基于運動捕捉技術的蒙醫(yī)震腦術研究現(xiàn)狀與展望*

姜沙秋榮,朝魯門,白香春,白 雪

( 1.內蒙古醫(yī)科大學，內蒙古 呼和浩特 010030；2.內蒙古科技大學包頭醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院)

現(xiàn)代醫(yī)學認為腦震蕩是由非穿透性生物力學導致，影像檢查上無異常表現(xiàn)，但在震蕩的過程中會使大腦功能改變[1]，出現(xiàn)短暫性意識喪失和(或)精神狀態(tài)的改變。如不及時治療，則會加重如頭痛、頭暈、注意力不集中、認知障礙、易怒等癥狀，增加腦震蕩綜合癥(PCS)或慢性創(chuàng)傷性腦病(CTE)的發(fā)生概率。而蒙醫(yī)把腦震蕩歸納在頭部內傷范疇，當頭部受到直接或間接的外力時“腦氣”和“腦髓”等腦組織發(fā)生移位，局部氣血受阻，從而出現(xiàn)“不通則痛”的病理改變[2]。蒙醫(yī)震腦術是治療腦震蕩的一種外治療法，是通過適當?shù)恼饎盈煼▉碚{節(jié)有關腦組織間的紊亂，使腦組織間不協(xié)調的力學關系得到改變，促進局部氣血循環(huán)和改善腦功能，改善因腦震蕩引起的局部氣血受阻，達到消除頭暈、頭痛等癥狀的目的。前期的臨床研究及長期的實踐中證明，蒙醫(yī)震腦術治療腦震蕩有獨特的民族特色和優(yōu)勢。但目前蒙醫(yī)震腦術關鍵技術的規(guī)范、運動學和生物力學機制還處于空白階段，這些因素在某種程度上阻礙了蒙醫(yī)震腦術特色優(yōu)勢的發(fā)揮和診療水平的提高，迫切需要開展高水平、深層次、跨學科的研究，使蒙醫(yī)震腦術的基礎理論、實驗數(shù)據(jù)和臨床應用緊密結合。

