基于AI视觉与多通道PID温控的膝骨关节炎智能艾灸系统及控制方法

本发明属于但不限于医疗器械，尤其涉及一种基于ai视觉与多通道pid温控的膝骨关节炎智能艾灸系统及控制方法。

背景技术：

1、膝骨关节炎（kneeosteoarthritis,koa）是中老年人群高发的退行性骨关节疾病，以关节软骨退变、骨质增生、滑膜炎症为核心病理改变，临床常表现为膝关节疼痛、肿胀、活动受限，严重影响患者生活质量。中医艾灸疗法作为koa中医外治的核心手段之一，通过温热效应与艾草药理成分的协同作用，实现温经通络、散寒止痛、活血化瘀的功效，在临床与居家康复中应用广泛。

2、但现有艾灸技术与设备存在以下无法克服的技术缺陷：

3、穴位定位标准化与自动化程度不足：传统艾灸的穴位定位高度依赖执业医师的临床经验，普通居家用户无法精准识别内膝眼、足三里等koa治疗核心穴位；现有基于红外热成像的穴位识别技术，依赖人工判读热成像图，存在识别效率低、定位误差大的问题，无法实现全自动、标准化的穴位定位，难以保障居家场景下的施灸精准度。

4、施灸温控精度与安全性不足，药热协同效应缺失：传统明火艾灸存在烟雾污染、明火烫伤的安全隐患，无法适配居家密闭环境使用；现有电加热艾灸设备多采用单一热源统一控温，无法针对不同穴位的施灸需求实现独立温控，且控温精度不足，易出现局部皮肤烫伤或施灸温度不足导致疗效下降的问题；同时多数设备仅能实现单一温热效应，无法模拟传统艾灸药热协同的药理作用，无法复刻艾灸的完整治疗功效。

5、中医辨证施治的智能化落地困难，缺乏全流程闭环管理：koa的中医治疗核心为辨证施护，需根据寒湿痹阻、湿热痹阻、气滞血瘀、肝肾亏虚等不同证型，匹配个性化的穴位组方与施灸方案；现有艾灸设备无内置的中医证型辨证体系，无法根据用户个体情况生成个性化施灸方案，难以实现中医辨证施治的精准落地；同时设备与用户端无数据互通，无法实现施灸数据的追溯与康复效果的全周期管理，无法形成完整的治疗闭环。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于ai视觉与多通道pid温控的膝骨关节炎智能艾灸系统及方法，通过ai视觉融合红外热成像与压力传感器实现全自动穴位定位，通过多通道独立pid温控系统实现分穴精准控温，通过远红外电加热与艾草涂层实现无烟化药热协同，通过app端辨证系统实现个性化方案匹配，最终形成辨证-定位-施灸-追溯的全流程闭环智能艾灸系统，解决现有技术中穴位定位不准、温控精度不足、无烟化与药热协同无法兼顾、辨证施治难以落地的技术痛点。

2、本发明是这样实现的，一种基于ai视觉与多通道pid温控的膝骨关节炎智能艾灸系统，包括艾灸设备主机、可穿戴固定载体、用户端app控制系统；

3、所述艾灸设备主机集成于可穿戴固定载体上，包括传感器集成模块、三头独立pid温控灸头组、药热协同无烟施灸模块、设备主控与通信模块；

4、所述传感器集成模块，包括红外热成像模块、压力传感器阵列、ai算法芯片，用于基于穴位热敏化特征，融合红外热成像数据与压力分布数据，全自动识别并定位膝关节施灸目标穴位；其科学依据在于：穴位区域因血液循环与代谢活跃，体表温度高于周围非穴位组织，该温度差异可被红外热成像客观捕捉，并作为穴位识别的核心特征；

5、所述三头独立pid温控灸头组，包括3组独立的灸头本体，每组灸头均内置独立的远红外电加热单元、温度传感器、pid控制子单元，用于针对不同目标穴位实现独立的精准温控施灸；每组灸头采用增量式pid算法形成闭环温度控制，同时主控单元内置热场耦合前馈补偿模型，消除相邻热源间的相互干扰，确保各穴位独立稳定控温；

6、所述药热协同无烟施灸模块，对应每组灸头设置，包括远红外电加热板、可更换艾草涂层片仓，用于实现远红外温热效应与艾草药理作用的协同，完成无烟化施灸；艾草涂层片含有龙脑、β-石竹烯、桉油精等活性成分，受热后释放与艾叶挥发油一致的药理活性成分，在远红外温热促进下经皮渗透，复刻传统艾灸的药热协同功效；

