见,CO2激光作为灸,半导体或He-Ne激光作为针是比较适合的。
该仪器由微机控制开关电源,微机控制板输出随时间按一定规律变化的电压控制开关管动作,调整激光器工作电流(或直流高压)按相同的规律变化。从而达到对激光器输出功率按照预定的针灸变化的规律变化。
单片机控制电路
单片机控制系统见图2,使用一片单片机控制输出激光模拟针灸手法波形。由两片DAC0832分别选通控制CO2和He-Ne激光器分别输出针和灸手法的波形。ADC0809采样激光器输出信号,达到闭环控制。
以下可用于照射穴位、经络,模仿传统的针灸。对针灸起决定作用的是能量密度。在特定距离上,能量密度取决于功率的大小。因而控制激光工作在调制状态,以激光的功率大小模拟插针的深浅,以调制激光的功率变化的快慢模仿插针、提针的缓疾。
针灸分为两部分:“针”和“灸”,针即针刺,灸即是以能产生热量的物体对穴位或患处烧灼熏烤。借温热的刺激,达到治疗和理疗的目的。要实现上述的激光针灸,对于CO2激光既可模仿针,也可模仿灸。灸辅助针,使针与灸的变化规律相同。例外,可用He-Ne激光模仿针,CO2模仿灸。CO2属于长波长红外线,其穿透深度比632.8nm的He-Ne可见光的要浅,比650nm的半导体激光的穿透能力(l～15mm)也小,CO2激光穿透深度只有约lmm。由此可见,CO2激光作为灸,半导体或He-Ne激光作为针是比较适合的。
该仪器由微机控制开关电源,微机控制板输出随时间按一定规律变化的电压控制开关管动作,调整激光器工作电流(或直流高压)按相同的规律变化。从而达到对激光器输出功率按照预定的针灸变化的规律变化。
单片机控制电路
单片机控制系统见图2,使用一片单片机控制输出激光模拟针灸手法波形。由两片DAC0832分别选通控制CO2和He-Ne激光器分别输出针和灸手法的波形。ADC0809采样激光器输出信号,达到闭环控制。
写线和选通信号:DAC0832带数据寄存器
的D/A转换器,可直接与单片机连接。D/A转换器的写信号由单片机的
写线和选通信号:DAC0832带数据寄存器
的D/A转换器,可直接与单片机连接。D/A转换器的写信号由单片机的提供,两路D/A转换器的
线都接在单片机的WR上。那么每一路D/A转换器的选通是由单片机的P2口或P3口的两根线提供的。在此将D/A转换器当作外部I/O接口。给D/A转换器提供片选信号的
的状态可由软件来设置。当
时,选通上面一路的D/A转换器,这时输出正常的针灸手法信号,如果
则选通下面一路,第二路的DAC0832输出的信号作为驱动He-Ne激光器或半导体激光器作激光外用[3]。使用另一片单片机控制CO2激光器电源,决定CO2管工作的状态是脉冲或连续、脉冲的宽度、频率、激光器输出功率大小。
针灸以提插二法为主,激光模拟时,插针的深度以激光的功率的大小来表示,插针的轻重以功率变化的快慢来表示。
微机控制电路输出的电压最终调制激光器的功率。首先研究激光针灸过程的功率变化的临床反应,得到微机控制电压随时间的变化关系。软件设计的数学模型是由临床实验与针灸理论得出:由临床实验得出控制电压与对应的时间关系,得出实验值,用最小二乘拟合法求出电压波形方程,根据得到的电压波形曲线,设计程序,将电压量化,依次输出数字量经D/A转换为电压输出控制激光器开关电源。
光路系统设计
单模激光器
激光针灸时,激光的照射区的能量分布应是均匀和稳定的。对于平面—凹面腔单模激光器,通过选用不同的腔镜曲率半径R、腔长L及毛细管半径D得到合适的功率P=25W。
用红外光治疗时其功率密度范围一般是0.1～0.49W/
,在此范围内激光可较长时间地照射皮肤组织。研究表明用于针灸时功率密度范围为0.2～0.4W/
都是适合的。由功率密度要求计算出CO2激光作用于穴位的光斑尺寸约为5cm左右。
特殊透镜设计
特殊透镜的结构如图3所示。
都是适合的。由功率密度要求计算出CO2激光作用于穴位的光斑尺寸约为5cm左右。
特殊透镜设计
特殊透镜的结构如图3所示。
因为我们用He-Ne(或半导体激光)激光模拟针,而CO2激光模拟灸,要达到针的直径为2mm,灸的直径D达到40～60mm,一般透镜不适用。图4中,我们将透镜中间宽为d的部分磨平,d=2mm,两侧为相同材料的负透镜,对CO2激光有扩散的作用,CO2激光经其变换后在大约5cm的距离上,扩散光斑达到约50mm。
经计算,取透镜中心厚b=4mm,rl=-r2=1649mm,焦距f′=-f=588.6mm。对于以上设计参数,其各种初级象差、球差、场曲及象差系数、球差系数、场曲系数皆为零。
结 论
本文所设计的激光针灸仪将传统针灸与激光技术结合,可取代传统针灸的多种手法,而且具有传统针灸许多无法比拟的优点,是对传统针灸的继承与发展,为激光医疗尤其激光针灸的继续开拓与发展提供借鉴和新的思路。
参 考 文 献
[1] Bischko J., Acupuncture &Electro Treapapeutis Res、int、 J.,1980,5,29
[2] 诌香云,激光杂志,1990,11(1),46
[3] 潘新民,《单片计算机实用系统设计》,人民邮电出版社,1992,7,第一版
[4] 周炳琨,《激光原理》,国防工业出版社,1980,第一版,338
作者：许兴胜(中国科学技术大学物理系230026)(中科院安徽光学精密机械研究所医疗公司230031)
