摆动类推拿（㨰法）的生物力学模型分析

卢 群 钱 鑫 田为军 齐 伟▲

1.长春中医药大学，吉林长春 130117；2.吉林大学，吉林长春 130117

中医的推拿疗法是几千年来通过临床实践证明了的无创伤的疗法，且随着推拿的不断发展并且被广大人民所接受，学习中医推拿的人也越来越多。其中摆动类推拿手法中㨰法的作用不可小觑，是最常用的手法之一[1]，并且不仅仅应用于软伤类、骨伤类等疼痛类疾病，对于内科、妇科、儿科等疾病也有重要的作用[2-3]。因为摆动类推拿手法应用范围的逐渐扩大，学习人群逐渐增多，使得我们对摆动类推拿手法的研究更加深入与细致，对其操作规范的要求更加严格。因为拥有临床疗效的前提是规范的操作手法。而对临床疗效的重要影响因素之一就是推拿手法的生物力学特征。

对于推拿作用机制的认识与研究是国际上推拿研究的重要课题之一，20 世纪自60 年代起我国也开始了对推拿作用机制的研究。现如今，通过专家们的研究我们可以知道的是影响推拿作用的因素主要有三个：局部组织的生物学特性、人体的生理病理状态和手法的刺激性。其中推拿作用的前提正是手法的刺激性，而产生手法刺激性的保证则是正确的手法及动力学。只有熟悉掌握推拿手法的动力学并对其动力学进行有效正确的分析才能对手法的三个因素做出客观、准确、深层的研究，只有这样我们才能为探索推拿作用的机制打下坚实的基础。

摆动类推拿手法被视为最具中医代表性的推拿手法，对于摆动类推拿手法的生物力学特征的研究，国内外学者已经取得了很不错的成果。目前大多数的研究多以三维运动捕捉[4-5]、手法压力测试技术[6]、推拿手法测力分析仪等为主[7-8]，他们多以腕关节、肘关节等为结点，以手、前臂等为杠杆，建立摆动类推拿手法的多刚体生物力学模型[9-10]，但大多忽视了肩关节和上臂在手法操作过程中的作用，也很少见到多系统的同步测试、手法的空间运动的行为等方面的报道。我们通过生物力学的角度研究和分析摆动类推拿手法的操作与作用规律，是实现手法标准化、规范化、保证手法临床疗效的重要方法。

我们根据生物力学原理，建立了上肢的生物力学模型[11]，根据摆动类手法的操作，以肩关节、肘关节、腕关节为结点，基于运动学数据与肌电信息，进行摆动类手法（㨰法）的生物力学模拟，对手法操作过程中的运动学与动力学进行分析。

1 方法

1.1 生物力学模型构建

项目组采用飞利浦超高端CT 扫描成像系统（Philips rillance ICT），对推拿实验实施者进行了上肢的CT 扫描。获取上肢医学图像数据，见图1。

基于上肢骨骼模型，构建运动力学模型，将上肢定义上臂、前臂和手，图5 中，O1-x1y1z1为固定坐标系，x0为垂直于纸面向内为正，y0为水平方向，z0为铅直方向。O1与O0重合，O1与肩关节固结，O2与肘关节固结，O3与腕关节固结。轴i（i=1，2，3）均沿相邻两关节点的连线。则两坐标系之间的变换矩阵为：

1.2 上肢关节作用力测定

称取冬凌草和麸皮于250 ml三角烧瓶中，装瓶量为20 g，加入基础营养盐液，用玻璃棒搅拌均匀，然后用透气封口膜封口，于灭菌锅内121℃灭菌20 min。灭菌完成后，在超净工作台中，用移液枪吸取所需体积的黑曲霉孢子悬液于三角烧瓶中，用灭过菌的玻璃棒搅拌均匀，用封口膜封口后，放入霉菌培养箱培养72 h，间隔一定时间摇动拍打三角烧瓶，使均匀发酵。发酵结束后，测定发酵产物中纤维素酶活力，探究最优发酵条件。

图2 上肢三维模型

图3 上肢骨骼肌肉模型上

图4 上肢关节作用力

1.3 运动学分析

采用Mimics 软件从断层影像数据中构建上肢的三维模型，见图2，并进行实体重建。上肢由上臂、前臂和手组成，各环节之间通过关节进行连接，肢体中存在的肌肉具有较强的伸缩功能，类似于弹性材料，肌腱的拉伸提供了弹性力与阻尼力。将模型相关参数导入Opensim 软件中，构建上肢生物力学模型，见图3。基于运动学数据和肌电信息，进行摆动类手法的生物力学模拟。

3.2 分期(进展)和附加染色体 CML向急变期进展的机制尚不清楚，BCR-ABL1的持续表达导致基因组的不稳定，引起染色体及分子变化[23]。尽管早期认为e19a2 BCR-ABL CML患者临床进展缓慢，预后良好，仍有少量病例报道发现诊断时为慢性期阶段的e19a2 BCR-ABL CML患者治疗后进入加速期或急变期。可见，e19a2 BCR-ABL CML患者发生急变期的概率虽然不高，但即使是代表预后很好的CML-N也可能进展到加速期或者急变期。

图4 为计算出的肘关节和腕关节作用力。由图可知，在推拿手法实施过程中，腕关节作用力峰值约为15N，肘关节作用力峰值约12N，腕关节对于㨰法是主要施力部位，肘关节协同腕关节共同施力，实现治疗效果，并且两者之间的施力变化呈相反趋势。

