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        基于ABB機(jī)器人的人體經(jīng)絡(luò)腧穴識別

        2018-03-30 08:24:38董詩繪
        關(guān)鍵詞:橫紋腧穴穴位

        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(jì)算控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)部位的目標(biāo)定位的醫(yī)療機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人應(yīng)用于中醫(yī)針灸推拿領(lǐng)域具備理論與現(xiàn)實(shí)的意義。以中醫(yī)的腧穴理論為基礎(chǔ),結(jié)合ABB的智能運(yùn)行功能設(shè)計(jì)人體的體表腧穴識別是按摩機(jī)器人開發(fā)設(shè)計(jì)的前提。

        腧穴定位的精確對于按摩機(jī)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(yùn)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(jì)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(shí),分別將兩種計(jì)量單位具體到每個(gè)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(jìn)行人工智能識別與測量。根據(jù)骨度分寸計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),識別前發(fā)際與后發(fā)際,確定其尺寸并進(jìn)行12等分;耳后兩完骨(乳突)之間,進(jìn)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(jìn)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(jìn)行9等分;識別與測量兩乳頭之間的尺寸并進(jìn)行8等分。在腰背部,識別出背部的21個(gè)椎骨;識別與測量出兩肩胛骨背柱緣之間的尺寸并進(jìn)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(jìn)行9等分;識別與測量肘橫紋至腕橫紋的尺寸進(jìn)行12等分。在側(cè)胸部,識別與測量腋下至季脅的尺寸并進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)的尺寸并進(jìn)行13等分;識別與測量髀樞之膝中的尺寸進(jìn)行19等分;識別與測量臀橫紋至膝中的尺寸進(jìn)行14等分;識別與測量膝中至外踝高點(diǎn)的尺寸進(jìn)行16等分;識別與測量外踝高點(diǎn)至足底的尺寸進(jìn)行3等分。將具體實(shí)際等分的尺寸分別應(yīng)用到頭、面、胸腹、腰背、四肢每一個(gè)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(xiàn)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(yùn)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(jī)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(jì):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(jìn)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(jī)器人運(yùn)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(jī)器人的運(yùn)動指令實(shí)人體腧穴的定位。本研究的運(yùn)動指令設(shè)計(jì)在人體體表以二維平面為主,橫向?yàn)閄軸,縱向?yàn)閅軸,坐標(biāo)系以人體的解剖結(jié)構(gòu)部位方向?yàn)閰⒄?,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(gè)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(diǎn),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(gè)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(jī)械手向下位移為Y軸負(fù)值,腋前紋頭為p10點(diǎn),天府穴為p20點(diǎn),機(jī)器人的安全位置為p11點(diǎn),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(jī)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(diǎn)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(jī)械手向下位移為Y軸負(fù)值,腘橫紋為p20點(diǎn)。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(jī)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(diǎn)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(diǎn),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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn),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(diǎn),按照個(gè)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(diǎn)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(gè)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(diǎn),機(jī)械手向上位移為Y軸正值,旁開橫向運(yùn)動為X軸(數(shù)值正負(fù)因左右對稱按實(shí)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(jī)械手先以臍部為原點(diǎn)向上位移6同身寸到臍中上點(diǎn),再以臍中上點(diǎn)為原點(diǎn)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(jī)器人。

        設(shè)第1肋間隙與前正中線的交點(diǎn)為p50,設(shè)定橫向運(yùn)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(jī)器人由第1肋間隙與前正中線的交點(diǎn)p1點(diǎn),沿X軸運(yùn)行6個(gè)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(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(diǎn),并將位置參數(shù)反饋給機(jī)器人,設(shè)后正中線旁開的位移為X軸(數(shù)值正負(fù)因左右對稱按實(shí)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(jī)械手以p60點(diǎn)為原點(diǎn)延x軸運(yùn)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(jī)器人的機(jī)械手進(jìn)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?yàn)轭^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(diǎn);設(shè)前發(fā)際正中為p100點(diǎn),MoveLOffs(p100,0,0.5,0), v50, fine, tool1,到達(dá)前發(fā)際直上0.5同身寸;MoveCOffs(p100,0.75,0.5,0),取圓弧中點(diǎn)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(shí)。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(diǎn),將人體腧穴進(jìn)行分類處理,應(yīng)用ABB機(jī)器人的運(yùn)動指令,進(jìn)行人體腧穴定位設(shè)計(jì),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(jī)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(jī)器人[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2015:64-65.

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