基于运动捕捉技术的蒙医震脑术研究现状与展望*

姜沙秋荣,朝鲁门,白香春,白 雪

( 1.内蒙古医科大学，内蒙古 呼和浩特 010030；2.内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院)

现代医学认为脑震荡是由非穿透性生物力学导致，影像检查上无异常表现，但在震荡的过程中会使大脑功能改变[1]，出现短暂性意识丧失和(或)精神状态的改变。如不及时治疗，则会加重如头痛、头晕、注意力不集中、认知障碍、易怒等症状，增加脑震荡综合症(PCS)或慢性创伤性脑病(CTE)的发生概率。而蒙医把脑震荡归纳在头部内伤范畴，当头部受到直接或间接的外力时“脑气”和“脑髓”等脑组织发生移位，局部气血受阻，从而出现“不通则痛”的病理改变[2]。蒙医震脑术是治疗脑震荡的一种外治疗法，是通过适当的震动疗法来调节有关脑组织间的紊乱，使脑组织间不协调的力学关系得到改变，促进局部气血循环和改善脑功能，改善因脑震荡引起的局部气血受阻，达到消除头晕、头痛等症状的目的。前期的临床研究及长期的实践中证明，蒙医震脑术治疗脑震荡有独特的民族特色和优势。但目前蒙医震脑术关键技术的规范、运动学和生物力学机制还处于空白阶段，这些因素在某种程度上阻碍了蒙医震脑术特色优势的发挥和诊疗水平的提高，迫切需要开展高水平、深层次、跨学科的研究，使蒙医震脑术的基础理论、实验数据和临床应用紧密结合。

1 蒙医震脑术的研究现状

目前对震脑术的机制原理尚未明确，朝鲁门等[3]认为蒙医震脑术具有共振效应、惯性定律、促进气血循环和改善脑功能及镇痛等作用。照那木拉[4]在蒙医震脑术生物力学理论原理的研究中指出，震脑术“以震治震、震静结合、先震后静”的治疗理念与生物力学原理是相符的，蒙医震脑术通过震动复位手法来模拟脑震荡发生时的“逆向震荡” 环境，让脑组织在“以力对力，以震治震” 的应激状态下，激发出人体对脑组织的自我修复功能与愈合本能，来改变脑组织间不协调的力学关系。该研究从现代生物力学理论角度对震脑术的生物力学机制进行探析，为蒙医震脑术生物力学实验研究奠定了基础。2007年通过阿古拉教授主持的国家“十一五”科技支撑计划重点项目，对震脑术施震方法进行了优化，对震脑术器械、震脑术启震点等进行规范的同时提出了“蒙医震脑术优化方法”，该优化方法对蒙医震脑术操作手法进行规范的同时为后续的基础研究及临床研究提供了依据，但本优化方法仅对蒙医震脑术的操作步骤、分类、临床疗效及受试者的受力情况进行了研究，在施术者操作的关节运动角度、角速度、操作频率、启震杵位移、操作时间等运动学参数方面未进行研究。朝鲁门[5]在蒙医震脑术启震原理研究中在震脑术模拟人上行震脑术，得出了各启震点的平均受力为(148.09±6.32)N，头部最大施震力为40.6 N，传播到头部的平均频率为(16.36 ±1.19 )次/s，蒙医震脑术启震杵振动频率为3.73 Hz，实验结果证实了蒙医震脑术是一个安全的疗法。关乌日汗等[6]对60名志愿者学生行震脑术后，通过问卷调查的方式对蒙医震脑术的了解及对蒙医震脑术的不良反应等内容进行了调查，对蒙医震脑术的安全性进行评价的同时为其提供数据。张昌盛等[7]在研究中，分别采用震脑术手法、中医针刺疗法和中医推拿手法治疗偏头痛，三组治疗周期均为28 d。结果显示三个组的总有效率依次为83.3 %、86.7 %和73.3 %；三个组的TCD指标均有明显的改善，证明了震脑术不仅对治疗偏头痛有临床效果，而且可以改善患者的ACA、MCA、PCA、VA、BA等TCD指标。张昌盛等[8]在临床观察研究中，分别用震脑术和推拿疗法治疗偏头痛患者，疗程均为4周。实验结果显示两组的总有效率依次为83.33 %和73.33 %；震脑术和推拿疗法两组治疗前后的头痛持续时间有统计学意义(P<0.05)；治疗周期结束后震脑术和推拿疗法两组的5-羟色胺水平均提高，提示震脑术不仅对治疗偏头痛患者有临床效果，而且能够改善患者的头痛指数、减少头痛持续时间，同时能提高血浆中的5-羟色胺的水平的结论。朝鲁门等[9]还通过临床研究证明了震脑术具有镇痛作用，能够消除脑震荡引发的头痛、眩晕、耳鸣、恶心、疲劳等症状。通过以上临床研究证明了震脑术不仅对治疗脑震荡有临床效果，还可以改善偏头痛、脑震荡后头痛、眩晕等病症。实验动物研究中，白花[10]在观察震脑术对脑震荡大鼠认知行为及脑干轴索变化研究中，应用金属单摆打击装置复制脑震荡模型后将脑震荡SD大鼠随机分为模型组、西药组、震脑术组，在实验第4 d、第7 d、第10 d取材前通过Morris水迷宫实验对脑震荡大鼠的学习记忆能力进行评价；用 Blelsohowsky银染色显示脑震荡大鼠脑干轴索的变化，IHC方法检测脑干多巴胺浓度的变化；用ELISA方法检测血清SOD、MDA含量及血常规白细胞、红细胞、血小板、血红蛋白及中性粒细胞计数的变化，结果证实：(1)脑震荡后大鼠出现认知行为障碍，而蒙医震脑术有改善认知学习的作用；(2)脑震荡后DA含量增多，震脑术具有下调DA含量的作用；(3)脑震荡后SOD活性降低、浓度减少，MDA浓度增多，蒙医震脑术具有调节SOD活性，增加其浓度的作用，西药组尼莫地平片具有下调MDA含量的作用；(4)蒙医震脑术有下调中性粒细胞的作用，蒙医震脑术及尼莫地平片具有下调白细胞计数，减低炎性反应的作用。育红[11]通过震脑术对脑震荡大鼠免疫功能及脑组织的影响变化研究中，将SD大鼠随机分为模型组、西药组、震脑术组后应用金属单摆打击装置复制脑震荡大鼠模型，在实验第4 d、第7 d、第10 d进行取材，用ELISA方法检测得出了脑震荡大鼠血清中的IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α含量的下降，证实了蒙医震脑术可以调节脑震荡大鼠的免疫功能；用Western Blot方法检测出脑震荡大鼠脑组织内神经递质的含量变化，得出了蒙医震脑术对脑震荡大鼠脑组织内神经递质的含量具有调节作用。

