矩陣智能推拿系統(tǒng)設(shè)計

廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院 劉潔娟

廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院 彭歐陽 彭俊勝

廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院 武夏林

本文設(shè)計制作了一種基于矩陣?yán)碚摵椭悄芙K端反饋的推拿系統(tǒng)。矩陣、驅(qū)動及推壓單元的設(shè)計可以使推拿范圍更細(xì)致、力度更因人制宜；智能終端反饋可以根據(jù)患者體型進(jìn)行穴位和肌肉的精準(zhǔn)定位，及時調(diào)整矩陣單元的方位變動，最大程度上模擬人工推拿手法。使用者可在配套小程序上選擇既定推拿套路，也可根據(jù)自身承受能力自行調(diào)整按摩部位、頻率、力度等參數(shù)，靈活執(zhí)行按摩手法。

神經(jīng)根型頸椎病、青年頸性眩暈、粘連期肩周炎、慢性腰肌勞損等疾病是臨床常見病，其導(dǎo)致的疼痛和活動障礙長期以來一直困擾著廣大患者，病情遷延難愈、反復(fù)發(fā)作更是給患者帶來了很多痛苦，影響患者的生活及生存質(zhì)量。而中醫(yī)推拿手法可以刺激鄰近的神經(jīng)分支，緩解肌肉痙攣狀態(tài)，降低局部血管壓力，改善腰背局部的血液循環(huán)；同時擴(kuò)大其椎間盤的間隙，減輕其神經(jīng)筋膜承受的壓力，緩解頸背腰部疼痛的癥狀，對此類疾病的治療療效顯著，且無非甾體抗炎藥所致不良反應(yīng)及藥物依賴性，值得廣泛應(yīng)用和推廣。本作品設(shè)計的推拿系統(tǒng)適用于廣大青中老年人群用于保健或治療，尤其適合患有肩頸腰背疼痛的群體緩解病痛，使用范圍上家用、醫(yī)療均可。

1 硬件設(shè)計

1.1 受力部分

“智能矩陣推拿治療儀”由推拿床、升降立柱、控制治療板升降控制器、治療板等組成。

升降立柱垂直豎立于推拿床周圍，承受治療板重力。為方便臨床使用和適用不同個體身體，將推拿治療儀板塊通過設(shè)計在治療區(qū)域四周方位的四桿而固定垂直懸空于背腰部、脊柱區(qū)上方，通過電動驅(qū)動系統(tǒng)及電機(jī)驅(qū)動絲桿的升降器，實現(xiàn)治療儀板塊的上下平行垂直運動。治療開始時，升降器將治療板塊沿升降立柱向下垂直運動。推拿治療完畢后，升降器又將治療板塊從升降立柱下部垂直升起。升降立柱中部設(shè)有伸縮結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品使用完畢后，通過滑軌將內(nèi)套筒回縮于外套筒內(nèi)，使得治療板向下靠近按摩床，縮減所占空間體積。四跟升降立柱底座下分別安裝有單向滾輪，便于在治療時通過滾輪的移動調(diào)控治療板的水平面位置（圖1）。

圖1 治療儀升降模擬示意圖

推拿床部分使用高度可調(diào)節(jié)的分段式折疊結(jié)構(gòu)，底座采用穩(wěn)固結(jié)實的金屬材質(zhì)支撐，底座下安裝有萬向滾輪減少滑動摩擦力，使用較小的推力即可移動整個推拿床，便于推拿床的取放。底座的上端焊接連接有兩排梯形支撐架，支撐架的中部轉(zhuǎn)動連接有齒輪，通過齒輪轉(zhuǎn)動可將支撐架折疊或立起。支撐架折疊后將大范圍縮減推拿床體積，節(jié)省空間占位。支撐架上端焊接為長方形床板。床面采用彈性較強(qiáng)的軟皮質(zhì)墊，膚質(zhì)柔軟舒適。床板前方有一個圓形的空余，用于固定使用者頭部。床板的頭端兩側(cè)同樣設(shè)有齒輪和齒條結(jié)構(gòu)，在治療板未工作時可將床板頭端翻起后形成靠背，此時推拿床可作為躺椅使用（圖2）。

圖2 推拿床結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作區(qū)域

矩陣治療區(qū)域以治療板為基本載體，在治療板下方區(qū)域設(shè)置40×60cm的按壓工作區(qū)，工作區(qū)由活動推壓桿矩陣緊密排列組成，推壓桿下方經(jīng)過彈簧與動力單元連接，提供彈性活動區(qū)間，以實現(xiàn)人體與推按工作區(qū)的緊密貼合。治療儀工作區(qū)部分按照人體工學(xué)設(shè)計，保證使用者能夠以最適合的舒適狀態(tài)接受按壓治療（圖3）。

圖3 治療儀工作區(qū)整體圖

如圖4所示，工作區(qū)由緊密排列的推壓桿矩陣組成，為了保證按壓精度，推壓桿之間采用蜂巢式堆疊排列，能夠有效降低推壓桿之間的空隙面積。在下文中，每一個推壓桿以及其連接的彈簧、電位傳感元件、壓電傳感元件、動力單元稱為一個推壓單元，如圖5所示。

