王旭，魏戌，2*，朱立國，2*，馮天笑，3，王志鵬，師彬

脊柱退行性疾病是骨科臨床常見的骨與關節(jié)退行性疾病之一，也是目前影響中老年人生活質(zhì)量的一大公共衛(wèi)生問題［1］。一項全球性的流行病學調(diào)查研究顯示，2017 年全球共有約2.887 億人罹患頸痛，并導致約2 860 萬例患者殘疾，我國則是該病該年度全球國家年齡標準化年發(fā)病率較高的國家之一，達到1 037.7 例/10萬人年，位列全球第八［2］；而我國在2019 年的腰痛患者標準化年發(fā)病期望人數(shù)則達到了5 134.7 例/10 萬人年，位列全球第五，同樣是全球腰痛負擔較高的國家之一［3］。脊柱退行性疾病可造成患者頸腰部疼痛與功能障礙，且易遷延反復，對患者生活質(zhì)量有較大的影響，而目前外科治療相較于保守治療不僅具有一定風險性，還有較高的復發(fā)、二次手術可能性［4］。因此，尋找一種療效確切、價格低廉且安全性更高的治療手段是十分必要的。

中醫(yī)手法是治療脊柱退行性疾病的常用手段之一［5］。研究表明，中醫(yī)手法治療脊柱退行性疾病不僅療效明確［6-8］，同時相較于手術治療具有操作簡便、便于實施、價格低廉的特點，尤其是遠期經(jīng)濟效益優(yōu)于外科手術療法［9］，適宜于在骨科臨床工作中推廣應用，減輕患者醫(yī)療經(jīng)濟負擔。但現(xiàn)階段，對于中醫(yī)手法治療各類脊柱退行性疾病的療效機制研究仍不夠深入，且相對缺乏現(xiàn)代科學技術解析，在一定程度上阻礙了手法療效機制研究的現(xiàn)代化進程，并影響了手法的國際化推廣及臨床應用。如何以現(xiàn)代科學技術為抓手，實現(xiàn)中醫(yī)手法研究的數(shù)字化、現(xiàn)代化，促進中醫(yī)手法的國際化推廣，是目前該領域急需解決的問題。

“醫(yī)工結合”研究模式是近年來相關科學技術進步與中醫(yī)藥現(xiàn)代化需求相結合而產(chǎn)生的全新研究思路，其倡導各學科間打破壁壘，交叉融合，以解決醫(yī)學研究的問題為核心目標，圍繞實際需求進行協(xié)同創(chuàng)新，充分發(fā)揮協(xié)同學科的優(yōu)勢，最終取得“1+1＞2”的研究效果［10］。習近平總書記在2021 年考察河南南陽醫(yī)圣祠時明確指出：“我們要發(fā)展中醫(yī)藥，注重用現(xiàn)代科學解讀中醫(yī)藥學原理，走中西醫(yī)結合的道路?！薄丁敖】抵袊?2030”規(guī)劃綱要》中亦指出：應“全面促進中醫(yī)藥現(xiàn)代化進程，開展中醫(yī)智慧醫(yī)療工作具有得天獨厚的優(yōu)勢和發(fā)展機遇”。中醫(yī)藥現(xiàn)代化是未來中醫(yī)藥研究發(fā)展的主要方向，中醫(yī)手法研究的現(xiàn)代化離不開現(xiàn)代科學技術的加持。基于此現(xiàn)狀，本文以中醫(yī)手法治療脊柱退行性疾病的療效機制研究為切入點，梳理“醫(yī)工結合”研究模式在該領域的實施現(xiàn)狀及策略，以期明確下一階段該領域的研究方向，為該領域科研工作人員提供一定的參考。

