虛擬仿真技術(shù)與中醫(yī)思維訓(xùn)練系統(tǒng)研究

時(shí)間:2022-12-20 09:37:24

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虛擬仿真技術(shù)與中醫(yī)思維訓(xùn)練系統(tǒng)研究

摘要:為進(jìn)一步提升學(xué)生綜合分析四診信息進(jìn)行辨證論治的能力,解決當(dāng)前中醫(yī)實(shí)訓(xùn)規(guī)范化不足、中醫(yī)思維能力訓(xùn)練欠缺的問題,研究團(tuán)隊(duì)圍繞中醫(yī)思維特點(diǎn),以證素辨證原理為指導(dǎo),采用虛擬仿真技術(shù)模擬真實(shí)世界中醫(yī)臨床辨證論治的全過程,開展中醫(yī)思維訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)研究,通過設(shè)置四診歸類、證素辨證、綜合案例三個(gè)模塊,為學(xué)生搭建起一個(gè)涵蓋中醫(yī)基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)、中醫(yī)辨證思維培養(yǎng)和臨床實(shí)踐技能訓(xùn)練的現(xiàn)代化中醫(yī)實(shí)訓(xùn)平臺。

關(guān)鍵詞:虛擬仿真技術(shù);中醫(yī)思維;證素辨證

當(dāng)代醫(yī)學(xué)發(fā)展迅猛,醫(yī)療水平不斷提升,這些離不開理論創(chuàng)新與科技成果的深度融合。虛擬仿真技術(shù)作為現(xiàn)代信息技術(shù)的代表,具有良好的交互性與可替代性,被認(rèn)為是三大發(fā)展前景最好的計(jì)算機(jī)技術(shù)之一。隨著虛擬仿真技術(shù)不斷成熟和使用成本不斷降低,該技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用到社會生活的諸多領(lǐng)域。2018年教育部為適應(yīng)信息化條件下知識獲取方式和傳授方式、教和學(xué)關(guān)系等發(fā)生革命性變化的要求,決定開展國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作,全國高校隨即紛紛響應(yīng),掀起了研究虛擬仿真技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的熱潮。福建中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)診斷學(xué)科作為國家級教學(xué)團(tuán)隊(duì),立足于學(xué)科優(yōu)勢、人才優(yōu)勢,深入開展探索國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的研究工作,致力于中醫(yī)診斷學(xué)課程體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的創(chuàng)新。研究團(tuán)隊(duì)圍繞中醫(yī)思維特點(diǎn),以中醫(yī)思維訓(xùn)練為核心,以證素辨證原理為指導(dǎo),以虛擬仿真技術(shù)為支撐,通過與夢宇三維技術(shù)有限公司合作,開展了中醫(yī)思維訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)研究,現(xiàn)將研究情況介紹如下。

1系統(tǒng)的研究意義

1.1緊抓中醫(yī)思維訓(xùn)練的核心

中醫(yī)學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)內(nèi)容主要包括中醫(yī)理論的學(xué)習(xí)、中醫(yī)思維的培養(yǎng)和臨床實(shí)踐與技能訓(xùn)練等。其中,中醫(yī)思維是中醫(yī)藥人才培養(yǎng)的關(guān)鍵,中醫(yī)人才培養(yǎng)的重點(diǎn)就是養(yǎng)成中醫(yī)思維[1]。中醫(yī)思維貫穿于整個(gè)臨床實(shí)踐的全過程,是中醫(yī)學(xué)的靈魂,其核心內(nèi)涵包括整體觀念和辨證論治,李燦東等[2]學(xué)者也強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確把握中醫(yī)思維是理解、傳承和發(fā)展中醫(yī)的關(guān)鍵。根據(jù)臨床實(shí)踐過程,中醫(yī)思維可分為診斷思維與治療思維[3],其中中醫(yī)診斷思維體現(xiàn)在四診和辨證兩個(gè)過程,辨證論治是其最基本、最重要的思維方式,辨證所依據(jù)的原則有整體合參、動(dòng)靜統(tǒng)一等[4];中醫(yī)治療思維則體現(xiàn)在理、法、藥、方、技的實(shí)踐運(yùn)用。因此,研究團(tuán)隊(duì)緊抓中醫(yī)思維的特點(diǎn)和訓(xùn)練的核心,圍繞診斷和治療兩大訓(xùn)練重點(diǎn),開展研究既有中醫(yī)思維特點(diǎn)又能訓(xùn)練中醫(yī)思維能力的訓(xùn)練系統(tǒng)。

1.2建立規(guī)范化的辨證系統(tǒng)

