基于ABB機器人的人體經(jīng)絡(luò)腧穴識別

董詩繪 王 旭

通過傳感器技術(shù)的人工智能視覺獲取，結(jié)合人體解剖結(jié)構(gòu)的超聲圖像、X線圖像與計算控制系統(tǒng)實現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)部位的目標(biāo)定位的醫(yī)療機器人，已經(jīng)在頭、頸、胸腹、整形等外科手術(shù)中得到廣泛應(yīng)用?；谶@些技術(shù)，同理也可以將其開發(fā)應(yīng)用到中醫(yī)的針灸推拿的人工智能化中。ABB機器人的開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)有近40年的歷史，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、軍工、機械電子制造業(yè)，醫(yī)療健康、家庭服務(wù)等諸多領(lǐng)域，所以，開發(fā)ABB機器人應(yīng)用于中醫(yī)針灸推拿領(lǐng)域具備理論與現(xiàn)實的意義。以中醫(yī)的腧穴理論為基礎(chǔ)，結(jié)合ABB的智能運行功能設(shè)計人體的體表腧穴識別是按摩機器人開發(fā)設(shè)計的前提。

腧穴定位的精確對于按摩機器人的應(yīng)用功能可靠性至關(guān)重要。在中醫(yī)奠基之作《黃帝內(nèi)經(jīng)》中有：固定法、運動法、骨度分寸法、感應(yīng)法[1]。當(dāng)前，國際標(biāo)準(zhǔn)以骨度分寸為主。本研究采用骨度分寸法，根據(jù)不同部位不同穴位的具體情況，穴位定位的計量標(biāo)準(zhǔn)分別采取骨度分寸與手指同身寸（簡稱“指寸”）。在建立穴位定位數(shù)據(jù)庫時，分別將兩種計量單位具體到每個穴位。將目標(biāo)對象的頭、面、胸腹、腰背、四肢等部位的同身寸分別進行人工智能識別與測量。根據(jù)骨度分寸計量標(biāo)準(zhǔn)，識別前發(fā)際與后發(fā)際，確定其尺寸并進行12等分；耳后兩完骨（乳突）之間，進行9等分。在胸腹部，識別與測量天突至歧骨（胸劍聯(lián)合）的尺寸并9等分；識別與測量歧骨至臍中的尺寸并進行8等分；識別與測量臍中至橫骨上廉（恥骨聯(lián)合上緣）的尺寸并進行9等分；識別與測量兩乳頭之間的尺寸并進行8等分。在腰背部，識別出背部的21個椎骨；識別與測量出兩肩胛骨背柱緣之間的尺寸并進行6等分。在上肢部，識別與測量出腋前紋頭（腋前皺裂）至肘橫紋的尺寸并進行9等分；識別與測量肘橫紋至腕橫紋的尺寸進行12等分。在側(cè)胸部，識別與測量腋下至季脅的尺寸并進行12等分。在側(cè)腹部，識別與測量季脅以下至髀樞尺寸并進行9等分。在下肢部，識別與測量出橫骨上廉至內(nèi)輔骨上廉（股骨內(nèi)踝上緣）的尺寸并進行18等分；識別與測量出內(nèi)輔骨下廉（脛骨內(nèi)踝下緣）至內(nèi)踝高點的尺寸并進行13等分；識別與測量髀樞之膝中的尺寸進行19等分；識別與測量臀橫紋至膝中的尺寸進行14等分；識別與測量膝中至外踝高點的尺寸進行16等分；識別與測量外踝高點至足底的尺寸進行3等分。將具體實際等分的尺寸分別應(yīng)用到頭、面、胸腹、腰背、四肢每一個部位的相關(guān)腧穴的定位。具體的經(jīng)絡(luò)腧穴的定位識別采用GB/T12346-2006中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)[2]。