1 蒙醫(yī)震腦術的研究現(xiàn)狀

目前對震腦術的機制原理尚未明確，朝魯門等[3]認為蒙醫(yī)震腦術具有共振效應、慣性定律、促進氣血循環(huán)和改善腦功能及鎮(zhèn)痛等作用。照那木拉[4]在蒙醫(yī)震腦術生物力學理論原理的研究中指出，震腦術“以震治震、震靜結合、先震后靜”的治療理念與生物力學原理是相符的，蒙醫(yī)震腦術通過震動復位手法來模擬腦震蕩發(fā)生時的“逆向震蕩” 環(huán)境，讓腦組織在“以力對力，以震治震” 的應激狀態(tài)下，激發(fā)出人體對腦組織的自我修復功能與愈合本能，來改變腦組織間不協(xié)調的力學關系。該研究從現(xiàn)代生物力學理論角度對震腦術的生物力學機制進行探析，為蒙醫(yī)震腦術生物力學實驗研究奠定了基礎。2007年通過阿古拉教授主持的國家“十一五”科技支撐計劃重點項目，對震腦術施震方法進行了優(yōu)化，對震腦術器械、震腦術啟震點等進行規(guī)范的同時提出了“蒙醫(yī)震腦術優(yōu)化方法”，該優(yōu)化方法對蒙醫(yī)震腦術操作手法進行規(guī)范的同時為后續(xù)的基礎研究及臨床研究提供了依據(jù)，但本優(yōu)化方法僅對蒙醫(yī)震腦術的操作步驟、分類、臨床療效及受試者的受力情況進行了研究，在施術者操作的關節(jié)運動角度、角速度、操作頻率、啟震杵位移、操作時間等運動學參數(shù)方面未進行研究。朝魯門[5]在蒙醫(yī)震腦術啟震原理研究中在震腦術模擬人上行震腦術，得出了各啟震點的平均受力為(148.09±6.32)N，頭部最大施震力為40.6 N，傳播到頭部的平均頻率為(16.36 ±1.19 )次/s，蒙醫(yī)震腦術啟震杵振動頻率為3.73 Hz，實驗結果證實了蒙醫(yī)震腦術是一個安全的療法。關烏日汗等[6]對60名志愿者學生行震腦術后，通過問卷調查的方式對蒙醫(yī)震腦術的了解及對蒙醫(yī)震腦術的不良反應等內容進行了調查，對蒙醫(yī)震腦術的安全性進行評價的同時為其提供數(shù)據(jù)。張昌盛等[7]在研究中，分別采用震腦術手法、中醫(yī)針刺療法和中醫(yī)推拿手法治療偏頭痛，三組治療周期均為28 d。結果顯示三個組的總有效率依次為83.3 %、86.7 %和73.3 %；三個組的TCD指標均有明顯的改善，證明了震腦術不僅對治療偏頭痛有臨床效果，而且可以改善患者的ACA、MCA、PCA、VA、BA等TCD指標。張昌盛等[8]在臨床觀察研究中，分別用震腦術和推拿療法治療偏頭痛患者，療程均為4周。實驗結果顯示兩組的總有效率依次為83.33 %和73.33 %；震腦術和推拿療法兩組治療前后的頭痛持續(xù)時間有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；治療周期結束后震腦術和推拿療法兩組的5-羥色胺水平均提高，提示震腦術不僅對治療偏頭痛患者有臨床效果，而且能夠改善患者的頭痛指數(shù)、減少頭痛持續(xù)時間，同時能提高血漿中的5-羥色胺的水平的結論。朝魯門等[9]還通過臨床研究證明了震腦術具有鎮(zhèn)痛作用，能夠消除腦震蕩引發(fā)的頭痛、眩暈、耳鳴、惡心、疲勞等癥狀。通過以上臨床研究證明了震腦術不僅對治療腦震蕩有臨床效果，還可以改善偏頭痛、腦震蕩后頭痛、眩暈等病癥。實驗動物研究中，白花[10]在觀察震腦術對腦震蕩大鼠認知行為及腦干軸索變化研究中，應用金屬單擺打擊裝置復制腦震蕩模型后將腦震蕩SD大鼠隨機分為模型組、西藥組、震腦術組，在實驗第4 d、第7 d、第10 d取材前通過Morris水迷宮實驗對腦震蕩大鼠的學習記憶能力進行評價；用 Blelsohowsky銀染色顯示腦震蕩大鼠腦干軸索的變化，IHC方法檢測腦干多巴胺濃度的變化；用ELISA方法檢測血清SOD、MDA含量及血常規(guī)白細胞、紅細胞、血小板、血紅蛋白及中性粒細胞計數(shù)的變化，結果證實：(1)腦震蕩后大鼠出現(xiàn)認知行為障礙，而蒙醫(yī)震腦術有改善認知學習的作用；(2)腦震蕩后DA含量增多，震腦術具有下調DA含量的作用；(3)腦震蕩后SOD活性降低、濃度減少，MDA濃度增多，蒙醫(yī)震腦術具有調節(jié)SOD活性，增加其濃度的作用，西藥組尼莫地平片具有下調MDA含量的作用；(4)蒙醫(yī)震腦術有下調中性粒細胞的作用，蒙醫(yī)震腦術及尼莫地平片具有下調白細胞計數(shù)，減低炎性反應的作用。育紅[11]通過震腦術對腦震蕩大鼠免疫功能及腦組織的影響變化研究中，將SD大鼠隨機分為模型組、西藥組、震腦術組后應用金屬單擺打擊裝置復制腦震蕩大鼠模型，在實驗第4 d、第7 d、第10 d進行取材，用ELISA方法檢測得出了腦震蕩大鼠血清中的IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α含量的下降，證實了蒙醫(yī)震腦術可以調節(jié)腦震蕩大鼠的免疫功能；用Western Blot方法檢測出腦震蕩大鼠腦組織內神經(jīng)遞質的含量變化，得出了蒙醫(yī)震腦術對腦震蕩大鼠腦組織內神經(jīng)遞質的含量具有調節(jié)作用。

目前學者對蒙醫(yī)震腦術的力學原理、臨床療效評價、器械規(guī)范、安全性評價、行為學、免疫功能調節(jié)等方面做了大量研究，但是對于蒙醫(yī)震腦術操作手法的頻率、時間、位移、角度、速度、動作形態(tài)等運動學參數(shù)方面還沒有相關研究，制約了蒙醫(yī)震腦術的深入臨床推廣、教學、操作規(guī)范以及生物力學機制等方面的研究。

2 三維運動捕捉系統(tǒng)

