謝俊成，陳潔，徐剛，李少雄，劉堂義△

（1.上海中醫(yī)藥大學(xué)，上海 201203；2.長沙市第八醫(yī)院，湖南 長沙 410199）

推拿又稱“按摩”、“導(dǎo)引”、“按蹺”等，有著悠久的歷史?！端貑枴ぎ惙ǚ揭苏撈分忻鞔_記載：“中央者，其地平以濕，天地所以生萬物也眾，其民食雜而不勞，故其病多痿厥寒熱，其治宜導(dǎo)引按蹺，故導(dǎo)引按蹺者，亦從中央出也。”提示推拿可以治療痿痹、厥逆、傷熱等疾病。推拿產(chǎn)生療效的關(guān)鍵在于手法，推拿手法量化問題是解決目前推拿諸多問題的關(guān)鍵點(diǎn)，是促進(jìn)手法操作從經(jīng)驗(yàn)化到客觀化、規(guī)范化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵[1]。

有學(xué)者認(rèn)為目前研制成功的手法測定儀僅能在儀器上進(jìn)行手法操作并檢測，但在人體身上操作時(shí)并不能加以檢驗(yàn)，忽略了臨床因素，因此促進(jìn)手法的量化需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究[2]，量化推拿手法的相關(guān)參數(shù)傳統(tǒng)的測量儀器[3-4]多為離體試驗(yàn)、單式手法測定試驗(yàn)，如使用TDL-Ⅰ型手法動(dòng)態(tài)力測定器、FZ-Ⅰ型推拿手法測力分析儀等測力平臺(tái)，操作者在測力平臺(tái)上進(jìn)行手法操作，通過測力平臺(tái)得出手法的相關(guān)參數(shù)，容易忽略真實(shí)操作環(huán)境中對人體進(jìn)行手法操作時(shí)，受試者的主觀反饋、環(huán)境影響等因素，增大了數(shù)據(jù)誤差。為解決既往研究手段的不足，本研究擬研發(fā)一款可實(shí)時(shí)在體測定推拿手法參數(shù)的手套式測定儀器，并對其數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)分析功能、手套性能進(jìn)行一系列測定和評估，為推拿手法參數(shù)量化提供一種新的研究手段。

1 推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研發(fā)流程

推拿手法數(shù)據(jù)手套的關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù)支持是多點(diǎn)式柔性薄膜壓力傳感器和ELVIS技術(shù)，主要由信息采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊兩個(gè)部分構(gòu)成（如圖1）?；诙帱c(diǎn)式柔性薄膜壓力傳感器和ELVIS技術(shù)的“推拿手法數(shù)據(jù)手套”主要用于在PC端實(shí)時(shí)顯示操作手的手法物理學(xué)參數(shù)和保存數(shù)據(jù)以供日后量化研究，協(xié)助推拿操作者進(jìn)行教學(xué)和臨床考核。信息采集模塊由彈性手套、柔性薄膜壓力傳感器和電阻轉(zhuǎn)換模塊組成，操作手可以通過穿戴配置有傳感器的手套直接在人體各個(gè)部位操作，轉(zhuǎn)換模塊則通過與傳感器連接，將電阻信號轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號（A0）信號并傳送到信息采集系統(tǒng)。信息采集系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，硬件部分負(fù)責(zé)接收A0信號并轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后經(jīng)過電腦PC端傳送到軟件端，接收信號處理與分析，最終在PC界面實(shí)時(shí)顯示以及后臺(tái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1 “推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”系統(tǒng)框圖

2 推拿手法數(shù)據(jù)手套

2.1 主要材料 彈性手套、I-motion IMS-C10A型電阻式薄膜壓電傳感器、43x17x18.5mm電阻轉(zhuǎn)換模塊、WT-500系列電子數(shù)顯彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)。

