基于人工智能機(jī)械臂探討一指禪推法人-兔手法壓力參數(shù)的關(guān)系

楊羚， 王繼紅， 高一城， 紀(jì)靜蕓

（廣州中醫(yī)藥大學(xué)針灸康復(fù)臨床醫(yī)學(xué)院，廣東廣州 510405）

目前，手法基礎(chǔ)研究多采用人工操作，其存在主觀性強(qiáng)、不統(tǒng)一等人為因素干擾的缺點，嚴(yán)重阻礙推拿基礎(chǔ)研究的開展，是推拿科研工作的主要瓶頸之一。而應(yīng)用人工智能機(jī)械臂模擬推拿手法可避免人為因素的干擾，其結(jié)果更加客觀，通過系統(tǒng)設(shè)置機(jī)械臂的頻率、時間、垂直壓力、高度等動力學(xué)參數(shù)可實現(xiàn)對相關(guān)變量的精確控制，使得其操作更具有規(guī)范性、統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)性[1]，為推拿科研工作帶來了實質(zhì)性的突破。

目前，在推拿手法動物實驗的基礎(chǔ)研究中，作用于動物的手法刺激參數(shù)多選用作用于人體的參數(shù)，人體與動物之間無論是體型、體質(zhì)量、肌肉緊張程度還是對壓力的承受能力等方面均有著很大的差別。因此，人體動力學(xué)參數(shù)并不適合直接作用于動物，采用相同的手法刺激量容易造成科研結(jié)果與臨床運用的脫節(jié)，背離科研的本質(zhì)。故本研究通過人工智能機(jī)械臂模擬一指禪推法，分別作用于受試者與家兔，根據(jù)歷代文獻(xiàn)記載推拿臨床治療有輕手法、重手法之別，本次測試分為輕、中、重3個維度進(jìn)行分析對比，初步探究人-兔之間動力學(xué)參數(shù)的差異及比例關(guān)系，以期為推拿的動物實驗提供參考依據(jù)，現(xiàn)將研究結(jié)果報道如下。

1 資料與方法

1.1 受試者本研究選擇7名在校身體健康的大學(xué)生，均來源于廣州中醫(yī)藥大學(xué)，年齡18~22歲，男女比例為4∶3，所有自愿者均簽署知情同意書后方可進(jìn)行研究。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡要求在18~22周歲之間；②四肢健全、中脘穴及雙側(cè)天樞穴局部無皮損、無基礎(chǔ)疾病、能配合實驗的健康大學(xué)生；③自愿接受實驗并能配合完成整個實驗，依從性好的自愿者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①不符合納入標(biāo)準(zhǔn)者；②已接觸可能干預(yù)到本實驗順利進(jìn)行的志愿者；③無法配合進(jìn)行點按中脘穴及雙側(cè)天樞穴患者；④患有精神疾病患者、不愿意配合實驗方案者。

1.2 新西蘭家兔實驗選取清潔級新西蘭家兔共7只，雌雄比例為3∶4，體質(zhì)量1.8~2.2 kg，由廣東省實驗動物中心提供及檢疫，實驗動物許可證號：SCXK（粵）219-0035。家兔飼養(yǎng)于廣州中醫(yī)藥大學(xué)科技產(chǎn)業(yè)園實驗動物中心國家標(biāo)準(zhǔn)實驗室，溫度（18～25℃）和濕度[（35±2）%]相對較為恒定，家兔在自然光線下自由進(jìn)食和飲水，分籠適應(yīng)性喂養(yǎng)7 d。家兔做好備皮準(zhǔn)備，中脘穴及雙側(cè)天樞穴剃毛暴露皮膚。

1.3 儀器與校對

1.3.1 機(jī)械臂與機(jī)械手實驗所使用的人工智能機(jī)械臂是來自于廣東省深圳市南山區(qū)越疆科技有限公司研發(fā)的Dobot Magician機(jī)器人4.0版。安裝Arduino驅(qū)動、下載軟件、安裝機(jī)械臂各線路后打開電源，點擊復(fù)位按鈕，然后進(jìn)行存點，調(diào)整X值、Y值使其位于合適的位置。調(diào)整速度、加速度、循環(huán)等使頻率固定為125次/分。手法操作時，下調(diào)Z值，使機(jī)械臂高度下降，增加壓力。機(jī)械手溫控材料：江蘇鹽城東臺市正龍電熱股份有限公司生產(chǎn)的硅膠自然卷針筒加熱器及溫控數(shù)顯系統(tǒng)，加熱器直徑1.5 cm，高2 cm；機(jī)械手外觀設(shè)計：奧克多仿真手指套（2.5 cm×5.6 cm）；機(jī)械手手指骨架：嘉郡10寸=24 cm木手（右手）。

