矩阵智能推拿系统设计

广州中医药大学第一临床医学院 刘洁娟

广州中医药大学第二临床医学院 彭欧阳 彭俊胜

广州中医药大学第一临床医学院 武夏林

本文设计制作了一种基于矩阵理论和智能终端反馈的推拿系统。矩阵、驱动及推压单元的设计可以使推拿范围更细致、力度更因人制宜；智能终端反馈可以根据患者体型进行穴位和肌肉的精准定位，及时调整矩阵单元的方位变动，最大程度上模拟人工推拿手法。使用者可在配套小程序上选择既定推拿套路，也可根据自身承受能力自行调整按摩部位、频率、力度等参数，灵活执行按摩手法。

神经根型颈椎病、青年颈性眩晕、粘连期肩周炎、慢性腰肌劳损等疾病是临床常见病，其导致的疼痛和活动障碍长期以来一直困扰着广大患者，病情迁延难愈、反复发作更是给患者带来了很多痛苦，影响患者的生活及生存质量。而中医推拿手法可以刺激邻近的神经分支，缓解肌肉痉挛状态，降低局部血管压力，改善腰背局部的血液循环；同时扩大其椎间盘的间隙，减轻其神经筋膜承受的压力，缓解颈背腰部疼痛的症状，对此类疾病的治疗疗效显著，且无非甾体抗炎药所致不良反应及药物依赖性，值得广泛应用和推广。本作品设计的推拿系统适用于广大青中老年人群用于保健或治疗，尤其适合患有肩颈腰背疼痛的群体缓解病痛，使用范围上家用、医疗均可。

1 硬件设计

1.1 受力部分

“智能矩阵推拿治疗仪”由推拿床、升降立柱、控制治疗板升降控制器、治疗板等组成。

升降立柱垂直竖立于推拿床周围，承受治疗板重力。为方便临床使用和适用不同个体身体，将推拿治疗仪板块通过设计在治疗区域四周方位的四杆而固定垂直悬空于背腰部、脊柱区上方，通过电动驱动系统及电机驱动丝杆的升降器，实现治疗仪板块的上下平行垂直运动。治疗开始时，升降器将治疗板块沿升降立柱向下垂直运动。推拿治疗完毕后，升降器又将治疗板块从升降立柱下部垂直升起。升降立柱中部设有伸缩结构，产品使用完毕后，通过滑轨将内套筒回缩于外套筒内，使得治疗板向下靠近按摩床，缩减所占空间体积。四跟升降立柱底座下分别安装有单向滚轮，便于在治疗时通过滚轮的移动调控治疗板的水平面位置（图1）。

图1 治疗仪升降模拟示意图

推拿床部分使用高度可调节的分段式折叠结构，底座采用稳固结实的金属材质支撑，底座下安装有万向滚轮减少滑动摩擦力，使用较小的推力即可移动整个推拿床，便于推拿床的取放。底座的上端焊接连接有两排梯形支撑架，支撑架的中部转动连接有齿轮，通过齿轮转动可将支撑架折叠或立起。支撑架折叠后将大范围缩减推拿床体积，节省空间占位。支撑架上端焊接为长方形床板。床面采用弹性较强的软皮质垫，肤质柔软舒适。床板前方有一个圆形的空余，用于固定使用者头部。床板的头端两侧同样设有齿轮和齿条结构，在治疗板未工作时可将床板头端翻起后形成靠背，此时推拿床可作为躺椅使用（图2）。

图2 推拿床结构示意图

1.2 工作区域

矩阵治疗区域以治疗板为基本载体，在治疗板下方区域设置40×60cm的按压工作区，工作区由活动推压杆矩阵紧密排列组成，推压杆下方经过弹簧与动力单元连接，提供弹性活动区间，以实现人体与推按工作区的紧密贴合。治疗仪工作区部分按照人体工学设计，保证使用者能够以最适合的舒适状态接受按压治疗（图3）。

图3 治疗仪工作区整体图

如图4所示，工作区由紧密排列的推压杆矩阵组成，为了保证按压精度，推压杆之间采用蜂巢式堆叠排列，能够有效降低推压杆之间的空隙面积。在下文中，每一个推压杆以及其连接的弹簧、电位传感元件、压电传感元件、动力单元称为一个推压单元，如图5所示。

