管世豪 周可艷 徐培鑫 袁 紅 孫軍剛 王 超

醫(yī)療活動(dòng)中出現(xiàn)的第1個(gè)機(jī)器人是1985年外科活檢手術(shù)中輔助定位神經(jīng)的機(jī)器人,此后相繼出現(xiàn)了各類醫(yī)用機(jī)器人,例如醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)療輔助機(jī)器人和醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人等[1]。機(jī)器人在醫(yī)療活動(dòng)中的運(yùn)用極大地促進(jìn)了醫(yī)療行業(yè)的健康發(fā)展,讓人民群眾切身體會(huì)到高科技所帶來(lái)的便捷。在人工智能的時(shí)代背景下,針灸機(jī)器人的發(fā)展受文化、科技、經(jīng)濟(jì)等多方面因素的影響。筆者對(duì)目前公開報(bào)道的針灸機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)以及世界各國(guó)針灸智能醫(yī)療設(shè)備研發(fā)的進(jìn)展進(jìn)行分析,以期為針灸機(jī)器人相關(guān)從業(yè)者和針灸國(guó)際化、現(xiàn)代化提供一定的啟示。

1 智能針灸機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀

國(guó)際上對(duì)于智能針灸設(shè)備研發(fā)的相關(guān)報(bào)道早在20世紀(jì)90年代就有了[2],同時(shí)期中國(guó)對(duì)于針灸智能醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)也逐步開始。印度圣澤維爾技術(shù)學(xué)院將電極刺激扳機(jī)點(diǎn)放置在手套內(nèi),利用該技術(shù)來(lái)對(duì)患者手掌穴位進(jìn)行定位與刺激[3];美國(guó)STROMATEC公司研發(fā)的針刺傳感器[4]可以收集針灸師針刺手法的幅度、頻率和時(shí)間等參數(shù),進(jìn)而將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化;韓國(guó)慶熙大學(xué)利用手法波形的視覺反饋技術(shù)來(lái)指導(dǎo)初學(xué)者掌握針刺的提插手法[5];杜明輝教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智能電子針灸系統(tǒng)[6]與華佗牌SDZ-Ⅱ型電針儀聯(lián)用治療頸椎病、膝骨性關(guān)節(jié)炎;楊向萍等[7]研制的穴位識(shí)別裝置具有穴位識(shí)別和教學(xué)功能;成都中醫(yī)藥大學(xué)由梁繁榮教授等[8]帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)借助冷光、肌電圖等多種檢測(cè)手段為患者提供個(gè)體化的頭痛針灸治療方案。

目前來(lái)看,國(guó)際上醫(yī)用機(jī)器人行業(yè)發(fā)展比較迅速,市場(chǎng)前景廣闊,但是中國(guó)的相關(guān)行業(yè)仍處于初步階段。隨著經(jīng)濟(jì)全球化及社會(huì)老齡化的日漸加重,研發(fā)服務(wù)于廣大人民群眾的針灸機(jī)器人最終將逐漸走入尋常百姓的家庭之中。

1.1 市場(chǎng)廣闊 需求旺盛針灸作為中國(guó)在國(guó)際醫(yī)療領(lǐng)域中非藥物療法的主要代表,具備基礎(chǔ)理論完善、臨床實(shí)踐豐富、操作簡(jiǎn)便、綠色療法等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái),針灸走出國(guó)門,面向世界,歐洲、韓國(guó)、日本派大量針灸留學(xué)生來(lái)華學(xué)習(xí),目前已有130個(gè)國(guó)家和地區(qū)相繼開展了關(guān)于中醫(yī)針灸的學(xué)術(shù)研究和臨床應(yīng)用[9]。據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)外的中醫(yī)醫(yī)療機(jī)構(gòu)已達(dá)十萬(wàn)多家,針灸、草藥已完全納入巴西全國(guó)統(tǒng)一醫(yī)療系統(tǒng)[10]。但由于中國(guó)針灸醫(yī)師數(shù)量有限,且培養(yǎng)一個(gè)優(yōu)秀的外國(guó)針灸醫(yī)師周期長(zhǎng)、難度大、只可意會(huì)不可言傳的針灸手法操作較多、在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法完全理解并掌握針灸知識(shí)和手法操作的精髓,這就必然導(dǎo)致針灸醫(yī)師在臨床應(yīng)用中供不應(yīng)求。因此,對(duì)于針灸的相關(guān)智能技術(shù)和設(shè)備需求巨大,智能針灸醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)前景十分廣闊。

