虚拟现实技术指采用以计算机为核心的各种技术,生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围的虚拟环境
[5]。虚拟现实实际上是一种人机接口,为用户提供各种直观而又自然的实时交互手段。在医学方面,虚拟现实为诊断疾病,治疗康复及医学教育与培训提供了一种全新的方法。
研究的主要工作在于:对融合了虚拟现实力反馈技术与组织形变技术的针灸虚拟人进行研究,完成了腧穴相关组织(肌肉、血管、神经)的图像分割与图形建模,实现了腧穴在虚拟人体中的定位与表达;通过制作腧穴的针刺三维动画以实现穴位进针时的全方位立体观察,实现了虚拟进针视觉再现。通过解决Omega力反馈仪与VOXEL-MAN系统的接口问题和创建有名管道Fifoserver,实现了虚拟视觉和力反馈进程间的信息传输[6],同时基于虚拟人图像分割建立了人体组织力学模型,搭建了虚拟针刺力反馈系统,实现了虚拟进针的触觉再现。
研究对虚拟现实技术和针灸学、三维虚拟人之间的关系也有了更新的认识,为疾病的诊断、医技传承和治疗康复及医学教育与培训提供了一种新的方法。
虽然研究基于三维数字人模型,综合运用虚拟现实技术,构建完善、逼真的虚拟针刺力反馈仿真系统,达到了预期研究目标,但尚有以下不足须讨论:
3.1 虚拟进针中虚拟人体上腧穴定位不足性探讨 由于穴位的定位有着全方位要求,所以对虚拟人数据集的要求也会是多体位的,对于定位和取穴,其体位有着不同的要求,如上肢穴位的曲池(LI11)穴的定位标准是在肘关节前外侧,肘横纹桡侧端与肱骨外上髁连线之中点,相应地取穴要求正坐屈肘成90°取之;环跳穴的定位标准是为:在股外侧部,侧卧屈股,在股骨大转子最高点与骶骨裂孔的连线上,当外1/3与中1/3的交点处,取穴要求侧卧屈股。但当采用VHP数据集获取断面数据时,却不能通过标准的解剖学姿势来定位;因为虚拟人上肢前臂呈旋前位,肘关节略屈曲,不是解剖学姿势,一定程度影响定位。同时由于不同穴位的定位对体位又有着不同的要求,例如环跳穴的定位标准是要求侧卧屈股的,而虚拟人却难以进行相应的体位变换或变形,所以在虚拟人体上对腧穴精确定位的可视化研究具有一定难度,受一些限制,穴位定位的准确性会受到一定影响。
3.2 虚拟进针中对不同人种和体型穴位进针深度的探讨 通过对脚本文件的编辑和生成动画后的观察发现,按照中国规定的穴位进针深度所生成的动画中,针尖远远不能到达穴位要求的深度,这样不会起到很好的治疗作用。如肾俞穴,常用进针深度为一二寸,但在课题中进针深度达到2寸左右;环跳穴,常用进针深度为二三寸左右,在课题中进针深度达到3寸左右才能到达目标区。进针深度的标准是中国长期临床实践经验的结果。相对于西方人种而言,东方人种体型普遍比较矮小,相应地进针深度也较浅;如果把东方人进针深度的标准运用到西方人身上,从此项研究的观察来看,进针深度过浅,可能会对针刺疗效造成一定的影响,所以国外进针深度的标准不应该照搬中国。同时对于不同人种间的穴位定位、进针深度等方面研究还需进行,这对针灸的国内外传播有着深远影响。
3.3 血管和神经建模后的逼真性探讨 血管和神经在VHP数据集上的信息,或者说血管和神经能否在横断面上清晰的显示,是决定血管和神经数学建模成功与否的关键。VOXEL-MAN虚拟人体在获取断面数据时,由于受技术条件以及操作等方面的限制,使血管和神经虽然在横断面上有痕迹可查,但并不是在每一个片层上都能清晰的显示。所以在利用管状图形编辑器进行数学建模时,针对血管和神经的走向是否与实际相符合,就需要依据解剖学知识进行对照,这样就造成人为的主观因素的参与,所以血管和神经在建模过程中会有一定程度的失真性。究其原因,可能有以下几个因素:血管和神经本身有各自的走向特点,而且血管和神经之间的关系从空间结构上来讲本身就比较复杂;布控型值点时,在血管和神经走向变动较大的片层可能布控过少,导致曲线的走向未能完全与实际相符;血管和神经的建模只能在分割窗口下进行,使整个建模过程可参照的组织结构过少。
虚拟现实技术在研究内容上充实了针灸学。
①从针灸教学的角度来说,为针灸教学提供一种动态的兼具视觉与触觉感受的仿真手段,为学习者提供了一个“三维虚拟场景”的逼真学习情景,让学生积极投入到场景之中,充分发挥其主动性。采用现代传感技术,在将来可对针灸医生行之有效的经验手法各项参数进行采集,找出他们进针和行针时的共性和特性,导入到数字虚拟人中,让后学者在已有的虚拟人体模型上深入临摹,让他们体验多种针刺补泻手法的客观针感效果,有利于快速掌握针刺的各种手法,为提高临床疗效打下基础;
②从针刺得气机制研究的角度来说,在将来可借此平台探讨:不同进针机械刺激模式(提插、捻转)同皮下组织与肌层变形(包括缠绕刺针的牵拉作用)的关系,同穴位周围微小血管与神经的关系,以及同组织浅层客观针感与深层客观针感间的关系,进而为研究针感形成的生物学基础开辟一条新路;
③从为个性化针刺治疗提供依据的角度来说,在将来可利用现代传感技术进行大样本、多人群(从性别、职业、年龄、胖瘦、体质、地域等因素考虑)的在体针刺手法力学参数的实时测定,可建立针刺时人体软组织生物力学数据库,为个性化针刺治疗提供依据;
④从新型学科产生的角度来说,将古老的针灸学、解剖学与现代生物力学、现代传感技术和计算机图形图像处理技术相结合,必将产生一门更新型的学科——数字针灸学
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中国组织工程研究杂志出版内容重点:人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程