證素辨證是以證素為核心的中醫(yī)診斷思維過程。朱文鋒[5]指出中醫(yī)辨證的思維規(guī)律是“根據(jù)證候,辨別證素,組成證名”。即從外在的證候表現(xiàn)入手,運(yùn)用四診方法采集癥狀信息,然后進(jìn)行病位、病性等本質(zhì)的判斷,最后概括形成完整的證名診斷。根據(jù)辨證思維的這一認(rèn)識過程,提煉出了“癥狀-證素-證名”的辨證思維框架。研究團(tuán)隊(duì)以證素辨證原理為指導(dǎo),在當(dāng)前中醫(yī)輔助診療系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,融入現(xiàn)代最新科技和中醫(yī)思維特點(diǎn),構(gòu)建以證素為核心的規(guī)范化辨證系統(tǒng),以此訓(xùn)練學(xué)生全面規(guī)范采集四診信息、綜合分析判斷病位病性、概括歸納證名診斷的中醫(yī)辨證思維能力。

1.3發(fā)揮虛擬仿真的技術(shù)優(yōu)勢

虛擬仿真技術(shù)起源于20世紀(jì)40年代,是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中逐步形成的一類用于試驗(yàn)研究的新技術(shù),其本質(zhì)是借助多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)手段,用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù),具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性等基本特性[6-7]。研究團(tuán)隊(duì)以虛擬仿真技術(shù)為支撐,利用其虛幻性和逼真性等特性構(gòu)建中醫(yī)臨床診療場景,使用戶具有身臨其境的感受,并且滿足人和虛擬仿真系統(tǒng)之間操作與反饋的實(shí)時(shí)交互,從而實(shí)現(xiàn)真實(shí)模擬中醫(yī)臨床實(shí)踐的全過程。

2系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

該系統(tǒng)采用虛擬仿真及三維立體還原技術(shù),通過3DMax、Maya等三維制作軟件進(jìn)行3D模型、動(dòng)畫及仿真視覺效果的制作,使用Unity3D引擎開發(fā)3D虛擬操作及交互系統(tǒng)。同時(shí)采用Java的SpringMVC架構(gòu)作為系統(tǒng)中、后臺服務(wù),MySQL作為后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),為前端的Unity3D程序提供程序邏輯及數(shù)據(jù)存取服務(wù)。其具體技術(shù)架構(gòu)見圖1。

3系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

參考《中醫(yī)診斷學(xué)》[8]教材,根據(jù)中醫(yī)診斷學(xué)教學(xué)大綱,主要從診法、辨證、診病三個(gè)方面的教學(xué)知識點(diǎn)建立數(shù)據(jù)庫,具體建立方式及內(nèi)容如下。

3.1四診歸類數(shù)據(jù)庫

根據(jù)教材中診法理論的基本內(nèi)容,以四診望、聞、問、切為綱,分別提取望、聞、問、切四診各自涉及的癥狀信息,并以癥狀對應(yīng)診法的規(guī)則和規(guī)范化的Excel格式記錄匯總,如“面色黃-望”“聲音嘶啞-聞”“頭痛-問”“脈弦-切”等,每一行一條記錄信息,以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程和數(shù)據(jù)處理。如果一個(gè)癥狀對應(yīng)兩個(gè)或多個(gè)診法時(shí),根據(jù)臨床實(shí)際全部列出。由此整理形成572條“癥狀-診法”的四診歸類記錄,基本涵蓋中醫(yī)臨床常見癥狀,并且數(shù)據(jù)庫預(yù)留空間,后期根據(jù)臨床實(shí)際和教學(xué)需要,可以隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的更新和補(bǔ)充。

3.2證素辨證數(shù)據(jù)庫

以證素辨證原理為指導(dǎo),根據(jù)實(shí)際訓(xùn)練“癥狀-證素-證名”的中醫(yī)辨證思維過程,采取“證名-證素-癥狀”的方式逆向拆分《中醫(yī)診斷學(xué)》教材中常見證名,然后按照每個(gè)證的辨證要點(diǎn),設(shè)置主要癥狀和一般癥狀,以“證名-證素-癥狀-診法”的方式和規(guī)范化的Excel格式進(jìn)行記錄匯總。如陽虛證的記錄方式為“陽虛證-畏寒肢冷-問、陽虛證-小便清長-問、陽虛證-面色白-望”三條記錄。根據(jù)辨證方法的不同和證的復(fù)雜程度,分別設(shè)置了單證素56項(xiàng)、雙證素51項(xiàng)、三證素31項(xiàng)、四證素15項(xiàng)等辨證數(shù)據(jù)庫內(nèi)容,包括八綱辨證、六經(jīng)辨證、衛(wèi)氣營血辨證、臟腑辨證等,基本涵蓋了所有教學(xué)知識點(diǎn)和中醫(yī)臨床常見證,同時(shí)數(shù)據(jù)庫預(yù)留空間,后期根據(jù)臨床實(shí)際和教學(xué)需要,可隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的更新和補(bǔ)充。