1.2 中外醫(yī)學(xué)文化與研發(fā)技術(shù)差異中醫(yī)學(xué)從宏觀出發(fā),通過整體觀念來(lái)探索世界萬(wàn)物之間的相互關(guān)系、相互影響,從而指導(dǎo)臨床實(shí)踐;而西醫(yī)學(xué)從微觀出發(fā),依靠實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)來(lái)研究物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)、成分和相關(guān)功能,從而導(dǎo)致兩者時(shí)理論體系、診療觀念和學(xué)科特征都有所不同[11]。且針灸知識(shí)大多為古文,翻譯為白話文往往都精深難懂,翻譯為外文更會(huì)將許多精髓錯(cuò)解,因此中外語(yǔ)言差異也導(dǎo)致在傳道、授業(yè)、解惑時(shí),會(huì)對(duì)一些針灸知識(shí)的含義發(fā)生錯(cuò)誤的解讀。

智能醫(yī)療設(shè)備是知識(shí)與科技的結(jié)合,中外智能醫(yī)療設(shè)備研發(fā)技術(shù),側(cè)重點(diǎn)也有所不同。國(guó)外注重高科技的提升,缺乏對(duì)針灸特色的解讀,主要對(duì)針刺過程的一個(gè)具體細(xì)節(jié)展開;而國(guó)內(nèi)大多從多個(gè)層面研究針灸,但技術(shù)層面有待提高。從研究目的來(lái)說(shuō),西方國(guó)家開展針灸研究的主要目的是解決目前西醫(yī)臨床中常規(guī)治療難以解決的問題;國(guó)內(nèi)臨床試驗(yàn)?zāi)康拇蠖嗍菫榱恕昂霌P(yáng)中醫(yī)藥文化”,研究成果已經(jīng)很少應(yīng)用到各大醫(yī)院或轉(zhuǎn)化到針灸學(xué)院的教學(xué)之中,許多針灸特色因中外醫(yī)學(xué)文化和技術(shù)差異等原因未被真正應(yīng)用于智能醫(yī)療設(shè)備中。

2 智能針灸機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)展

智能針灸機(jī)器人可以籠統(tǒng)地分為針刺機(jī)器人和艾灸機(jī)器人,具體的技術(shù)包括穴位定位技術(shù)、智能配穴技術(shù)、針刺手法技術(shù)和艾灸手法技術(shù)等,筆者在查閱資料的過程中發(fā)現(xiàn),有些文獻(xiàn)或?qū)＠m然沒有直接提及針灸機(jī)器人,但事實(shí)上是對(duì)針灸機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的闡發(fā)或研究,故一并納入討論范圍。

2.1 針刺機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)展穴位定位技術(shù):《黃帝內(nèi)經(jīng)》云:“刺之有道乎?岐伯答曰:刺此者, 必中氣穴, 無(wú)中肉節(jié)。中氣穴, 則針游于巷, 中肉節(jié), 則皮膚痛”。針刺的前提是準(zhǔn)確地進(jìn)行穴位定位,能否準(zhǔn)確定位,直接影響治療效果。傳統(tǒng)的定位方式有:解剖標(biāo)志定位法;骨度分寸法;指寸定位法。《靈樞·九針十二原》載:“五臟有疾,當(dāng)取之十二原”,原穴對(duì)于疾病的診斷更具代表性。研究發(fā)現(xiàn)原穴導(dǎo)電量穩(wěn)定,穴敏現(xiàn)象明顯[12],對(duì)穴位定位技術(shù)的研發(fā)提供了啟示。中國(guó)對(duì)于穴位定位的研究與探索比比皆是。李延澤等[13]帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)絡(luò)穴位處呈現(xiàn)出低阻抗、高電導(dǎo)率的特征,而非穴位特征恰恰相反,研發(fā)出簡(jiǎn)易人體穴位識(shí)別治療儀,僅需將儀器的探頭放在皮膚上即可判斷穴位和非穴位。中醫(yī)腧穴智能定位系統(tǒng)具有2種尋穴功能:手動(dòng)尋穴,可以隨機(jī)選擇背部穴位,從而進(jìn)行定位;模式穴,將多個(gè)穴位組成的不同模式,選擇需要的模式來(lái)對(duì)多個(gè)穴位進(jìn)行定位[14]。張競(jìng)心等[15]根據(jù)數(shù)字經(jīng)絡(luò)理論自主研發(fā)了智能針灸機(jī)器人,通過經(jīng)絡(luò)循行路線的特征提取其幾何特征,利用計(jì)算機(jī)編程做出了分型經(jīng)絡(luò)圖,再將其與機(jī)器視覺技術(shù)結(jié)合,首創(chuàng)了針灸機(jī)器人自動(dòng)定穴功能,且初步完成人體試驗(yàn)。

