導語：數(shù)字化虛擬人體針刺手法論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：數(shù)字化虛擬人體研究是以先進的信息技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的方式進行真實人體信息數(shù)字化的研究。針刺手法是針灸的精華和針刺療效的關鍵,雖然采用一般方法對針刺手法進行了有益的探索,但都不令人滿意。在穴位融合三維數(shù)字人體的基礎上，將針刺過程以力反饋形式表現(xiàn)出來，在針刺研究領域中可實現(xiàn)針刺手法的三維立體表達，可以精確形象地展示針刺操作的手法過程,可使針刺手法的效應機制研究取得更大的進展。借助數(shù)字化虛擬人體從力反饋角度進行針刺手法的深入研究意義重大。

關鍵詞：可視化人體計劃；數(shù)字化虛擬人體；針刺手法；三維；力反饋

自美國1989年提出“可視化人體計劃”以來，數(shù)字化虛擬人體研究進展迅速。我國于2001年香山科學會議第174次學術(shù)討論會，啟動了中國數(shù)字化虛擬人體研究。數(shù)字化虛擬人體具體指通過先進的信息技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的方式，將采自真實人體的形態(tài)學、生物物理學等數(shù)據(jù)信息及高級計算算法整合成一個研究環(huán)境，研究人體對各種外界刺激的反應，實現(xiàn)人體的數(shù)字化描述。數(shù)字化虛擬人體研究匯集了當前較新的科技成就，為醫(yī)學及多學科的研究和應用提供一個基礎技術(shù)研究平臺。筆者認為從力反饋角度進行數(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程，有助于針刺手法研究的精確形象展示，為研究針刺手法提供了更直觀的操作平臺；有利于針刺手法客觀化研究，并可使針灸學習者快速掌握各種針刺手法,為推動針刺手法的研究意義重大。特作如下探討。

一、進行針刺手法研究的重要性

針刺手法是針灸之精華，歷來被視為針刺療效的關鍵。清代著名針灸學家李守先在《針灸易學》云：“不知難不在穴，在手法耳?！薄渡窬慕?jīng)論》云：“用針之要，先重手法，手法不調(diào)，不可以言針灸?！弊詮摹饵S帝內(nèi)經(jīng)》為針刺手法的發(fā)展奠定了基礎之后，歷代醫(yī)家通過其豐富的醫(yī)療實踐對針刺手法進行了不斷的探索，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一步的發(fā)展，出現(xiàn)了承澹安、趙熙、朱璉、魯之俊、陸瘦燕等一批針灸大家。其中針灸大家承澹安就強調(diào)指力練習；而針灸巨擘陸瘦燕認為正確熟練地運用針刺手法，是治療疾病取得療效的關鍵之一，并且注重針刺手法的臨床和實驗研究，皆極大豐富了針刺手法的內(nèi)容。

隨著國際交流與合作的深入和擴大，作為中國傳統(tǒng)醫(yī)學重要組成部分的針灸療法逐步走向世界，為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)日益作出了重大的貢獻。關于針刺手法的研究方興未艾。厲氏在臨床治療時，發(fā)現(xiàn)運用解剖學知識可使針刺臨床療效提高。王氏認為應利用先進的科學技術(shù)模擬手工操作以闡明針刺手法的本質(zhì)。運用數(shù)字化虛擬人體技術(shù)則可以多層次、全方位逼真表達人體腧穴的立體構(gòu)筑，為探討經(jīng)絡腧穴實質(zhì)及針刺手法提供了數(shù)字化平臺，操作者基于數(shù)字化虛擬人體可很好地實現(xiàn)腧穴精確定位，可動態(tài)模擬針刺過程，實現(xiàn)逼真演示針刺觸及解剖結(jié)構(gòu)及相關空間位置關系，可以在一個三維交互式虛擬環(huán)境下體會。為了更好地為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)服務，保持我國在針灸領域的國際領先地位，作為中國傳統(tǒng)醫(yī)學璀璨明珠的針灸學，更應采用數(shù)字化虛擬人體進行針刺手法的深入探索。

