基于人工智能機械臂探討一指禪推法人-兔手法壓力參數的關系

楊羚， 王繼紅， 高一城， 紀靜蕓

（廣州中醫藥大學針灸康復臨床醫學院，廣東廣州 510405）

目前，手法基礎研究多采用人工操作，其存在主觀性強、不統一等人為因素干擾的缺點，嚴重阻礙推拿基礎研究的開展，是推拿科研工作的主要瓶頸之一。而應用人工智能機械臂模擬推拿手法可避免人為因素的干擾，其結果更加客觀，通過系統設置機械臂的頻率、時間、垂直壓力、高度等動力學參數可實現對相關變量的精確控制，使得其操作更具有規范性、統一性、標準性[1]，為推拿科研工作帶來了實質性的突破。

目前，在推拿手法動物實驗的基礎研究中，作用于動物的手法刺激參數多選用作用于人體的參數，人體與動物之間無論是體型、體質量、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，人體動力學參數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果與臨床運用的脫節，背離科研的本質。故本研究通過人工智能機械臂模擬一指禪推法，分別作用于受試者與家兔，根據歷代文獻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個維度進行分析對比，初步探究人-兔之間動力學參數的差異及比例關系，以期為推拿的動物實驗提供參考依據，現將研究結果報道如下。

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生，均來源于廣州中醫藥大學，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行研究。納入標準：①年齡要求在18~22周歲之間；②四肢健全、中脘穴及雙側天樞穴局部無皮損、無基礎疾病、能配合實驗的健康大學生；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。排除標準：①不符合納入標準者；②已接觸可能干預到本實驗順利進行的志愿者；③無法配合進行點按中脘穴及雙側天樞穴患者；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。家兔飼養于廣州中醫藥大學科技產業園實驗動物中心國家標準實驗室，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食和飲水，分籠適應性喂養7 d。家兔做好備皮準備，中脘穴及雙側天樞穴剃毛暴露皮膚。

1.3 儀器與校對

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

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

1.4 實驗干預

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：采用比較解剖學和模擬人體經穴定位法結合進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：肚臍與腹外側連線內1/3與外2/3的點。

1.4.2 手法操作打開計算機及MFF多點薄膜壓力測試系統軟件，并在另外一臺計算機上打開機械臂操作控制軟件，機械手溫控器設置模擬人體及家兔體溫溫度，機械手操作于受試者時溫控器設置溫度介于36.5~36.9℃，操作于家兔時溫控器設置溫度介于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表現。然后，機械臂開始進行模擬一指禪推法操作，頻率固定為125次/min。隨著機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，即時調整壓力值，直到得出穩定壓力值后繼續操作10 min。最后計算機記錄、保存時間-壓力變化圖，并記錄壓力值數據，進行數據分析。雙側天樞穴操作同上。

1.5 輕、中、重分級判斷標準受試者輕、中、重分級：在人工智能機械臂一指禪手法作用于受試者中脘穴及雙側天樞穴時，受試者根據自身感受對手法作用時機械力造成的壓力疼痛進行輕、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：在人工智能機械臂一指禪手法作用于家兔中脘穴及雙側天樞穴時，觀察家兔行為表現，通過行為學評分對家兔輕、中、重度壓力值進行評定。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 統計方法采用SPSS25.0統計軟件進行數據分析，數據以均數±標準差（±s）表示。組內數據若符合正態分布，采用配對樣本t檢驗，組間的數據差異分析對比采用獨立樣本t檢驗；若不符合正態分布，使用非參數秩和檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 輕度壓力結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%置信區間角度分析：受試者組95%置信區間為（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果Table 1 Comparison of the light pressure in subject group and rabbit group

2.2 中度壓力結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%置信區間角度分析：受試者組95%置信區間為（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果Table 2 Comparison of the moderate pressure in subject group and rabbit group

2.3 重度壓力結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%置信區間角度分析：從95%置信區間角度分析，受試者組95%置信區間為（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果Table 3 Comparison of the heavy pressure in subject group and rabbit group

2.4 人-兔手法壓力參數關系的數學描述根據人-兔壓力學參數轉化系數的數學描述，記人-兔壓力學參數轉化系數為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為壓力參數的維度數，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。將以上相關實驗數據代入公式中，可得出A值為6.16。

根據人-兔手法壓力參數關系的數學描述，記P人體為機械臂模擬一指禪推法作用于人體的壓力參數，P家兔為機械臂模擬一指禪推法作用于家兔的壓力參數，人-兔手法壓力參數關系表達公式如下：P人體=A·P家兔。

本實驗根據受試者及家兔輕、中、重壓力參數計算得出A值為6.16，故人-兔手法壓力參數關系可表達為：P人體=6.16P家兔。

2.5 各組不同動力學系數對比表4結果顯示：各組內感受不同類型層次的壓力對比，差異有統計學意義（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行比較，差異有統計學意義（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

人工智能是國內外醫學領域近年來熱門的研究方向，在推拿手法的基礎及應用研究上也越來越引起重視，這也是將來推拿科研發展的重要方向。例如，美國伊利諾伊理工學院的Srinivasan Alavandar等[4]將遺傳算法和圖像測量技術運用在機器人按摩研究中，進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。山東建筑大學和山東康泰實業有限公司承擔的國家863計劃，開展了機器人輔助中醫按摩技術研究，研制完成了中醫按摩機器人樣機和按摩姿態調節平臺，將樣機應用于臨床并示范模擬操作[6]。推拿手法作為推拿學的核心要素，人工智能機械臂可實現規范、標準、統一的手法操作，對相關變量可精確地控制，促進了推拿學科建立標準化規范實驗及診療體系，也是推拿學未來發展的重要方向。

目前，在推拿學相關基礎研究中，有較多對于人體的手法動力學參數研究，而相應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，來進行手法的生物力學參數的研究，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學的改變，探討手法頻率與效應之間的相應關系，得出結論是一指禪推法101~150次/min對脾虛型家兔的胃黏膜形態學改善作用最優；呂桃桃等[9]通過動物實驗探討推拿對坐骨神經損傷（SNI）大鼠神經損傷點基因表達的影響，闡述了推拿促進周圍神經損傷修復的機制。值得思考的一個問題是，應用于人體的動力學參數如壓力、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準，即人與家兔所能感受的手法的最適刺激量是不一致的，其手法的各項參數也有所差異。本實驗的相關數據具有較大臨床及科研意義，結果顯示：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系，人-兔手法壓力參數的關系表達為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，推拿學發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，質量較低，人工智能機械臂的介入能夠有效提高基礎實驗的規范性、標準性，且本研究為借用臨床中的常用手法參數進行動物實驗時提供了人-兔壓力參數轉化比值，從而進一步規范了推拿學動物實驗研究，促進了臨床及動物實驗的標準化，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進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參數的研究中。除了研究人-兔一指禪推法的壓力參數外，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系。另外，本研究樣本量較少，在今后的研究過程中，可以進一步擴大樣本量，以得到更翔實的數據和更精確的壓力學參數及比例關系，更好地為推拿學基礎研究與臨床研究服務。