進(jìn)針技術(shù):穴位定位正確后,針刺時(shí)進(jìn)針的速度、深度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度都需要納入技術(shù)研發(fā)范圍。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與人體生理結(jié)構(gòu)有著巨大的差異,人機(jī)交互的柔順性及安全性是研發(fā)智能針灸機(jī)器人的重點(diǎn)問題,穴位定位準(zhǔn)確后,如何安全、準(zhǔn)確、快速地進(jìn)針就顯得尤為重要。筆者通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn),針灸機(jī)器人在進(jìn)針技術(shù)方面始終都在不斷完善,并且部分已投入臨床使用。自動(dòng)針刺機(jī)械手[16]可以對(duì)針刺的深度、速度、角度和間隔時(shí)間等數(shù)據(jù)加以收集與分析,對(duì)針刺過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行定量定性分析,為進(jìn)針技術(shù)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。儲(chǔ)雨奕帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了微創(chuàng)手術(shù)穿刺機(jī)器人的弧形導(dǎo)軌RCM進(jìn)針裝置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)針姿勢(shì)的調(diào)節(jié),進(jìn)針的角度可以隨意調(diào)節(jié),此裝置在快速進(jìn)針方面取得了巨大進(jìn)步,減輕了針刺的疼痛感,可直達(dá)病灶[17]。自動(dòng)進(jìn)針路徑規(guī)劃:分析穿刺針的實(shí)時(shí)路徑,引導(dǎo)穿刺針以指定的路徑進(jìn)行穿刺,提高了穿刺的安全性和有效性,縮小了因針刺組織的形態(tài)變異、體位改變等帶來(lái)的針刺誤差[18]。

智能配穴技術(shù):《針灸精義》云:“不知穴之配合,猶如癲馬亂跑,不獨(dú)不能治病,且有使病機(jī)變生他種危險(xiǎn)之狀態(tài)”,強(qiáng)調(diào)了穴位配伍的重要性。徐天成等[19]研發(fā)的數(shù)字-經(jīng)絡(luò)智能針灸機(jī)器人系統(tǒng),除具有前述技術(shù)外,還研發(fā)出智能穴位配伍的技術(shù)。智能配穴技術(shù)可以說(shuō)是智能針灸機(jī)器人研發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn),機(jī)器人智能配穴技術(shù)要求將傳統(tǒng)的針灸理論和針灸特色轉(zhuǎn)化為符合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的模式,并且將其與科學(xué)技術(shù)相結(jié)合,目前徐天成團(tuán)隊(duì)基于圖論的智能針灸配穴系統(tǒng),在構(gòu)建腧穴-主治網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,通過穴-癥的小世界網(wǎng)絡(luò),為智能配穴模型的建立提供了一種可行的思路,為智能配穴開具中醫(yī)針灸處方奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[19]。

針刺手法模擬技術(shù):針刺時(shí)的行針手法是取得臨床療效的重要手段,針刺手法的刺激量與針刺療效密切相關(guān)[20]。臨床醫(yī)師在臨床工作中主觀性強(qiáng)、受自身經(jīng)驗(yàn)和慣性思維的影響,導(dǎo)致針刺的刺激量不統(tǒng)一,因此建立標(biāo)準(zhǔn)化的手法操作十分必要。古代醫(yī)家對(duì)于針刺手法量的劃定也不甚明確,在初始階段并無(wú)固定標(biāo)準(zhǔn),直到上世紀(jì)70年代,石學(xué)敏院士提出了針刺手法量學(xué)的概念[21],隨后開展了對(duì)針刺手法量學(xué)的研究,運(yùn)用多項(xiàng)技術(shù),對(duì)針刺的角度、深度、時(shí)間、頻率、強(qiáng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。筆者通過查閱資料,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的針刺手法模擬技術(shù)包括:楊華元等[22]研制的針刺手法參數(shù)分析儀可以將針灸師的針刺手法變換為電信號(hào);涂濤等[23]運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)針刺手法進(jìn)行區(qū)分、歸類,將獲得的針刺手法特征輸入分類器,該技術(shù)對(duì)不同的針刺手法區(qū)分正確率已達(dá)95.3%。但在針刺手法模擬技術(shù)方面,目前的相關(guān)研究在病證、穴位方面都較為單一,需要研究者投入更大的精力解決此技術(shù)。