3.3綜合案例數(shù)據(jù)庫

按照中醫(yī)門診病歷書寫的規(guī)范模式,真實(shí)模擬臨床診療的全過程。圍繞臨床常見疾病的證名、證素、癥狀及其診法、主訴等,設(shè)計(jì)望、聞、問、切模板,如望診插入圖片渲染,聞診導(dǎo)入特征性錄音等。模板不僅涵蓋上述癥狀,還包括基本信息,如姓名、性別、年齡等;中醫(yī)常規(guī)問診內(nèi)容,如睡眠質(zhì)量、大小便情況等;主訴以及發(fā)病原因、時(shí)間、經(jīng)過、加重或減輕因素等。隨后根據(jù)《中醫(yī)內(nèi)科學(xué)》[9]的“病-證-方”框架,提供治則治法方藥選擇,最終組成一個(gè)完整的病例,以規(guī)范化的Excel格式,錄入綜合案例數(shù)據(jù)庫?,F(xiàn)已完成肝郁脾虛證、心火亢盛證、肺陰虛證、肝陰虛證、膽郁痰擾證、胃陰虛證等6個(gè)證型的標(biāo)準(zhǔn)化病例模板建設(shè),后期將會根據(jù)中醫(yī)臨床和臟腑辨證中的常見證型,持續(xù)不斷地進(jìn)行案例數(shù)據(jù)庫的補(bǔ)充、完善。

4系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作及評價(jià)

用戶登錄中醫(yī)思維訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng),進(jìn)入操作首頁,初學(xué)者經(jīng)過新手指引便可了解系統(tǒng)的基本操作過程。本系統(tǒng)主要包括四診歸類訓(xùn)練、證素辨證訓(xùn)練、綜合案例訓(xùn)練等模塊內(nèi)容。在進(jìn)行以上實(shí)驗(yàn)操作的同時(shí),實(shí)驗(yàn)評價(jià)也在同步進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)評價(jià)采用綜合性考核評價(jià)方法,既涵蓋整個(gè)實(shí)驗(yàn)的完成時(shí)間、完成進(jìn)度,也包括每一部分的完成時(shí)間及準(zhǔn)確率,主要以匹配次數(shù)、匹配正確率、答題正確率等客觀指標(biāo)為評價(jià)依據(jù),形式以星級評價(jià)和百分制為主。其具體流程見圖2。

4.1四診歸類訓(xùn)練

四診歸類,即癥狀與望、聞、問、切診法的匹配。系統(tǒng)隨機(jī)從數(shù)據(jù)庫中抽取20個(gè)癥狀,學(xué)生根據(jù)其所屬診法,選擇癥狀,納入相應(yīng)診法,進(jìn)行歸納分類。如舌紅、聲低息微、無汗、脈洪大,正確匹配為“舌紅-望、聲低息微-聞、無汗-問、脈洪大-切”。全部完成后,系統(tǒng)自動(dòng)檢查與數(shù)據(jù)庫正確答案是否一致。如果存在錯(cuò)誤,系統(tǒng)顯示錯(cuò)誤歸類的內(nèi)容及正確答案。按照錯(cuò)誤數(shù)量的多少,分別給予相應(yīng)的星級評價(jià)(最高五星,最低一星),當(dāng)全部匹配正確為五星,而錯(cuò)誤數(shù)≥10個(gè)時(shí),則無星。其操作界面見圖3。