目前学者对蒙医震脑术的力学原理、临床疗效评价、器械规范、安全性评价、行为学、免疫功能调节等方面做了大量研究，但是对于蒙医震脑术操作手法的频率、时间、位移、角度、速度、动作形态等运动学参数方面还没有相关研究，制约了蒙医震脑术的深入临床推广、教学、操作规范以及生物力学机制等方面的研究。

2 三维运动捕捉系统

运动捕捉系统的研究和应用从19世纪末摄影技术刚兴起的时候就开始发展，是在Moving Light Display实验中提出的[12]。三维动态捕捉技术是一项多学科相互交叉渗透的科学技术，是指在人体的关键解剖标记点粘贴marker点，由运动捕捉系统捕捉marker点的三维空间位置，记录人体的运动轨迹，再通过Visual 3D、Anybody等计算机软件构建人体运动三维仿真模型，可以对人体运动过程中的各关节位移、幅度、速度、角度、时间等运动学参数进行分析，为运动生物力学研究奠定基础。三维动态捕捉技术的种类较多，其中光学式动态捕捉技术较为常用，该技术是通过高像素红外摄像机，动态捕捉研究对象表面粘贴的Marker球的运动信息，它的精确度可达到0.1～0.4 mm，可以准确得到研究对象表面粘贴的marker球的运动轨迹，因此运动捕捉是量化手法的主要技术之一，为量化手法及深入研究手法操作的现代生物力学作用机制提供了有利条件。目前三维运动捕捉技术已被用于运动医学、康复医学及中医推拿手法等运动学特征的研究中。

