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        沉浸式全息虛擬現(xiàn)實(shí)的腧穴定位交互教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2021-09-10 07:22:44陳文文曹瀟藝黃予謙王凱婷李敏
        關(guān)鍵詞:體表腧穴全息

        陳文文 曹瀟藝 黃予謙 王凱婷 李敏

        摘要:數(shù)字化信息時(shí)代的到來(lái),推動(dòng)虛擬交互教學(xué)的發(fā)展。為了提高腧穴的教學(xué)效果,設(shè)計(jì)了沉浸式腧穴全息定位交互教學(xué)系統(tǒng)。建立虛擬人體模型并標(biāo)記好腧穴,利用投影儀將影像投影到人體體表,在人體體表顯現(xiàn)所需腧穴的定位點(diǎn),為腧穴研究和針灸教學(xué)開(kāi)啟新思路,提供新手段。

        關(guān)鍵字:腧穴定位;人體三維模型;虛擬現(xiàn)實(shí);穴位

        【中圖分類號(hào)】R24 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2026-5328(2021)05-044-02

        數(shù)字化虛擬人技術(shù)催生了數(shù)字化腧穴學(xué),為虛擬腧穴教學(xué)提供了新思路[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)擁有低成本、多互動(dòng)、強(qiáng)趣味、高安全、可重復(fù)等諸多優(yōu)點(diǎn),可以作為一種新型的教學(xué)工具,在課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等多種教學(xué)場(chǎng)景中加以應(yīng)用,可不斷提升課程的教學(xué)效果[2]。融合虛擬解剖平臺(tái)的交互式教學(xué)可有效提高腧穴實(shí)踐教學(xué)的效果[3]。

        腧穴三維可視化技術(shù)可以更好、更直觀地在虛擬人體模型上看到腧穴的解剖位置[4]。目前腧穴虛擬交互教學(xué)中實(shí)現(xiàn)腧穴的可視化都是建立了虛擬腧穴模型,在計(jì)算機(jī)上操作模型實(shí)現(xiàn)虛擬腧穴交互教學(xué)[1,5,6,7],這種虛擬腧穴交互教學(xué)仍隔著一層屏幕,為了進(jìn)一步提升教學(xué)效果,設(shè)計(jì)了沉浸式全息虛擬現(xiàn)實(shí)的腧穴定位交互教學(xué)系統(tǒng)。

        一、腧穴定位建模技術(shù)和成果

        基于紅外和電阻抗設(shè)備存在一些由環(huán)境、人體生理變化等因素的影響而產(chǎn)生誤差的缺陷,最終我們采用最傳統(tǒng)的方式進(jìn)行人體建模,依據(jù)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行腧穴定位,也可以和其他信息處理系統(tǒng)相結(jié)合,做到數(shù)據(jù)可視化

        1.建立人體虛擬模型

        沉浸式腧穴全息虛擬定位系統(tǒng)是采用“骨度分寸法”建立人體標(biāo)準(zhǔn)虛擬模型,依據(jù)骨度折量寸結(jié)合體表標(biāo)志標(biāo)記腧穴位置,標(biāo)記后請(qǐng)專家審核腧穴的位置,確保其準(zhǔn)確性。

        骨度折量法[8],古稱“骨度法”,即以骨節(jié)為主要標(biāo)志測(cè)量周身各部位的大小、長(zhǎng)短,并依其比例折算出尺寸。采用骨度分寸折量法,不論男女老幼、高矮胖瘦,只要部位相同,其寸數(shù)便相同,均可按此標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。由于每個(gè)人的年齡體型都有一定的差異,每個(gè)人的穴位絕對(duì)位置會(huì)有一定的差異,但對(duì)應(yīng)骨骼的相對(duì)位置是一定的;我們的虛擬人體模型正是按照骨度分寸折量進(jìn)行建模。我們?cè)谌梭w模型上建立骨骼,調(diào)整骨骼以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的改變。模型共有22616頂點(diǎn)、25510面數(shù)、59對(duì)象和13輔助對(duì)象。

        2.腧穴在模型上的定位

        國(guó)標(biāo)規(guī)定的取穴方法有三種:體表解剖標(biāo)志定位法、骨度分寸定位法以及手指比量法,“寸”和體表標(biāo)志的選擇可以確保取穴準(zhǔn)確性,而腧穴準(zhǔn)確定位是針灸臨床療效的保障[9,10]。中醫(yī)中體表標(biāo)志取穴法,即通過(guò)體表標(biāo)志進(jìn)行取穴,以體表標(biāo)志為基礎(chǔ),骨度分寸法為度量,輔以手指比量法可對(duì)腧穴進(jìn)行客觀定位[11]。

        在模型上依據(jù)骨度分寸法結(jié)合體表標(biāo)記取穴法標(biāo)記腧穴的位置,標(biāo)記后請(qǐng)專家確認(rèn)了穴位的準(zhǔn)確性。人體虛擬腧穴模型建立好后,再反投影到人體體表,矢量調(diào)整模型比例與人體體表相吻合,虛擬穴位相對(duì)位置保持不變,就能實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的定位。

        3.腧穴體表投影的原理和實(shí)現(xiàn)

