虛擬現實技術在針灸學教學中的應用思考*

侍 昊 孫昭睿 豐 翔 顧笑燕 李一鳴 馮晶晶 關欣穎

針灸學是在中醫基礎理論的基礎上，研究經絡、腧穴及針刺手法，最終達到防治疾病目的的一門學科，它具有適應證廣、經濟、安全和療效確切等優點，分為經絡腧穴學、刺法灸法學和針灸治療學三部分，在內科、外科、婦科、兒科等疾病的治療方面起到不可忽視的作用。近期，我們也看到了針灸治療新冠肺炎的若干報道[1-3]。傳統教學方法，如PPT、掛圖、視頻，包括近幾年出現的針灸電子腧穴掛圖[4, 5]都是在二維平面基礎上進行的教學活動，都難以對經脈的循行、腧穴的結構進行三維立體空間展示。學生們花費大量的時間預習和復習，仍然出現穴位的定位不準，腧穴解剖不熟悉，針刺手法不規范等問題。虛擬現實(Visual Reality，VR)技術的出現，使得針灸學的教學模式從傳統二維的模式發展為三維模式成為可能，這樣的教學模式使基礎理論形象化、學習過程興趣化，能夠幫助同學們更好地理解經絡和腧穴的空間結構，進而規范針刺手法，提高針灸學的教學質量。

1 VR技術

VR技術能利用計算機建立的三維立體情景，給用戶提供視覺、聽覺、觸覺、味覺等感覺模擬，以達到身臨其境的效果，該技術具有沉浸性、交互性、想象性和多感知性的特征。沉浸性是指通過視覺、聽覺和觸覺等感覺的模擬，使用戶產生身臨其境之感。交互性是指用戶利用從虛擬環境中得到的反饋，通過人機交互的方式對虛擬環境中的事物進行操作。想象性是指用戶根據推理、聯想等思維過程，對未來進展進行想象。多感知性指VR技術具備了人類所擁有的觸覺、聽覺和觸覺等輔助感知功能。其中，沉浸性和交互性是VR最顯著的特征。VR技術可以在虛擬環境中獲取邏輯信息和空間信息，實現與真實世界相同的反饋。

目前，VR技術已經運用于高等教育的理、工、農、醫等學科中[6]，該技術掀起了一場“空間革命”，形成了線上線下混合式的翻轉課堂教學模式[7]。在醫學教育中，外科腹腔鏡手術、解剖學、心理學等學科已經有了VR的輔助，并得到了學生的好評[7]。在針灸學領域，基于VR技術發展而來的HTC VIVE[10]、針灸虛擬人[11]、Unity 3D[12]和針灸銅人三維模型[13]等平臺也在相繼開發和完善中，這些技術的日益成熟有助于提高針灸學的教學質量，為針灸的進一步發展，走向國際提供可能。

2 VR技術在針灸學教學中的應用

2.1 經絡腧穴學經絡腧穴學是針灸學的基礎課程，課程內容主要包括經絡系統的組成，經脈的循行，腧穴的歸經、定位、主治及解剖結構，要求同學們準確掌握腧穴的定位、主治，尤其對針刺具有危險性的穴位的解剖結構要特別熟悉，如風池、睛明等。傳統教學所使用的二維模型，如PPT、掛圖等，不能給學生們清晰、直觀的認識。成都中醫藥大學的師生們依托VR技術，制作了《經絡腧穴》的APP，能夠全方位、多角度地展現腧穴的立體結構[14]。福建中醫藥大學的教師們也已經將這樣的VR演示應用于針灸學的教學中，并取得了滿意的效果。同學們先利用線上的VR資源進行預習，然后教師在課上進行講解，課后再次利用線上VR資源進行復習，形成了線上線下混合式的翻轉課堂教學模式。他們利用VR技術，給予經脈循行的動態展示，并且在循行路線上的重要位置做了標識。以足太陽膀胱經的經脈循行為例，經脈所過的“目內眥、額、巔頂”等位置均予以三維呈現。除了對經脈循行有三維呈現外，他們對腧穴的三維立體結構也做了詳細的演示，呈現了腧穴的立體層次，如睛明、天柱等穴。他們甚至通過VR設計，對這些腧穴進行了虛擬操作。以睛明穴為例，當針刺一定深度時，通過VR技術，可以顯示針尖所到達的位置以及可能刺傷的組織，讓學生在虛擬情景真實感受針刺要點。相對于傳統二維的教學模式，基于VR技術發展的三維教學模式使得經絡循行可視化，腧穴結構三維化。經過VR教學的學生們取得了更好的成績，獲得了師生的一致好評[15]。