2.2 制作方法 參考既往文獻(xiàn)[5-8]運(yùn)用WT-500系列電子數(shù)顯彈簧拉壓試驗(yàn)機(jī)對傳感器進(jìn)行定標(biāo)，同時(shí)讀取力值和電壓值，運(yùn)用SPSS21.0統(tǒng)計(jì)軟件得出x值（電壓）和y值（力值）的回歸方程：y=-7.68x+38.5，以便在軟件用戶操作界面直接讀取到實(shí)時(shí)力值。完成定標(biāo)后，將7枚傳感器分別放置于小魚際側(cè)面、小魚際背側(cè)和大拇指指腹處（1和4、2和5、3和6一一對應(yīng)），并通過用熱縮套管進(jìn)行塑封及固定的杜邦線與電阻轉(zhuǎn)換模塊相連接，制成“推拿手法數(shù)據(jù)手套”。數(shù)據(jù)手套通過ELVISⅡ套件與Labview2017連接，構(gòu)成“推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)”。結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 推拿手法數(shù)據(jù)手套

圖3 推拿手法數(shù)據(jù)手套及采集系統(tǒng)實(shí)物圖

3 推拿手法數(shù)據(jù)分析模塊

3.1 硬件部分 本課題硬件系統(tǒng)采用美國國家儀器公司（NI）研發(fā)的ELVISⅡ型模板，主要利用ELVISⅡ的AI接口接收與IMS-C10A型傳感器配套電阻轉(zhuǎn)換模塊輸出的AO信號，并將AO信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識別的模擬信號，ELVISⅡ的模GROUND接口與電阻轉(zhuǎn)換模塊的外接GND接口連接，ELVISⅡ的±5V接口與電阻轉(zhuǎn)換模塊VCC電源接口相連接，EL‐VISⅡ的USB接口與PC端的USB接口連接，將轉(zhuǎn)換的模擬信號傳輸?shù)絃abview軟件，具體連接示意圖如圖4?！巴颇脭?shù)據(jù)手套”有7枚傳感器，每個(gè)傳感器感測的信號都與電阻轉(zhuǎn)換模塊連接，引入線0-6分別接入通道ai0-ai6，如圖5所示。

圖4 ELVISⅡ電路板、轉(zhuǎn)換模塊、PC連接圖

圖5 推拿手法數(shù)據(jù)手套采集裝置

3.2 軟件開發(fā) 本研究使用的編程軟件為美國NI儀器公司開發(fā)的一款可視化編程軟件——Labview 2017。本系統(tǒng)軟件分為基礎(chǔ)設(shè)置程序、數(shù)據(jù)接收程序、數(shù)據(jù)分析程序三個(gè)部分?；A(chǔ)設(shè)置程序包括通路設(shè)置、定時(shí)設(shè)置和記錄設(shè)置，單點(diǎn)式柔性薄膜壓電傳感器感觸的電阻信息經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為AO信號傳送到ELVISⅡ程序板上后，基礎(chǔ)設(shè)置程序負(fù)責(zé)配置ELVISⅡ的采樣模式、需要接收的傳感器通道、采樣率和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。采樣模式為連續(xù)采樣。數(shù)據(jù)接收程序?qū)⑼颇檬址〝?shù)據(jù)手套傳輸給ELVISⅡ的模擬信號，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為電壓信息并在軟件用戶界面顯示。數(shù)據(jù)分析程序則負(fù)責(zé)將電壓信息通過函數(shù)等代碼換算為力值、頻率、幅值等物理學(xué)參數(shù)。

4 “推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”性能檢測

4.1 舒適度測試

4.1.1 研究目的 通過試驗(yàn)測試系統(tǒng)操作的舒適度。

4.1.2 試驗(yàn)對象 上海中醫(yī)藥大學(xué)及附屬醫(yī)院針灸推拿專業(yè)學(xué)生和老師各20名、共40名。

4.1.3 測試方法 準(zhǔn)備好不受干擾的測試房間，提前預(yù)約受試者參加測試，采用單盲法，所有受試者測試時(shí)間隔開，互不溝通，告知所有受試者測試目的是想了解佩戴手套進(jìn)行推拿操作是否舒適。測試前受試者在測試房間安靜休息兩分鐘，排除外界因素干擾，受試者帶上手套后在志愿者身上進(jìn)行?法和揉法操作各5分鐘，操作結(jié)束后收集受試者對手套的感受，并囑咐志愿者隔2-3天由其他操作者進(jìn)行手法操作。