運動捕捉系統(tǒng)的研究和應用從19世紀末攝影技術剛興起的時候就開始發(fā)展，是在Moving Light Display實驗中提出的[12]。三維動態(tài)捕捉技術是一項多學科相互交叉滲透的科學技術，是指在人體的關鍵解剖標記點粘貼marker點，由運動捕捉系統(tǒng)捕捉marker點的三維空間位置，記錄人體的運動軌跡，再通過Visual 3D、Anybody等計算機軟件構建人體運動三維仿真模型，可以對人體運動過程中的各關節(jié)位移、幅度、速度、角度、時間等運動學參數(shù)進行分析，為運動生物力學研究奠定基礎。三維動態(tài)捕捉技術的種類較多，其中光學式動態(tài)捕捉技術較為常用，該技術是通過高像素紅外攝像機，動態(tài)捕捉研究對象表面粘貼的Marker球的運動信息，它的精確度可達到0.1～0.4 mm，可以準確得到研究對象表面粘貼的marker球的運動軌跡，因此運動捕捉是量化手法的主要技術之一，為量化手法及深入研究手法操作的現(xiàn)代生物力學作用機制提供了有利條件。目前三維運動捕捉技術已被用于運動醫(yī)學、康復醫(yī)學及中醫(yī)推拿手法等運動學特征的研究中。

3 三維運動捕捉系統(tǒng)在傳統(tǒng)醫(yī)學中的應用

通過查閱大量國內外文獻，運動捕捉技術在蒙醫(yī)震腦術手法中的應用尚未可見，在傳統(tǒng)醫(yī)學中醫(yī)推拿手法中已經(jīng)應用該技術，通過采用運動捕捉技術解決了中醫(yī)推拿手法在運動學參數(shù)分析的難題。中醫(yī)學在預防治病理念及療術方面都和蒙醫(yī)學有著頗多相似之處[13]?？梢酝ㄟ^借鑒運動捕捉技術在中醫(yī)推拿手法中的應用，為蒙醫(yī)震腦術運動學參數(shù)特征及手法的規(guī)范化研究提供參考。于躍等[14]使用三維運動捕捉技術研究了夏氏提法的運動學參數(shù)的特征，計算分析施術者拔伸速度、加速度，結果顯示隨著時間的遞增，施術者軀干與上肢的發(fā)力順序為髂關節(jié)、肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)；隨著時間遞增下肢的發(fā)力順序為小腿、膝關節(jié)、大腿。王輝昊等[15]對頸椎整復手法進行研究，運用三維運動捕捉系統(tǒng)對手法運動數(shù)據(jù)進行采集及分析，實驗結果得出操作該手法的時候上肢關節(jié)較靈活，通過下肢關節(jié)來保證穩(wěn)定性，其中同側膝關節(jié)通過屈伸活動來輔助上肢發(fā)力。馮敏山[16]等在對朱立國教授的頸椎旋提手法的研究中，采用運動捕捉系統(tǒng)對該手法進行捕捉并記錄，獲得了該手法的力學及運動學參數(shù)，結果得出頸椎旋提手法的扳動方向主要是垂直向上；扳動時具有“速度快，幅度小”的特點。高春雨[17]在研究中應用動態(tài)捕捉技術得到了左右手施行坐位腰椎旋轉手法時的運動學參數(shù)是相近的，所以在施行該手法時左右手的操作是無明顯差異的結論。2018年，李建國等[18]研究搖拔戳手法治療踝關節(jié)扭傷時的運動軌跡，由于手部運動捕捉采集難度大，本文最終得出Marker點的數(shù)量及位置的選擇、Marker點粘貼的牢固性、相機的位置調整是運動捕捉技術在踝部手法量化領域應用成功的關鍵。在2019年，李建國[19]采用三維運動捕捉技術實時測量同一手法施術者對60例患者施行搖拔戳手法操作的運動學參數(shù)，首次總結出了搖拔戳手法的操作特征及較完整地獲取了搖拔戳手法的運動學操作參數(shù)值。耿楠等[20]通過運用紅外光高速運動捕捉測試系統(tǒng)對頸椎定位旋轉扳法的操作特征進行初步的量化及客觀化研究，分別采集了該手法操作過程中施術者及受試者的角度、角速度、時間等運動學參數(shù)，實驗結果顯示，受試者頸推被扳動瞬間的角度為復合角度，包括前屈、側屈、旋轉三個方向；施術者手上的瞬間扳動時間要比雙足發(fā)力時間平均慢0.0808 s，證實了頸椎定位旋轉扳法的力是“起于根，發(fā)于梢”的特點。賈文瑞等[21]對后伸背法的運動學參數(shù)特征的研究中，通過運用運動捕捉系統(tǒng)及三維測力臺對21名健康志愿者行后伸背法操作進行數(shù)據(jù)采集，分別對施術者及受試者的角度、瞬間角速度、時間、足底力值等參數(shù)進行了分析，實驗結果證實了后伸背法的手法操作是由施術者彎腰、屈膝、伸膝、挺臀的過程。本研究為該手法的規(guī)范化操作提供了數(shù)據(jù)支持。李遠棟等[22]采用動態(tài)捕捉技術對頸5/6定點側屈旋扳整頸手法操作的運動學參數(shù)進行采集，實驗中分別對施術者及受試者的角度、位移、時間等參數(shù)進行了采集，分析了該手法的運動學參數(shù)的變化范圍及左右手的操作有無區(qū)別。結果表明受試者的左右側扳動時間、扳動位移及旋扳角度比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0. 05)，左右手的主要運動學參數(shù)基本一致，得出了該手法的運動學參數(shù)的量化范圍，為該手法技術的量化提供了科學依據(jù)。王瑋等[23]通過三維動態(tài)捕捉技術捕捉了魏氏傷科手法中的“懸足壓膝”和“腰部提拉”的經(jīng)典動作，對受試者的運動學數(shù)據(jù)進行了分析，實驗結果證實了髖關節(jié)的極限屈曲/伸展的角度跟膝關節(jié)的位置有聯(lián)系；部分關節(jié)的運動角度跟下肢慣用側存在統(tǒng)計學上的左右側差異(P<0.05)的結論。薛彬等[24]在“懸足壓膝”的運動規(guī)律和作用機理的研究中，應用三維運動捕捉技術采集了手法操作過程中的受試者運動學參數(shù)，分析受試者的髖關節(jié)、膝關節(jié)和踝關節(jié)的運動角度和運動軌跡。實驗結果示，手法操作過程中受試者的部分關節(jié)角度與下肢慣用側比較有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，而且受試者的雙側髖關節(jié)平均被動極限屈曲角度可達到解剖學上髖關節(jié)的被動最大角度。解釋了魏氏“懸足壓膝”手法的機理作用在于促進髖關節(jié)的被動運動可達到最大活動角度，從而間接起到牽拉神經(jīng)根、松解側隱窩及突出椎間盤粘連的作用。