1.3.2 MFF壓力測試系統(tǒng)校對實驗所使用的壓力測試系統(tǒng)是由上海邑成測試設(shè)備有限公司生產(chǎn)的MFF多點薄膜壓力測試系統(tǒng)。薄膜壓力傳感器選用401型薄膜感受器，數(shù)據(jù)采集器連接電腦以及調(diào)制器，調(diào)制器連接傳感器，通過標(biāo)定裝置對傳感器調(diào)制產(chǎn)生的電壓信號進(jìn)行標(biāo)定，通過計算機(jī)對電腦上測試變化的壓力曲線進(jìn)行計算，建立力-電壓之間的擬合函數(shù)模型y=a+bx，求出a、b各自數(shù)值，輸入到采集軟件中，并設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率為125 Hz/s，通過MFF壓力測試系統(tǒng)顯示真實的壓力值（力學(xué)計量單位為N）。

1.4 實驗干預(yù)

1.4.1 取穴受試者：囑受試者平臥，暴露腹部。取中脘穴：身體前正中線，胸骨下端劍突和肚臍連線中點；天樞穴：肚臍旁開兩寸[2]。

家兔：采用比較解剖學(xué)和模擬人體經(jīng)穴定位法結(jié)合進(jìn)行新西蘭兔穴位定位[3]。將家兔固定于操作臺上，腹部向上以充分暴露穴位，取中脘穴：胸骨下端和肚臍連線中點；天樞穴：肚臍與腹外側(cè)連線內(nèi)1/3與外2/3的點。

1.4.2 手法操作打開計算機(jī)及MFF多點薄膜壓力測試系統(tǒng)軟件，并在另外一臺計算機(jī)上打開機(jī)械臂操作控制軟件，機(jī)械手溫控器設(shè)置模擬人體及家兔體溫溫度，機(jī)械手操作于受試者時溫控器設(shè)置溫度介于36.5~36.9℃，操作于家兔時溫控器設(shè)置溫度介于39.0~39.5℃。操作者將壓力薄膜感受器固定于受試者及家兔中脘穴處，緩慢下調(diào)Z值，隨著壓力逐漸增大，詢問受試者疼痛感受或觀察家兔行為學(xué)表現(xiàn)。然后，機(jī)械臂開始進(jìn)行模擬一指禪推法操作，頻率固定為125次/min。隨著機(jī)械臂模擬手法作用過程中詢問受試者感受及觀察家兔行為表現(xiàn)，即時調(diào)整壓力值，直到得出穩(wěn)定壓力值后繼續(xù)操作10 min。最后計算機(jī)記錄、保存時間-壓力變化圖，并記錄壓力值數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。雙側(cè)天樞穴操作同上。

1.5 輕、中、重分級判斷標(biāo)準(zhǔn)受試者輕、中、重分級：在人工智能機(jī)械臂一指禪手法作用于受試者中脘穴及雙側(cè)天樞穴時，受試者根據(jù)自身感受對手法作用時機(jī)械力造成的壓力疼痛進(jìn)行輕、中、重度分級。本課題采用國際常用的視覺模擬評分方法（VAS）。在標(biāo)記有10個刻度的游動尺上，手法操作時讓受試者指出疼痛情況：0分為輕度，1~4分為中度，5~10分為重度。記錄受試者的VAS評分。

家兔輕、中、重分級：在人工智能機(jī)械臂一指禪手法作用于家兔中脘穴及雙側(cè)天樞穴時，觀察家兔行為表現(xiàn)，通過行為學(xué)評分對家兔輕、中、重度壓力值進(jìn)行評定。家兔行為包括呼吸異常、排尿排便、操作時嚎叫、身體僵直、異常體液分泌、保護(hù)或繃緊腹部、后肢使用頻率變高7次。記錄以上7項家兔行為并評定：0項則為輕度，1~2項則為中度，3項及以上為重度。

1.6 統(tǒng)計方法采用SPSS25.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。組內(nèi)數(shù)據(jù)若符合正態(tài)分布，采用配對樣本t檢驗，組間的數(shù)據(jù)差異分析對比采用獨立樣本t檢驗；若不符合正態(tài)分布，使用非參數(shù)秩和檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輕度壓力結(jié)果分析在輕度壓力下，從均值角度分析：受試者組均值為5.63 N，家兔組均值為1.00 N，受試者組均值為家兔組均值5.63倍。從95%置信區(qū)間角度分析：受試者組95%置信區(qū)間為（5.27~5.98），受試者輕度壓力參考值為5.27~5.98 N；家兔組95%置信區(qū)間為（0.79~1.22），家兔輕度壓力參考值為0.79~1.22 N。見表1。

表1 受試者組與家兔組輕度壓力結(jié)果Table 1 Comparison of the light pressure in subject group and rabbit group