2.2 艾灸機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)展與針灸機(jī)器人相比,艾灸機(jī)器人的開發(fā)難度相對(duì)較低。研發(fā)艾灸機(jī)器人的相關(guān)技術(shù),就要了解傳統(tǒng)艾灸在操作過程中的不足:傳統(tǒng)人工艾灸對(duì)溫度難以控制,易灼傷皮膚、艾草燃燒時(shí)的煙霧常布滿整個(gè)診室、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。針對(duì)相關(guān)問題,需要研發(fā)對(duì)應(yīng)的技術(shù),包括溫度感應(yīng)技術(shù)、燃燒后煙霧收集技術(shù)、艾灸手法技術(shù)等。針對(duì)相關(guān)技術(shù),國(guó)內(nèi)也已有研究:趙國(guó)友等[24]設(shè)計(jì)了基于STM32的艾灸機(jī)械臂,可執(zhí)行包括回旋灸和雀啄灸在內(nèi)的多種灸法操作;張艷[25]設(shè)計(jì)了一種智能艾灸儀,對(duì)人工艾灸操作手法進(jìn)行模擬,并選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?保證操作的精確性、安全性和有效性;張季冬[26]的智能化艾灸治療裝置可以實(shí)現(xiàn)多根艾條同時(shí)燃燒,燃燒時(shí)可以升降和旋轉(zhuǎn),并裝有清潔過濾系統(tǒng)。艾灸機(jī)器人的各項(xiàng)技術(shù)已相對(duì)成熟,臨床治療中也大受歡迎。由于艾條的操作相對(duì)簡(jiǎn)單,專業(yè)要求不高,多數(shù)患者以家用為主,所以與針刺機(jī)器人相比較,針對(duì)醫(yī)院具備高度自動(dòng)化技術(shù)的艾灸機(jī)器人的需求和應(yīng)用相對(duì)較少。

3 不足與展望

目前來(lái)看,智能針灸機(jī)器人是針灸研究的一個(gè)全新領(lǐng)域,其研究取得了一些突破性進(jìn)展,智能針灸機(jī)器人的投入使用將會(huì)減輕臨床醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān),使醫(yī)療資源得以更加合理的分配;有利于收集臨床數(shù)據(jù),提高針灸的可信度,促進(jìn)兼顧針灸特色的、標(biāo)準(zhǔn)化的國(guó)際臨床治療與評(píng)價(jià)體系的建立[27]。

從整體來(lái)看,智能針灸機(jī)器人發(fā)展存在以下不足:智能針灸機(jī)器人雖在發(fā)展,但進(jìn)展相對(duì)緩慢,原因在于研究人員少、研發(fā)成本高、核心技術(shù)難突破、學(xué)科特色與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)結(jié)合難度高、政府支持力度不夠、政策傾斜力度不大、行業(yè)規(guī)范不夠完善等,這都使得針灸機(jī)器人的研發(fā)困難重重,進(jìn)度緩慢[28,29]。人機(jī)交互的柔順性與安全性決定了智能針灸機(jī)器人研發(fā)成功后,投入臨床使用還需要很長(zhǎng)的時(shí)間、很艱辛的努力。從古至今,針灸乃至整個(gè)中醫(yī)行業(yè)都是醫(yī)患直面溝通,針灸的治療亦是如此。機(jī)器人對(duì)于針刺手法的模擬是否可以像針灸醫(yī)師一樣安全有效,人機(jī)交互的柔順性與安全性方面還需做努力。相關(guān)從業(yè)人員對(duì)針灸經(jīng)典內(nèi)容學(xué)習(xí)不夠透徹,針灸基礎(chǔ)研究與臨床嚴(yán)重脫節(jié),研究成果難以回歸、提升臨床療效,科研人員與臨床醫(yī)師的聯(lián)系不夠緊密,使臨床特色常常難以與科技結(jié)合。

4 結(jié)語(yǔ)

前途是光明的,道路是曲折的,任何事物的發(fā)展都要?dú)v經(jīng)曲折,應(yīng)對(duì)其有理性的、客觀的認(rèn)識(shí),在人工智能發(fā)展新時(shí)代,研發(fā)者需要有科學(xué)的哲學(xué)思考[30],對(duì)智能針灸機(jī)器人的研發(fā)亦是如此,勇于面對(duì)新的問題,提高自主創(chuàng)新能力,一切從實(shí)際出發(fā)。作為一名針灸人,要以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、科學(xué)的態(tài)度去傳播和發(fā)展針灸,發(fā)展中醫(yī),學(xué)習(xí)新思想、開拓新思路、研發(fā)新技術(shù),產(chǎn)出國(guó)際認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn),從而促進(jìn)智能針灸機(jī)器人的研制與推廣。智能針灸機(jī)器人的治療并不意味著絕對(duì)化的治療方案,統(tǒng)一機(jī)器人的針灸治療標(biāo)準(zhǔn)也并非絕對(duì)化的統(tǒng)一,并非所有患者都采取一樣的治療方案,需要在為患者提供個(gè)性化針灸治療與針刺量學(xué)的規(guī)范化研究之間取得均衡,這也會(huì)極大促進(jìn)針灸學(xué)傳播與發(fā)展。智能針灸機(jī)器人是機(jī)械工程、生物醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)學(xué)科的交匯貫通,是針灸在新時(shí)代走出國(guó)門、面向世界、逐步現(xiàn)代化過程中邁出的關(guān)鍵一步。