3 三维运动捕捉系统在传统医学中的应用

通过查阅大量国内外文献，运动捕捉技术在蒙医震脑术手法中的应用尚未可见，在传统医学中医推拿手法中已经应用该技术，通过采用运动捕捉技术解决了中医推拿手法在运动学参数分析的难题。中医学在预防治病理念及疗术方面都和蒙医学有着颇多相似之处[13]。可以通过借鉴运动捕捉技术在中医推拿手法中的应用，为蒙医震脑术运动学参数特征及手法的规范化研究提供参考。于跃等[14]使用三维运动捕捉技术研究了夏氏提法的运动学参数的特征，计算分析施术者拔伸速度、加速度，结果显示随着时间的递增，施术者躯干与上肢的发力顺序为髂关节、肩关节、肘关节、腕关节；随着时间递增下肢的发力顺序为小腿、膝关节、大腿。王辉昊等[15]对颈椎整复手法进行研究，运用三维运动捕捉系统对手法运动数据进行采集及分析，实验结果得出操作该手法的时候上肢关节较灵活，通过下肢关节来保证稳定性，其中同侧膝关节通过屈伸活动来辅助上肢发力。冯敏山[16]等在对朱立国教授的颈椎旋提手法的研究中，采用运动捕捉系统对该手法进行捕捉并记录，获得了该手法的力学及运动学参数，结果得出颈椎旋提手法的扳动方向主要是垂直向上；扳动时具有“速度快，幅度小”的特点。高春雨[17]在研究中应用动态捕捉技术得到了左右手施行坐位腰椎旋转手法时的运动学参数是相近的，所以在施行该手法时左右手的操作是无明显差异的结论。2018年，李建国等[18]研究摇拔戳手法治疗踝关节扭伤时的运动轨迹，由于手部运动捕捉采集难度大，本文最终得出Marker点的数量及位置的选择、Marker点粘贴的牢固性、相机的位置调整是运动捕捉技术在踝部手法量化领域应用成功的关键。在2019年，李建国[19]采用三维运动捕捉技术实时测量同一手法施术者对60例患者施行摇拔戳手法操作的运动学参数，首次总结出了摇拔戳手法的操作特征及较完整地获取了摇拔戳手法的运动学操作参数值。耿楠等[20]通过运用红外光高速运动捕捉测试系统对颈椎定位旋转扳法的操作特征进行初步的量化及客观化研究，分别采集了该手法操作过程中施术者及受试者的角度、角速度、时间等运动学参数，实验结果显示，受试者颈推被扳动瞬间的角度为复合角度，包括前屈、侧屈、旋转三个方向；施术者手上的瞬间扳动时间要比双足发力时间平均慢0.0808 s，证实了颈椎定位旋转扳法的力是“起于根，发于梢”的特点。贾文瑞等[21]对后伸背法的运动学参数特征的研究中，通过运用运动捕捉系统及三维测力台对21名健康志愿者行后伸背法操作进行数据采集，分别对施术者及受试者的角度、瞬间角速度、时间、足底力值等参数进行了分析，实验结果证实了后伸背法的手法操作是由施术者弯腰、屈膝、伸膝、挺臀的过程。本研究为该手法的规范化操作提供了数据支持。李远栋等[22]采用动态捕捉技术对颈5/6定点侧屈旋扳整颈手法操作的运动学参数进行采集，实验中分别对施术者及受试者的角度、位移、时间等参数进行了采集，分析了该手法的运动学参数的变化范围及左右手的操作有无区别。结果表明受试者的左右侧扳动时间、扳动位移及旋扳角度比较，差异无统计学意义(P>0. 05)，左右手的主要运动学参数基本一致，得出了该手法的运动学参数的量化范围，为该手法技术的量化提供了科学依据。王玮等[23]通过三维动态捕捉技术捕捉了魏氏伤科手法中的“悬足压膝”和“腰部提拉”的经典动作，对受试者的运动学数据进行了分析，实验结果证实了髋关节的极限屈曲/伸展的角度跟膝关节的位置有联系；部分关节的运动角度跟下肢惯用侧存在统计学上的左右侧差异(P<0.05)的结论。薛彬等[24]在“悬足压膝”的运动规律和作用机理的研究中，应用三维运动捕捉技术采集了手法操作过程中的受试者运动学参数，分析受试者的髋关节、膝关节和踝关节的运动角度和运动轨迹。实验结果示，手法操作过程中受试者的部分关节角度与下肢惯用侧比较有统计学意义(P<0.05)，而且受试者的双侧髋关节平均被动极限屈曲角度可达到解剖学上髋关节的被动最大角度。解释了魏氏“悬足压膝”手法的机理作用在于促进髋关节的被动运动可达到最大活动角度，从而间接起到牵拉神经根、松解侧隐窝及突出椎间盘粘连的作用。

由此可见，通过运动捕捉技术可以对操作手法的运动学参数特征进行研究的同时可以对手法的操作轨迹进行全面的捕捉，可以客观地对手法操作运动规律进行解释，从而更加深刻地理解手法的操作要领和操作特征，能够获取更加综合的、精确的数据，为手法操作的生物力学机制研究及操作规范提供科学依据。

4 展望

震脑术作为一种独特的治疗脑震荡的外治疗法，在广大蒙古族人民的生活中被运用至今，具有易于掌握、取材方便、疗效快、无副作用等特点，是内蒙古地区常用治疗脑震荡的方法之一。而大多数临床医师是凭个人经验来掌握震脑术手法操作的方向、力度、时间、角度等要素，没有一个数字化的指标，缺乏量化的数据。现阶段蒙医震脑术的生物力学研究还处于空白阶段，而运用三维运动捕捉技术对蒙医震脑术手法的位移、幅度、角度、速度等运动学参数和震脑术运动轨迹进行采集和捕捉，通过分析蒙医震脑术手法的主要关节运动学参数的变化范围和左右手的运动学规律是否有差别，可以为震脑术手法的临床推广、操作规范及深入研究生物力学作用机理的探索奠定基础。同时，也可以通过建立数字化仿真模型有效地、直观地学习高年资医师的关键技术动作，针对性的调整手法动作习惯，可以更好地传承老一辈医师的传统手法。而我们作为蒙医新一代人，传承与创新的同时也应基于理论，在坚持民族特色的前提下把蒙医震脑术“以震治震、震静结合、先震后静”的理论与生物力学的研究相结合是，这也是我们当前面临的挑战。