腧穴在古代文獻中有：“節(jié)”“會”“氣穴”“氣府”“脈氣所發(fā)”“骨空”“溪”“谷”等稱謂，是人體氣血游行出入與運行匯聚的樞紐。多分布于骨骼附近的特殊部位。目前，在醫(yī)療機器人領(lǐng)域，人體的解剖結(jié)構(gòu)成像采用核磁共振技術(shù)與CT等，核磁共振適用于軟組織，CT適用于骨骼[3]。骨骼的特征識別設(shè)計：根據(jù)人體骨骼的解剖形態(tài)特征采用CT識別，通過人工智能對骨形態(tài)的識別以便與對骨骼的解剖形態(tài)進行定位,分別采集相應(yīng)具體人體的同身寸數(shù)據(jù)。人體解剖結(jié)構(gòu)定位的穴位以核磁共振技術(shù)與傳感器技術(shù)直接定位，比如，太淵、承泣、四白、巨髎、大迎、下關(guān)、人迎、水突、氣舍、解溪、沖陽、陷骨、內(nèi)庭等穴位。按照穴位在人體體表部位分布的共性分類。頭面部位為曲面，在穴位的定位上分為一組，機器人運行曲面的定位指令，胸腹背部近似于平面，在定位上大致相近，在胸腹部以前正中線、肋間隙、臍為參照；背部以后正中線與脊椎骨為參照。四肢部位分為一組，以四肢橫紋為參照，末端井穴等穴位以指甲趾甲為參照。其他以同身寸與人體解剖部位為參照的穴位，通過核磁共振技術(shù)與視覺傳感器對穴位定位所需參照部位的識別，比如，人體的前正中線、肌肉的邊緣、前發(fā)際正中等。并以同身寸為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合機器人的運動指令實人體腧穴的定位。本研究的運動指令設(shè)計在人體體表以二維平面為主，橫向為X軸，縱向為Y軸，坐標(biāo)系以人體的解剖結(jié)構(gòu)部位方向為參照，橫向即人體解剖部位的橫向，縱向亦然。

本識別系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 經(jīng)絡(luò)腧穴的定位識別系統(tǒng)圖

1 四肢部穴位的識別

根據(jù)穴位定位的共性，不須將每個穴位的定位方案都寫下來，比如，天府、俠白、孔最、尺澤、列缺、經(jīng)渠等上肢穴位，都是以體表的紋理標(biāo)志為參照點，并依據(jù)相應(yīng)的方向與同身寸來定位目標(biāo)穴位，所以在上肢的這類的穴位定位上，選取其中的一個穴位為代表，提出定位的解決方案，其他穴位定位的解決方案以此類推即可。

1.1 上肢部以天府穴位為例

天府：在臂前區(qū)，腋前紋頭下3寸，肱二頭肌橈側(cè)緣處。

通過視覺傳感器識別腋前紋頭，以核磁共振技術(shù)定位肱二頭肌橈側(cè)緣，設(shè)機械手向下位移為Y軸負值，腋前紋頭為p10點，天府穴為p20點，機器人的安全位置為p11點，天府穴位子程序：

PROC TF（ ）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p10, v50, fine, tool1;

MoveL Offs（p10,0,-3,0）,v50,fine,tool1;

MoveL p11, v50, fine, tool1;

END PROC

距離單位為同身寸，機械手從腋前紋頭，延Y軸向下位移到肱二頭肌的撓側(cè)緣處為中府穴，定位到的點即為天府穴。

1.2 下肢部以合陽穴與足三里穴為例

合陽：在小腿后區(qū)，腘橫紋下2寸，腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭之間。

通過傳感器技術(shù)識別腘橫紋，以核磁共振技術(shù)定位腓腸肌內(nèi)、外側(cè)頭，設(shè)機械手向下位移為Y軸負值，腘橫紋為p20點。合陽穴位子程序：

PROC HY（ ）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p20, v50, fine, tool1;

MoveL Offs（p20,0,-2,0），v50，fine，tool1;

MoveL p11, v50, fine, tool1;

END PROC

距離單位為同身寸，機械手從腘橫紋，延Y軸向下位移到肱二頭肌的撓側(cè)緣處為合陽穴，定位到的點即為合陽穴。

足三里：在小腿外側(cè)，犢鼻下3寸，犢鼻與解溪連線上。

PROC ZSL（）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p30v50, fine, tool1;

MoveL Offs （p30,-3,0），v50，fine，tool1;

MoveL p11, v50, fine, tool1;

END PROC

單位為同身寸，以犢鼻為參照點，延Y軸向下位移3同身寸，定位到足三里穴。

手足赤白肉際為參照點的相關(guān)穴位。以（視覺傳感器）識別赤白肉際的所在，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的同身寸定位相關(guān)的穴位。四肢部井穴的識別以何線性交點為主。

2 胸腹背部的穴位識別

胸腹部，任脈穴位以及其他以前正中線為參照點，旁開穴位標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的同身寸，可以視覺傳感器識別與定位臍部，然后以臍部為原點，按照個人同身寸的尺寸定位相應(yīng)穴位的位置，以肋間隙為參照點的穴位可以通過CT技術(shù)結(jié)合傳感器技術(shù)直接定位肋間隙的位置，從而根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)同身寸定位相應(yīng)穴位。根據(jù)胸腹背部穴位分布定位的共性，也選擇幾個穴位作出相應(yīng)的定位解決方案，其他穴位防此方案。

2.1 以臍部為參照的穴位定位以不容穴為例

不容：在上腹部，臍中上6寸，前正中線旁開2寸。以傳感器技術(shù)定位識別臍部，設(shè)臍部為p40點，機械手向上位移為Y軸正值，旁開橫向運動為X軸（數(shù)值正負因左右對稱按實際需要定），不容穴位子程序：