4.1.4 測試結(jié)果 推拿手法數(shù)據(jù)手套的主觀舒適度分為舒適、較舒適、和不舒適三種，結(jié)果如下圖6所示：20名教師中，13人佩戴推拿手法數(shù)據(jù)手套進(jìn)行手法操作感覺舒適，6人覺得較舒適，1人覺得不舒適。20名學(xué)生中，15人感覺佩戴手套操作感覺舒適，5人覺得較舒適?？傮w來說，97.5%的人佩戴該手套感覺舒適度較好，不會(huì)影響推拿手法操作。

圖6 老師和學(xué)生舒適度調(diào)查

4.2 數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性研究

4.2.1 研究目的 通過試驗(yàn)研究系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。

4.2.2 試驗(yàn)對象 本課題的研究對象為從事臨床工作10年以上的專業(yè)醫(yī)師1名、無明顯推拿手法禁忌癥的健康志愿者1名。

4.2.3 測試方法 測試前連接好手套和數(shù)據(jù)采集軟件，打開ELVISⅡ總電源開關(guān)和原型板開關(guān)，軟件端設(shè)置采樣率1000Hz。提前1天通知推拿醫(yī)師不要進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)。測試時(shí)推拿醫(yī)師戴好推拿手法數(shù)據(jù)手套，為避免心理因素干擾，推拿醫(yī)師安靜休息5min后開始在志愿者身上手法操作，按照高等教材《推拿手法學(xué)》[9]中丁式?法的操作要求進(jìn)行操作。手法采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集、記錄并保存手法過程中術(shù)者第小魚際附近6個(gè)傳感器與受試者皮膚之間壓力變化的時(shí)間-力曲線。操作者每次連續(xù)操作3min，連續(xù)采集5次，每次采集時(shí)間間隔為3 min。選取醫(yī)師丁式?法操作較穩(wěn)定階段的500個(gè)力值數(shù)據(jù)，使用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件，對操作手法力值的平均值、峰值、谷值進(jìn)行量化分析，數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。

4.2.4 測試結(jié)果

①時(shí)間-力值曲線圖：圖7為隨機(jī)選取的5次?法操作時(shí)6個(gè)通道的力值曲線圖，從曲線圖可以看出來，每條通路的力值大小不同，通路ai1、3、4、6手法變化有規(guī)律，波峰、谷峰相對較穩(wěn)定。通路ai2和ai5力值偶有增高，考慮可能是操作者手法瞬間加力習(xí)慣的影響所致。剔除掉通路2和5，就5次操作的力值曲線圖的整個(gè)走勢而言，丁式?法的最大值、最小值以及平均力值一直維持在一定水平，三種力量的變化都較平穩(wěn)，說明該手套獲取的數(shù)據(jù)具有可重復(fù)性（注意：通道ai2和ai5的數(shù)據(jù)出現(xiàn)漂移，但是每次數(shù)據(jù)重復(fù)性好，漂移問題在后文將提出解決方案）。

圖7 力值曲線圖

②推拿手法量化指標(biāo)：由表1、圖8的數(shù)據(jù)可以得知，剔除掉通路2和5，丁式?法通道ai1、3、4和6的平均作用力分別為（0.593±0.034）kg、（0.567±0.02）kg、（0.577±0.023）kg、（0.606±0.002）kg。最大作用力分別為（0.6±0.035）kg、（0.579±0.045）kg、（0.594±0.062）kg、（0.619±0.03）kg。最小作用力分別 為（0.586±0.003）kg、（0.56±0.019）kg、（0.57±0.024）kg、（0.599±0.03）kg。丁式?法操作時(shí)，測得的各通道五次操作的最大力、最小力和平均力值基本穩(wěn)定，離散度小，說明推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有可重復(fù)性。

