數(shù)字化虛擬人力反饋角度的針刺手法研究思路

數(shù)字化虛擬人力反響角度的針刺手法研究思路【摘要】數(shù)字化虛擬人體研究是以先進(jìn)的信息技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)展真實(shí)人體信息數(shù)字化的研究。針刺手法是針灸的精華和針刺療效的關(guān)鍵,雖然采用一般方法對(duì)針刺手法進(jìn)展了有益的探究,但都不令人滿意。在穴位交融三維數(shù)字人體的根底上，將針刺過(guò)程以力反響形式表現(xiàn)出來(lái)，在針刺研究領(lǐng)域中可實(shí)現(xiàn)針刺手法的三維立體表達(dá)，可以準(zhǔn)確形象地展示針刺操作的手法過(guò)程,可使針刺手法的效應(yīng)機(jī)制研究獲得更大的進(jìn)展。借助數(shù)字化虛擬人體從力反響角度進(jìn)展針刺手法的深化研究意義重大?！娟P(guān)鍵詞】可視化人體方案;數(shù)字化虛擬人體;針刺手法;三維;力反響Abstrat：DigitizedVirtualHuanBdystudy,hihisassiatedithadvanedinfratintehniques,putertehnlgyandedialtehnlgy,aisatestablishingahuanbdydeliththree-diensinalrgansandphysilgialfuntinsbyputertehniques.Asaupunturalanipulatintehniqueplaysaniprtantrleintheeffetftheaupunturalandxibustin,agreatdealfresearhhasbeendnetexplreitsystery,hihisntsatisfying.Basednthethree-diensinvisiblehuanfusediththelalizatinaupintsinfratin,thepressfaupunturalarriesutithfrefeedbak.Intheresearhfaupunturalanipulatintehnique,itanntnlyrealizetheexpressindelfaupunturalanipulatintehniqueiththree-diensinbutakeahugeprgressintheehanisfaupunturalanipulatintehnique'seffet.S,it'sfgreatsignifianeinaupunturalanipulatintehniquedevelpent.Keyrds：Visiblehuanprjet;Digitizedvirtualhuanbdy;Aupunturdanipulatintehnique;Three-Diensin;Frefeedbak自美國(guó)1989年提出“可視化人體方案〞[1]以來(lái)，數(shù)字化虛擬人體研究進(jìn)展迅速。我國(guó)于2001年香山科學(xué)會(huì)議第174次學(xué)術(shù)討論會(huì)，啟動(dòng)了中國(guó)數(shù)字化虛擬人體研究。數(shù)字化虛擬人體詳細(xì)指通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的方式，將采自真實(shí)人體的形態(tài)學(xué)、生物物理學(xué)等數(shù)據(jù)信息及高級(jí)計(jì)算算法整合成一個(gè)研究環(huán)境，研究人體對(duì)各種外界刺激的反響，實(shí)現(xiàn)人體的數(shù)字化描繪。數(shù)字化虛擬人體研究聚集了當(dāng)前較新的科技成就，為醫(yī)學(xué)及多學(xué)科的研究和應(yīng)用提供一個(gè)根底技術(shù)研究平臺(tái)[2]。筆者認(rèn)為從力反響角度進(jìn)展數(shù)字化虛擬人體的針刺手法研究，可以多層次、全方位顯示穴位的立體構(gòu)筑，可以三維立體地觀察針刺過(guò)程，有助于針刺手法研究的準(zhǔn)確形象展示，為研究針刺手法提供了更直觀的操作平臺(tái);有利于針刺手法客觀化研究，并可使針灸學(xué)習(xí)者快速掌握各種針刺手法,為推動(dòng)針刺手法的研究意義重大。特作如下討論。1進(jìn)展針刺手法研究的重要性針刺手法是針灸之精華，歷來(lái)被視為針刺療效的關(guān)鍵。清代著名針灸學(xué)家李守先在?針灸易學(xué)?云：“不知難不在穴，在手法耳。〞?神灸經(jīng)論?云：“用針之要，先重手法，手法不調(diào)，不可以言針灸。〞自從?黃帝內(nèi)經(jīng)?為針刺手法的開展奠定了根底之后，歷代醫(yī)家通過(guò)其豐富的醫(yī)療理論對(duì)針刺手法進(jìn)展了不斷的探究，而明代針灸大家楊繼洲就極為重視針刺手法，在?針灸大成?中就廣錄前賢手法，且記載了楊氏許多家傳手法。近代針刺手法又有了進(jìn)一步的開展，出現(xiàn)了承澹安、趙熙、朱璉、魯之竣陸瘦燕等一批針灸大家。