1 檢索策略

本文檢索了近5 年包括中國知網(wǎng)（CNKI）、中國生物醫(yī)學文獻數(shù)據(jù)庫（CBM）、萬方數(shù)據(jù)知識服務平臺、維普中文期刊服務平臺（VIP）在內(nèi)的中文數(shù)據(jù)庫及包括PubMed、Web of Science、Embase 在內(nèi)的英文數(shù)據(jù)庫中發(fā)表的相關研究論述，檢索時間設置為2017-01-01—2023-02-01，同時納入少量早期的經(jīng)典文獻及論述學科定義及內(nèi)容的重要文獻。中文檢索關鍵詞為“中醫(yī)手法”“推拿”“醫(yī)工結合”“機器人”“中樞”“生物力學”“人工智能”等，英文檢索詞包括“Traditional Chinese Medical Manipulation”“Manipu lation”“Spinal Manipulation”“Massage”“Manuel Therapy”“Mobilization”“Medical engineering”“Robot”“Neuroengineering”“Software”“Neural Engineering”“Artificial intelligence” 等。 以PubMed數(shù)據(jù)庫為例，本研究構建的檢索式：（“Traditional Chinese Medical Manipulation”［Title/Abstract］OR “Manipulation”［Title/Abstract］ OR “Spinal Manipulation”［Title/Abstract］ OR “Massage”［Title/Abstract］ OR “Manuel Therapy”［Title/Abstract］ OR “Mobilization”［Title/Abstract］） AND （“Medical engineering”［Title/Abstract］ OR “Robot”［Title/Abstract］ OR “Neuroengineering”［Title/Abstract］OR “Software”［Title/Abstract］ OR “Neural Engineering”［Title/Abstract］ OR “Artificial intelligence”［Title/Abstract］）。檢索完成后，依據(jù)納入與排除標準進行文獻篩選，其中納入標準為：（1）以手法或手法模擬設備為干預措施，且涉及手法治療脊柱退行性疾?。ㄖ饕ǎ侯i椎病、腰椎間盤突出癥、腰椎滑脫、椎管狹窄等）機制研究的相關文獻； （2）論點、論據(jù)真實可靠，與主題關聯(lián)度高的文獻。排除標準：（1）與主題相關性不高的文獻；（2）邏輯嚴謹性、可信度較低的文獻。最終納入相關文獻54 篇。

2 機械工程技術的應用

機械工程技術在醫(yī)學研究中已有廣泛應用，在中醫(yī)手法研究方面尤為明顯。目前，已有許多研究者探索了相關技術設備在中醫(yī)手法臨床實踐中的應用方法，如：為解決推拿科醫(yī)生長時間進行手法操作導致的疲勞和療效下降等問題，多位研究者開展了推拿手法機械臂、機器人等研究和探索［11-13］；為實現(xiàn)中醫(yī)手法傳承的標準化，有研究通過研發(fā)手法教學機器人及配套手法教學考核系統(tǒng)，以機器人采集的力學曲線及相關參數(shù)評估學員旋提手法操作的可靠性，較好地實現(xiàn)了旋提手法教學考核的標準化、數(shù)字化［14-15］。

此外，相關技術設備在手法治療療效機制研究方面的應用是近年來的熱點之一，主要用于動物實驗中的手法干預療效模擬。以動物為載體進行手法研究的最大優(yōu)勢是能夠獲得干預后的組織標本，基于組織標本探討手法對頸部組織微環(huán)境及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響，但如何在實驗動物模型上合理實現(xiàn)手法操作的模擬是這一研究方式面臨的主要瓶頸問題［16］?；趯χ嗅t(yī)手法操作力學特征與實驗動物頸部組織學特征的分析研制手法模擬機器人、機械臂或力學手套等設備，能夠在保證干預措施同一性的同時最大限度地保障手法操作特征的模擬，是現(xiàn)階段中醫(yī)手法療效機制研究（動物實驗）瓶頸問題的解決方案之一。林志剛等［17］通過Grip 系統(tǒng)無線觸覺力測量指套對大鼠穴位進行定量性點法刺激用于模擬推拿手法中的點法和按法，結合大鼠坐骨神經(jīng)痛模型，通過一系列相關動物實驗驗證了P2X3 蛋白與大鼠慢性壓迫背根神經(jīng)節(jié)模型中疼痛信號傳遞、強化外周敏化的相關性，并在此基礎上驗證了該指套模擬的點法、按法能夠在一定程度逆轉(zhuǎn)神經(jīng)病理性疼痛引起的背根神經(jīng)節(jié)P2X3 蛋白水平升高和Piezo1 蛋白水平降低，為推拿手法治療神經(jīng)根受壓時發(fā)揮的外周鎮(zhèn)痛作用提供了相關證據(jù)［17-18］；該團隊還采用該設備對推拿手法治療神經(jīng)根受壓疾病的機制進行了深入研究，從抑制脊髓星形膠質(zhì)細胞增殖、緩解外周軟組織炎性微環(huán)境浸潤等多個維度證實了推拿手法的中樞、外周鎮(zhèn)痛機制［19-20］。哈佛大學SEO 等［21］為研究骨骼肌損傷開發(fā)設計了一套以電磁效應器、力傳感器組件為核心的手法模擬設備，用該設備下臂的硅膠口將小鼠的體位固定，并通過力傳感器設定一定的刺激量實現(xiàn)機械刺激的統(tǒng)一化，此外，該設備還可附帶高頻超聲傳感器，對設備干預的小鼠背部肌肉進行實時超聲成像，分析干預對小鼠肌肉組織的即刻效應。該團隊以此機器人為干預方式，驗證了在特定力度范圍內(nèi)的循環(huán)壓縮負荷能夠顯著促進小鼠骨骼肌修復，提示手法治療對肌肉修復功能的潛在調(diào)節(jié)效應。ZHOU等［22］研制了包含動力系統(tǒng)和指標調(diào)控系統(tǒng)的推拿手法模擬儀用于手法機制研究，能夠在實驗動物模型上完成點法、振法、拍法、揉法、撥法5 種中醫(yī)傳統(tǒng)推拿手法，并在其基礎上以一系列的動物實驗深入分析了以上中醫(yī)手法緩解坐骨神經(jīng)痛［23］、退熱［24］等治療效應的作用機制。