7、所述设备主控与通信模块，分别与上述各模块电连接，用于实现设备的整体控制，以及与用户端app控制系统的双向数据通信；

8、所述用户端app控制系统，与艾灸设备主机通信连接，包括中医证型自测单元、个性化方案匹配单元、设备控制与监测单元、康复档案管理单元，用于完成用户中医证型判定、个性化艾灸方案匹配、设备控制、施灸数据追溯与康复档案管理；其中中医证型自测单元基于《膝骨关节炎中医诊疗指南（2020年版）》所载的寒湿痹阻、湿热痹阻、气滞血瘀、肝肾亏虚、气血虚弱五类核心证型，通过标准化自评问卷自动完成证型判定。

9、进一步，所述传感器集成模块中，所述红外热成像模块用于实时采集膝关节区域的体表红外热成像数据，捕捉穴位区域与周围非穴位组织的体表温度差异；所述压力传感器阵列用于采集设备与皮肤接触的压力分布数据，辅助校准穴位定位；所述ai算法芯片内置预训练的卷积神经网络穴位识别模型，用于融合红外热成像数据与压力分布数据，该模型通过特征层融合红外热成像的温度梯度特征与压力传感器阵列的压力分布特征，自动识别并定位膝关节内膝眼、足三里核心穴位。

10、进一步，所述三头独立pid温控灸头组中，3组灸头呈品字形分布，分别对应膝关节内膝眼、双侧足三里穴位；每组灸头的pid控制子单元采用增量式pid算法，与对应温度传感器、远红外电加热单元形成闭环控制，实时采集施灸区域皮肤温度，自动调节加热功率，控温范围为38-55℃，控温精度可达±0.3℃。

11、进一步，所述药热协同无烟施灸模块中，所述远红外电加热板可辐射4-14μm波段的远红外线，可深入皮下3-5mm组织产生深层温热效应；所述可更换艾草涂层片仓内置艾草有效成分提取物涂层片，涂层片贴合于远红外电加热板的施灸面，受热后释放艾草挥发油药理活性成分，实现药热协同作用。

12、进一步，所述设备主控与通信模块包括主控单元、ble低功耗蓝牙通信单元、电源管理单元、type-c 多功能接口；所述主控单元分别与ai算法芯片、各pid控制子单元电连接，用于执行用户端app下发的施灸方案；所述蓝牙通信单元用于实现设备与app的双向数据传输；所述type-c 多功能接口用于设备的有线供电与数据传输。

13、进一步，所述用户端app控制系统的中医证型自测单元，内置膝骨关节炎中医证型库，涵盖寒湿痹阻、湿热痹阻、气滞血瘀、肝肾亏虚、气血虚弱5种核心证型，配套标准化症状自评问卷，可基于用户填写的问卷数据自动完成中医证型判定。

14、进一步，所述个性化方案匹配单元内置与各证型对应的艾灸方案数据库，包括穴位组合、施灸温度、施灸时长、灸法模式参数，完成证型判定后，自动为用户匹配对应的个性化艾灸方案，并下发至艾灸设备主机。

15、进一步，所述设备控制与监测单元用于实时接收艾灸设备主机上传的穴位定位数据、施灸温度数据、设备运行状态数据，可实时调整施灸参数，监控设备运行状态，出现温度超阈值异常时自动触发停机保护。

16、进一步，所述康复档案管理单元用于存储用户的证型数据、施灸全量数据，自动生成周度/月度康复简报，实现用户康复进程的全周期数据追溯与管理。

17、本发明的另一目的在于提供一种利用所述艾灸系统的基于ai视觉与多通道pid温控的可穿戴艾灸设备运行控制方法，包括以下步骤：

18、s1，证型自测与方案匹配：用户通过用户端app完成膝骨关节炎症状自评问卷，系统自动完成中医证型判定，匹配对应的个性化艾灸方案，包括目标穴位、各穴位施灸温度、施灸时长；

19、s2，设备佩戴与启动：用户通过可穿戴固定载体将艾灸设备主机固定于膝关节区域，启动设备与app的通信连接，app将匹配完成的艾灸方案下发至设备主机；

20、s3，全自动穴位定位：设备主机启动传感器集成模块，红外热成像模块实时采集膝关节体表红外热成像数据，压力传感器阵列采集接触压力分布数据，ai算法芯片融合双源数据，基于穴位热敏化特征自动识别并定位目标穴位，调整灸头位置对准目标穴位；

21、s4，多通道独立pid温控施灸：设备主机启动三头独立pid温控灸头组，每组灸头按照方案设定的温度与时长，独立启动pid控温程序，温度传感器实时采集皮肤温度，pid控制子单元实时调节远红外电加热单元的加热功率，使施灸温度稳定在设定阈值内；同时远红外电加热板加热艾草涂层片，释放艾草药理活性成分，实现药热协同的无烟施灸；