其中針灸大家承澹安就強(qiáng)調(diào)指力練習(xí);而針灸巨擘陸瘦燕認(rèn)為正確純熟地運(yùn)用針刺手法，是治療疾病獲得療效的關(guān)鍵之一[3]，并且注重針刺手法的臨床和實(shí)驗(yàn)研究，皆極大豐富了針刺手法的內(nèi)容。隨著國(guó)際交流與合作的深化和擴(kuò)大，作為中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)重要組成局部的針灸療法逐步走向世界，為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)日益作出了重大的奉獻(xiàn)。關(guān)于針刺手法的研究方興未艾。厲氏[4]在臨床治療時(shí)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用解剖學(xué)知識(shí)可使針刺臨床療效進(jìn)步。王氏[5]認(rèn)為應(yīng)利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)模擬手工操作以說(shuō)明針刺手法的本質(zhì)。運(yùn)用數(shù)字化虛擬人體技術(shù)那么可以多層次、全方位逼真表達(dá)人體腧穴的立體構(gòu)筑，為討論經(jīng)絡(luò)腧穴本質(zhì)及針刺手法提供了數(shù)字化平臺(tái)，操作者基于數(shù)字化虛擬人體可很好地實(shí)現(xiàn)腧穴準(zhǔn)確定位，可動(dòng)態(tài)模擬針刺過(guò)程，實(shí)現(xiàn)逼真演示針刺觸及解剖構(gòu)造及相關(guān)空間位置關(guān)系，可以在一個(gè)三維交互式虛擬環(huán)境下體會(huì)。為了更好地為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)效勞，保持我國(guó)在針灸領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位，作為中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)璀璨明珠的針灸學(xué)，更應(yīng)采用數(shù)字化虛擬人體進(jìn)展針刺手法的深化探究。2一般力學(xué)角度研究針刺手法的有益探究為了說(shuō)明針刺手法的本質(zhì)以便更深化地開展針刺手法，諸多科研工作者通過(guò)設(shè)計(jì)或借助儀器從力的角度對(duì)針刺手法進(jìn)展了探究。石學(xué)敏院士借助現(xiàn)代科學(xué)手段，率先提出針刺手法量學(xué)理論[6]，首次對(duì)針刺作用力的方向、大小及施術(shù)時(shí)間、兩次針刺間隔時(shí)間等進(jìn)展了科學(xué)界定。黃雪苔[7]認(rèn)為針刺應(yīng)遵循力學(xué)規(guī)那么，王琴玉等[8]也認(rèn)為針刺是利用力學(xué)原理來(lái)治玻丁氏[9]應(yīng)用現(xiàn)代集成電路技術(shù)，研制出一套在人體上測(cè)試各種針刺手法、并能感受施針者和受針者互相作用力的檢測(cè)系統(tǒng)。楊氏[10]應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)RS-232串行口通訊技術(shù)，通過(guò)針刺手法參數(shù)實(shí)時(shí)采集及教學(xué)演示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)針刺手法的數(shù)據(jù)化處理和分析。丁氏[11]采用安裝在針灸針體上的力和力矩微型傳感器系統(tǒng)測(cè)量了臨床針刺過(guò)程中針體上的受力數(shù)值和波形，并對(duì)均勻捻轉(zhuǎn)、均勻提插、捻轉(zhuǎn)補(bǔ)瀉法、提插補(bǔ)瀉法等手法進(jìn)展了系統(tǒng)研究與分析，認(rèn)為可用針體受力大小和波形作為針刺手法的客觀定量參數(shù)?？梢钥吹?雖然眾多醫(yī)教研工作者對(duì)針刺手法的研究進(jìn)展了有益的探究，為針刺手法的研究及教學(xué)提供了珍貴的借鑒，但目前對(duì)針刺手法的分析還不是很深化[12]。難以從不同角度、不同解剖層次、不同進(jìn)針層次三維立體地進(jìn)展針刺手法的研究，難以提供更直觀的反映動(dòng)態(tài)過(guò)程的電子解剖學(xué)手段，難以準(zhǔn)確形象地展示針刺操作的手法過(guò)程。3基于數(shù)字化虛擬人體從力反響角度研究針刺手法的原理分析3.1數(shù)字化虛擬人體角度研究針刺手法的優(yōu)點(diǎn)針刺的過(guò)程是毫針作用于穴位而產(chǎn)生力、形變與效應(yīng)的復(fù)雜過(guò)程。