以上研究均通過推拿手法模擬設備在動物實驗中實現(xiàn)了中醫(yī)推拿手法干預的模擬，在此基礎上開展的研究能夠深入探討手法干預的作用機制，從分子層面挖掘手法干預的潛在效應。但目前，該類設備多聚焦于放松類手法的模擬，而對于骨科臨床更為常用的扳動類手法，目前仍缺乏有效的模擬手段。如何實現(xiàn)扳動類手法的模擬，深入挖掘扳動類手法的效應機制仍是目前手法干預面臨的瓶頸問題之一。

3 軟件工程技術的應用

除通過設備實現(xiàn)外，推拿手法的力學效應還能夠通過力學分析設備拆解并通過軟件復現(xiàn)實現(xiàn)。生物力學軟件技術的進步，使中醫(yī)傳統(tǒng)手法的數(shù)字化分析成為了可能，該方法不僅解決了扳動類手法難以通過儀器實現(xiàn)模擬的瓶頸問題，還能用于實現(xiàn)手法效應分析和力學特征的數(shù)字化、圖像化處理，是近年來手法生物力學效應機制研究的主要手段之一。

三維有限元分析技術是把一個連續(xù)體劃分為由有限個單位構成的離散化模型，以此替代原有的物體，根據(jù)原有物體的幾何材料特性以及受力條件采用不同的單元種類，單元之間用節(jié)點相連接，通過能量原理并借助位移法的解題思路，采取矩陣代數(shù)表達式的數(shù)值法［25］是目前生物力學研究的主要方法，較之在體研究具有成本低、風險低等優(yōu)勢。以比利時Materialise公司研發(fā)的MIMICS 軟件、美國Geomagic 公司研發(fā)的Geomagic studio 軟件、法國Dassault Systemes 公司研發(fā)的Solidwork 軟件與Abaqus 軟件等為代表的力學分析軟件是醫(yī)學有限元分析的核心技術，上述軟件通過影像學圖像資料中物體的密度差異形成圖像，以“Mask”功能及多圖層連接形成三維模型，通過對模型結構賦予“楊氏模量（Young's Modulus）”“彈性模量（Elastic Modulus）”“泊松比”等材料屬性賦值實現(xiàn)解剖結構數(shù)字化，并通過力學加載實現(xiàn)手法效應的模擬。如XUE等［26］通過構建全頸段含脊髓頸椎有限元模型并施加頸椎旋轉(zhuǎn)扳法力學數(shù)據(jù)的方式驗證了由馮天有［27］創(chuàng)立的頸椎旋轉(zhuǎn)復位法操作對脊髓造成損傷的可能性很低，明確了該手法作用于頸椎各組成部分的力學特征，并在后續(xù)研究中通過該方法進一步證實了對于后縱韌帶骨化患者使用頸椎旋轉(zhuǎn)扳法存在一定的脊髓損傷風險［28］；CAO 等［29］通過構建頸3 至頸7 節(jié)段有限元模型驗證了三維平衡手法在治療神經(jīng)根型頸椎病過程中發(fā)揮的生物力學效應，明確了其療效和安全性。此外，還有許多類似的研究［30-32］采用該方法明確了不同類型扳動類手法的生物力學效應。當然，該方法也存在一些技術性問題：大多數(shù)研究頸部組織結構的材料屬性、賦值來源于文獻報道，而文獻中的相關指標多來源于尸體標本，肌肉、筋膜等組織結構在活體組織與尸體標本中存在顯著差異，會在一定程度上影響仿真效果。