图5 摆动类手法运动力学模型

1.4 动力学方程

综上所述，我们以中医推拿学中最具代表性的摆动类手法为研究对象，利用三维动作捕捉、表面肌电图等技术构建推拿手法生物力学研究平台，在生物耦合理论的指导下，研究推拿手法的运动耦合特性；同时，根据逆向运动学原理，建立了摆动类手法的3 环节-3 关节多刚体生物力学模型，进一步分析肌肉电信号、动力学特征与手法空间运动行为之间的内在联系。通过对上肢生物力学模型的建立，从而进行对㨰法操作过程的运动学与动力学分析，我们得知了上肢关节作用力的变化趋势、运动模式和动力学方程，通过上述动力学方程可计算出上肢各关节角与各关节作用力的关系，能够对于㨰法操作过程中的运动耦合特性做出充分的研究，还能够更深入的发现㨰法操作过程中的空间运动规律，更加真实、准确、客观、系统的描述了摆动类推拿手法的运动学特征，有助于建立更加严密的推拿手法评价体系。

由计算公式可知，摆动类手法的实施主要是通过骨骼肌肉系统的耦合作用，也即通过各肢关节角以及关节的作用力来实现运动和力的控制。因此，摆动类手法推拿的效果取决于上肢关节的关节角以及肌肉的伸缩状况。

2 结果与讨论

其中，αi-1：相邻两关节轴xi-1与xi绕zi-1的 角度； αi-1：相邻两关节轴xi-1与xi在zi-1方向上的距离； di： xi轴方向相邻两关节轴zi-1与zi的距离； θi：相邻两关节轴zi-1与zi绕xi轴的角度；c 为余弦函数，s 正弦函数。”

图4 是操作过程中肘关节及腕关节的变化曲线，在初始阶段和终末节段肘关节为主要施力关节，在手法的中期阶段腕关节为主要施力部位，且两个关节对应时刻出现两个反方向波峰，这也说明了在㨰法推拿操作过程中以小鱼际和手背尺侧作为施力部位的动作要领，同时说明了肘关节提供了手部转动时所需的作用力。

通过对传统中医推拿手法㨰法的多刚体生物力学模型的建立，描述了推拿手法㨰法的运动学部分特征，对关键的关节运动角度与作用力做了计算，初步探索在无创的情况下操作㨰法时施力的肘关节与腕关节的作用力规律，最后得出的结果完全符合中医推拿手法㨰法的标准化要求以及医生的临床经验感受。

3 结论

目前多刚体生物力学模型的建模方法主要有正向运动学模型和逆向运动学模型两种，正向运动学的模型是根据人体各关节和环节的运动得出的运动参数，来计算出人体各部位的运动状态，它具有计算方式简单、运算速度快的优点，但是有较易造成误差和失真的缺点，我国很多推拿机械设备的研究就是跟据这一理论原理而设计进行的[12-13]。逆向运动学的模型则是根据人体的运动状态，计算人体各关节和环节的运动参数，确定各关节的运动特征，只需要指出主要环节和重要关节点的位置就能计算出所需要的运动参数[14]，这是它的优点。但因为逆向运动学模型的计算模型的过程比较复杂，需要开发者具有机械运动和动力学、几何学和向量数学等方面的深厚知识底蕴，这是它的缺点与缺陷。所以，目前研究推拿手法运动学特征的理想多刚体生物力学模型，是以逆向运动学原理为理论基础而设计出来的多刚体运动生物力学模型[15]。

不同类别妇科疾病患者的血清CA125水平分布见表1。正常组60例，CA125检测值均为阴性；120例患者血清CA125检测阳性57例，总阳性率为47.50%。其中34例卵巢癌患者CA125值较高，可达（388.63±241.66）U/ml。此外良性卵巢肿瘤患者CA125值升高约70%，子宫腺肌症患者升高约15%，盆腔炎患者升高约20%，其他妇科疾病患者也有不同程度的升高（见表2）。

从图2(b)中的4幅图像可以看出：对于室内环境拍摄的油菜3种类型叶片图像和户外堪环境拍摄的叶片图像，本文方法不仅可以把主叶脉和部分侧叶脉提取出来，还可将叶面上的污点和虫咬痕迹同时分离出来(图2(b)第3幅图像圈出部分)。

我们在建立模型的过程中进行了简化，忽略了除骨骼、肌肉外的其他软组织如韧带、滑囊等的影响，无法避免的存在一定量的误差，但是，可以肯定的是我们提供的中医推拿㨰法的生物力学分析方法是可以应用到更加深入的推拿手法生物力学研究当中的。

1.加强玉米收获、储存工作，防止发生霉变。在玉米收获季节，注意天气变化，及时收割，不宜过早也不宜过迟。收获后应尽快晒干（或烘干）。对于因环境变化而无法晒干（或烘干）的，可使用一些防霉剂，如丙酸剂等。

通过以表面肌电图、三维动作捕捉和手法压力测试等技术为主建立的推拿手法测试平台，可以同时获得动力学特征、运动学特征和肌肉电信号等数据的[16]。通过这个测试平台研究手法的运动耦合性特征，对于推拿手法的运动数据与特征能够有一个更加真实的反映。通过对推拿手法运动耦合特性的研究，能够进一步揭示摆动类推拿手法的空间运动规律，对于推拿手法生物力学特征的研究内容进行了丰富与完善，促进了更系统的推拿手法体系的建立，对推拿手法临床和教学中的应用也更加规范化；同时可以为其他手法生物力学特征的研究提供研究经验。所以，以多系统同步测试平台为基础，对推拿手法进行生物力学建模研究，能显著提高推拿的研究水平。