隨著時(shí)代的開展，傳統(tǒng)的二維圖譜與尸體解剖等教學(xué)方式已不能很好地適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)和研究的需要，而立體直觀形象探究一直是人類的追求。早在宋代，王惟一就設(shè)計(jì)并鑄成了銅人腧穴針灸模型，創(chuàng)始經(jīng)穴模型直觀教學(xué)之先河。石氏[13]認(rèn)為應(yīng)采用現(xiàn)代科技手段研究和開展針灸學(xué)。數(shù)字化虛擬人體自20世紀(jì)80年代提出以來(lái)，在軍事、工程、醫(yī)學(xué)、建筑等諸多領(lǐng)域得到迅速開展。田氏[14]認(rèn)為要使中醫(yī)藥現(xiàn)代化，就必須先使中醫(yī)藥數(shù)字化。將作為聚集當(dāng)前較新科技成就的數(shù)字化虛擬人體研究引入針刺手法領(lǐng)域的研究，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與解剖學(xué)及傳統(tǒng)的中醫(yī)針灸相結(jié)合，對(duì)針刺手法的研究意義重大。首先，融入腧穴信息的數(shù)字化虛擬人體可以多層次、全方位逼真表達(dá)人體腧穴的立體構(gòu)筑。操作者基于數(shù)字化虛擬人體可很好地實(shí)現(xiàn)腧穴準(zhǔn)確定位，可自由選擇觀察角度，形成對(duì)腧穴形態(tài)構(gòu)造有更為直觀的、全方位的認(rèn)識(shí)。其次，基于數(shù)字化虛擬人體進(jìn)展針刺手法研究，可以動(dòng)態(tài)模擬針刺過(guò)程，可從不同角度、不同解剖層次、不同進(jìn)針層次三維立體地觀察針刺過(guò)程，可從諸多層次、任意角度觀察針刺穴位時(shí)的解剖構(gòu)造、毗鄰構(gòu)造和進(jìn)針層次，有助于針刺手法研究的準(zhǔn)確形象展示。而且，數(shù)字化虛擬人體以它的“三維虛擬場(chǎng)景〞為研究者提供了一個(gè)逼真的研究情景，可給以真實(shí)的觸覺體驗(yàn)，令其積極地投入到場(chǎng)景之中，可以在一個(gè)三維交互式虛擬環(huán)境下體會(huì)。所以數(shù)字化虛擬人體可以以三維立體的形式充分展示針刺過(guò)程中不同層次和斷面解剖的立體構(gòu)像，實(shí)現(xiàn)逼真演示針刺觸及解剖構(gòu)造及相關(guān)空間位置關(guān)系，有利于準(zhǔn)確形象地展示針刺手法的操作過(guò)程，有利于更好地為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)效勞。3.2力反響角度研究針刺手法的原理分析在對(duì)針刺過(guò)程的模擬中，力感的主要來(lái)源是針體與人體組織接觸以及在進(jìn)針和操作過(guò)程中針體與人體組織互相作用所產(chǎn)生的反作用力。力反響是指作用在人的肌肉、關(guān)節(jié)和筋腱上的力，其作用是讓針刺施術(shù)者感受到虛擬現(xiàn)實(shí)中力的真實(shí)。在力反響與數(shù)字人結(jié)合方面，國(guó)際上以德國(guó)漢堡大學(xué)最早，把力反響用于顳骨手術(shù)系統(tǒng)中,對(duì)顳骨手術(shù)進(jìn)展了模擬[15]。我國(guó)在力反響與數(shù)字人結(jié)合方面的研究也有很大進(jìn)展，例如手術(shù)操作是非常精細(xì)的工作,要求較為準(zhǔn)確的力反潰譚氏[16]認(rèn)為可用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬手術(shù)器械的機(jī)電局部的控制,再反響在虛擬手術(shù)器械上。岳氏[17]提出了通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬力反響以替代真實(shí)力反響的方法。由于軟組織的反響力往往呈現(xiàn)出非線性的特點(diǎn)，李氏[18]使用非線性力反響模型仿真軟組織對(duì)手術(shù)器械的反響力，并對(duì)肝臟的模型參加非線性擾動(dòng)，建立了反響力的非線性模型，從而使反響力更加真實(shí)。由于數(shù)字化虛擬人體強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互、及時(shí)反響，故在虛擬針刺過(guò)程中引入力反響，通過(guò)力反響設(shè)備表現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的力量與方向，可讓針刺施術(shù)者感受到虛擬現(xiàn)實(shí)中力的真實(shí)，可使操作者不僅可以看到而且還能感覺到針刺部位層次。操作者通過(guò)其手操作虛擬針刺部位的穴位，與虛擬環(huán)境和虛擬模型進(jìn)展交互;在獲得圖像反響的同時(shí)獲取力覺的反響，形成對(duì)虛擬模型的一個(gè)完好的認(rèn)識(shí)，并感受到與虛擬對(duì)象交互產(chǎn)生的力，如同在真實(shí)人體腧穴針刺一樣?？