二、一般力學角度研究針刺手法的有益探索

為了闡明針刺手法的本質(zhì)以便更深入地發(fā)展針刺手法，諸多科研工作者通過設計或借助儀器從力的角度對針刺手法進行了探索。石學敏院士借助現(xiàn)代科學手段，率先提出針刺手法量學理論，首次對針刺作用力的方向、大小及施術(shù)時間、兩次針刺間隔時間等進行了科學界定。黃雪苔認為針刺應遵循力學規(guī)則，王琴玉等也認為針刺是利用力學原理來治病。丁氏應用現(xiàn)代集成電路技術(shù)，研制出一套在人體上測試各種針刺手法、并能感受施針者和受針者相互作用力的檢測系統(tǒng)。楊氏應用標準RS-232串行口通訊技術(shù)，通過針刺手法參數(shù)實時采集及教學演示系統(tǒng)，實現(xiàn)針刺手法的數(shù)據(jù)化處理和分析。丁氏采用安裝在針灸針體上的力和力矩微型傳感器系統(tǒng)測量了臨床針刺過程中針體上的受力數(shù)值和波形，并對均勻捻轉(zhuǎn)、均勻提插、捻轉(zhuǎn)補瀉法、提插補瀉法等手法進行了系統(tǒng)研究與分析，認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)。

可以看到,雖然眾多醫(yī)教研工作者對針刺手法的研究進行了有益的探索，為針刺手法的研究及教學提供了寶貴的借鑒，但目前對針刺手法的分析還不是很深入。難以從不同角度、不同解剖層次、不同進針層次三維立體地進行針刺手法的研究，難以提供更直觀的反映動態(tài)過程的電子解剖學手段，難以精確形象地展示針刺操作的手法過程。

三、基于數(shù)字化虛擬人體從力反饋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)點針刺的過程是毫針作用于穴位而產(chǎn)生力、形變與效應的復雜過程。隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的二維圖譜與尸體解剖等教學方式已不能很好地適應現(xiàn)代教學和研究的需要，而立體直觀形象探索一直是人類的追求。早在宋代，王惟一就設計并鑄成了銅人腧穴針灸模型，開創(chuàng)經(jīng)穴模型直觀教學之先河。石氏認為應采用現(xiàn)代科技手段研究和發(fā)展針灸學。數(shù)字化虛擬人體自20世紀80年代提出以來，在軍事、工程、醫(yī)學、建筑等諸多領域得到迅速發(fā)展。田氏認為要使中醫(yī)藥現(xiàn)代化，就必須先使中醫(yī)藥數(shù)字化。將作為匯集當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域的研究，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與解剖學及傳統(tǒng)的中醫(yī)針灸相結(jié)合，對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現(xiàn)腧穴精確定位，可自由選擇觀察角度，形成對腧穴形態(tài)結(jié)構(gòu)有更為直觀的、全方位的認識。其次，基于數(shù)字化虛擬人體進行針刺手法研究，可以動態(tài)模擬針刺過程，可從不同角度、不同解剖層次、不同進針層次三維立體地觀察針刺過程，可從諸多層次、任意角度觀察針刺穴位時的解剖結(jié)構(gòu)、毗鄰結(jié)構(gòu)和進針層次，有助于針刺手法研究的精確形象展示。而且，數(shù)字化虛擬人體以它的“三維虛擬場景”為研究者提供了一個逼真的研究情景，可給以真實的觸覺體驗，令其積極地投入到場景之中，可以在一個三維交互式虛擬環(huán)境下體會。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程中不同層次和斷面解剖的立體構(gòu)像，實現(xiàn)逼真演示針刺觸及解剖結(jié)構(gòu)及相關空間位置關系，有利于精確形象地展示針刺手法的操作過程，有利于更好地為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)服務。

