专利名称：一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针的制作方法
技术领域：
本发明是一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针。
背景技术：
针刺手法是把毫针按一定穴位刺入患者体内，运用捻转与提插等针刺手法来治疗疾病。针灸的治疗作用主要有三个方面疏通经络、调和阴阳、扶正祛邪。基本手法主要有提插和捻转两种手法，除运用基本手法外，还有辅助手法，包括循、刮、弹、摇、震颤等。针刺手法的力能参数实时数据采集及信息处理研究有助于理解针刺手法在治疗中的作用和机理。同时通过传感器在临床治疗中的数据采集与分析，更为中医针刺手法生物医学信息的量化、客观化和标准化奠定基础。上海市针灸经络研究所在公开号为CN2433931的专利申请中提出的一种针刺手 法参数测定分析仪，虽然能够应用换能器将提插、捻转、摇摆(X、Y)方向的四路电讯号分别采集并送入计算机进行分析储备，但由于针刺过程为微小力下的变形，分析其过程中齿轮传动的误差对于数据的可靠性影响较大。上海中医药大学在公开号为CN2533851Y的发明专利中提出的针刺手法实时数据采集传感器实现了对针刺手法数据的实时采集，但因其结构复杂，使制造成本增加。西北工业大学在公开号为CN1718179A的专利申请中提到的一种检测中医针刺手法的量化传感针，结构简单、体积小、灵敏度高，但因结构所限仅能测量提插及捻转手法，且存在采集数据分散性大，仅能检测到的两分量信号相互干扰等问题严重。因此，不能满足测量其它多种针刺手法的要求。如何设计出一项简便先进的传感器装置来测量多种针刺手法，并提高采集信号的可靠性与抗干扰能力，以供中医针刺手法的定量分析研究与临床检测，满足针灸教学和科研之需，是该技术领域亟待解决的问题。
发明内容为克服现有技术中存在的不能测量多种针刺手法的不足，本发明提出了一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针。本发明包括针柄、外壳、捻转应变片、捻转应变梁、平移应变片、摇摆应变片、提插应变梁、提插应变片、空心螺栓、针体、应变梁轮轴及支撑套筒。其中支撑套筒位于外壳内，针柄的下端位于外壳内上部，并与位于支撑套筒上端的捻转应变梁固接。应变梁轮轴位于外壳内底部，并与位于支撑套筒下端的提插应变梁固接。各捻转应变片，平移应变片分别粘贴在捻转应变梁上。摇摆应变片和提插应变片分别粘贴在提插应变梁上。空心螺栓位于外壳外部下端,并与位于外壳内的应变梁轮轴螺接。针体的固定端安装在空心螺栓的内孔中。2个捻转应变片分别粘贴在2个相邻的捻转应变梁相对的表面，另2个捻转应变片分别粘贴在另2个相邻的捻转应变梁相对的表面，使四个捻转应变片分别处于两个相互对称的象限内。四个平移应变片分别粘贴在四个捻转应变梁的同一侧表面，使四个平移应变片分别处于四个象限内。[0008]四个摇摆应变片分别粘贴在四个提插应变梁的上表面，并靠近应变梁轮轴，并且各摇摆应变片均位于提插应变梁的上表面。四个提插应变片分别粘贴在四个提插应变梁一个表面，并靠近支撑套筒，其中，四个提插应变片中的2个提插应变片分别粘贴在两个相对称的一对提插应变梁的上表面，四个提插应变片中的另2个提插应变片分别粘贴在另两个相对称的一对提插应变梁的下表面。针柄的下端穿过位于外壳上盖中心的过孔，并与各捻转应变梁固接。