4.2證素辨證訓(xùn)練

證素辨證,即證名、癥狀與診法的匹配,包括單證素辨證、雙證素辨證、三證素辨證、四證素辨證等。依據(jù)辨證方式、難易及復(fù)雜程度,采取闖關(guān)的形式,共設(shè)置5關(guān),每關(guān)內(nèi)又包括2~3個(gè)小關(guān)。每關(guān)系統(tǒng)隨機(jī)從數(shù)據(jù)庫中抽取相應(yīng)級別的1個(gè)證及20個(gè)癥狀,通過選擇該證的主要癥狀以及對應(yīng)正確的診法,實(shí)現(xiàn)“證名-癥狀-診法”的準(zhǔn)確匹配。如心腎陽虛證,隨機(jī)顯示的癥狀有胸悶、小便清長、心痛、畏寒、腰膝酸軟或痛等,正確匹配應(yīng)是“心腎陽虛證-腰膝酸軟或痛-問、心腎陽虛證-心痛-問、心腎陽虛證-畏寒-問”。其操作界面見圖4。在實(shí)驗(yàn)評價(jià)中,每個(gè)關(guān)卡設(shè)置了最多犯錯(cuò)次數(shù),系統(tǒng)根據(jù)犯錯(cuò)次數(shù)的多少,進(jìn)行星級評價(jià);犯錯(cuò)越少,獲得星級評價(jià)越高(最高五星,最低一星)。通過設(shè)定單癥狀權(quán)值大小和匹配次數(shù)之間的適當(dāng)關(guān)系,保證在限制的最多配次數(shù)內(nèi),如果不能匹配到至少一個(gè)主要癥狀,無論匹配多少普通癥狀或無關(guān)癥狀,或超過最多次數(shù),仍然沒有匹配到正確的“證名-癥狀-診法”,均為闖關(guān)失敗,必須重新匹配,直至完成正確匹配,否則無法進(jìn)行下一步訓(xùn)練。最后本部分全部完成后,系統(tǒng)會根據(jù)所獲星級數(shù)量判定優(yōu)、良、中、差。與此同時(shí),系統(tǒng)也會根據(jù)數(shù)據(jù)庫核對驗(yàn)證情況顯示證素辨證訓(xùn)練部分的全部結(jié)果,以便學(xué)生查驗(yàn)、反饋。

4.3綜合案例訓(xùn)練綜合案例是根據(jù)門診病歷書

寫規(guī)范模式進(jìn)行設(shè)計(jì)的臨床常見病醫(yī)案,如肺系病的感冒、咳嗽,心系病的失眠、心悸,脾系病的腹瀉、便秘等。系統(tǒng)隨機(jī)提供數(shù)據(jù)庫中的一套案例,模擬中醫(yī)臨床門診望、聞、問、切診療全過程,考察學(xué)生規(guī)范采集四診信息,根據(jù)四診采集結(jié)果,凝練主訴,辨別病位、病性,總結(jié)證型,選用正確治法、方劑,提交后顯示以規(guī)范門診病例為模板的實(shí)驗(yàn)結(jié)果情況。系統(tǒng)后臺自動(dòng)匯總學(xué)生案例分析情況,分部分、分要點(diǎn)進(jìn)行百分制的實(shí)驗(yàn)計(jì)分評價(jià),使用醒目字體顯示錯(cuò)誤內(nèi)容,并提供正確答案參考。其操作界面見圖5。圖5綜合案例訓(xùn)練操作界面圖綜上所述,該中醫(yī)思維訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)按照從四診歸類、證素辨證到綜合案例的循序漸進(jìn)的訓(xùn)練方法,采用實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)評價(jià)同步進(jìn)行的考核方式,符合廣大師生的教、學(xué)習(xí)慣,也適應(yīng)于不同專業(yè)水平人員的學(xué)習(xí)需求。同時(shí)運(yùn)用闖關(guān)游戲及與3D虛擬患者互動(dòng)的表現(xiàn)形式,實(shí)現(xiàn)自外而內(nèi)的虛擬仿真效果,有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率。目前該中醫(yī)思維訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)已通過測試與驗(yàn)收,獲得軟件著作權(quán)(登記號:2019SR0856394),具備二級國家信息安全等級保護(hù),并且與“實(shí)驗(yàn)空間-國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺”連接成功,用戶通過電腦、手機(jī)等終端的瀏覽器登錄“實(shí)驗(yàn)空間-國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺”,即可簡單、方便、快捷地完成相關(guān)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

5小結(jié)

中醫(yī)思維訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)緊抓中醫(yī)思維核心內(nèi)涵,以證素辨證原理為指導(dǎo),依托虛擬仿真技術(shù)支撐,采用小游戲和3D虛擬診療場景的形式,從四診歸類、證素辨證、綜合案例三個(gè)模塊,訓(xùn)練學(xué)生全面規(guī)范采集分析四診信息、準(zhǔn)確把握辨證要點(diǎn)進(jìn)行病位、病性和證名判定的能力,同時(shí)也培養(yǎng)了從癥狀分析、證型診斷到治療用藥的中醫(yī)臨床思辨能力。該系統(tǒng)作為中醫(yī)學(xué)專業(yè)與虛擬仿真技術(shù)有機(jī)結(jié)合的初步嘗試,后期仍需進(jìn)行持續(xù)建設(shè)以及更新教學(xué)案例,覆蓋更多臨床學(xué)科,使其更加貼近真實(shí)臨床情景。

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作者:李永 趙文 詹杰 閔莉 陸瑩琦 林雪娟 李燦東 單位:福建中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院 福建省中醫(yī)健康狀態(tài)辨識重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 夢宇三維技術(shù)有限公司