表1 滾法各通路力值參數(shù)（±s，kg）

表1 滾法各通路力值參數(shù)（±s，kg）

平均值最大值最小值例數(shù)5 5 5 Ai1 0.593±0.034 0.6±0.035 0.586±0.003 Ai3 0.567±0.02 0.579±0.045 0.56±0.019 Ai4 0.577±0.023 0.594±0.062 0.57±0.024 Ai6 0.606±0.002 0.619±0.03 0.599±0.03

圖8 丁氏?法力值參數(shù)（kg）

4.3 “推拿手法數(shù)據(jù)手套”的矯正與調(diào)試

4.3.1 矯正目的 調(diào)試通路ai2和ai5力值傳感器，減小飄移誤差。

4.3.2 矯正方法 重新調(diào)整傳感器位置，加大傳感器之間的位移。

4.3.3 矯正結(jié)果 按照章節(jié)3.2中的方法重新測量三次，結(jié)果如圖9，丁式?法6個(gè)通路的最大值、最小值以及平均力值一直維持在一定水平，三種力量的變化都較平穩(wěn)，說明經(jīng)矯正后該手套獲取的數(shù)據(jù)更穩(wěn)定。

圖9 ?法力值軌跡圖

5 討論

推拿是中醫(yī)外治法之一，基于經(jīng)絡(luò)原理，以手法在人體體表進(jìn)行規(guī)范性操作，以求達(dá)到防治疾病的目的[10]。從上世紀(jì)80年代，王國才[8]基于力學(xué)原理將推拿作用于人體的力按照X.Y.Z三個(gè)方向分解并加以測定，選用垂直力感受器、橫向水平力感受器、縱向水平力感受器等組成測力器。李義凱、畢勝[13-14]等人采用ABAQUS6.1有限元軟件建立腰椎L4-L5有限元模型，但此模型只包括椎體、終板、小關(guān)節(jié)和韌帶，并沒有將相關(guān)神經(jīng)、皮膚、血管等包括在內(nèi)，忽視了推拿是基于經(jīng)絡(luò)原理通過手法產(chǎn)生治療作用，部分手法可通過一定的頻率和施力范圍產(chǎn)生向人體內(nèi)部滲透的“熱”[11-12]。陳守吉、許世雄等[15]將三個(gè)剛體O1O2（上臂）、O2O3（小臂）、O3O4（手掌）通過鉸鏈連接，模擬手臂進(jìn)行手法操作，以此描述手法操作中的運(yùn)動(dòng)學(xué)量，但因其在操作過程中始終成握拳狀，且小指關(guān)節(jié)始終與接觸部位固定不變，手法操作過于機(jī)械化，只能為推拿手法的量化研究提供一個(gè)研究思路。在之后，張延海[16]建立6自由度剛體胸-腰椎生物力學(xué)模型，運(yùn)用MAT‐LAB/Simulink進(jìn)行仿真，認(rèn)為振蕩激勵(lì)腰椎推拿斜扳法比脈沖激勵(lì)腰椎推拿斜扳法更安全，研究結(jié)果為醫(yī)生提供一個(gè)比較合理的振蕩激勵(lì)腰椎推拿斜扳法操作參數(shù)的范圍。嚴(yán)曉慧[17-18]應(yīng)用推拿手法測試系統(tǒng)、三維運(yùn)動(dòng)解析系統(tǒng)以及用C#和MATLAB開發(fā)的配套數(shù)據(jù)軟件對手法動(dòng)力學(xué)三維力的大小、頻率、周期進(jìn)行研究，對既往文獻(xiàn)研究參數(shù)數(shù)值進(jìn)一步具體化，但脫離人體操作，使用視頻技術(shù)難免會(huì)受環(huán)境影響，且只是通過機(jī)器采樣，不能模擬真實(shí)的臨床環(huán)境，從而導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)存在誤差。方磊[19]通過使用表面肌電圖（sEMG）測定MF、IEMG、CR，了解施術(shù)者上肢的肌電信號，得出結(jié)論認(rèn)為在手法操作過程中存在核心肌群，上肢核心肌群的運(yùn)動(dòng)存在規(guī)律，為手法達(dá)到“持久”的要求提供量化手段，但表面肌電圖（sEMG）在推拿領(lǐng)域的樣本量小、研究時(shí)間較短，技術(shù)尚不成熟[20]。張廣明[25]使用MFF壓力測試系統(tǒng)對一指禪推法的輕、中、重三個(gè)壓力度進(jìn)行研究，為一指禪推法的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和相應(yīng)的壓力曲線提供相關(guān)數(shù)據(jù)。通過對既往研究可以發(fā)現(xiàn)，不同醫(yī)家在對推拿手法參數(shù)研究中運(yùn)用不同的手段進(jìn)行研究，如建立數(shù)學(xué)模型[21-22]、運(yùn)用表面肌電圖[23-24]、采用傳統(tǒng)測定儀等，為現(xiàn)代化研究手段提供不同研究思路，完善了推拿手法參數(shù)數(shù)據(jù)，但同時(shí)也存在不足，如易受環(huán)境因素影響、離體試驗(yàn)、僅能對單式手法進(jìn)行研究、不同手段研究的參數(shù)和手法單一、多從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度進(jìn)行研究等。