所述各捻转应变片、平移应变片、摇摆应变片和提插应变片的信号线从针柄的内孔中穿过，一端分别与各捻转应变片、平移应变片、摇摆应变片和提插应变片连接并组桥，另一端分别与动静态应变测试仪连通。所述支撑套筒壳体的圆周上均布有四条通槽，该通槽贯通支撑套筒壳体，并贯通支撑套筒壳体的轴向高度。所述支撑套筒上的四条通槽均位于相邻的两个提插应变梁的中心线之间。所述的组桥包括全桥电路和半桥电路。所述捻转应变梁有四个。所述各捻转应变梁的一端固定在支撑套筒的内壁上，各 捻转应变梁的另一端与位于支撑套筒内中心处的针柄下端的圆周表面固定连接，呈十字形分布在所述支撑套筒内孔的一端。各捻转应变梁处于同一水平面，并且各捻转应变梁的上端面均与支撑套筒的上端面平齐。所述提插应变梁有四个。所述各提插应变梁的一端固定在支撑套筒的内壁上，各提插应变梁的另一端与位于支撑套筒内中心处的应变梁轮轴的圆周表面固定连接，呈十字形分布在所述支撑套筒内孔的另一端。各提插应变梁处于同一水平面，并且各提插应变梁的下表面均与支撑套筒的下端面平齐。四个提插应变片组成惠斯通全桥电路。四个捻转应变片组成惠斯通全桥电路。四个摇摆应变片组成2个惠斯通半桥电路，其中位于一对相对称的两条提插应变梁上表面的一组摇摆应变片组成一个半桥电路，位于另一对相对称的两条提插应变梁上表面的一组摇摆应变片组成一个半桥电路。四个平移应变片组成2个惠斯通半桥电路，其中位于一对相对称的捻转应变梁上的一组平移应变片正反对称的组成一个半桥电路，位于另一对相对称的捻转应变梁上的一组平移应变片正反对称的组成一个半桥电路。应变梁轮轴的上端的端面与四个提插应变梁的一端固定连接。应变梁轮轴下端的端面与外壳的下盖内表面贴合。空心螺栓的螺纹端穿过外壳下盖中心的过孔，装入应变梁轮轴的螺纹孔内。本发明是一种基于电阻应变传感技术、结构力学原理和电桥电路，能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针。本发明所述的六分量微力包括施针时分别在x、y、z方向产生的力F和分别在x、y、z方向产生的矩M。利用本发明，并配合计算机系统，能够客观、快速、可靠地记录微型应力状态下的生物医学信息量的变化，以实现不同自由度方向上的多轴连续自动检测，保证传感器实时并反馈检测结果，从而实现对微力状态及大小的检测与识别。本发明中，四个捻转应变梁为捻转手法的主测梁，呈十字形分布在针柄周围，其上端表面与支撑套筒上端面平齐。在四个捻转应变梁上粘贴有捻转应变片和平移应变片。四片用于测量扭转变形的捻转应变片组成全桥测量捻转手法。四片用于测量平移变形平移应变片组成两组半桥测量平移变形，其中一组半桥测量Fx，另一组半桥测量Fy。四个提插应变梁为提插手法的主测梁，呈十字形分布在应变梁轮轴周围其下端表面与支撑套筒下端面平齐。在四个提插应变梁上分别粘贴有摇摆应变片和提插应变片。四片摇摆应变片组成两组半桥测量摇摆变形，其中一组半桥测量Mx，另一组半桥测量My。四片测量提插变形的提插应变片组成全桥测量提插变形Fz。施针时，当采用不同施针手法时会在相对应的应变梁上产生挠度变化，并产生弹性应变，本发明中的各应变片分别组成惠斯通全桥电路或半桥电路，并且各电路分别与静动态应变信号测量仪连接，采集施针时所产生的提插力Fz、捻转扭矩Mz、摇摆弯矩Mx、My方向和平移力FX、FY方向的数据，并通过计算机对采集的数据进行后续分析处理。当进行提插手法操作时，施针者提插针柄，提插应变片变形，测量电信号由导线引出。所述提插手法产生Fz方向的力。进行摇摆手法时，摇摆应变片变形，测量电信号由导线引出。