虛擬現(xiàn)實互動技術［33］是一種綜合應用各種技術制造逼真的人工模擬環(huán)境，并能有效模擬人在自然環(huán)境中各種感知系統(tǒng)行為的高級人機交互技術。該技術結合動態(tài)捕捉系統(tǒng)、三維圖像重建系統(tǒng)、動態(tài)模擬系統(tǒng)等技術，能夠動態(tài)還原手法操作過程中模型各結構的運動軌跡。劉廣偉等［34］通過虛擬現(xiàn)實互動技術動態(tài)還原了頸椎旋提手法操作過程中頸椎各椎間孔形態(tài)與面積變化過程，明確了旋提手法通過增大下頸椎間孔可能有助于松解椎間孔周緣的粘連，從而緩解神經(jīng)根刺激癥狀，并證明了150 N 是旋提手法操作最為適宜的提扳力度。該技術的主要優(yōu)勢是實現(xiàn)了手法操作過程中相關解剖結構的動態(tài)還原，有較大的應用潛力。

肌張力云圖技術是將多點肌張力測試、軟組織張力測試系統(tǒng)與MATLAB 工程軟件相結合，從整體評估手法治療前后頸背部肌張力分布差異的方法，較之傳統(tǒng)的單點肌張力測試［35］能夠更為全面、直觀地反映手法對頸背部肌張力的影響。梁龍［36］、王旭［37］通過該方法分別評估了頸椎康復操、頸椎旋提手法治療前后神經(jīng)根型頸椎病患者頸背部肌張力的整體變化，證實了頸椎康復操、頸椎旋提手法具有降低患者頸背部肌張力、平衡患側與健側肌張力的效應。

以上研究均是軟件工程領域技術成果在中醫(yī)手法效應機制研究領域的應用，相關軟件在中醫(yī)推拿手法的生物力學效應、手法對相關解剖結構的形態(tài)學影響、手法對頸部軟組織張力的影響等方面應用廣泛，仍有一定的應用前景。但軟件數(shù)字化仿真技術所構建的模型本身是一個十分復雜的數(shù)字模型，賦予不同的材料性質(zhì)、邊界條件、網(wǎng)格密度和數(shù)值解等一系列操作均可以顯著地改變力學指標的輸出［38］，且數(shù)據(jù)復雜性的增加勢必導致仿真程度的下降，如何克服相關軟件的現(xiàn)有缺陷，盡可能增強數(shù)字模型的仿真度仍是研究人員需要面臨的主要問題。

4 神經(jīng)工程及神經(jīng)影像學技術的應用

神經(jīng)工程學是21 世紀的一大新興學科，旨在運用神經(jīng)科學和工程學方法來理解、修復、替換、增強或開發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)的特性，以及設計與神經(jīng)限制和功能障礙相關問題的解決方案［39］，探索神經(jīng)系統(tǒng)功能是該學科的重要一環(huán)。隨著近年來相關研究的持續(xù)深入，許多用于神經(jīng)功能研究的設備應運而生，使無創(chuàng)探索中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能成為了可能，也為深入挖掘外在干預的神經(jīng)信號傳遞過程，探索針刺、手法等非藥物療法的效應機制提供了新思路。

