CN111449942A - 一种中医艾灸系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种中医艾灸系统及其方法，该系统包括底座，安设在所述底座上可自由移动的机械臂，在机械臂末端设置有艾柱夹持部、摄像头夹持部、温度监测单元夹持部和距离监测单元夹持部之一或者任意组合，在艾柱夹持部上夹持有艾柱，在摄像头夹持部上夹持有摄像头，所述摄像头用于监测人体皮肤与艾柱间的位置，在温度监测单元夹持部夹持有温度监测单元，所述温度监测单元用于监测艾柱点燃端的温度值，在距离监测单元夹持部夹持有距离监测单元，距离监测单元用于监测艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；还包括设置在底座内的控制器。本发明能够通过艾柱辐射的能量进行吸收，调整艾柱的位置。

Description

一种中医艾灸系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种艾灸技术领域，特别是涉及一种中医艾灸系统及其方法。
背景技术
艾灸疗法是中医针灸的一种中国传统外治方法，在中医治疗学中发挥着重要的作用，现代医学也已经证实了，艾灸可以提高机体的免疫能力，改善循环系统功能，调节并改善消化、呼吸、分泌、生殖等系统功能的作用。现代研究表明艾灸疗效比较明显是多因素作用的效果。因为艾灸刺激不仅具有药物刺激作用，还具有热、光等物理特征，艾叶燃烧通过产生光热辐射及芳香类药物熏灸人体穴位治病，经研究艾叶燃烧产生的温度可使皮肤细胞受到烧灼而产生了炎性反应，从而激发了人体的免疫功能，使人体产生全身的免疫应。在近几年来，不同的新型灸疗器和灸疗方式不断的呈现出来。对旧式灸盒灸罐的改良逐渐被大量引入灸疗，方法的创新中，研究者根据艾灸的特点研制出了各种新型艾灸器，主要有各种新型灸盒灸罐、仿灸器等，在不同程度上克服了传统灸器操作不便及易烫伤等弊端。例如一些研究者设计的艾灸器，灸具由手持式逐渐改进成可以固定于体表或有支架的温灸器施灸，如尹继云等设计了一种可提高患者安全性并能够旋转和自由升降的多功能艾灸器，在治疗时，可随意调节艾灸器针对患者身体各部位进行治疗，操作方便，同时不需要将艾灸器贴在患者皮肤上，方便了器械的清洁与消毒，确保了不同患者之间使用器械的卫生安全；唐宏亮等研制的万向轻烟艾灸器，可调节艾箱方向，内部装有活性炭以吸附艾烟中的有害颗粒。
然而近几年研究者对于节省人力、控制艾灸温度、艾烟，及尬灸部位等问题，对灸具的改良做出了诸多研究，这些在一定程度上改善了传统艾灸的弊端，然而一些灸器改良后，对于艾灸的热、光、烟的改变是否还能保证艾灸的疗效还有待考证。传统的艾灸方式，为了提高治疗效果，通常采用人工手持艾灸方式进行艾灸，造成耗费大量的人力和时间；现代艾灸首先主要借助艾灸盒来就进灸治，然而该种灸治面积比较大，无法针对穴位进行有效的治疗；其次为了防止被烫伤，通常事先调整一个安全距离，这样导致艾灸过程中温度变化不大，效果不佳。艾灸治疗疾病，就是靠其温透能力，温其虚，通其淤。尽管手持艾灸方式，经验比较丰富的医生，能找准穴位达到真正有效的治疗疾病水平，但在操作过程中，也大多凭借着询问病人的对点燃的艾柱散发热量的感知，或者医生用自己的手指放在病人穴位上主观感知，从而不断调整点燃的艾柱头与病人穴位的距离，使得病人艾灸部位能尽快的达到“内热烘透”的效果，更加有效的治疗疾病。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种中医艾灸系统及其方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种中医艾灸系统，包括底座，安设在所述底座上可自由移动的机械臂，在机械臂末端设置有艾柱夹持部、摄像头夹持部、温度监测单元夹持部和距离监测单元夹持部之一或者任意组合，在艾柱夹持部上夹持有艾柱，在摄像头夹持部上夹持有摄像头，所述摄像头用于监测人体皮肤与艾柱间的位置，在温度监测单元夹持部夹持有温度监测单元，所述温度监测单元用于监测艾柱点燃端的温度值，在距离监测单元夹持部夹持有距离监测单元，距离监测单元用于监测艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；还包括设置在底座内的控制器；
控制器的机械臂控制信号输出端与机械臂的控制信号输入端相连，摄像头的图像数据输出端与控制器的图像数据输入端相连；温度监测单元的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端相连，距离监测单元的距离信号输出端与控制器的距离信号输入端相连；
在艾灸时，控制器根据摄像头采集的图像数据、温度监测单元采集的温度数据以及距离监测单元采集的距离数据，控制器向机械臂发送控制信号，控制机械臂移动，使其艾柱与人体皮肤或者人体穴位保持在预设位置范围内。
在本发明的一种优选实施方式中，所述摄像头为双目摄像头；
或/和在所述底座底部设置有万向轮。便于移动底座。
本发明还公开了一种中医艾灸工作方法，包括以下步骤：
S1，获取人体皮肤获取艾柱辐射能量；
S2，确定艾柱所处位置。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中，人体皮肤获取艾柱辐射能量的方法步骤包括：