图4 矩阵原理图

图5 推压单元原理图

如图5、图6所示，推压单元由金属推压杆帽、绝缘弹簧、压力传感器、传动杆和驱动电机以及传输线构成。压力传感器可以实时记录绝缘弹簧上的压力变化情况，作中央处理器分析人体位置利用骨度分寸法判断穴位位置的分析依据。驱动电机与传动杆之间为螺旋式传动，可实现低电流稳步传动，提高设备的安全性。基于矩阵、驱动及推压单元的设计，矩阵治疗面能够实现波浪状、X及Y方向、圆弧运动等，在最大程度上模拟中医推拿手法。

图6 治疗仪内部数据收集、处理原理图

2 软件设计

系统的软件部分主要是中央处理器和智能终端反馈系统，以完成治疗仪的数据分析与处理任务。

开始工作时，患者俯卧在推拿床上，垂直下降的治疗板治疗区域与脊椎附近皮肤或整个背腰部与推压杆接触，并挤压使推压杆弹簧发生形变，对应压力传感器将弹簧形变产生的推力记录为K0，并将数据传输到中央处理器。中央处理器将推压杆阵列收集到的压力数据进行分析，辨别骨性标志，并依据骨度分寸法判断穴位位置。以此计算其他背部穴位，构建出该使用者的人体背图模型，并传输到终端确构成显像，以供治疗参考，选择适应的治疗手法和模式。该使用者的数据可及时保存以提高重复使用效率。

基于矩阵的设计，由推压杆（每个推压单元）组成推拿治疗仪工作面，通过驱动控制、电流变化控制向人体背腰部施加不同的力度，或呈递增或递减，推压单元组成的一定面积向人体背腰部实施推力，呈波浪状施力模拟㨰法，受力可根据个体不同而调整推压单元力度大小控制；或沿着X或Y方面，实施推法；或由若干个推压单元组成与人手掌大小的面积，向背腰部施行垂直的，有圆弧运动的力度，模拟叠掌揉法；当在智能终端界面计算和分析出穴位分布，针对固定穴位进行点穴操作，由一个或两个推压单元向背腰部某固定穴位进行垂直缓慢加压用力，缓慢减压回收推压单元，以模拟点压穴位的手法。

治疗仪的数据分析与处理由中央处理器完成。通过连接运动捕捉、运动解析技术数据库，将适用于背腰部的手法，如㨰法、揉法、推法、点按等手法力度、手法路线转化为信息源，建立数据库，构建治疗手法和模式选择。通过中央处理器，将治疗手法转换成信息反馈到治疗仪上，驱动矩阵治疗仪模仿手法运动。矩阵所收集的收据通过传感器等传输到智能终端，进行数据处理，作为成像和治疗数据采集的基础。形成信息收集——智能终端数据处理——指令发出的中央数据处理模式，实现治疗仪的智能化。

运用各种手法的辨证施术规律，使用各种手法的不同排列组合，编排出对各类疾病的治疗手法套路模式，以发挥不同的医疗作用，让使用者享受方便快捷、且专业化、个性化的推拿服务。部分常见疾病的推拿治疗手法套路如表1所示。

表1 部分常见疾病的推拿治疗手法套路

图7 智能终端反馈系统工作流程图

使用者可根据自身情况选择多种治疗模式，治疗板将自动执行中枢预先设置完成的推拿手法套路。也可由专业推拿师在智能终端操纵控制单个或多个按摩单元，调整按摩力度、频率等参数完成整个按摩过程，操作简便，治疗精准。

图8 运行流程图

基于矩阵理论和智能终端反馈的推拿系统是一种融入经络、腧穴、推拿手法、精准定位与压力转换等元素，高度模拟人工按摩手法的康复治疗系统，该系统设计使患者享受到更为便捷、专业、智能的推拿治疗。为节约医疗资源，减轻病痛折磨，提高患者生活质量和劳动力水平发挥很大的的促进作用，值得在临床和市场上广泛应用。