        3.1等大投影

        投影機(jī)先將光線照射到圖像顯示元件上來(lái)產(chǎn)生影像,然后通過(guò)鏡頭進(jìn)行投影。

        由于通過(guò)改變物距與焦距的距離可以改變像的大小,且物的大小和像的大小有一定的比例關(guān)系。物距是固定的,根據(jù)投影比例固定像距,調(diào)節(jié)物即建立的人體模型比例的大小就可以調(diào)節(jié)像的大小,或者調(diào)節(jié)投影儀的參數(shù),最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)等大投影的目的。

        3.2在人體體表顯示腧穴的位置

        使用時(shí),使用者需要采取固定體位,該體位應(yīng)與治療體位一致。該系統(tǒng)采用全息投影的方式,因此除了需要考慮治療方面的體位,還應(yīng)考慮投影方面的體位,選擇合適的體位使投影能夠最大限度地符合體表。臨床常用的體位基本上有兩種,即臥位和坐位[12]。坐位又可分為仰靠坐位、側(cè)伏坐位、俯伏坐位[12]。

        本文選取仰臥位進(jìn)行舉例。讓受試者仰臥保持不動(dòng),再根據(jù)實(shí)際投影的方向微調(diào)姿勢(shì),使人體的前臂與虛擬人體模型中的前臂基本吻合,再看虛擬模型投影到人體表面的穴位點(diǎn),比較準(zhǔn)確地確定出這些穴位的位置。綜上,使用者的體位首先根據(jù)治療體位來(lái)定,再考慮投影因素微角調(diào)度方向進(jìn)行尋穴。固定的體位讓模型圖像能長(zhǎng)時(shí)間、準(zhǔn)確地投影到對(duì)應(yīng)人體部位上,并與其重合,能更加準(zhǔn)確地達(dá)到尋穴的目的。

        二、沉浸式全息虛擬現(xiàn)實(shí)腧穴交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        1.投影式腧穴虛擬定位系統(tǒng)

        一個(gè)投影能實(shí)現(xiàn)局部的多方向定位,如果采用多個(gè)方向投影,理論上可以實(shí)現(xiàn)人體橫向360°和縱向360°的多方位投影。使用多個(gè)投影儀,分別投影人體手臂正、側(cè)兩面,使兩面分別完整重合,形成一個(gè)類似全息投影的人體手臂影像,投影到人體后,相對(duì)應(yīng)的穴位點(diǎn)在人體表面呈現(xiàn),達(dá)到部分全息的效果。

        2.沉浸式虛擬腧穴交互教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)想

        由下圖所示,投影儀經(jīng)四個(gè)面反射投射穴位,在中間形成虛擬影像,人躺在在中間,可在人體身上形成虛影,從而實(shí)現(xiàn)腧穴虛擬定位。沉浸式腧穴定位系統(tǒng)運(yùn)用全息虛擬現(xiàn)實(shí)形成虛影,猶如身臨其境,更好的助于腧穴位置的教學(xué),為以后腧穴教學(xué)提供一種新思路和新手段。

        三、討論與展望

        (一)醫(yī)學(xué)院校示教

        此沉浸式的腧穴穴位定位交互教學(xué)系統(tǒng),可以讓學(xué)生在平時(shí)的自我訓(xùn)練中初識(shí)穴位的大致位置,有一定的視覺(jué)印象。人體腧穴虛擬模型的投影虛影可以減輕紙質(zhì)和實(shí)體模型的消耗。采用全息投影技術(shù),讓人體代替墻上的空白投影幕布,在人體上顯示實(shí)影,縮短了人與腧穴的距離,既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率,也可以減輕老師施教負(fù)擔(dān)。

        (二)理療機(jī)構(gòu)理療服務(wù)

        隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們康復(fù)保健意識(shí)的不斷提高,社會(huì)對(duì)康復(fù)理療人員的需求不斷增長(zhǎng)。對(duì)于一些沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)的理療服務(wù)人員,可以通過(guò)虛擬腧穴定位交互系統(tǒng)進(jìn)行自我學(xué)習(xí),也能夠在服務(wù)時(shí)運(yùn)用此技術(shù),進(jìn)行簡(jiǎn)易快速的穴位定位,達(dá)到節(jié)省時(shí)間、提高服務(wù)效率的目標(biāo)。

        (三)居家健康

        養(yǎng)生是人類永恒的主題,只要生命存在,就需要養(yǎng)護(hù)。而對(duì)腧穴的理療是實(shí)現(xiàn)養(yǎng)生保健的有效方法之一。在日常百姓生活中,穴位按摩、穴位治療越來(lái)越日常。在日常百姓生活中,穴位按摩、穴位治療越來(lái)越日常。普通人對(duì)于居家理療的需求也越來(lái)越迫切,而操作簡(jiǎn)易且快速的穴位定位更能被接受。病理下,人體穴位會(huì)有敏化態(tài),受小刺激會(huì)有大反應(yīng),找準(zhǔn)穴位的位置才能實(shí)現(xiàn)更好的治療效果[13]。穴位的正確尋找也顯得更加重要,此投影式的腧穴穴位定位系統(tǒng)可以幫助百姓日常家中的穴位尋找,方便快捷。

        四、參考文獻(xiàn)

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        [2] 岳梅. 虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用場(chǎng)景研究[J]. 中國(guó)中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育.2020, 18(17).48-50

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        浙江中醫(yī)藥大學(xué),杭州? 310053

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