擺動類推拿（?法）的生物力學模型分析

盧 群 錢 鑫 田為軍 齊 偉▲

1.長春中醫藥大學，吉林長春 130117；2.吉林大學，吉林長春 130117

中醫的推拿療法是幾千年來通過臨床實踐證明了的無創傷的療法，且隨著推拿的不斷發展并且被廣大人民所接受，學習中醫推拿的人也越來越多。其中擺動類推拿手法中?法的作用不可小覷，是最常用的手法之一[1]，并且不僅僅應用于軟傷類、骨傷類等疼痛類疾病，對于內科、婦科、兒科等疾病也有重要的作用[2-3]。因為擺動類推拿手法應用范圍的逐漸擴大，學習人群逐漸增多，使得我們對擺動類推拿手法的研究更加深入與細致，對其操作規范的要求更加嚴格。因為擁有臨床療效的前提是規范的操作手法。而對臨床療效的重要影響因素之一就是推拿手法的生物力學特征。

對于推拿作用機制的認識與研究是國際上推拿研究的重要課題之一，20 世紀自60 年代起我國也開始了對推拿作用機制的研究。現如今，通過專家們的研究我們可以知道的是影響推拿作用的因素主要有三個：局部組織的生物學特性、人體的生理病理狀態和手法的刺激性。其中推拿作用的前提正是手法的刺激性，而產生手法刺激性的保證則是正確的手法及動力學。只有熟悉掌握推拿手法的動力學并對其動力學進行有效正確的分析才能對手法的三個因素做出客觀、準確、深層的研究，只有這樣我們才能為探索推拿作用的機制打下堅實的基礎。

擺動類推拿手法被視為最具中醫代表性的推拿手法，對于擺動類推拿手法的生物力學特征的研究，國內外學者已經取得了很不錯的成果。目前大多數的研究多以三維運動捕捉[4-5]、手法壓力測試技術[6]、推拿手法測力分析儀等為主[7-8]，他們多以腕關節、肘關節等為結點，以手、前臂等為杠桿，建立擺動類推拿手法的多剛體生物力學模型[9-10]，但大多忽視了肩關節和上臂在手法操作過程中的作用，也很少見到多系統的同步測試、手法的空間運動的行為等方面的報道。我們通過生物力學的角度研究和分析擺動類推拿手法的操作與作用規律，是實現手法標準化、規范化、保證手法臨床療效的重要方法。

我們根據生物力學原理，建立了上肢的生物力學模型[11]，根據擺動類手法的操作，以肩關節、肘關節、腕關節為結點，基于運動學數據與肌電信息，進行擺動類手法（?法）的生物力學模擬，對手法操作過程中的運動學與動力學進行分析。

1 方法

1.1 生物力學模型構建

項目組采用飛利浦超高端CT 掃描成像系統（Philips rillance ICT），對推拿實驗實施者進行了上肢的CT 掃描。獲取上肢醫學圖像數據，見圖1。

基于上肢骨骼模型，構建運動力學模型，將上肢定義上臂、前臂和手，圖5 中，O1-x1y1z1為固定坐標系，x0為垂直于紙面向內為正，y0為水平方向，z0為鉛直方向。O1與O0重合，O1與肩關節固結，O2與肘關節固結，O3與腕關節固結。軸i（i=1，2，3）均沿相鄰兩關節點的連線。則兩坐標系之間的變換矩陣為：

1.2 上肢關節作用力測定

稱取冬凌草和麩皮于250 ml三角燒瓶中，裝瓶量為20 g，加入基礎營養鹽液，用玻璃棒攪拌均勻，然后用透氣封口膜封口，于滅菌鍋內121℃滅菌20 min。滅菌完成后，在超凈工作臺中，用移液槍吸取所需體積的黑曲霉孢子懸液于三角燒瓶中，用滅過菌的玻璃棒攪拌均勻，用封口膜封口后，放入霉菌培養箱培養72 h，間隔一定時間搖動拍打三角燒瓶，使均勻發酵。發酵結束后，測定發酵產物中纖維素酶活力，探究最優發酵條件。

圖2 上肢三維模型

圖3 上肢骨骼肌肉模型上

圖4 上肢關節作用力

1.3 運動學分析

采用Mimics 軟件從斷層影像數據中構建上肢的三維模型，見圖2，并進行實體重建。上肢由上臂、前臂和手組成，各環節之間通過關節進行連接，肢體中存在的肌肉具有較強的伸縮功能，類似于彈性材料，肌腱的拉伸提供了彈性力與阻尼力。將模型相關參數導入Opensim 軟件中，構建上肢生物力學模型，見圖3。基于運動學數據和肌電信息，進行擺動類手法的生物力學模擬。

3.2 分期(進展)和附加染色體 CML向急變期進展的機制尚不清楚，BCR-ABL1的持續表達導致基因組的不穩定，引起染色體及分子變化[23]。盡管早期認為e19a2 BCR-ABL CML患者臨床進展緩慢，預后良好，仍有少量病例報道發現診斷時為慢性期階段的e19a2 BCR-ABL CML患者治療后進入加速期或急變期。可見，e19a2 BCR-ABL CML患者發生急變期的概率雖然不高，但即使是代表預后很好的CML-N也可能進展到加速期或者急變期。

圖4 為計算出的肘關節和腕關節作用力。由圖可知，在推拿手法實施過程中，腕關節作用力峰值約為15N，肘關節作用力峰值約12N，腕關節對于?法是主要施力部位，肘關節協同腕關節共同施力，實現治療效果，并且兩者之間的施力變化呈相反趨勢。