由此可見，通過運動捕捉技術可以對操作手法的運動學參數(shù)特征進行研究的同時可以對手法的操作軌跡進行全面的捕捉，可以客觀地對手法操作運動規(guī)律進行解釋，從而更加深刻地理解手法的操作要領和操作特征，能夠獲取更加綜合的、精確的數(shù)據(jù)，為手法操作的生物力學機制研究及操作規(guī)范提供科學依據(jù)。

4 展望

震腦術作為一種獨特的治療腦震蕩的外治療法，在廣大蒙古族人民的生活中被運用至今，具有易于掌握、取材方便、療效快、無副作用等特點，是內蒙古地區(qū)常用治療腦震蕩的方法之一。而大多數(shù)臨床醫(yī)師是憑個人經(jīng)驗來掌握震腦術手法操作的方向、力度、時間、角度等要素，沒有一個數(shù)字化的指標，缺乏量化的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)階段蒙醫(yī)震腦術的生物力學研究還處于空白階段，而運用三維運動捕捉技術對蒙醫(yī)震腦術手法的位移、幅度、角度、速度等運動學參數(shù)和震腦術運動軌跡進行采集和捕捉，通過分析蒙醫(yī)震腦術手法的主要關節(jié)運動學參數(shù)的變化范圍和左右手的運動學規(guī)律是否有差別，可以為震腦術手法的臨床推廣、操作規(guī)范及深入研究生物力學作用機理的探索奠定基礎。同時，也可以通過建立數(shù)字化仿真模型有效地、直觀地學習高年資醫(yī)師的關鍵技術動作，針對性的調整手法動作習慣，可以更好地傳承老一輩醫(yī)師的傳統(tǒng)手法。而我們作為蒙醫(yī)新一代人，傳承與創(chuàng)新的同時也應基于理論，在堅持民族特色的前提下把蒙醫(yī)震腦術“以震治震、震靜結合、先震后靜”的理論與生物力學的研究相結合是，這也是我們當前面臨的挑戰(zhàn)。