所述摇摆手法产生Mx、My方向的力矩。进行捻转手法操作时，捻转针柄，捻转应变片变形，测量电信号由导线引出。施加平移力手法时，平移应变片变形，测量电信号由导线引出。所述捻转手法产生Mz方向的力矩。所述平移力手法产生FX、FY方向的力。当同时组合上述各施针手法时，各测量应变片所组成的桥路能够实现所测六分量信号间的抗干扰和各自精确、可靠测量。将埋线针置于针体的中心孔内，并将光纤通入所述埋线针的中心孔，·通过光纤近远红外无创伤光谱分析等离子波生物医学信息光纤传感器，实现施针过程中热信号的引入辅助治疗。本发明实现了针刺过程中针体受力的实时定量化测量，为针刺手法的研究和针刺疗效的客观评价提供了实验手段和科学依据，也为其它生物医学工程领域的多分量微力和微位移信号的测量提供了一种新的技术手段。本发明能将微小应力、应变状态及大小转换为弹性材料的长度和形状的有效变化，并产生相应的长度和角度的微位移或微转动，然后将这种移动或转动放大或缩小，并通过动静态信号测试分析系统实时接收与分析反馈出微力多自由度的运动特性和大小变化。通过计算机对复杂应力，包括拉压、平移、扭转、摆动及其耦合状态矩形高效率和高精度的连续检测。
附图I是传感针结构示意图的主视图；附图2是传感针结构示意图的左视图；附图3是针柄、应变梁、支撑套筒及应变梁轮轴的整体结构示意图；附图4是附图3逆时针旋转90°后的结构示意图；附图5是支撑套筒、应变梁、支撑套筒及应变梁轮轴的剖视图；附图6是支撑套筒、应变梁、支撑套筒及应变梁轮轴的底视图；附图7是外壳的整体结构示意图；附图8是空心螺栓的结构示意图。I.信号线 2.针柄3.外壳4.捻转应变片 5.捻转应变梁6.平移应变片7.摇摆应变片8.提插应变梁9.提插应变片 10.空心螺栓11.螺丝钉 12.针体13.应变梁轮轴14.支撑套筒 15.通槽
具体实施方式
[0033]本实施例是一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针，包括针柄2、外壳
3、捻转应变片4、捻转应变梁5、平移应变片6、摇摆应变片7、提插应变梁8、提插应变片9、空心螺栓10、螺丝钉11、针体12、应变梁轮轴13及支撑套筒14。支撑套筒14位于外壳3内，针柄2的下端位于外壳3内上部，并与位于支撑套筒14上端的捻转应变梁5固接；应变梁轮轴13位于外壳3内底部，并与位于支撑套筒14下端的提插应变梁8固接。各捻转应变片4，平移应变片6分别粘贴在捻转应变梁5上；摇摆应变片7和提插应变片9分别粘贴在提插应变梁8上。空心螺栓10位于外壳3外部下端，并与位于外壳3内的应变梁轮轴13螺接。针体12的固定端安装在空心螺栓10的内孔中。捻转应变梁5有四个，均为矩形板条状，用于粘贴扭转变形应变片4和平移应变片
6。各捻转应变梁5长度方向的一端端面固定在支撑套筒14 一端的内孔壁上，各捻转应变梁5长度方向的另一端端面与位于支撑套筒14内中心处的针柄2下端的圆周表面固定连 接，使所述捻转应变梁5呈十字形固定在支撑套筒14内孔一端。四个捻转应变梁5处于同一水平面，并且所述四个捻转应变梁5的上端面与支撑套筒14的上端面平齐。四个捻转应变片4分别粘贴在四个捻转应变梁5的一个表面，并靠近针柄2处，其中，四个捻转应变片4中的2个捻转应变片分别粘贴在2个相邻的两个捻转应变梁5相对的表面，四个捻转应变片4中的另2个捻转应变片分别粘贴在另2个相邻的两个捻转应变梁5相对的表面，使四个捻转应变片4分别处于两个相互对称的象限内。四个平移应变片6分别粘贴在四个捻转应变梁5宽度方向的一个表面，并靠近支撑套筒14 ;所述的四个平移应变片6分别粘贴在四个捻转应变梁5宽度方向的一个表面，并且四个平移应变片6均位于四个捻转应变梁5同一侧表面，使四个平移应变片6分别处于四个象限内。提插应变梁8有四个，均为矩形板条状，用于粘贴摇摆变形应变片7和提插应变片
