基于ABB机器人的人体经络腧穴识别

董诗绘 王 旭

通过传感器技术的人工智能视觉获取，结合人体解剖结构的超声图像、X线图像与计算控制系统实现人体结构部位的目标定位的医疗机器人，已经在头、颈、胸腹、整形等外科手术中得到广泛应用。基于这些技术，同理也可以将其开发应用到中医的针灸推拿的人工智能化中。ABB机器人的开发应用已经有近40年的历史，已经广泛应用于汽车、军工、机械电子制造业，医疗健康、家庭服务等诸多领域，所以，开发ABB机器人应用于中医针灸推拿领域具备理论与现实的意义。以中医的腧穴理论为基础，结合ABB的智能运行功能设计人体的体表腧穴识别是按摩机器人开发设计的前提。

腧穴定位的精确对于按摩机器人的应用功能可靠性至关重要。在中医奠基之作《黄帝内经》中有：固定法、运动法、骨度分寸法、感应法[1]。当前，国际标准以骨度分寸为主。本研究采用骨度分寸法，根据不同部位不同穴位的具体情况，穴位定位的计量标准分别采取骨度分寸与手指同身寸（简称“指寸”）。在建立穴位定位数据库时，分别将两种计量单位具体到每个穴位。将目标对象的头、面、胸腹、腰背、四肢等部位的同身寸分别进行人工智能识别与测量。根据骨度分寸计量标准，识别前发际与后发际，确定其尺寸并进行12等分；耳后两完骨（乳突）之间，进行9等分。在胸腹部，识别与测量天突至歧骨（胸剑联合）的尺寸并9等分；识别与测量歧骨至脐中的尺寸并进行8等分；识别与测量脐中至横骨上廉（耻骨联合上缘）的尺寸并进行9等分；识别与测量两乳头之间的尺寸并进行8等分。在腰背部，识别出背部的21个椎骨；识别与测量出两肩胛骨背柱缘之间的尺寸并进行6等分。在上肢部，识别与测量出腋前纹头（腋前皱裂）至肘横纹的尺寸并进行9等分；识别与测量肘横纹至腕横纹的尺寸进行12等分。在侧胸部，识别与测量腋下至季胁的尺寸并进行12等分。在侧腹部，识别与测量季胁以下至髀枢尺寸并进行9等分。在下肢部，识别与测量出横骨上廉至内辅骨上廉（股骨内踝上缘）的尺寸并进行18等分；识别与测量出内辅骨下廉（胫骨内踝下缘）至内踝高点的尺寸并进行13等分；识别与测量髀枢之膝中的尺寸进行19等分；识别与测量臀横纹至膝中的尺寸进行14等分；识别与测量膝中至外踝高点的尺寸进行16等分；识别与测量外踝高点至足底的尺寸进行3等分。将具体实际等分的尺寸分别应用到头、面、胸腹、腰背、四肢每一个部位的相关腧穴的定位。具体的经络腧穴的定位识别采用GB/T12346-2006中华人民共和国国家标准[2]。

腧穴在古代文献中有：“节”“会”“气穴”“气府”“脉气所发”“骨空”“溪”“谷”等称谓，是人体气血游行出入与运行汇聚的枢纽。多分布于骨骼附近的特殊部位。目前，在医疗机器人领域，人体的解剖结构成像采用核磁共振技术与CT等，核磁共振适用于软组织，CT适用于骨骼[3]。骨骼的特征识别设计：根据人体骨骼的解剖形态特征采用CT识别，通过人工智能对骨形态的识别以便与对骨骼的解剖形态进行定位,分别采集相应具体人体的同身寸数据。人体解剖结构定位的穴位以核磁共振技术与传感器技术直接定位，比如，太渊、承泣、四白、巨髎、大迎、下关、人迎、水突、气舍、解溪、冲阳、陷骨、内庭等穴位。按照穴位在人体体表部位分布的共性分类。头面部位为曲面，在穴位的定位上分为一组，机器人运行曲面的定位指令，胸腹背部近似于平面，在定位上大致相近，在胸腹部以前正中线、肋间隙、脐为参照；背部以后正中线与脊椎骨为参照。四肢部位分为一组，以四肢横纹为参照，末端井穴等穴位以指甲趾甲为参照。其他以同身寸与人体解剖部位为参照的穴位，通过核磁共振技术与视觉传感器对穴位定位所需参照部位的识别，比如，人体的前正中线、肌肉的边缘、前发际正中等。并以同身寸为标准，结合机器人的运动指令实人体腧穴的定位。本研究的运动指令设计在人体体表以二维平面为主，横向为X轴，纵向为Y轴，坐标系以人体的解剖结构部位方向为参照，横向即人体解剖部位的横向，纵向亦然。

本识别系统的基本结构如图1所示。

图1 经络腧穴的定位识别系统图

1 四肢部穴位的识别

根据穴位定位的共性，不须将每个穴位的定位方案都写下来，比如，天府、侠白、孔最、尺泽、列缺、经渠等上肢穴位，都是以体表的纹理标志为参照点，并依据相应的方向与同身寸来定位目标穴位，所以在上肢的这类的穴位定位上，选取其中的一个穴位为代表，提出定位的解决方案，其他穴位定位的解决方案以此类推即可。

1.1 上肢部以天府穴位为例

天府：在臂前区，腋前纹头下3寸，肱二头肌桡侧缘处。

通过视觉传感器识别腋前纹头，以核磁共振技术定位肱二头肌桡侧缘，设机械手向下位移为Y轴负值，腋前纹头为p10点，天府穴为p20点，机器人的安全位置为p11点，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

