基于视觉的腰背部中医通络机器人穴位定位方法.pdf
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1、现代中医药 24Modern Chinese Medicine引用:费红琳,黄理杰,陆东海,等.基于视觉的腰背部中医通络机器人穴位定位方法 J.现代中医药,2 0 2 3,43(5:24-30.2023年9 月第43 卷第5期Sep.2023Vol.43No.5基于视觉的腰背部中医通络机器人穴位定位方法费红琳黄理杰陆陆东海郭程湘杨仁轩*(1.广东省郭氏医学保健研究所,广东广州510 53 0;2.广东省新黄埔中医药联合创新研究院,广东广州510 53 0;3.广东省中医院,广东广州510 12 0)摘要:目的加快中医药守正创新、传承发展,打破传统中医药传承方式方法的局限性。方法以全国名老中医药
2、专家的中医畅气通络特色疗法技术为切入,将该中医成果转化为中医通络机器人,其中包含了机器人力控技术、3 D视觉识别技术、人工智能辅助定位技术、语音交互技术等,循经取穴是中医成果转化中非常核心的技术,本项目使用视觉相机作为工具,进行训练样本采样、深度学习模型训练得到智能中医穴位定位模型。并根据训练完成的模型进行样本的预测,实现对未知的人体数据进行穴位识别。其间对多种人工智能模型精度进行了系统的评估,包括基于位置回归的RESNET、基于热图回归的UNET以及基于注意力机制的DMNET网络。结果基于位置回归的RESNET方案鲁棒性很高,能够保留不同穴位之间的结构相关性。最终使用基于RESNET的网络结
3、构进行最终的模型部署实验,评估结果在不同的穴位上存在一定差异。结论应用该方法的中医畅气通络机器人可实现名老中医的部分特色手法。关键词:畅气通络疗法;通络机器人;穴位定位;中医按摩机器人;中医特色疗法中图分类号:R245-33D0I:10.13424/ki.mtcm.2023.05.005A Vision Based Acupoint Localization Method for TraditionalChinese Medicine Tongluo Robot in the Lumbar and BackFEI Honglin HUANG Lijie?LU Donghai GUO Cheng
4、xiang YANG Renxuan(1.Guangdong Guoshi Medical and Health Research Institute,Guangzhou 510530,China;2.Guangdong New Huangpu Traditional Chinese Medicine Joint Innovation Research Institute,Guangzhou 510530,China;3.Guangdong Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine,Guangzhou 510120,China)Ab
5、stract:Objective To accelerate the innovation,inheritance and development of traditional Chinese medicine,andbreak the limitations of traditional Chinese medicine inheritance methods.Methods The method of this project is derivedfrom the Changqi Tongluo characteristic therapy technology of traditiona
6、l Chinese medicine,which is developed byrenowned experts in traditional Chinese medicine in China.The traditional Chinese medicine achievement is transformedinto a traditional Chinese medicine Tongluo robot,which includes robot force control technology,3D visual recognitiontechnology,artificial inte
7、lligence assisted positioning technology,voice interaction technology,etc.Acupoint selectionalong the meridian is a very core technology in the transformation of traditional Chinese medicine achievements.Thisproject uses a visual camera as a tool to conduct training sampling,deep learning model is t
8、rained to obtain an intelligent*基金项目:广东省新黄埔中医药联合创新研究院联合创新研究项目(2 0 2 1IR003);中医畅气通络“智能佛手”机器人-广州高新技术产业开发区*通讯作者:杨仁轩,主任医师。E-mail:文献标识码:A文章编号:16 7 2-0 57 1(2 0 2 3)0 5-0 0 2 4-0 72023年9 月第43 卷第5期Sep.2023Vol.43No.5traditional Chinese medicine acupoint localization model.And predict samples based on the tr