2.2 刺法灸法學刺法灸法學需要同學們掌握多樣化的手法操作，傳統的教學往往采用視頻播放，學生模仿，教師指導的方式，但這樣的方式很難使學生們從各個角度觀看到手法操作的細節，學生們也很難獲取其中的要點，如初學者便很難理解針刺補瀉中左轉用力為補，右轉用力為瀉的手法，所以在觀看視頻以后，教師依然不得不在課堂上耗費大量的時間和精力給每一位學生重新演示，不斷糾正學生們手法中存在的問題。不僅如此，學生們在課后對于刺法灸法學的復習也缺乏客觀的指導，導致很多學生在復習手法的過程中，一遍又一遍地重復錯誤的操作。基于VR技術發展帶來的刺法灸法學的教學模式打破了學習時間和空間，能夠全方位、多視角地360°立體觀看手法操作，這樣的模式能夠讓學生們在課上對針刺手法的要領理解地又快又準確，而且在課下可以反復觀看，反復操作，提高了學生們刺法灸法的技能水平?；赩R技術建立的針灸虛擬人還可以模擬刺法灸法的動態演示過程。在毫針進入虛擬人后，根據虛擬針刺力反饋系統，操作者可以感受到真實的反作用力。毫針進入組織的不同，反作用力亦有所變化，研究人員已經研究出風池[16]、腎俞[17]、中脘[18]的力反饋作用。這樣的虛擬練針情景，為針灸學的教學提供了動態的具有視覺、觸覺等感受的手段，亦不必擔心給患者帶來痛苦，可以反復地練習，直至熟練。VR技術將針灸學與現代生物力學、傳感技術和計算機圖像處理技術相結合，為“數字針灸學”的形成打下基礎[11]。同時，VR系統的運用，也使得刺法灸法學的技能考核客觀化。以往對于該部分的技能考核，往往是由學生抽取試題，教師主觀評判。這樣的方式導致了考核范圍不全面、考核分數不客觀。將VR系統引入考核中，能夠更加公平、公正地判定學生的手法水平，給予更加合理的分數。

3 針灸治療學

通過收集臨床典型病例，結合多媒體演繹的虛擬畫面，將課本上的病例由靜變動，由抽象變具體，以彌補教師在針灸治療學教學的過程中照本宣科的不足，讓學生有身臨其境之感。這樣的教學模式不僅幫助學生掌握了臨床病例，還能夠通過VR的互動，使得同學們能夠在虛擬環境中的探索求知，使典型病例生動化、診療過程真實化，并鍛煉他們的診療思維，加深對病例的印象，幫助學生建立完善的中醫臨床思維模式，避免了學生的機械性記憶，并幫助學生整合之前所學的知識，形成了理論與實踐的結合[19]。

圖1 VR技術在針灸學教學中的應用

4 討論

隨著5G時代的到來，人工智能(Artificial Intelligence,AI)、3D打印、大數據、云計算、針灸機器人都在大步發展，并且已經用于針灸學的教學中，來幫助提高教學的質量[20]?；谶@些技術打造的針灸虛擬實驗室和智慧實驗室也離我們越來越近[21]。將VR技術運用到針灸學的教學中，利用它沉浸性和交互性的特征，有助于解決傳統二維教學過程中出現的問題，使得經絡循行可視化、腧穴結構三維化、針刺操作具體化、技能考核客觀化、典型病例生動化和疾病診療真實化。同時，VR技術使得師生們在課前的預習、課中的講授以及課后復習方面有了更多的選擇，能夠形成線上線下混合式翻轉課堂教學模式，將教學由“教師為中心”向“學生為中心”進行轉變[22]。

但是VR教學仍存在一定的問題。首先，人與機器的互動，淡化了師生間的互動性及師生的情感交流在學習過程中的重要性。其次，VR的造價昂貴、操作復雜等，使得VR技術在教學領域尚未得到大規模地應用。隨著VR技術的完善和成熟，希望今后有經濟便捷、操作簡單的VR技術能夠用于針灸學的教學，為針灸學教學、科研以及臨床培養更多的人才。