距离单位为同身寸，机械手从腋前纹头，延Y轴向下位移到肱二头肌的挠侧缘处为中府穴，定位到的点即为天府穴。

1.2 下肢部以合阳穴与足三里穴为例

合阳：在小腿后区，腘横纹下2寸，腓肠肌内、外侧头之间。

通过传感器技术识别腘横纹，以核磁共振技术定位腓肠肌内、外侧头，设机械手向下位移为Y轴负值，腘横纹为p20点。合阳穴位子程序：

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

距离单位为同身寸，机械手从腘横纹，延Y轴向下位移到肱二头肌的挠侧缘处为合阳穴，定位到的点即为合阳穴。

足三里：在小腿外侧，犊鼻下3寸，犊鼻与解溪连线上。

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

单位为同身寸，以犊鼻为参照点，延Y轴向下位移3同身寸，定位到足三里穴。

手足赤白肉际为参照点的相关穴位。以（视觉传感器）识别赤白肉际的所在，按照标准规定的同身寸定位相关的穴位。四肢部井穴的识别以何线性交点为主。

2 胸腹背部的穴位识别

胸腹部，任脉穴位以及其他以前正中线为参照点，旁开穴位标准规定的同身寸，可以视觉传感器识别与定位脐部，然后以脐部为原点，按照个人同身寸的尺寸定位相应穴位的位置，以肋间隙为参照点的穴位可以通过CT技术结合传感器技术直接定位肋间隙的位置，从而根据国际标准同身寸定位相应穴位。根据胸腹背部穴位分布定位的共性，也选择几个穴位作出相应的定位解决方案，其他穴位防此方案。

2.1 以脐部为参照的穴位定位以不容穴为例

不容：在上腹部，脐中上6寸，前正中线旁开2寸。以传感器技术定位识别脐部，设脐部为p40点，机械手向上位移为Y轴正值，旁开横向运动为X轴（数值正负因左右对称按实际需要定），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

机械手先以脐部为原点向上位移6同身寸到脐中上点，再以脐中上点为原点横向位移2同身寸，定位到不容穴。

2.2 肋间隙为参照定位的穴位以中府穴位为例

中府：在胸部，横平第1肋间隙，锁骨下窝外侧，前正中线旁开6寸。

以视觉传感器识别脐部的位置，脐部在体表的上下方向，即Y轴为前正中线，肋间隙应用CT定位，将获取的位置参数反馈给机器人。

设第1肋间隙与前正中线的交点为p50，设定横向运动为X轴，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

距离单位为同身寸，通过CT识别第一肋间隙，机器人由第1肋间隙与前正中线的交点p1点，沿X轴运行6个同身寸然后停止，找到中府穴。

2.3 背部以骨骼解剖结构为参照点的穴位以大杼穴位为例

背部以骨骼解剖结构为参照点的穴位以医学影像技术识别骨骼部位为主，结合计算系统指令识别定位相应的穴位。

大杼：在脊柱区，第1胸椎棘突下，后正中线旁开1.5寸。

以CT定位到第1胸椎棘突下的位置为p60点，并将位置参数反馈给机器人，设后正中线旁开的位移为X轴（数值正负因左右对称按实际需要定）：

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

机械手以p60点为原点延x轴运行1.5同身寸定位到的穴位为大杼穴。

3 头部曲面部位的穴位识别

头面部曲面部位的穴位，按照微分的原理，将穴位的同身寸多次微分，机器人的机械手进行多次分段位移，每一小段的位移就近似于直线，这样对穴位的定位就将更精确。

以曲差穴为例：

曲差：在头部，前发际正中直上0.5寸，旁开1.5寸。

PROC QCH（ ）

MoveJ p11, v50, fine, tool1;

MoveL p100, v50, fine, tool1;前发际

MoveL Offs（p100,0,0.5,0）, v50, fine, tool1;前发际正中直上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

因为头部为曲面，所以，在解决头部穴位的方案中，应用圆弧指令。Offs（p100,1.5,0.5,0）为曲差穴位置处，Offs（p100,0.75,0.5,0）为过渡点；设前发际正中为p100点，MoveLOffs（p100,0,0.5,0）, v50, fine, tool1，到达前发际直上0.5同身寸；MoveCOffs（p100,0.75,0.5,0）,取圆弧中点处0.75同身寸；MoveC Offs（p100,0.75,0.5,0）,Offs（p100,1.5,0.5,0）, v100, z10, tool1;定位到旁开1.5同身寸的曲差穴。头部曲面以误差穴为例，其余曲面定位的穴位解决方案可以此为参照。

4 结语

随着人工智能化技术的发展与人类健康需求的增加，人工智能技术在人体的腧穴按摩应用中必定会成为现实。本文根据人体的头、胸腹、背部、四肢等主要部位穴位分布的特点，将人体腧穴进行分类处理，应用ABB机器人的运动指令，进行人体腧穴定位设计，针对人体不同的部位提出相应穴位定位解决方案。按摩机器人的功能效果与腧穴定位的精确性直接相关，所以，解决腧穴的智能定位是基础与关键。

[1]苏妆.黄帝内经腧穴理论的发生学研究[D].沈阳：辽宁中医药大学，2013：32-33.

[2]中国国家标准化管理委员会.GB/T 12346-2006 腧穴名称与定位[S].北京：中国标准出版社，2006.

[3]（法）特罗卡思.医疗机器人[M].北京：北京理工大学出版社，2015：64-65.