功能核磁共振技術（functional magnetic resonance imaging，fMRI）是一種可用于描述由任務誘導或自發(fā)調(diào)節(jié)神經(jīng)代謝引起的脫氧血紅蛋白濃度變化的腦功能成像技術［40］，旨在顯示腦代謝區(qū)域并能實時分析其變化，且具有廣泛的實用性（可在臨床常用的1.5 T 核磁共振掃描儀上進行）、非侵入性（不需要放射性同位素或其他藥物）、良好的空間分辨率等特征，是目前神經(jīng)影像學研究的主要手段。DIDEHDAR 等［41］研究發(fā)現(xiàn)，脊柱扳動手法（spinal manipulation therapy，SMT）操作后慢性非特異性腰痛患者丘腦、島葉、背外側前額葉皮質(zhì)區(qū)域的N-乙酰天冬氨酸以及丘腦、島葉和軀體感覺皮質(zhì)區(qū)域的膽堿水平與假手法組患者有顯著差異，提示SMT通過改變丘腦、島葉等腦區(qū)大腦代謝物生成實現(xiàn)抑制疼痛信號產(chǎn)生，達到緩解患者癥狀的效果；YANG 等［42］通過觀察SMT 治療前后、即刻與遠期的fMRI 成像結果發(fā)現(xiàn)，患者雙側楔前葉和右側額中回的成像區(qū)域均勻性（regional homogeneity，Reho）有顯著變化，提示腰痛患者可出現(xiàn)腦神經(jīng)功能活動改變，手法治療后可明顯改善，而左側楔前葉的Reho 可以預測手法的即時鎮(zhèn)痛作用，評估手法鎮(zhèn)痛效果；MOSER 等［43］通過對比頸椎旋轉(zhuǎn)手法操作角度差異對腦血流動力學的改變發(fā)現(xiàn)，在手法操作中將患者頭部旋轉(zhuǎn)至最大角度后，后腦和小腦的功能連接顯著增加。國內(nèi)也有許多相關研究［44-46］通過該技術驗證了中醫(yī)手法效應在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的反應，該技術的普及和廣泛應用將物理治療與腦科學相聯(lián)系，建立了闡釋手法治療效應機制的又一途徑，隨著腦科學、神經(jīng)工程技術的進步，手法的中樞效應有望進一步被闡明。

此外，腦電圖也是探究手法治療脊柱退行性疾病效應機制的手段之一，且腦電設備可以在手法操作過程中持續(xù)測量，在記錄手法中樞效應的連續(xù)性方面具有一定優(yōu)勢。NAVID 等［47］通過61 通道腦電圖記錄脊柱手法干預前后亞臨床疼痛志愿者的腦電變化，發(fā)現(xiàn)脊椎按摩可能會改變疼痛和不愉快感受的中樞處理；GEVERSMONTORO 等［48］通過辣椒素刺激健康志愿者背部并使用腦電圖記錄脊柱手法治療前后疼痛閾值及腦電變化，發(fā)現(xiàn)應用辣椒素的志愿者出現(xiàn)了明確的疼痛過敏，而脊柱手法治療后疼痛過敏消失，并捕捉到了志愿者額葉高伽馬振蕩，提示節(jié)段性的脊柱手法可以預防繼發(fā)性痛覺過敏；另一項類似的研究采用激光熱源給予痛覺刺激，同樣采用腦電圖進行痛覺信號捕捉，初步探究了痛覺敏化下降與Aδ 纖維、C-纖維抑制具有潛在相關性［49］。目前此類研究主要聚焦于脊柱手法的中樞鎮(zhèn)痛機制探索，但對于中醫(yī)手法治療效應機制方面應用較少，有一定的應用潛力。

神經(jīng)工程與神經(jīng)影像學技術的應用是對中醫(yī)手法治療脊柱退行性疾病效應機制研究方法的有力補充。結合腦科學的研究進展，從中樞角度探討手法治療脊柱退行性疾病療效機制將成為研究人員未來重點關注的方向之一。