本研究研發(fā)的“推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”由信息采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊共同構(gòu)成。具備以下功能及特點(diǎn)：①多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。以搭載經(jīng)過定標(biāo)后的多枚傳感器為主的體表部信息采集模塊，在穿戴手套后可直接操作手法作用于體表部，并對手法操作時(shí)多個(gè)接觸部位的力值、頻率、周期等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，對手法操作的更多技術(shù)細(xì)節(jié)描述更加詳實(shí)，克服了傳統(tǒng)測定儀器對手法操作細(xì)節(jié)的忽視，同時(shí)避免了環(huán)境因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差。②基于真實(shí)環(huán)境的推拿手法數(shù)據(jù)采集，體驗(yàn)感強(qiáng)。因自制手套體積小、便于攜帶，因此可實(shí)時(shí)在體采集數(shù)據(jù)，避免了離體試驗(yàn)對于受試者主觀感受的忽視，使獲取的數(shù)據(jù)更加符合真實(shí)的臨床環(huán)境。③應(yīng)用于推拿手法操作的學(xué)習(xí)和評價(jià)。同步、動(dòng)態(tài)顯示操作手在操作過程不同部位的參數(shù)變化曲線，直觀反應(yīng)推拿手法的操作過程，通過本系統(tǒng)采集的手法操作軌跡、頻率、周期等參數(shù)對學(xué)生手法進(jìn)行矯正，并可以用于推拿手法操作的考核，避免主觀考核帶來的誤差。

基于實(shí)用性與適用性的考慮，本課題對自制手套進(jìn)行舒適度及穩(wěn)定性測試，在對佩戴手套操作者中感覺舒適的人占97.5%，同時(shí)對同一操作者丁氏?法不同通路的最大值、最小值、平均值進(jìn)行初步測定，結(jié)果顯示波形穩(wěn)定，數(shù)據(jù)重復(fù)性好，總體可以認(rèn)為“推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”具有較高的實(shí)用性和適用性。由于本項(xiàng)研究初步研制成功，尚處于基礎(chǔ)階段，在后續(xù)優(yōu)化中，可考慮優(yōu)化算法模型，豐富采集的參數(shù)類型，如?法進(jìn)行前擺和回?cái)[時(shí)的皮溫差、3D運(yùn)動(dòng)軌跡、手法運(yùn)力方向等；增加傳感器數(shù)量，便于獲取其它手法參數(shù)，擴(kuò)大手法樣本量，基于臨床考慮，發(fā)掘在臨床治療某類疾病的最優(yōu)手法組合；優(yōu)化手套固定材料，兼顧實(shí)用與美觀。

總之，目前基于多點(diǎn)式柔性薄膜壓力傳感器和ELVIS技術(shù)的“推拿手法數(shù)據(jù)手套及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”初步研制成功，主要用于在PC端，實(shí)時(shí)采集、同步顯示操作手的手法物理學(xué)參數(shù)和保存數(shù)據(jù)，以供日后量化研究，同時(shí)可以用于推拿操作的教學(xué)和教學(xué)效果評估。