9。各提插应变梁8长度方向的一端固定在支撑套筒14 一端的内孔壁上，各提插应变梁8长度方向的另一端与位于支撑套筒14内中心处的应变梁轮轴13的圆周表面固定连接，使所述提插应变梁8呈十字形固定在支撑套筒14内孔一端。四个提插应变梁8处于同一水平面，并且下表面与支撑套筒14的下端面平齐，四个摇摆应变片7分别粘贴在四个提插应变梁8的上表面，并靠近应变梁轮轴13。四个提插应变片9分别粘贴在四个提插应变梁8 一个表面，并靠近支撑套筒14，其中，四个提插应变片9中的2个提插应变片分别粘贴在两个相对称的一对提插应变梁8的上表面，四个提插应变片9中的另2个提插应变片分别粘贴在另两个相对称的一对提插应变梁8的下表面。所述提插应变梁8宽度的中心线与捻转应变梁5厚度的中心线重合。所述支撑套筒14壳体的圆周上均布有四条通槽15，该通槽贯通支撑套筒14壳体，并贯通支撑套筒14壳体的轴向高度。所述支撑套筒14上的四条通槽15均位于相邻的两个提插应变梁8的中心线之间。针柄2为空心镁合金管，该针柄2的下端穿过位于外壳3上盖中心的过孔，并与各捻转应变梁5固接。所述各捻转应变片4，平移应变片6，摇摆应变片7和提插应变片9的信号线I从针柄2的内孔中穿过，一端分别与各捻转应变片4，平移应变片6，摇摆应变片7和提插应变片9连接并组桥，另一端分别与信号分析系统连接。所述的组桥包括全桥电路和半桥电路。[0043]本实施例中，四个提插应变片9组成惠斯通全桥电路，用于测量提插手法产生FZ方向的力。该惠斯通全桥电路与8通道TST3827动静态应变测试仪连通。将TST3827动静态应变测试仪各通道之间的接线端子上的短接线全部断开，并将TST3827动静态应变测试仪的 I 通道工作端的“+Eg”和“Vi+”，“Vi+”和“一 Eg，，，“一 Eg”和“νΓ”，“νΓ”和“+Eg”各与一个提插应变片9连通。本实施例中，四个捻转应变片4组成惠斯通全桥电路，用于测量捻转手法产生Mz方向的力矩。将TST3827动静态应变测试仪各通道之间的接线端子上的短接线全部断开，并将TST3827动静态应变测试仪的2通道工作端“+Eg”和“Vi+”，“Vi+”和“一Eg”，“一 Eg”和“Vi_”，“Vi_”和“+Eg”各与一个捻转应变片4连通。本实施例中，四个摇摆应变片7组成2个惠斯通半桥电路。四个摇摆应变片7分为两组，其中位于两条提插应变梁8上表面的一组摇摆应变片7组成半桥，用于测量摇摆手法产生Mx方向的力矩。用导线将TST3827动静态应变测试仪的3通道端子上“Vi_”端子与该TST3827动静态应变测试仪的补偿端子上的“D”端子连通。将一个应变片7与TST3827动静态应变测试仪通道端子的“+Eg”和“Vi+”连通；将同一组的另一个应变片7与TST3827·动静态应变测试仪的“Vi+”和“一Eg”连通。位于两条提插应变梁8上表面的另一组摇摆应变片7组成半桥，用于测量摇摆手法产生MY方向的力矩，用导线将TST3827动静态应变测试仪4通道端子上“Vi_”端子与该TST3827动静态应变测试仪的补偿端子的“D”端子连通。将一个应变片与TST3827动静态应变测试仪通道端子的“+Eg”和“Vi+”连通；将同一组的另一个应变片与TST3827动静态应变测试仪的“Vi+”和“一Eg”连通。