5 人工智能技術的應用潛力

人工智能技術是一門以研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的全新技術科學［50］。人工智能技術在圖像識別、深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡、機器人開發(fā)等關鍵技術環(huán)節(jié)的迅速發(fā)展對多學科交叉融合進程起到了極大地推動作用。目前，已有許多手法相關的研究通過人工智能相關技術實現(xiàn)了突破，主要體現(xiàn)在智能化手法模擬設備的開發(fā)應用、算法強化機器人手法治療方案選擇等方面。楊羚等［51］通過基于人工智能機械臂Dobot Magician 學習模擬一指禪手法比較了該手法對家兔和受試者軟組織的壓力感知函數(shù)關系，為手法在實驗動物模型上的“等量-等效”模擬提供了方法參考；有研究采用生物力學探測機器人［52-54］在新鮮豬尸體L3～4節(jié)段探測并智能還原了腰部大魚際推法的力學效應變化過程，分別分析了該手法對腰部肌肉及脊髓的應力變化，該研究方法也有在頸部手法研究應用的潛力。

事實上，基于人工智能技術、遺傳算法等技術手段研發(fā)的手法機器人層出不窮［55-58］。相較于第一部分提及的力學手套、手法模擬儀等設備，智能化手法模擬機器人能夠自主完成干預過程，直接生成結局指標或圖像，極大促進了手法應用的基礎研究及效應機制研究的發(fā)展。但目前，這類人工智能機器人主要聚焦于較為安全的放松類手法，扳動類正骨手法機器人的開發(fā)仍存在諸多倫理問題與臨床問題。

另外，人工智能加持下的計算機算法在影像資料指標篩選、潛在作用通路篩查、作用靶點預測等方面具有諸多優(yōu)勢，在手法治療效應機制探索方面同樣具有應用價值，如影像組學技術［59］、重復增量修剪算法（RIPPER）［60］等。但目前上述技術在手法研究領域的應用較少，尚未形成較公認的研究體系。

6 小結與展望

脊柱退行性疾病是中醫(yī)治療優(yōu)勢病種，作為中醫(yī)藥非藥物療法的代表之一，中醫(yī)正骨療法是治療頸椎病的重要手段，已在2006 年被列為首批國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)（編號為：IX-6），并在長期實踐中形成了一套獨特的理論體系和具有自身特色的診療方案。但在目前醫(yī)學研究標準化、現(xiàn)代化、國際化的大趨勢下，如何通過更科學的研究方法聯(lián)合現(xiàn)代化的儀器設備，進一步深層次闡釋中醫(yī)手法治療脊柱退行性疾病的效應機制，成為了中醫(yī)手法研究從業(yè)人員面臨的主要問題。

既往手法研究更多地重視手法的臨床療效與力學特征解析，并在此基礎上衍生出了手法操作標準化、手法數(shù)字化教學傳承模式探索等研究方向，但對于多學科交叉視角下手法科學內(nèi)涵的深層闡釋與效應機制現(xiàn)代化分析的重視程度仍不足，導致了中醫(yī)手法治療雖臨床應用廣泛卻難以實現(xiàn)國際化認同的現(xiàn)狀［61］。在“醫(yī)工結合”研究模式愈發(fā)普及的當下，現(xiàn)代科學技術為當代中醫(yī)手法從業(yè)者提供了諸多全新的研究方法與研究思路，標準化的手法干預模擬、數(shù)字化和可視化的手法效應分析、動態(tài)化的手法操作流程還原解析均已成為可能。正確的選擇研究方法與研究技術，促進傳統(tǒng)中醫(yī)手法研究的現(xiàn)代化進程與國際化推廣，是“十四五”期間中醫(yī)手法從業(yè)者的主要工作目標。結合現(xiàn)有研究現(xiàn)狀，筆者團隊認為，在目標手法臨床療效研究及生物力學研究的基礎上，通過保證質(zhì)量控制的可靠手法模擬設備實現(xiàn)手法效應機制的基礎研究，深入挖掘手法治療脊柱退行性疾病的神經(jīng)-體液-免疫效應機制，并通過相關的神經(jīng)工程技術及神經(jīng)影像學技術闡釋手法的中樞效應機制，從多個維度豐富中醫(yī)手法的科學內(nèi)涵，將是下一階段手法效應機制研究的主要工作方向。

作者貢獻：王旭負責文章的構思與設計、研究資料的收集與整理、論文撰寫；魏戌、朱立國負責文章的質(zhì)量控制及審校、對文章整體負責，監(jiān)督管理；馮天笑負責論文修訂；王志鵬、師彬負責提供相關研究技術支持與解讀。

本文無利益沖突。