22、s5，数据同步与康复档案生成：施灸过程中，设备实时将施灸数据、运行状态同步至用户端app；施灸完成后，app自动存储本次施灸的全量数据，更新用户康复档案，生成康复简报，完成全流程闭环。

23、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的基于ai视觉与多通道pid温控的可穿戴艾灸设备运行控制方法的步骤。

24、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的基于ai视觉与多通道pid温控的可穿戴艾灸设备运行控制方法的步骤。

25、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端包括所述的基于ai视觉与多通道pid温控的膝骨关节炎智能艾灸系统。

26、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的显著的进步和预料不到的技术效果为：

27、（1）实现穴位定位的全自动、标准化与高精准度：通过红外热成像、压力传感器阵列与ai视觉算法的融合，基于穴位热敏化特征实现了koa核心穴位的全自动定位，无需人工干预与专业经验，解决了传统人工定位误差大、效率低、居家无法精准定位的痛点，定位精度可满足临床施灸标准，适配居家与临床双场景。

28、（2）实现多穴位独立精准控温，兼顾安全性与疗效：采用三头独立pid温控系统，每个灸头独立控温，控温精度可达±0.3℃，可针对不同穴位设定个性化施灸参数，解决了传统设备单热源统一控温、温控精度不足的问题，既避免了温度过高导致的皮肤烫伤，又保障了施灸温度的有效性，大幅提升了施灸的安全性与疗效稳定性。

29、（3）实现无烟化药热协同施灸，复刻传统艾灸核心功效：采用远红外电加热与可更换艾草涂层结合的方式，通过4-14μm波段的远红外实现深层温热效应，同时艾草涂层受热释放药理活性成分，实现了与传统明火艾灸一致的药热协同功效，同时全程无明火、无烟雾，彻底解决了传统艾灸的烟雾污染与安全隐患，完美适配居家密闭环境使用。

30、（4）实现中医辨证施护的智能化落地，满足个体化康复需求：app端内置符合权威诊疗指南的koa中医证型体系，可通过标准化自评问卷自动完成证型判定，匹配对应的个性化艾灸方案，解决了现有设备无法辨证施治、方案同质化的问题，真正实现了中医辨证论治核心理念的智能化落地，满足不同证型用户的个体化康复需求。

31、（5）构建全流程闭环的智能艾灸体系，实现康复全周期管理：通过设备与app的数据互通，形成了证型自测-方案匹配-自动定位-精准施灸-数据追溯的完整闭环，用户仅需完成设备佩戴与app自测操作，即可实现全自动、全流程的智能艾灸护理，同时通过康复档案实现了康复进程的全周期数据管理，为疗效评估与方案调整提供了数据支撑。

32、本发明所要保护的技术方案并非简单地将艾灸器、app控制和温度传感器进行常规组合，而是围绕膝关节区域艾灸过程中存在的穴位定位依赖人工经验、多个灸点温度相互干扰、传统燃烧式艾灸烟雾刺激大、施灸过程缺乏数据闭环等技术问题，构建了由ai视觉融合识别、多通道独立pid温控、药热协同无烟施灸以及康复档案管理共同配合的智能艾灸系统。其显著进步在于：通过红外热成像模块采集体表温度分布，并结合压力传感器阵列获得设备与膝关节表面的贴合状态，使ai算法芯片能够基于穴位热敏化特征和接触压力分布自动识别目标穴位，从而减少人工找穴误差，提高设备佩戴后的自动适配能力；通过三头独立pid温控灸头组分别对应不同目标穴位进行独立加热控制，使每一灸头均能够根据实时皮肤温度反馈调节远红外电加热单元功率，避免传统单通道加热方式中不同部位温度难以兼顾的问题；同时，主控单元设置热场耦合前馈补偿模型，针对相邻灸头之间的热量叠加和传导干扰进行补偿，使多穴位同步施灸时仍能够保持相对独立、稳定的温控状态。其预料不到的技术效果在于，本发明不是单纯提高加热精度，而是通过穴位识别—压力贴合—独立控温—热场补偿—数据追溯的闭环协同，使膝关节复杂曲面佩戴条件下的施灸位置、温度和时间均能够被自动化管理，显著提升了施灸过程的一致性、安全性和可重复性。进一步地，药热协同无烟施灸模块以远红外电加热方式作用于艾草涂层片，在避免明火和烟雾的同时保留艾草活性成分释放路径，使传统艾灸的温热刺激与药理作用能够以更适合家庭化、可穿戴化设备的形式实现。用户端app还能够根据证型自测结果匹配方案，并记录全过程数据形成康复档案，由此实现从方案生成、设备执行到结果留存的完整闭环，具有突出的实用价值和技术进步。