本实施例中，四个平移应变片6组成2个惠斯通半桥电路。四个平移应变片6分为两组，其中位于两条相对称的捻转应变梁5上的一组正反对称的平移应变片6组成半桥，用于测量平移力手法产生Fx方向的力；用导线将TST3827动静态应变测试仪5通道端子上“Vi_”端子与该TST3827动静态应变测试仪补偿端子上的“D”端子连通；将一个应变片与TST3827动静态应变测试仪通道端子的“+Eg”和“Vi+”连通；将同一组的另一个应变片与该TST3827动静态应变测试仪的“Vi+”和“一 Eg”连通。位于两条相对称的捻转应变梁5上的另一组正反对称的平移应变片6组成半桥，用于测量平移力手法产生Fy方向的力。用导线将TST3827动静态应变测试仪的6通道端子上“Vi_”端子与该TST3827动静态应变测试仪补偿端子上的“D”端子连通；将一个应变片与TST3827动静态应变测试仪通道端子的“+Eg”和“Vi+”连通；将同一组的另一个应变片与TST3827动静态应变测试仪的“Vi+”和“一 Eg”连通。应变梁轮轴13的上端与四个提插应变梁8的一端固定连接；应变梁轮轴13下端的端面与外壳3的下盖内表面贴合。空心螺栓10的螺纹端穿过外壳3下盖中心的过孔，装入应变梁轮轴13的螺纹孔内。外壳3为封闭的壳体,在外壳3上盖的中心有针柄2的过孔,在外壳3下盖的中心有空心螺栓10的过孔。外壳3的上盖为中间带孔的圆片，针柄2穿过圆孔且两者之间留有足够间距，针柄2在孔内可自由转动、上下直线运动、自由摇摆和水平移动。外壳3与支撑套筒14之间也留有足够间距，防止施针过程中两者发生接触干扰信号测量。支撑套筒14周向均匀分布4个上下贯通的通槽。其作用是在实现捻转应变梁5与提插应变梁8固接在一起的同时，减小应变梁各轮辐间的交互影响从而实现各分量的独立测量与测量的灵敏度和可 靠性。
权利要求1.一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针，其特征在于，包括针柄、外壳、捻转应变片、捻转应变梁、平移应变片、摇摆应变片、提插应变梁、提插应变片、空心螺栓、针体、应变梁轮轴及支撑套筒；其中 a.支撑套筒位于外壳内，针柄的下端位于外壳内上部，并与位于支撑套筒上端的捻转应变梁固接；应变梁轮轴位于外壳内底部，并与位于支撑套筒下端的提插应变梁固接；各捻转应变片，平移应变片分别粘贴在捻转应变梁上；摇摆应变片和提插应变片分别粘贴在提插应变梁上；空心螺栓位于外壳外部下端,并与位于外壳内的应变梁轮轴13螺接；针体的固定端安装在空心螺栓的内孔中； b.2个捻转应变片分别粘贴在2个相邻的捻转应变梁相对的表面，另2个捻转应变片分别粘贴在另2个相邻的捻转应变梁相对的表面，使四个捻转应变片分别处于两个相互对称的象限内；四个平移应变片分别粘贴在四个捻转应变梁的同一侧表面，使四个平移应变片分别处于四个象限内； c.四个摇摆应变片分别粘贴在四个提插应变梁的上表面，并靠近应变梁轮轴，并且各摇摆应变片均位于提插应变梁的上表面；四个提插应变片分别粘贴在四个提插应变梁一个表面，并靠近支撑套筒，其中，四个提插应变片中的2个提插应变片分别粘贴在两个相对称的一对提插应变梁的上表面，四个提插应变片中的另2个提插应变片分别粘贴在另两个相对称的一对提插应变梁的下表面； d.针柄的下端穿过位于外壳上盖中心的过孔，并与各捻转应变梁固接；所述各捻转应变片、平移应变片、摇摆应变片和提插应变片的信号线从针柄的内孔中穿过，一端分别与各捻转应变片、平移应变片、摇摆应变片和提插应变片连接并组桥，另一端分别与动静态应变测试仪连接； e.所述支撑套筒壳体的圆周上均布有四条通槽，该通槽贯通支撑套筒壳体，并贯通支撑套筒壳体的轴向高度；所述支撑套筒上的四条通槽均位于相邻的两个提插应变梁的中心线之间；所述的组桥包括全桥电路和半桥电路。