捎H身體驗(yàn)針刺過(guò)程中力的大小及其變化，并可進(jìn)展不同手法的演練;而且由于其通過(guò)模擬人的視覺、聽覺、觸覺、力覺、運(yùn)動(dòng)感等，使人處于一種與真實(shí)世界非常逼真的虛擬世界中，來(lái)感受和評(píng)價(jià)虛擬世界中的場(chǎng)景和設(shè)備，故數(shù)字化虛擬人體對(duì)針刺手法的研究意義深遠(yuǎn)，可以提供一種直觀的動(dòng)態(tài)過(guò)程的針刺手法的研究，為針刺手法的深化研究開拓了新領(lǐng)域，對(duì)針刺手法的教學(xué)、研究和開展有重要的意義。香港中文大學(xué)王平安等[19]曾進(jìn)展過(guò)力反響與針刺穴位及數(shù)字人相結(jié)合的研究，成功研發(fā)了最初的針刺穴位組織力學(xué)模型，并可在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中用于針刺手法的模擬訓(xùn)練，但該模型只能進(jìn)展提插手法的力學(xué)模擬。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4基于數(shù)字化虛擬人體的針刺手法研究4.1數(shù)字化虛擬人體研究針刺手法的可行性分析自香山會(huì)議后，我國(guó)的解剖學(xué)專家、計(jì)算機(jī)專家及相關(guān)領(lǐng)域的專家們加強(qiáng)協(xié)作，參與國(guó)際科研大協(xié)作，跟蹤科學(xué)研究前沿。中國(guó)數(shù)字化可視人體(DVH)[20]獲得國(guó)家出色青年基金資助，已由解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)承當(dāng)施行。中國(guó)穴位三維人體在國(guó)家自然基金青年工程、衛(wèi)生部?jī)?yōu)秀青年人才基金工程、上海市啟明星方案工程資助下，已由上海中醫(yī)藥大學(xué)承當(dāng)施行。嚴(yán)教授指導(dǎo)的科研組多年來(lái)對(duì)穴位構(gòu)造進(jìn)展了由層次解剖構(gòu)造到斷面解剖構(gòu)造、由大體解剖構(gòu)造到顯微、超微構(gòu)造全面系統(tǒng)的研究，并進(jìn)展了“針灸穴位解剖構(gòu)造計(jì)算機(jī)三維圖像重建〞“危險(xiǎn)穴位針刺深度的研究〞和“假設(shè)干重要穴位立體構(gòu)筑的研究〞等相關(guān)研究，成功實(shí)現(xiàn)了“基于VHP數(shù)據(jù)的穴位可視化研究[21]〞和“基于VXEL-AN針灸學(xué)三維影像閱讀器的研究[22]〞及“穴位交融三位數(shù)字化虛擬人體研究〞等相關(guān)研究。該科研組還采用VHP男性數(shù)據(jù)集、VXEL-AN的BrainandSkull數(shù)據(jù)集和中國(guó)數(shù)字化虛擬人體數(shù)據(jù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形與圖像處理技術(shù)以及先進(jìn)的算法，將穴位數(shù)據(jù)全面系統(tǒng)地交融到VXEL-AN漢堡數(shù)字化人體，建立一個(gè)能表現(xiàn)多重醫(yī)學(xué)知識(shí)的智能三維可視人，可在微機(jī)上多層次全方位顯示穴位的立體構(gòu)筑。經(jīng)重建的穴位具有精度高、色彩真、立體感強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn);能任意旋轉(zhuǎn)，從任意角度切割，有利于反復(fù)觀察穴位各層次的構(gòu)造;僅僅通過(guò)挪動(dòng)和點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可任意定位、轉(zhuǎn)動(dòng)和觀察穴位內(nèi)部構(gòu)造及模擬針刺過(guò)程，為針刺手法與數(shù)字化虛擬人體技術(shù)的結(jié)合奠定了較好的研究基矗4.2數(shù)字化虛擬人體的角度研究針刺手法的理論與探究傳統(tǒng)活體的腧穴定位猶如黑匣子，穴下構(gòu)造無(wú)法透視;但數(shù)字化虛擬人體數(shù)據(jù)集采自真實(shí)人體，汲取了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，運(yùn)用三維數(shù)字化方式多層次、全方位逼真表達(dá)人體腧穴的立體構(gòu)筑，并且通過(guò)力反響裝置，使操作者基于數(shù)字化虛擬人體可很好地實(shí)現(xiàn)腧穴準(zhǔn)確定位，可動(dòng)態(tài)模擬針刺過(guò)程，能知道是否觸及血管、神經(jīng)或相鄰臟器，實(shí)現(xiàn)逼真演示針刺觸及解剖構(gòu)造及相關(guān)空間位置關(guān)系，可以在一個(gè)三維交互式虛擬環(huán)境下體會(huì)。