圖4 矩陣原理圖

圖5 推壓單元原理圖

如圖5、圖6所示，推壓單元由金屬推壓桿帽、絕緣彈簧、壓力傳感器、傳動桿和驅(qū)動電機(jī)以及傳輸線構(gòu)成。壓力傳感器可以實時記錄絕緣彈簧上的壓力變化情況，作中央處理器分析人體位置利用骨度分寸法判斷穴位位置的分析依據(jù)。驅(qū)動電機(jī)與傳動桿之間為螺旋式傳動，可實現(xiàn)低電流穩(wěn)步傳動，提高設(shè)備的安全性。基于矩陣、驅(qū)動及推壓單元的設(shè)計，矩陣治療面能夠?qū)崿F(xiàn)波浪狀、X及Y方向、圓弧運動等，在最大程度上模擬中醫(yī)推拿手法。

圖6 治療儀內(nèi)部數(shù)據(jù)收集、處理原理圖

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件部分主要是中央處理器和智能終端反饋系統(tǒng)，以完成治療儀的數(shù)據(jù)分析與處理任務(wù)。

開始工作時，患者俯臥在推拿床上，垂直下降的治療板治療區(qū)域與脊椎附近皮膚或整個背腰部與推壓桿接觸，并擠壓使推壓桿彈簧發(fā)生形變，對應(yīng)壓力傳感器將彈簧形變產(chǎn)生的推力記錄為K0，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚砥鳌Ｖ醒胩幚砥鲗⑼茐簵U陣列收集到的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，辨別骨性標(biāo)志，并依據(jù)骨度分寸法判斷穴位位置。以此計算其他背部穴位，構(gòu)建出該使用者的人體背圖模型，并傳輸?shù)浇K端確構(gòu)成顯像，以供治療參考，選擇適應(yīng)的治療手法和模式。該使用者的數(shù)據(jù)可及時保存以提高重復(fù)使用效率。

基于矩陣的設(shè)計，由推壓桿（每個推壓單元）組成推拿治療儀工作面，通過驅(qū)動控制、電流變化控制向人體背腰部施加不同的力度，或呈遞增或遞減，推壓單元組成的一定面積向人體背腰部實施推力，呈波浪狀施力模擬?法，受力可根據(jù)個體不同而調(diào)整推壓單元力度大小控制；或沿著X或Y方面，實施推法；或由若干個推壓單元組成與人手掌大小的面積，向背腰部施行垂直的，有圓弧運動的力度，模擬疊掌揉法；當(dāng)在智能終端界面計算和分析出穴位分布，針對固定穴位進(jìn)行點穴操作，由一個或兩個推壓單元向背腰部某固定穴位進(jìn)行垂直緩慢加壓用力，緩慢減壓回收推壓單元，以模擬點壓穴位的手法。

治療儀的數(shù)據(jù)分析與處理由中央處理器完成。通過連接運動捕捉、運動解析技術(shù)數(shù)據(jù)庫，將適用于背腰部的手法，如?法、揉法、推法、點按等手法力度、手法路線轉(zhuǎn)化為信息源，建立數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建治療手法和模式選擇。通過中央處理器，將治療手法轉(zhuǎn)換成信息反饋到治療儀上，驅(qū)動矩陣治療儀模仿手法運動。矩陣所收集的收據(jù)通過傳感器等傳輸?shù)街悄芙K端，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，作為成像和治療數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。形成信息收集——智能終端數(shù)據(jù)處理——指令發(fā)出的中央數(shù)據(jù)處理模式，實現(xiàn)治療儀的智能化。

運用各種手法的辨證施術(shù)規(guī)律，使用各種手法的不同排列組合，編排出對各類疾病的治療手法套路模式，以發(fā)揮不同的醫(yī)療作用，讓使用者享受方便快捷、且專業(yè)化、個性化的推拿服務(wù)。部分常見疾病的推拿治療手法套路如表1所示。

表1 部分常見疾病的推拿治療手法套路

圖7 智能終端反饋系統(tǒng)工作流程圖

使用者可根據(jù)自身情況選擇多種治療模式，治療板將自動執(zhí)行中樞預(yù)先設(shè)置完成的推拿手法套路。也可由專業(yè)推拿師在智能終端操縱控制單個或多個按摩單元，調(diào)整按摩力度、頻率等參數(shù)完成整個按摩過程，操作簡便，治療精準(zhǔn)。

圖8 運行流程圖

基于矩陣?yán)碚摵椭悄芙K端反饋的推拿系統(tǒng)是一種融入經(jīng)絡(luò)、腧穴、推拿手法、精準(zhǔn)定位與壓力轉(zhuǎn)換等元素，高度模擬人工按摩手法的康復(fù)治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計使患者享受到更為便捷、專業(yè)、智能的推拿治療。為節(jié)約醫(yī)療資源，減輕病痛折磨，提高患者生活質(zhì)量和勞動力水平發(fā)揮很大的的促進(jìn)作用，值得在臨床和市場上廣泛應(yīng)用。