圖5 擺動類手法運動力學模型

1.4 動力學方程

綜上所述，我們以中醫推拿學中最具代表性的擺動類手法為研究對象，利用三維動作捕捉、表面肌電圖等技術構建推拿手法生物力學研究平臺，在生物耦合理論的指導下，研究推拿手法的運動耦合特性；同時，根據逆向運動學原理，建立了擺動類手法的3 環節-3 關節多剛體生物力學模型，進一步分析肌肉電信號、動力學特征與手法空間運動行為之間的內在聯系。通過對上肢生物力學模型的建立，從而進行對?法操作過程的運動學與動力學分析，我們得知了上肢關節作用力的變化趨勢、運動模式和動力學方程，通過上述動力學方程可計算出上肢各關節角與各關節作用力的關系，能夠對于?法操作過程中的運動耦合特性做出充分的研究，還能夠更深入的發現?法操作過程中的空間運動規律，更加真實、準確、客觀、系統的描述了擺動類推拿手法的運動學特征，有助于建立更加嚴密的推拿手法評價體系。

由計算公式可知，擺動類手法的實施主要是通過骨骼肌肉系統的耦合作用，也即通過各肢關節角以及關節的作用力來實現運動和力的控制。因此，擺動類手法推拿的效果取決于上肢關節的關節角以及肌肉的伸縮狀況。

2 結果與討論

其中，αi-1：相鄰兩關節軸xi-1與xi繞zi-1的 角度； αi-1：相鄰兩關節軸xi-1與xi在zi-1方向上的距離； di： xi軸方向相鄰兩關節軸zi-1與zi的距離； θi：相鄰兩關節軸zi-1與zi繞xi軸的角度；c 為余弦函數，s 正弦函數。”

圖4 是操作過程中肘關節及腕關節的變化曲線，在初始階段和終末節段肘關節為主要施力關節，在手法的中期階段腕關節為主要施力部位，且兩個關節對應時刻出現兩個反方向波峰，這也說明了在?法推拿操作過程中以小魚際和手背尺側作為施力部位的動作要領，同時說明了肘關節提供了手部轉動時所需的作用力。

通過對傳統中醫推拿手法?法的多剛體生物力學模型的建立，描述了推拿手法?法的運動學部分特征，對關鍵的關節運動角度與作用力做了計算，初步探索在無創的情況下操作?法時施力的肘關節與腕關節的作用力規律，最后得出的結果完全符合中醫推拿手法?法的標準化要求以及醫生的臨床經驗感受。

3 結論

目前多剛體生物力學模型的建模方法主要有正向運動學模型和逆向運動學模型兩種，正向運動學的模型是根據人體各關節和環節的運動得出的運動參數，來計算出人體各部位的運動狀態，它具有計算方式簡單、運算速度快的優點，但是有較易造成誤差和失真的缺點，我國很多推拿機械設備的研究就是跟據這一理論原理而設計進行的[12-13]。逆向運動學的模型則是根據人體的運動狀態，計算人體各關節和環節的運動參數，確定各關節的運動特征，只需要指出主要環節和重要關節點的位置就能計算出所需要的運動參數[14]，這是它的優點。但因為逆向運動學模型的計算模型的過程比較復雜，需要開發者具有機械運動和動力學、幾何學和向量數學等方面的深厚知識底蘊，這是它的缺點與缺陷。所以，目前研究推拿手法運動學特征的理想多剛體生物力學模型，是以逆向運動學原理為理論基礎而設計出來的多剛體運動生物力學模型[15]。

不同類別婦科疾病患者的血清CA125水平分布見表1。正常組60例，CA125檢測值均為陰性；120例患者血清CA125檢測陽性57例，總陽性率為47.50%。其中34例卵巢癌患者CA125值較高，可達（388.63±241.66）U/ml。此外良性卵巢腫瘤患者CA125值升高約70%，子宮腺肌癥患者升高約15%，盆腔炎患者升高約20%，其他婦科疾病患者也有不同程度的升高（見表2）。

從圖2(b)中的4幅圖像可以看出：對于室內環境拍攝的油菜3種類型葉片圖像和戶外堪環境拍攝的葉片圖像，本文方法不僅可以把主葉脈和部分側葉脈提取出來，還可將葉面上的污點和蟲咬痕跡同時分離出來(圖2(b)第3幅圖像圈出部分)。

我們在建立模型的過程中進行了簡化，忽略了除骨骼、肌肉外的其他軟組織如韌帶、滑囊等的影響，無法避免的存在一定量的誤差，但是，可以肯定的是我們提供的中醫推拿?法的生物力學分析方法是可以應用到更加深入的推拿手法生物力學研究當中的。

1.加強玉米收獲、儲存工作，防止發生霉變。在玉米收獲季節，注意天氣變化，及時收割，不宜過早也不宜過遲。收獲后應盡快曬干（或烘干）。對于因環境變化而無法曬干（或烘干）的，可使用一些防霉劑，如丙酸劑等。

通過以表面肌電圖、三維動作捕捉和手法壓力測試等技術為主建立的推拿手法測試平臺，可以同時獲得動力學特征、運動學特征和肌肉電信號等數據的[16]。通過這個測試平臺研究手法的運動耦合性特征，對于推拿手法的運動數據與特征能夠有一個更加真實的反映。通過對推拿手法運動耦合特性的研究，能夠進一步揭示擺動類推拿手法的空間運動規律，對于推拿手法生物力學特征的研究內容進行了豐富與完善，促進了更系統的推拿手法體系的建立，對推拿手法臨床和教學中的應用也更加規范化；同時可以為其他手法生物力學特征的研究提供研究經驗。所以，以多系統同步測試平臺為基礎，對推拿手法進行生物力學建模研究，能顯著提高推拿的研究水平。