2.2 中度壓力結(jié)果分析在中度壓力下，從均值角度分析：受試者組均值為16.80 N，家兔組均值為2.34 N，受試者組均值為家兔組均值的7.18倍。從95%置信區(qū)間角度分析：受試者組95%置信區(qū)間為（15.14~18.46），受試者中度壓力參考值為15.14~18.46 N；家兔組95%置信區(qū)間為（1.45~3.23），家兔中度壓力參考值為1.45~3.23 N。見表2。

表2 受試者組與家兔組中度壓力結(jié)果Table 2 Comparison of the moderate pressure in subject group and rabbit group

2.3 重度壓力結(jié)果分析在重度壓力下，從均值角度分析：受試者組均值為24.90 N，家兔組均值為4.39 N，受試者組均值為家兔組均值的5.67倍。從95%置信區(qū)間角度分析：從95%置信區(qū)間角度分析，受試者組95%置信區(qū)間為（23.98~25.81），受試者重度壓力參考值為23.98~25.81 N；家兔組95%置信區(qū)間為（3.95~4.82），家兔輕重度壓力參考值為3.95~4.82 N。見表3。

表3 受試者組與家兔組重度壓力結(jié)果Table 3 Comparison of the heavy pressure in subject group and rabbit group

2.4 人-兔手法壓力參數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)描述根據(jù)人-兔壓力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)化系數(shù)的數(shù)學(xué)描述，記人-兔壓力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)化系數(shù)為A值，受試者輕度壓力均值為，家兔輕度壓力均值為，受試者中度壓力均值為，家兔中度壓力均值為，受試者重度壓力均值為，家兔重度壓力均值為。n為壓力參數(shù)的維度數(shù)，本實驗分為輕、中、重3個壓力維度，故n值取3。具體公式表達(dá)如下：A=

由表1分析可知，受試者組與家兔組輕度壓力均值分別約為5.63 N、1.00 N。由表2分析可知，受試者組與家兔組中度壓力均值分別約為16.80 N、2.34 N。由表3分析可知，受試者組與家兔組重度壓力均值分別約為24.90 N、4.39 N。將以上相關(guān)實驗數(shù)據(jù)代入公式中，可得出A值為6.16。

根據(jù)人-兔手法壓力參數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)描述，記P人體為機(jī)械臂模擬一指禪推法作用于人體的壓力參數(shù)，P家兔為機(jī)械臂模擬一指禪推法作用于家兔的壓力參數(shù)，人-兔手法壓力參數(shù)關(guān)系表達(dá)公式如下：P人體=A·P家兔。

本實驗根據(jù)受試者及家兔輕、中、重壓力參數(shù)計算得出A值為6.16，故人-兔手法壓力參數(shù)關(guān)系可表達(dá)為：P人體=6.16P家兔。

2.5 各組不同動力學(xué)系數(shù)對比表4結(jié)果顯示：各組內(nèi)感受不同類型層次的壓力對比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；受試者組與家兔組同一類型層次的壓力及兩組組間進(jìn)行比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。表明同一組別施以手法不同類型層次的壓力具有明顯差異，且不同組別施以手法同一類型層次的壓力同樣具有明顯差異。

由表4分析可得，受試者組輕、中、重度壓力增長幅度較家兔組更大，受試者組的變化分別是以約10 N、10 N的變化增長，而家兔組輕、中、重度壓力的變化分別是以約1 N、2 N的變化增長。2組的變化增長有一定的規(guī)律，其中，受試者組輕、中、重度壓力的增長相對比較均勻，且增長幅度更大，而家兔組輕、中、重壓力的增長也呈遞增趨勢但不均勻，且增長幅度相對較小，說明人體和家兔對于不同類型層次壓力的感知評價并不相同，人體腹部對于壓力變化的感知相對更為均勻且范圍更大，且對于外界壓力，人體腹部具有相對更大的可控壓縮空間。

表4 受試者組與家兔組輕、中、重壓力比較Table 4 Comparison of the light，moderate and heavy pressure between subject group and rabbit group（±s）

表4 受試者組與家兔組輕、中、重壓力比較Table 4 Comparison of the light，moderate and heavy pressure between subject group and rabbit group（±s）

①P<0.05，與家兔組比較；②P<0.05，與同組輕度壓力比較；③P<0.05，與同組中度壓力比較

重度壓力（N）24.90±0.99①②③4.39±0.47②③組別受試者組家兔組輕度壓力（N）5.63±0.23①③1.00±0.38③中度壓力（N）16.80±1.79①②2.34±0.96②