3.2力反饋角度研究針刺手法的原理分析在對針刺過程的模擬中，力感的主要來源是針體與人體組織接觸以及在進針和操作過程中針體與人體組織相互作用所產(chǎn)生的反作用力。力反饋是指作用在人的肌肉、關節(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)實中力的真實。在力反饋與數(shù)字人結(jié)合方面，國際上以德國漢堡大學最早，把力反饋用于顳骨手術(shù)系統(tǒng)中,對顳骨手術(shù)進行了模擬。我國在力反饋與數(shù)字人結(jié)合方面的研究也有很大進展，例如手術(shù)操作是非常精細的工作,要求較為精確的力反饋。譚氏認為可用計算機軟件來實現(xiàn)對虛擬手術(shù)器械的機電部分的控制,再反饋在虛擬手術(shù)器械上。岳氏提出了通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬力反饋以替代真實力反饋的方法。由于軟組織的反饋力往往呈現(xiàn)出非線性的特點，李氏使用非線性力反饋模型仿真軟組織對手術(shù)器械的反饋力，并對肝臟的模型加入非線性擾動，建立了反饋力的非線性模型，從而使反饋力更加真實。

由于數(shù)字化虛擬人體強調(diào)人機交互、及時反饋，故在虛擬針刺過程中引入力反饋，通過力反饋設備表現(xiàn)出對應的力量與方向，可讓針刺施術(shù)者感受到虛擬現(xiàn)實中力的真實，可使操作者不僅能夠看到而且還能感覺到針刺部位層次。操作者通過其手操作虛擬針刺部位的穴位，與虛擬環(huán)境和虛擬模型進行交互；在獲得圖像反饋的同時獲取力覺的反饋，形成對虛擬模型的一個完整的認識，并感受到與虛擬對象交互產(chǎn)生的力，如同在真實人體腧穴針刺一樣。可親身體驗針刺過程中力的大小及其變化，并可進行不同手法的演練；而且由于其通過模擬人的視覺、聽覺、觸覺、力覺、運動感等，使人處于一種與真實世界非常逼真的虛擬世界中，來感受和評價虛擬世界中的場景和設備，故數(shù)字化虛擬人體對針刺手法的研究意義深遠，可以提供一種直觀的動態(tài)過程的針刺手法的研究，為針刺手法的深入研究開拓了新領域，對針刺手法的教學、研究和發(fā)展有重要的意義。香港中文大學王平安等曾進行過力反饋與針刺穴位及數(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模型，并可在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中用于針刺手法的模擬訓練，但該模型只能進行提插手法的力學模擬。

四、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議后，我國的解剖學專家、計算機專家及相關領域的專家們加強協(xié)作，參與國際科研大協(xié)作，跟蹤科學研究前沿。中國數(shù)字化可視人體(CDVH)獲得國家杰出青年基金資助，已由解放軍第三軍醫(yī)大學承擔實施。中國穴位三維人體在國家自然基金青年項目、衛(wèi)生部優(yōu)秀青年人才基金項目、上海市啟明星計劃項目資助下，已由上海中醫(yī)藥大學承擔實施。嚴教授領導的科研組多年來對穴位結(jié)構(gòu)進行了由層次解剖結(jié)構(gòu)到斷面解剖結(jié)構(gòu)、由大體解剖結(jié)構(gòu)到顯微、超微結(jié)構(gòu)全面系統(tǒng)的研究，并進行了“針灸穴位解剖結(jié)構(gòu)計算機三維圖像重建”“危險穴位針刺深度的研究”和“若干重要穴位立體構(gòu)筑的研究”等相關研究，成功實現(xiàn)了“基于VHP數(shù)據(jù)的穴位可視化研究”和“基于VOXEL-MAN針灸學三維影像瀏覽器的研究”及“穴位融合三位數(shù)字化虛擬人體研究”等相關研究。該科研組還采用VHP男性數(shù)據(jù)集、VOXEL-MAN的BrainandSkull數(shù)據(jù)集和中國數(shù)字化虛擬人體數(shù)據(jù)，運用計算機圖形與圖像處理技術(shù)以及先進的算法，將穴位數(shù)據(jù)全面系統(tǒng)地融合到VOXEL-MAN漢堡數(shù)字化人體，建立一個能表現(xiàn)多重醫(yī)學知識的智能三維可視人，可在微機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、立體感強的優(yōu)點；能任意旋轉(zhuǎn)，從任意角度切割，有利于反復觀察穴位各層次的結(jié)構(gòu)；僅僅通過移動和點擊鼠標即可任意定位、轉(zhuǎn)動和觀察穴位內(nèi)部結(jié)構(gòu)及模擬針刺過程，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礎。