2.如权利要求I所述一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针，其特征在于，所述捻转应变梁有四个；所述各捻转应变梁的一端固定在支撑套筒的内壁上，各捻转应变梁的另一端与位于支撑套筒内中心处的针柄下端的圆周表面固定连接，呈十字形分布在所述支撑套筒内孔的一端；各捻转应变梁处于同一水平面，并且各捻转应变梁的上端面均与支撑套筒的上端面平齐。
3.如权利要求I所述一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针，其特征在于，所述提插应变梁有四个；所述各提插应变梁的一端固定在支撑套筒的内壁上，各提插应变梁的另一端与位于支撑套筒内中心处的应变梁轮轴的圆周表面固定连接，呈十字形分布在所述支撑套筒内孔的另一端；各提插应变梁处于同一水平面，并且各提插应变梁的下表面均与支撑套筒的下端面平齐。
4.如权利要求I所述一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针，其特征在于，四个提插应变片组成惠斯通全桥电路；四个捻转应变片组成惠斯通全桥电路；四个摇摆应变片组成2个惠斯通半桥电路，其中位于一对相对称的两条提插应变梁上表面的一组摇摆应变片组成一个半桥电路，位于另一对相对称的两条提插应变梁上表面的一组摇摆应变片组成一个半桥电路；四个平移应变片组成2个惠斯通半桥电路，其中位于一对相对称的捻转应变梁上的一组平移应变片正反对称的组成一个半桥电路，位于另一对相对称的捻转应变梁上的一组平移应变片正反对称的组成一个半桥电路。
5.如权利要求I所述一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针，其特征在于，应变梁轮轴的上端的端面与四个提插应变梁的一端固定连接；应变梁轮轴下端的端面与外壳的下盖内表面贴合；空心螺栓的螺纹端穿过外壳下盖中心的过孔，装入应变梁轮轴的螺纹孔内。
专利摘要一种能够测量中医针刺手法六分量微力的针灸针，各捻转应变片、平移应变片分别粘贴在捻转应变梁上，各摇摆应变片和提插应变片分别粘贴在提插应变梁上。所述各捻转应变片、平移应变片、摇摆应变片和提插应变片的信号线从针柄的内孔中穿过，一端分别与各捻转应变片、平移应变片、摇摆应变片和提插应变片连接并组桥，另一端分别与动静态应变测试仪连通。本实用新型采集施针时分别在x、y、z方向产生的力F和力矩M，并通过计算机对采集的数据进行后续分析处理，实现了针刺过程中针体受力的实时定量化测量，为针刺手法的研究和针刺疗效的客观评价提供了实验手段和科学依据，也为其它生物医学工程领域的多分量微力和微位移信号的测量提供了一种新的技术手段。
文档编号A61H39/08GK202682339SQ20122025699
公开日2013年1月23日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者王磊, 李付国, 艾炳蔚, 李潇, 汪程鹏, 王瑞亭, 李 浩 申请人:西北工业大学, 江苏省中医院, 南开大学