S11，获取艾柱燃烧辐射的热流密度；
S12，获取艾柱燃烧时在皮肤上的投射辐射；
S13，获取皮肤表面单位时间吸收的艾灸辐射热量。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S11中，获取艾柱燃烧辐射的热流密度的计算方法为：
Em＝εmσTm 4，
其中，σ为常数；
Tm为艾柱点燃端的温度；
Em表示艾柱燃烧辐射的热流密度。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S12中，获取艾柱燃烧时在皮肤上的投射辐射的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000031
其中，Em表示艾柱燃烧辐射的热流密度；
Am为艾燃烧的辐射表面面积；
H表示艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；
X表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S13中，获取皮肤表面单位时间吸收的艾灸辐射热量的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000041
其中，εm为艾柱表面燃烧辐射的发射率；
α表示吸收比；
σ为常数；
Tm为艾柱点燃端的温度；
Am为艾燃烧的辐射表面面积；
H表示艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；
X表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离；
As表示皮肤受热的表面积；
t表示时间周期；
其综上收益函数为：
Figure BDA0002454413330000042
ti表示单位时间周期；
ri表示单位时间周期ti内艾灸辐射热量。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，确定艾柱所处位置的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000051
趋于0；
其中，E总为人体皮肤待吸收能量值；
Gi表示艾灸辐射总热量；
Figure BDA0002454413330000052
其中，γk表示衰减率；
ri+k+1表示单位时间周期ti+k+1内艾灸辐射热量；
c表示时间周期内单位时间周期的总个数。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明能够通过艾柱辐射的能量进行吸收，调整艾柱的位置。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明公开了一种中医艾灸系统，包括底座，安设在所述底座上可自由移动的机械臂，在机械臂末端设置有艾柱夹持部、摄像头夹持部、温度监测单元夹持部和距离监测单元夹持部之一或者任意组合，在艾柱夹持部上夹持有艾柱，在摄像头夹持部上夹持有摄像头，所述摄像头用于监测人体皮肤与艾柱间的位置，在温度监测单元夹持部夹持有温度监测单元，所述温度监测单元用于监测艾柱点燃端的温度值，在距离监测单元夹持部夹持有距离监测单元，距离监测单元用于监测艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；还包括设置在底座内的控制器；
控制器的机械臂控制信号输出端与机械臂的控制信号输入端相连，摄像头的图像数据输出端与控制器的图像数据输入端相连；温度监测单元的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端相连，距离监测单元的距离信号输出端与控制器的距离信号输入端相连；
在艾灸时，控制器根据摄像头采集的图像数据、温度监测单元采集的温度数据以及距离监测单元采集的距离数据，控制器向机械臂发送控制信号，控制机械臂移动，使其艾柱与人体皮肤或者人体穴位保持在预设位置范围内。在本实施方式中，所述摄像头为双目摄像头；
或/和在所述底座底部设置有万向轮。
在本发明的一种优选实施方式中，在艾柱夹持部沿夹持艾柱延伸方向设置有支撑部，在支撑部上设置有艾柱温度监测单元，艾柱温度监测单元的温度信号输出端与控制器的艾柱温度信号输入端相连；以及在底座上设置的语音模块，语音模块的语音信号输入端与控制器的语音信号输出端相连；
当艾柱温度监测单元监测的艾柱温度大于或者等于预设艾柱温度第一阈值，则控制器向语音模块发出提醒信号，提示工作人员注意更换艾柱；
当艾柱温度监测单元监测的艾柱温度大于或者等于预设艾柱温度第二阈值，预设艾柱温度第二阈值大于预设艾柱温度第一阈值，则控制器向语音模块发出警告信号，警告工作人员艾柱即将燃尽。
本发明还公开了一种中医艾灸工作方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1，获取人体皮肤获取艾柱辐射能量；
S2，确定艾柱所处位置。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中，人体皮肤获取艾柱辐射能量的方法步骤包括：