3 討論

人工智能是國內(nèi)外醫(yī)學(xué)領(lǐng)域近年來熱門的研究方向，在推拿手法的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究上也越來越引起重視，這也是將來推拿科研發(fā)展的重要方向。例如，美國伊利諾伊理工學(xué)院的Srinivasan Alavandar等[4]將遺傳算法和圖像測量技術(shù)運用在機(jī)器人按摩研究中，進(jìn)行了從膝蓋到腳踝處的小腿部位肌肉按摩的研究。日本Kazuhiko Terashima等[5]利用機(jī)器人多自由度手指研究了一個能夠模擬人們按摩動作的智能按摩控制系統(tǒng)。山東建筑大學(xué)和山東康泰實業(yè)有限公司承擔(dān)的國家863計劃，開展了機(jī)器人輔助中醫(yī)按摩技術(shù)研究，研制完成了中醫(yī)按摩機(jī)器人樣機(jī)和按摩姿態(tài)調(diào)節(jié)平臺，將樣機(jī)應(yīng)用于臨床并示范模擬操作[6]。推拿手法作為推拿學(xué)的核心要素，人工智能機(jī)械臂可實現(xiàn)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的手法操作，對相關(guān)變量可精確地控制，促進(jìn)了推拿學(xué)科建立標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范實驗及診療體系，也是推拿學(xué)未來發(fā)展的重要方向。

目前，在推拿學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)研究中，有較多對于人體的手法動力學(xué)參數(shù)研究，而相應(yīng)的動物研究也較豐富，但兩者的比較研究卻很少。喻慧榮[7]從力學(xué)角度將運用于臨床的推拿手法作用力分為輕、中、重度3個等級，來進(jìn)行手法的生物力學(xué)參數(shù)的研究，通過分析，將作用力的方向歸納為垂直用力、水平用力、多方向混合用力等5個不同方面，其對于手法的分類具有拓展性的臨床意義。關(guān)于推拿手法的動物實驗也有較多研究，如：沈夏虹等[8]通過觀察不同頻率一指禪推法對脾虛家兔胃黏膜形態(tài)學(xué)的改變，探討手法頻率與效應(yīng)之間的相應(yīng)關(guān)系，得出結(jié)論是一指禪推法101~150次/min對脾虛型家兔的胃黏膜形態(tài)學(xué)改善作用最優(yōu)；呂桃桃等[9]通過動物實驗探討推拿對坐骨神經(jīng)損傷（SNI）大鼠神經(jīng)損傷點基因表達(dá)的影響，闡述了推拿促進(jìn)周圍神經(jīng)損傷修復(fù)的機(jī)制。值得思考的一個問題是，應(yīng)用于人體的動力學(xué)參數(shù)如壓力、頻率、作用時間等并不一定適用于動物實驗，那么兩者是否存在差別、差別有多大以及兩者是否存在一定的比例關(guān)系是一個很有意義的研究方向。

本實驗通過一指禪推法分別作用于受試者與家兔，兩者之間存在不同的量化標(biāo)準(zhǔn)，即人與家兔所能感受的手法的最適刺激量是不一致的，其手法的各項參數(shù)也有所差異。本實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)具有較大臨床及科研意義，結(jié)果顯示：一指禪推法在人體腹部輕、中、重壓力分別約為（5.63±0.23）N、（16.80±1.79）N、（24.90±0.99）N，而在家兔腹部操作時其輕、中、重壓力則分別約為（1.00±0.38）N、（2.34±0.96）N、（4.39±0.47）N，受試者組與家兔組在同一類型的壓力下，其壓力感知評價存在一定的比例關(guān)系，人-兔手法壓力參數(shù)的關(guān)系表達(dá)為P人體=6.16P家兔，這為以后的動物實驗提供參考具有更大的可行性。

目前，推拿學(xué)發(fā)展更多地局限于臨床診療方面，實驗方面的手法研究相對較少，質(zhì)量較低，人工智能機(jī)械臂的介入能夠有效提高基礎(chǔ)實驗的規(guī)范性、標(biāo)準(zhǔn)性，且本研究為借用臨床中的常用手法參數(shù)進(jìn)行動物實驗時提供了人-兔壓力參數(shù)轉(zhuǎn)化比值，從而進(jìn)一步規(guī)范了推拿學(xué)動物實驗研究，促進(jìn)了臨床及動物實驗的標(biāo)準(zhǔn)化，可使推拿在國際平臺中占有一席之地。不足的是，本研究僅對人-兔一指禪推法壓力參數(shù)進(jìn)行了量化研究及比對，但同樣的研究方法也可運用到其他推拿手法動力學(xué)參數(shù)的研究中。除了研究人-兔一指禪推法的壓力參數(shù)外，今后也可研究本手法的頻率、操作時間等是否也存在一定的比例關(guān)系。另外，本研究樣本量較少，在今后的研究過程中，可以進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，以得到更翔實的數(shù)據(jù)和更精確的壓力學(xué)參數(shù)及比例關(guān)系，更好地為推拿學(xué)基礎(chǔ)研究與臨床研究服務(wù)。