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南京學(xué)生計劃造出一款針灸機(jī)器人，實現(xiàn)自動選穴、定位以及無痛進(jìn)針

lyj159 ? 2018年09月30日

當(dāng)騰訊副總裁、騰訊人工智能實驗室AI Lab院長姚星2016年10月在TEDx的一場演講上透露其AI（人工智能）野心，想給每個人都造一個溫暖的“大白”時，南京中醫(yī)藥大學(xué)的一位在校學(xué)生已經(jīng)默默開始了他的“大白之旅”——希望造出一款針灸機(jī)器人，實現(xiàn)自動選穴、定位以及無痛進(jìn)針。

針灸最早記載于《黃帝內(nèi)經(jīng)》一書。一般的針灸之學(xué)認(rèn)為，生命的能量是“氣”，氣在十二經(jīng)絡(luò)中流動，“氣”堵塞，即會招致疾病。所以，治病之道在于紓解阻塞或找一條暫時的替代路線，而用針刺或艾條灸經(jīng)絡(luò)上相應(yīng)的通道關(guān)卡——穴位，則可恢復(fù)“氣”的平衡。

在今天大多的醫(yī)書和“銅人圖”上，人體已經(jīng)確定的穴位有300多處。盡管國內(nèi)外對經(jīng)絡(luò)與穴位的存在與否尚存爭議，但其療效在國際上已頗有些認(rèn)可度。以美國為例，到2015年時全美就已經(jīng)有44個州承認(rèn)針灸合法，針灸成為美國整合醫(yī)學(xué)和醫(yī)療保健的一部分。

對于針灸醫(yī)師而言，由于存在著個體差異，如何辨證選經(jīng)選穴、取穴是否準(zhǔn)確、針灸手法是否得當(dāng)?shù)龋求w現(xiàn)針灸師水平高下之處。

實際上，傳統(tǒng)針灸遭現(xiàn)代醫(yī)學(xué)”攻擊“的一個主要方面就是，人工取穴多有一定的主觀性和不確定性，而且針灸師手法標(biāo)準(zhǔn)化欠佳，由此進(jìn)一步造成針灸實驗可重復(fù)性較差等。國外甚至曾有研究認(rèn)為針灸與安慰療法無異。

這種背景下，試圖運用非人工手段進(jìn)行自動取穴、使得穴位定位標(biāo)準(zhǔn)化，成為近些年來國內(nèi)外醫(yī)學(xué)界的努力方向。

2015年《超能陸戰(zhàn)隊》里“醫(yī)療機(jī)器人”大白的橫空出世，讓當(dāng)時就讀于南京中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿專業(yè)的大四學(xué)生徐天成，心中一動。

能不能做一款會針灸的大白，解決上述人工針灸存在的問題？

受身為針灸師的父親的影響，徐天成自小便癡迷于神秘的針灸學(xué)。他在網(wǎng)上搜索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外關(guān)于針灸機(jī)器人的公開消息極少，只2011年曾有報道說將在甘肅蘭州建一條生產(chǎn)線可年產(chǎn)10 萬臺可以自行針灸的中國“皇甫謐”針灸機(jī)器人——這款機(jī)器人的名字來源于東漢醫(yī)學(xué)家皇甫謐，他因?qū)懢椭袊谝徊酷樉膶W(xué)的專著《針灸甲乙經(jīng)》，被后世尊為“針灸鼻祖”。但自那之后，便再無公開消息。

針灸機(jī)器人的領(lǐng)域近乎空白，徐天成決定自己來做?？墒滓獑栴}便是，針灸師尚且要經(jīng)過一番揣穴定位，機(jī)器人又如何能做到精確自動取穴？

徐天成對澎湃新聞（www.thepaper.cn）說，人體雖各有差異，但穴位卻是按人體比例固定分布的，“比如臨床常用的‘合谷’穴，其定位在手背第1、2掌骨間，第二掌骨橈側(cè)的中點處。不管你高矮胖瘦，你的合谷穴都在中點?！币虼耍灰⒁粋€準(zhǔn)確的模型，就可以解決絕大部分人的“穴位定位”問題。

基于這點思考，他大膽將傳統(tǒng)經(jīng)絡(luò)腧穴學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)文明成果——混沌理論、分形理論結(jié)合起來，勾畫了一副“數(shù)字經(jīng)絡(luò)圖”。分形理論證明了經(jīng)絡(luò)的等比縮放性質(zhì)，而區(qū)別于從前的標(biāo)量圖，該數(shù)字經(jīng)絡(luò)圖屬矢量圖，意味著使用光學(xué)器材定位人體腧穴時，不會因縮放導(dǎo)致的失真使定位存在較大誤差。

徐天成認(rèn)為，人體屬于混沌系統(tǒng)，看似雜亂無章，實則蘊藏秩序。如同南美洲的一只蝴蝶扇動翅膀就會在佛羅里達(dá)引起颶風(fēng)一樣，人體中的單個穴位也可以通過經(jīng)絡(luò)循行發(fā)揮對全身的調(diào)控作用。而經(jīng)絡(luò)的循行路徑看似是沒有規(guī)律的，但以不規(guī)則幾何形態(tài)為研究對象的分形理論卻可以為其抽象出一般規(guī)律，那就是經(jīng)絡(luò)循行在結(jié)構(gòu)和功能上都具有自相似的分形屬性。比如，結(jié)構(gòu)上就符合“樹枝生長”模式——樹干分叉成樹枝，樹枝分叉成更小的細(xì)樹枝，細(xì)小樹枝上的葉子在葉脈的紋路上重復(fù)樹枝的模式。