S11，获取艾柱燃烧辐射的热流密度；
S12，获取艾柱燃烧时在皮肤上的投射辐射；
S13，获取皮肤表面单位时间吸收的艾灸辐射热量。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S11中，获取艾柱燃烧辐射的热流密度的计算方法为：
Em＝εmσTm 4，
其中，εm为艾柱表面燃烧辐射的发射率，一般看作灰体，其数值为0.6；
σ为常数，一般σ＝5.67*10-8w/(m2·K4)；
Tm为艾柱点燃端的温度，其单位为热力学温度K；
Em表示艾柱燃烧辐射的热流密度。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S12中，获取艾柱燃烧时在皮肤上的投射辐射的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000071
其中，Em表示艾柱燃烧辐射的热流密度；
Am为艾燃烧的辐射表面面积；
H表示艾柱点燃端与人体皮肤间的距离(高度)；
X表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离。
在本实施方式中，其受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离X的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000072
其中，Xp表示第p条受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离；
P表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离的总条数。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S13中，获取皮肤表面单位时间吸收的艾灸辐射热量的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000081
其中，εm为艾柱表面燃烧辐射的发射率，一般看作灰体，其数值为0.6；
α表示吸收比，其黑体吸收比是1，这里是看作灰体，吸收比是0.9；
σ为常数，一般σ＝5.67*10-8w/(m2·K4)；
Tm为艾柱点燃端的温度，其单位为热力学温度K；
H表示艾柱点燃端与人体皮肤间的距离(高度)；
X表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离；
As表示皮肤受热的表面积；
t表示时间周期，一般取20min；每个单位时间周期为30s，用ti表示，i表示第i(0≤i≤40)个单位，此时c＝40。
Am为艾燃烧的辐射表面面积；
其皮肤受热的表面积As的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000082
其中，Xp表示第p条受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离；
Xp+1表示第p+1条受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离；
P表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离的总条数。
其综上收益函数为：
Figure BDA0002454413330000083
ti表示单位时间周期；
ri表示单位时间周期ti内艾灸辐射热量。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，确定艾柱所处位置的计算方法为：
Figure BDA0002454413330000091
趋于0；
其中，E总为人体皮肤待吸收能量值；
Gi表示艾灸辐射总热量；
Figure BDA0002454413330000092
其中，γk表示衰减率，也叫折扣因子，取值[0,1]；
ri+k+1表示单位时间周期ti+k+1内艾灸辐射热量；
c表示时间周期内单位时间周期的总个数。
构建MDP函数：
状态集S：si表示受艾灸的皮肤穴位在ti时间的温度；
动作集A：ai表示在ti时间艾柱头点燃端到皮肤穴位的距离。
收益函数：ri表示在状态si时刻下，采取动作ai后，转变到状态si+1的过程中皮肤穴位所吸收的能量。
状态转移概率
Figure BDA0002454413330000093
在状态si采取行动ai时转变到状态sj的次数/在状态si采取行动ai时转变状态的总次数。
Vπ(si)＝Eπ(Gi|si)
＝Eπ(ri+1+γri+2+γ2ri+3+γ3ri+4+…|si)
＝Eπ(ri+1+γ(ri+2+γri+3+γ2ri+4+…)|si)
＝Eπ(ri+1+γGi+1|si)
＝Eπ(ri+1+γVπ(si+1)|si)
导出最后一行时，将Gi+1变成了Vπ(si+1)，其理由是收获的期望等于收获的期望的期望；
Vπ(si)是在MDP下的基于策略π的状态si价值函数；
Eπ表示从状态si开始的基于策略π马尔科夫链收获的期望；
模型求解：根据最优价值函数，对应的贝尔曼期望方程进行值迭代