程氏[23]利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，初步將針刺過(guò)程以力反響形式表現(xiàn)出來(lái)，給操作者以逼真的觸覺體驗(yàn)，為基于數(shù)字化虛擬人體從力反響角度進(jìn)展針刺手法的研究進(jìn)展了有益的探究。因虛擬人體可以在視野范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，故觀察者可以從不同角度觀察進(jìn)針過(guò)程，觀察進(jìn)針時(shí)的層次解剖及其立體空間構(gòu)造，能對(duì)虛擬進(jìn)針過(guò)程中針刺角度、深度以及相關(guān)的解剖構(gòu)造得以整體的、多視角的、立體的觀察。筆者所在的課題組在前期已經(jīng)為針刺手法與數(shù)字化虛擬人體技術(shù)結(jié)合奠定的較好研究根底上，擬依托于VXEL-AN虛擬人平臺(tái)，借助ega3df力反響裝置進(jìn)展。該力反響儀適宜軟組織的力學(xué)模擬，可以給操作者帶來(lái)真實(shí)的觸覺感受。并根據(jù)穴位所在區(qū)域的組織構(gòu)造的力學(xué)物理特性，模擬施針過(guò)程力學(xué)和視覺變化的仿真，通過(guò)力反響接口把數(shù)據(jù)傳遞到力學(xué)傳感器，從而讓操作者感知，實(shí)現(xiàn)視覺與觸覺的同步，到達(dá)虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感和逼真感。旨在通過(guò)對(duì)虛擬人體上的穴位進(jìn)展針刺手法研究，為針刺手法的教學(xué)及研究提供動(dòng)態(tài)的仿真手段，進(jìn)而為研究經(jīng)絡(luò)本質(zhì)開拓新路。5數(shù)字化虛擬人體從力反響角度研究針刺手法的展望基于數(shù)字化虛擬人體從力反響角度進(jìn)展針刺手法研究的意義深遠(yuǎn)，能將針刺過(guò)程中穴位各層組織構(gòu)造以虛擬現(xiàn)實(shí)和力反響的方式表現(xiàn)出來(lái)，給人們以動(dòng)態(tài)的直觀視覺感受與真實(shí)的力感觸覺體驗(yàn);可以使針灸初學(xué)者身臨其境地進(jìn)展施針訓(xùn)練，為其臨床操作技能奠定根底;可以通過(guò)記錄名家施針時(shí)的手法技巧，做好名醫(yī)傳承工作;可以根據(jù)針刺得氣時(shí)組織形變，從力學(xué)角度討論穴位和經(jīng)絡(luò)本質(zhì);并且有助于數(shù)字化虛擬人體的深化研究，賦予傳統(tǒng)的三維數(shù)字人以豐富的中醫(yī)特色，將使初級(jí)的中醫(yī)解剖虛擬人向高一級(jí)的中醫(yī)物理虛擬人跨越。有理由相信，隨著穴位數(shù)字化虛擬人研究的深化，用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來(lái)闡述針刺手法的效應(yīng)機(jī)制將獲得更大的進(jìn)展;隨著穴位數(shù)字化虛擬人研究的深化，傳統(tǒng)的針灸學(xué)、解剖學(xué)與現(xiàn)代生物力學(xué)、現(xiàn)代傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，必將產(chǎn)生一門更新型的學(xué)科-數(shù)字針刺手法學(xué);隨著數(shù)字化虛擬人研究的深化，作為中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)璀璨明珠的針灸學(xué)，必將更好地為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)效勞?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]Akeran.J.TheVisibleHuanPrjet:aresurefreduatin[J].Aaded，1999,74(6):667.[2]鐘世鎮(zhèn).數(shù)字化虛擬人體的科學(xué)意義及應(yīng)用前景等[J].第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022,23(3):193.[3]陸焱垚.陸瘦燕.朱汝功針灸臨床經(jīng)歷選介(三)-精通手法，針?biāo)幖媸┑尼t(yī)療特點(diǎn)[J].上海中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),1999,13(4):10.[4]厲衛(wèi)紅.從解剖學(xué)角度談針刺療效[J].江蘇中醫(yī),1998,19(2):3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