根據(jù)經(jīng)絡(luò)循行的自相似性和分形迭代原則，徐天成團(tuán)隊以臨床常用的心經(jīng)、脾經(jīng)等經(jīng)絡(luò)穴位為基本單元，構(gòu)建數(shù)學(xué)公式，編程繪制六條經(jīng)絡(luò)主干的分形化經(jīng)絡(luò)循行線，創(chuàng)建數(shù)字經(jīng)絡(luò)；并采取相同的技術(shù)路線，選取十二條經(jīng)絡(luò)中六條經(jīng)絡(luò)上85個國標(biāo)穴位繪制數(shù)字經(jīng)絡(luò)。

這一原創(chuàng)“數(shù)字經(jīng)絡(luò)理論”（《混沌內(nèi)部的隱秩序——經(jīng)絡(luò)的數(shù)字化研究》）斬獲第十四屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎。當(dāng)時作為大四學(xué)生的他沒有想到，當(dāng)初這一出自興趣的研究，竟成了日后他及團(tuán)隊創(chuàng)造機(jī)器人的重要理論基礎(chǔ)——后者（《數(shù)字經(jīng)絡(luò)理論針灸機(jī)器人》）則獲“ROBO”世界大學(xué)生醫(yī)療機(jī)器人創(chuàng)意大賽（中國賽）二等獎，且被列為第九屆李光耀全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全球36 強。

目前仍在南京中醫(yī)藥大學(xué)就讀針灸推拿專業(yè)研究生的徐天成對澎湃新聞介紹，到去年年底他們已成功實現(xiàn)了84個國標(biāo)穴位的數(shù)字化。目前初步研發(fā)出來的針灸機(jī)器人由經(jīng)絡(luò)儀、機(jī)械手、取穴系統(tǒng)三部分組成，其中，基于進(jìn)針?biāo)俣扰c患者痛覺的定量關(guān)系開發(fā)出來的機(jī)械手，可以實現(xiàn)高速進(jìn)針，減少進(jìn)針疼痛，同時，對于“痛感”不同的人群，依托算法和內(nèi)置的力學(xué)傳感器，當(dāng)進(jìn)針阻力達(dá)到閾值時可自動停止進(jìn)針過程，保障安全進(jìn)針。

“機(jī)器人在工作前會測量人的身高和皮脂厚度，測算穴位的位置下針，測量精度能精確到0.34毫米。機(jī)械手上還會有超聲傳感器，避免扎得太深，同時控制扎的速度和提拉。”徐天成說。

而經(jīng)絡(luò)儀則體現(xiàn)了人工智能。徐天成團(tuán)隊根據(jù)“針灸腧穴學(xué)”國家教材提供的標(biāo)準(zhǔn)，向機(jī)器人輸入了大量癥狀，機(jī)器人再憑借強大的分析能力給出針灸方案，通過機(jī)器人這一大數(shù)據(jù)平臺，可做到標(biāo)準(zhǔn)化地采集針灸臨床數(shù)據(jù)并最終反哺于臨床，“最終實現(xiàn)使醫(yī)生從長時間的重復(fù)勞動中解脫，更專注于治療方案?！?/span>

據(jù)徐天成介紹，目前該款機(jī)器人已經(jīng)能根據(jù)癥狀設(shè)計2.7萬套針灸組合，“像消化不良、運動損傷等病癥，這款機(jī)器人已能進(jìn)行針灸?！薄５瑫r也坦言，大椎穴、定喘穴等一些緊要的、可能涉及生命安全的穴位，還暫時不能讓機(jī)器人來針灸。

在徐天成看來，針灸機(jī)器人的成功研發(fā)，更為重要的意義在于推動針灸標(biāo)準(zhǔn)化以及針灸科研發(fā)展。“科研中常因人手對動物施加針灸操作刺激量過大等問題造成妨礙，針灸機(jī)器人在模擬人手操作的基礎(chǔ)上，避免了因為人類實驗員施加針刺與受體動物空間數(shù)量級差異導(dǎo)致的刺激量過大等問題，可以提升針灸科研質(zhì)量?！?/span>

更進(jìn)一步而言，針灸不僅可以用于人體，牛、豬等動物，以及家庭寵物如貓、狗等身上都有穴位，基于數(shù)字經(jīng)絡(luò)理論可制定動物的針刺標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)機(jī)器人對動物進(jìn)行針灸，而這一塊恰是目前針灸未能開發(fā)的市場之一。

不過，同國內(nèi)絕大多數(shù)醫(yī)療機(jī)器人企業(yè)一樣，醫(yī)療行業(yè)對于機(jī)器人的要求算是較高級別。要真正實現(xiàn)臨床應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，這些機(jī)器人還需大量臨床實驗。

雖已有50位（包括團(tuán)隊成員）的在校學(xué)生志愿試驗，但眼下這款針灸機(jī)器人要做的，還是得走出校門，尋求商業(yè)世界的力量。