Figure BDA0002454413330000101
Figure BDA0002454413330000102
表示状态sj采取动作ai的立即回报；
Figure BDA0002454413330000103
表示状态si采取动作ai转移成状态sj的概率值；
π(ai|si)表示对过程中的状态si采取的行为ai的概率；
Vπ(sj)在MDP下的基于策略π的状态sj的价值函数。这里策略刚开始的只需要赋值一些随机初始值(我们也可根据实验经验预估)集合，子集是一个[0，1]之间的值，里面子集加起来和为1，比如策略
Figure BDA0002454413330000104
它和上面的状态转移概率不同，状态转移概率是一个状态转移到另一个状态的概率，这个策略是在该状态下采取某行行动的概率，只关注所采取的行动，不关注转移成哪状态。
得出最优策略：S→A，
通过迭代获得最优价值函数V*，即得到最优策略π*(ai|si)，
Figure BDA0002454413330000105
Figure BDA0002454413330000106
表示从所有策略产生的状态价值函数，选取状态价值最大的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种中医艾灸系统，其特征在于，包括底座，安设在所述底座上可自由移动的机械臂，在机械臂末端设置有艾柱夹持部、摄像头夹持部、温度监测单元夹持部和距离监测单元夹持部之一或者任意组合，在艾柱夹持部上夹持有艾柱，在摄像头夹持部上夹持有摄像头，所述摄像头用于监测人体皮肤与艾柱间的位置，在温度监测单元夹持部夹持有温度监测单元，所述温度监测单元用于监测艾柱点燃端的温度值，在距离监测单元夹持部夹持有距离监测单元，距离监测单元用于监测艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；还包括设置在底座内的控制器；
控制器的机械臂控制信号输出端与机械臂的控制信号输入端相连，摄像头的图像数据输出端与控制器的图像数据输入端相连；温度监测单元的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端相连，距离监测单元的距离信号输出端与控制器的距离信号输入端相连；
在艾灸时，控制器根据摄像头采集的图像数据、温度监测单元采集的温度数据以及距离监测单元采集的距离数据，控制器向机械臂发送控制信号，控制机械臂移动，使其艾柱与人体皮肤或者人体穴位保持在预设位置范围内。
2.根据权利要求1所述的中医艾灸系统，其特征在于，所述摄像头为双目摄像头；
或/和在所述底座底部设置有万向轮。
3.一种中医艾灸工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取人体皮肤获取艾柱辐射能量；
S2，确定艾柱所处位置。
4.根据权利要求3所述的中医艾灸工作方法，其特征在于，在步骤S1中，人体皮肤获取艾柱辐射能量的方法步骤包括：
S11，获取艾柱燃烧辐射的热流密度；
S12，获取艾柱燃烧时在皮肤上的投射辐射；
S13，获取皮肤表面单位时间吸收的艾灸辐射热量。
5.根据权利要求3所述的中医艾灸工作方法，其特征在于，在步骤S11中，获取艾柱燃烧辐射的热流密度的计算方法为：
Em＝εmσTm 4，
其中，σ为常数；
Tm为艾柱点燃端的温度；
Em表示艾柱燃烧辐射的热流密度。
6.根据权利要求3所述的中医艾灸工作方法，其特征在于，在步骤S12中，获取艾柱燃烧时在皮肤上的投射辐射的计算方法为：
Figure FDA0002454413320000021
其中，Em表示艾柱燃烧辐射的热流密度；
Am为艾燃烧的辐射表面面积；
H表示艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；
X表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离。
7.根据权利要求3所述的中医艾灸工作方法，其特征在于，在步骤S13中，获取皮肤表面单位时间吸收的艾灸辐射热量的计算方法为：
Figure FDA0002454413320000022
其中，εm为艾柱表面燃烧辐射的发射率；
α表示吸收比；
σ为常数；
Tm为艾柱点燃端的温度；
Am为艾燃烧的辐射表面面积；
H表示艾柱点燃端与人体皮肤间的距离；
X表示受热皮肤中心点到受热皮肤边缘的距离；
As表示皮肤受热的表面积；
t表示时间周期；
其综上收益函数为：
Figure FDA0002454413320000031
ti表示单位时间周期；
ri表示单位时间周期ti内艾灸辐射热量。
8.根据权利要求3所述的中医艾灸工作方法，其特征在于，在步骤S2中，确定艾柱所处位置的计算方法为：
Figure FDA0002454413320000032
趋于0；
其中，E总为人体皮肤待吸收能量值；
Gi表示艾灸辐射总热量；
Figure FDA0002454413320000033
其中，γk表示衰减率；
ri+k+1表示单位时间周期ti+k+1内艾灸辐射热量；
c表示时间周期内单位时间周期的总个数。
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