9、ained model to achieveacupoint recognition of unknown human data.During this period,a systematic evaluation was conducted on the accuracyof various artificial intelligence models,including RESNET based on position regression,UNET based on heat mapregression,and DMNET network based on attention mecha
10、nism.Results The RESNET scheme based on positionregression has high robustness and can preserve the structural correlation between different acupoints.The final modeldeployment experiment was conducted using a RESNET based network structure,and the evaluation results showedcertain differences in dif
11、ferent acupoints.Conclusion The application of this method in the traditional Chinese medicineChangqi Tongluo robot can achieve some unique techniques of renowned traditional Chinese medicine.Key words:Smooth Qi and dredge collaterals therapy;Tongluo robot;Acupoint positioning;Traditional Chinesemed
12、icine massage robot;Traditional Chinese medicine characteristic therapy现代中医药Modern Chinese Medicine25峨嵋武医畅气通络疗法,为全国名老中医药专家郭程湘所创,气血经络理论是畅气通络疗法诊治疾病的理论本源。气血阴阳及经络气化功能的失衡是临床痛痹疾病发生的根本病机,运用推拿、点穴手法可调整经络系统中的气血运行状态,疏通经脉,调养气血,激发经气,经临床实践和研究证实,该疗法治疗颈椎病、肩周炎、腰椎间盘突出症,膝骨关节炎,偏头痛,睡眠障碍,亚健康状态,以及部分内科杂症等皆有非常好的疗效,具有很高的推广价值
13、 1-8 。为了更好地挖掘“畅气通络”疗法的临床价值,更高效地传承与普及推广该疗法,研究中医畅气通络智能机器人非常有必要。经络的疏通是“畅气通络”疗法治疗疾病的首要条件,如何循经取穴非常重要,中医按摩机器人的穴位识别、穴位跟踪等技术已有不少专家学者们进行了研究,如杜光月等利用三维坐标测量仪测量若干人体穴位坐标数据,基于神经网络理论中的学习功能,设计实现按摩机器人在人体穴位寻找方面的功能 9 。董诗绘等根据ABB机器人机械手在空间上的运动指令,设计其在人体表面的坐标位移与定位,从而识别人体经络穴位 10 。党丽峰等针对患者在按摩过程中移动的现象,研究了一款能够实现实时图像采集分析、坐标变换的穴位
14、跟踪系统 4。基于视觉的腰背部中医通络机器人通过用视觉相机作为工具,进行采样、并对样本进行训练、并根据训练结果,达到对新目标进行穴位识别的目的。1腰背部中医通络机器人结构中医通络机器人是基于全国名老中医药专家郭程湘老师的中医畅气通络特色疗法,将机器人力控技术,3 D视觉引导技术,人工智能辅助定位技术,语音交互技术等与该疗法理念、技法结合,研发的一套针对腰背部的安全、舒适的中医通络智能协作机器人 12 。腰背部中医通络机器人的主要机械结构包括协作机器人机械臂、视觉相机、传感器、按摩头等 13-14。该设备主要实现对人体背部穴位的推拿按摩。如图1。机器人上位机系统共有6 个模块组成,分别是界面模块
15、,图像采集模块,AI穴位识别模块,运动规划模块 15,力控算法模块,按摩头控制模块 7 。如图2。其中界面模块主要的功能是接受用户的输人请求例如用户登录,用户的功能选择例如力度调整按摩方式,温度调整,速度调整,接收用户的请求之后软件系统开始内部操作,开始调用其他的功能模块。图像采集模块连接的是3 D视觉相机,用来采集人体背部的照片和深度信息,是系统的输人16 。AI识别模块,判断用户背部穴位位置信息,它实现功能的基础是依靠大量数据训练的神经网络,依据这种智能算法可以定位特定的穴位,标定出人体的穴位的坐标和法向量,然后通过共享内存的方式传递给上位机的界面 17-19 运动规划模块,在机械臂运动过
16、程中起主导作用,规划模块使用AI识别的穴位信息以及相机获得的3 D数据信息进行空间位姿的解算以及路径插值,实现对中医手法工程的仿真 2 0 2 。现代中医药26Modern Chinese Medicine力控控制算法,是在运动规划产生的路径中以特定的力度幅度向人体表面压紧或远离,功能的基础是依靠阻抗控制算法原理计算出末端位置2023年9 月第43 卷第5期Sep.2023Vol.43No.5修正量;该模块也有碰撞检测和拖动示教的功能 2 7 机械臂末端机械臂第一传感器视觉相机(六维力传感器)拖拽把手第二传感器(六维力传感器)按摩头触手图1腰背部中医通络机器人硬件结构机器人上位机共享内存上位机
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