4.2數(shù)字化虛擬人體的角度研究針刺手法的實踐與探索傳統(tǒng)活體的腧穴定位猶如黑匣子，穴下結(jié)構(gòu)無法透視；但數(shù)字化虛擬人體數(shù)據(jù)集采自真實人體，吸取了先進的科學技術(shù)手段，運用三維數(shù)字化方式多層次、全方位逼真表達人體腧穴的立體構(gòu)筑，并且通過力反饋裝置，使操作者基于數(shù)字化虛擬人體可很好地實現(xiàn)腧穴精確定位，可動態(tài)模擬針刺過程，能知道是否觸及血管、神經(jīng)或相鄰臟器，實現(xiàn)逼真演示針刺觸及解剖結(jié)構(gòu)及相關空間位置關系，可以在一個三維交互式虛擬環(huán)境下體會。程氏利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，初步將針刺過程以力反饋形式表現(xiàn)出來，給操作者以逼真的觸覺體驗，為基于數(shù)字化虛擬人體從力反饋角度進行針刺手法的研究進行了有益的探索。公務員之家:

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針過程，觀察進針時的層次解剖及其立體空間結(jié)構(gòu)，能對虛擬進針過程中針刺角度、深度以及相關的解剖結(jié)構(gòu)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)合奠定的較好研究基礎上，擬依托于VOXEL-MAN虛擬人平臺，借助Omega3dof力反饋裝置進行。該力反饋儀適宜軟組織的力學模擬，能夠給操作者帶來真實的觸覺感受。并依據(jù)穴位所在區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)的力學物理特性，模擬施針過程力學和視覺變化的仿真，通過力反饋接口把數(shù)據(jù)傳遞到力學傳感器，從而讓操作者感知，實現(xiàn)視覺與觸覺的同步，達到虛擬現(xiàn)實的沉浸感和逼真感。旨在通過對虛擬人體上的穴位進行針刺手法研究，為針刺手法的教學及研究提供動態(tài)的仿真手段，進而為研究經(jīng)絡實質(zhì)開辟新路。

五、數(shù)字化虛擬人體從力反饋角度研究針刺手法的展望

基于數(shù)字化虛擬人體從力反饋角度進行針刺手法研究的意義深遠，能將針刺過程中穴位各層組織結(jié)構(gòu)以虛擬現(xiàn)實和力反饋的方式表現(xiàn)出來，給人們以動態(tài)的直觀視覺感受與真實的力感觸覺體驗；能夠使針灸初學者身臨其境地進行施針訓練，為其臨床操作技能奠定基礎；能夠通過記錄名家施針時的手法技巧，做好名醫(yī)傳承工作；能夠依據(jù)針刺得氣時組織形變，從力學角度探討穴位和經(jīng)絡實質(zhì)；并且有助于數(shù)字化虛擬人體的深入研究，賦予傳統(tǒng)的三維數(shù)字人以豐富的中醫(yī)特色，將使初級的中醫(yī)解剖虛擬人向高一級的中醫(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入，用現(xiàn)代科學技術(shù)來闡述針刺手法的效應機制將取得更大的進展；隨著穴位數(shù)字化虛擬人研究的深入，傳統(tǒng)的針灸學、解剖學與現(xiàn)代生物力學、現(xiàn)代傳感技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合，必將產(chǎn)生一門更新型的學科-數(shù)字針刺手法學；隨著數(shù)字化虛擬人研究的深入，作為中國傳統(tǒng)醫(yī)學璀璨明珠的針灸學，必將更好地為人類的衛(wèi)生保健事業(yè)服務。