PROC BR（ ）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p40, v50, fine, tool1;

MoveL Offs （p40,0,6,0） ,v50,fine,tool1;

MoveL Offs（p40,2,6,0）,v50,fine,tool1;

MoveL p11, v50, fine, tool1;

END PROC

機械手先以臍部為原點向上位移6同身寸到臍中上點，再以臍中上點為原點橫向位移2同身寸，定位到不容穴。

2.2 肋間隙為參照定位的穴位以中府穴位為例

中府：在胸部，橫平第1肋間隙，鎖骨下窩外側(cè)，前正中線旁開6寸。

以視覺傳感器識別臍部的位置，臍部在體表的上下方向，即Y軸為前正中線，肋間隙應(yīng)用CT定位，將獲取的位置參數(shù)反饋給機器人。

設(shè)第1肋間隙與前正中線的交點為p50，設(shè)定橫向運動為X軸，中府穴位子程序：

PROC ZF（ ）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p50, v50, fine, tool1;

MoveL Offs （p50,6,0,0） , v50, fine, tool1;

MoveL p11, v50, fine, tool1;

END PROC

距離單位為同身寸，通過CT識別第一肋間隙，機器人由第1肋間隙與前正中線的交點p1點，沿X軸運行6個同身寸然后停止，找到中府穴。

2.3 背部以骨骼解剖結(jié)構(gòu)為參照點的穴位以大杼穴位為例

背部以骨骼解剖結(jié)構(gòu)為參照點的穴位以醫(yī)學(xué)影像技術(shù)識別骨骼部位為主，結(jié)合計算系統(tǒng)指令識別定位相應(yīng)的穴位。

大杼：在脊柱區(qū)，第1胸椎棘突下，后正中線旁開1.5寸。

以CT定位到第1胸椎棘突下的位置為p60點，并將位置參數(shù)反饋給機器人，設(shè)后正中線旁開的位移為X軸（數(shù)值正負因左右對稱按實際需要定）：

PROC DZ（ ）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p60, v50, fine, tool1;

MoveL Offs （p60,1.5,0,0） ,v50,fine,tool1;

MoveL p11, v50, fine, tool1;

END PROC

機械手以p60點為原點延x軸運行1.5同身寸定位到的穴位為大杼穴。

3 頭部曲面部位的穴位識別

頭面部曲面部位的穴位，按照微分的原理，將穴位的同身寸多次微分，機器人的機械手進行多次分段位移，每一小段的位移就近似于直線，這樣對穴位的定位就將更精確。

以曲差穴為例：

曲差：在頭部，前發(fā)際正中直上0.5寸，旁開1.5寸。

PROC QCH（ ）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p100, v50, fine, tool1;前發(fā)際

MoveL Offs（p100,0,0.5,0）, v50, fine, tool1;前發(fā)際正中直上0.5寸

M o v e C O f f s（p 1 0 0,0.7 5,0.5,0）, O f f s（p100,1.5,0.5,0）, v100, z10, tool1;MoveL p11, v50, fine, tool1;END PROC

因為頭部為曲面，所以，在解決頭部穴位的方案中，應(yīng)用圓弧指令。Offs（p100,1.5,0.5,0）為曲差穴位置處，Offs（p100,0.75,0.5,0）為過渡點；設(shè)前發(fā)際正中為p100點，MoveLOffs（p100,0,0.5,0）, v50, fine, tool1，到達前發(fā)際直上0.5同身寸；MoveCOffs（p100,0.75,0.5,0）,取圓弧中點處0.75同身寸；MoveC Offs（p100,0.75,0.5,0）,Offs（p100,1.5,0.5,0）, v100, z10, tool1;定位到旁開1.5同身寸的曲差穴。頭部曲面以誤差穴為例，其余曲面定位的穴位解決方案可以此為參照。

4 結(jié)語

隨著人工智能化技術(shù)的發(fā)展與人類健康需求的增加，人工智能技術(shù)在人體的腧穴按摩應(yīng)用中必定會成為現(xiàn)實。本文根據(jù)人體的頭、胸腹、背部、四肢等主要部位穴位分布的特點，將人體腧穴進行分類處理，應(yīng)用ABB機器人的運動指令，進行人體腧穴定位設(shè)計，針對人體不同的部位提出相應(yīng)穴位定位解決方案。按摩機器人的功能效果與腧穴定位的精確性直接相關(guān)，所以，解決腧穴的智能定位是基礎(chǔ)與關(guān)鍵。

[1]蘇妝.黃帝內(nèi)經(jīng)腧穴理論的發(fā)生學(xué)研究[D].沈陽：遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，2013：32-33.

[2]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 12346-2006 腧穴名稱與定位[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3]（法）特羅卡思.醫(yī)療機器人[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2015：64-65.