南京中醫藥大學成功研發針灸機器人

當騰訊副總裁、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，南京中醫藥大學的一位在校學生已經默默開始了他的“大白之旅”——希望造出一款針灸機器人，實現自動選穴、定位以及無痛進針。

針灸最早記載于《黃帝內經》一書。一般的針灸之學認為，生命的能量是“氣”，氣在十二經絡中流動，“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絡上相應的通道關卡——穴位，則可恢復“氣”的平衡。

在今天大多的醫書和“銅人圖”上，人體已經確定的穴位有300多處。盡管國內外對經絡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可度。以美國為例，到2015年時全美就已經有44個州承認針灸合法，針灸成為美國整合醫學和醫療保健的一部分。

對于針灸醫師而言，由于存在著個體差異，如何辨證選經選穴、取穴是否準確、針灸手法是否得當等，正是體現針灸師水平高下之處。

實際上，傳統針灸遭現代醫學”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，而且針灸師手法標準化欠佳，由此進一步造成針灸實驗可重復性較差等。國外甚至曾有研究認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行自動取穴、使得穴位定位標準化，成為近些年來國內外醫學界的努力方向。

2015年《超能陸戰隊》里“醫療機器人”大白的橫空出世，讓當時就讀于南京中醫藥大學針灸推拿專業的大四學生徐天成，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。他在網上搜索發現，國內外關于針灸機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線可年產10 萬臺可以自行針灸的中國“皇甫謐”針灸機器人——這款機器人的名字來源于東漢醫學家皇甫謐，他因寫就中國第一部針灸學的專著《針灸甲乙經》，被后世尊為“針灸鼻祖”。

但自那之后，便再無公開消息。

針灸機器人的領域近乎空白，徐天成決定自己來做。可首要問題便是，針灸師尚且要經過一番揣穴定位，機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，第二掌骨橈側的中點處。不管你高矮胖瘦，你的合谷穴都在中點。”因此，只要建立一個準確的模型，就可以解決絕大部分人的“穴位定位”問題。

基于這點思考，他大膽將傳統經絡腧穴學與現代科學文明成果——混沌理論、分形理論結合起來，勾畫了一副“數字經絡圖”。分形理論證明了經絡的等比縮放性質，而區別于從前的標量圖，該數字經絡圖屬矢量圖，意味著使用光學器材定位人體腧穴時，不會因縮放導致的失真使定位存在較大誤差。

徐天成認為，人體屬于混沌系統，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引起颶風一樣，人體中的單個穴位也可以通過經絡循行發揮對全身的調控作用。而經絡的循行路徑看似是沒有規律的，但以不規則幾何形態為研究對象的分形理論卻可以為其抽象出一般規律，那就是經絡循行在結構和功能上都具有自相似的分形屬性。比如，結構上就符合“樹枝生長”模式——樹干分叉成樹枝，樹枝分叉成更小的細樹枝，細小樹枝上的葉子在葉脈的紋路上重復樹枝的模式。

根據經絡循行的自相似性和分形迭代原則，徐天成團隊以臨床常用的心經、脾經等經絡穴位為基本單元，構建數學公式，編程繪制六條經絡主干的分形化經絡循行線，創建數字經絡;并采取相同的技術路線，選取十二條經絡中六條經絡上85個國標穴位繪制數字經絡。

這一原創“數字經絡理論”(《混沌內部的隱秩序——經絡的數字化研究》)斬獲第十四屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽二等獎。當時作為大四學生的他沒有想到，當初這一出自興趣的研究，竟成了日后他及團隊創造機器人的重要理論基礎——后者(《數字經絡理論針灸機器人》)則獲“ROBO”世界大學生醫療機器人創意大賽(中國賽)二等獎，且被列為第九屆李光耀全球創新創業大賽全球36 強。

目前仍在南京中醫藥大學就讀針灸推拿專業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了84個國標穴位的數字化。目前初步研發出來的針灸機器人由經絡儀、機械手、取穴系統三部分組成，其中，基于進針速度與患者痛覺的定量關系開發出來的機械手，可以實現高速進針，減少進針疼痛，同時，對于“痛感”不同的人群，依托算法和內置的力學傳感器，當進針阻力達到閾值時可自動停止進針過程，保障安全進針。

“機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。

而經絡儀則體現了人工智能。徐天成團隊根據“針灸腧穴學”國家教材提供的標準，向機器人輸入了大量癥狀，機器人再憑借強大的分析能力給出針灸方案，通過機器人這一大數據平臺，可做到標準化地采集針灸臨床數據并最終反哺于臨床，“最終實現使醫生從長時間的重復勞動中解脫，更專注于治療方案。”

據徐天成介紹，目前該款機器人已經能根據癥狀設計2.7萬套針灸組合，“像消化不良、運動損傷等病癥，這款機器人已能進行針灸。”。但他同時也坦言，大椎穴、定喘穴等一些緊要的、可能涉及生命安全的穴位，還暫時不能讓機器人來針灸。

在徐天成看來，針灸機器人的成功研發，更為重要的意義在于推動針灸標準化以及針灸科研發展。“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，針灸機器人在模擬人手操作的基礎上，避免了因為人類實驗員施加針刺與受體動物空間數量級差異導致的刺激量過大等問題，可以提升針灸科研質量。”

更進一步而言，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，基于數字經絡理論可制定動物的針刺標準，指導機器人對動物進行針灸，而這一塊恰是目前針灸未能開發的市場之一。

不過，同國內絕大多數醫療機器人企業一樣，醫療行業對于機器人的要求算是較高級別。要真正實現臨床應用和產業化，這些機器人還需大量臨床實驗。

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