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一种基于数据驱动的智慧透灸设备设计研究　　

热度0票浏览11次时间：2021年12月14日 09:21

　　（1.郑州卫生健康职业学院，河南郑州 450000；2.河南智领医疗设备有限公司，河南郑州 450000；3.河南中医药大学，河南郑州 450000）

摘要：设计一种基于数据驱动的智慧透灸设备。通过综合运用 5G、大数据、物联网和云计算等先进技术，结合针灸学、人体工程学、仿生学、机械动力学以及电子信息学等相关学科理论技术，基于无线采集应用，可连续、及时、精确地获取健康信息数据，通过对健康数据数字化采集、处理、存储、传输、共享等，可可实现使用者、透灸设备、医师之间的连接一体化管理，智慧化生成和优化个体化、精准化的透灸处方，同时不断优化智慧透灸设备性能。提升智慧化健康服务质量和水平，满足人们优质化、智慧化的生活需求，帮助院外与院内健康服务形成有效互动互补，助力健康中国行动。

　　关键词：数据驱动；智慧透灸；针灸器械；器具研发1.国内外相关领域技术发展水平和趋势艾灸疗法是一种疗效明确、适用广泛的中医主动健康疗法，具有十分广阔的市场前景。透灸是在古代医家重灸理论的基础上，经过多年临床应用探索，通过借助专门的艾灸器具，提高灸疗温经散寒、行气通络、扶阳固脱、防病保健等治疗效果，同时降低施灸不适感的一种切实有效的灸疗方法[1] 。《医宗金鉴·刺灸心法要诀》载：“凡灸诸病，火足气到，始能求愈。”临床应用中发现不同病情、体质，适用灸量不同[2] 。灸疗器具对透灸效果具有直接影响。

　　1.1 传统型灸具不断改进

　　艾炷器出现于魏晋南北朝时期

　　[3] 。东晋时将瓦甑作为灸疗器具 [4] 。

　　传统灸具主要是一些木制、金属制的艾灸盒、艾灸器等，随着科技进步，艾灸器具经过不断创新改良，愈渐精良。杨旭明等[5] 设计了 DZWJY－1 型电子温灸仪，可自动控制艾绒燃烧的治疗温度和灸疗时间。

　　1.2 新型智能灸具发展迅速

　　随着科技进步和人们对智能化生活的需求，智能艾灸器具得到迅速发展。章少伟[6] 发明了一种智能生物频谱艾灸仪，可使艾饼受热更加均匀，且具有音调控、远程遥控等功能。科技的迅猛发展促进机器人从传统工业设计领域不断扩展至医疗服务领域。吴木松等[7]发明了一种艾灸智能协作机器人，可根据病情控制每一穴位艾灸时间，具有提高艾灸疗效的优点。

　　1.3 数据驱动技术应用广泛

　　大数据的有效应用可进一步为人们提供精准、有效的健康服务。

　　杨俊元等

　　[8] 通过采用数据驱动下新冠肺炎基本再生数的计算方法，来研究新冠肺炎在中国的传播、预测及控制措施评价，为疫情控制提供理论和科学评价依据。贾妍[9] 借助人工智能等先进科技术，对老年人健康数据进行动态处理和分析，最终实现数据驱动精准化养老服务。张薛晴等[10] 通过基于数据驱动预测护理工作量，为管理者提供客观数据支持，优化工作模式。大数据、云计算等具有实时、多源、异构、海量等特性的数据可为智能医疗设备提供支持，数据驱动的智能设备产品已成为助力现代智能服务的发展的重要保障[11] 。因此，笔者根据应用需要设计基于数据驱动的智慧透灸设备，现介绍如下。

　　2.设计方案

　　2.1 结构设计

　　（1）结合针灸学、人体工程学等，充分考虑人体经络腧穴定位、尺寸、操作流程、身体应力方向、治疗范围及视距范围等，设计机械臂、支架主体、屏幕等设备结构，使更加适用目标人群，确保实现人-机协调；（2）结合机械动力学，设置设备各构件的质量与机械运动情况，进行设备组件，提高设备性能；（3）充分利用 5G 技术及无线采集应用，进行实时健康信息监测采集；（4）依托人体体型数据库，借助智能光感探测进行人体进行腧穴定位；并利用 5G 网络传输到数据处理中心；（5）充分利用物联网技术，实现艾灸设备、患者和医师之间的连接管理，形成透灸治疗与患者监护的一体化服务；充分利用云计算与大数据技术，将收集到的患者健康信息展开大规模的数据分析、处理，实现透灸处方的智慧生成与优化并存储，设备性能的不断优化。

　　该智慧透灸设备主要由硬件电路、透灸设备元件、App、远程服务器等组成。硬件电路主要由核心控制电路、独立按键、温度传感器、数据采集、数据存储、接口、TFTLCD 显示等模块组成；核心控制电路负责各种数据的处理，STM32 芯片作为系统核心；独立按键用于设定参数、选择功能；温度传感器用于实时检测局部温度；数据存储系统用于存储指令信息和数据等；显示电路用 TFTLCD 液晶显示屏用于显示各种提示信息；控制电路用于控制信号输出；网络接口电路用于上传数据、系统远程网络监控等。

　　2.2 系统构架

　　智慧透灸设备内部系统构架完整的联通，可使用户能够拥有较好的应用体验。其内部系统架构（图 1）大致可分为 6 个层面：服务界面、展示层、业务层、数据层、数据库、运营环境。用户、医师及管理后台界面发出 http 请求，在展示层借助 Nginx Web 服务器进行请求分发，在业务层进行功能管理、用户管理、系统设置、统计信息等，再借助Tomcat 服务器处理 HTML 页面，数据层中的数据存储、检索、读写、事务处理等是数据驱动的关键，相应的传感器设备、控制器件等用来接收与完成派发任务执行；借助 MySQL 数据库将数据保存在不同的表中，提高数据处理灵活性和速度，运营环境中的阿里主机、独立服务器、第三方虚拟主机帮助实现终端控制。