沉浸式全息虛擬現實的腧穴定位交互教學系統的設計與實現

陳文文 曹瀟藝 黃予謙 王凱婷 李敏

摘要：數字化信息時代的到來，推動虛擬交互教學的發展。為了提高腧穴的教學效果，設計了沉浸式腧穴全息定位交互教學系統。建立虛擬人體模型并標記好腧穴，利用投影儀將影像投影到人體體表，在人體體表顯現所需腧穴的定位點，為腧穴研究和針灸教學開啟新思路，提供新手段。

關鍵字：腧穴定位;人體三維模型;虛擬現實;穴位

【中圖分類號】R24 【文獻標識碼】A 【文章編號】2026-5328（2021）05-044-02

數字化虛擬人技術催生了數字化腧穴學，為虛擬腧穴教學提供了新思路[1]。虛擬現實擁有低成本、多互動、強趣味、高安全、可重復等諸多優點，可以作為一種新型的教學工具，在課堂教學、實踐教學等多種教學場景中加以應用，可不斷提升課程的教學效果[2]。融合虛擬解剖平臺的交互式教學可有效提高腧穴實踐教學的效果[3]。

腧穴三維可視化技術可以更好、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中實現腧穴的可視化都是建立了虛擬腧穴模型，在計算機上操作模型實現虛擬腧穴交互教學[1，5，6，7]，這種虛擬腧穴交互教學仍隔著一層屏幕，為了進一步提升教學效果，設計了沉浸式全息虛擬現實的腧穴定位交互教學系統。

一、腧穴定位建模技術和成果

基于紅外和電阻抗設備存在一些由環境、人體生理變化等因素的影響而產生誤差的缺陷，最終我們采用最傳統的方式進行人體建模，依據解剖學結構進行腧穴定位，也可以和其他信息處理系統相結合，做到數據可視化

1.建立人體虛擬模型

沉浸式腧穴全息虛擬定位系統是采用“骨度分寸法”建立人體標準虛擬模型，依據骨度折量寸結合體表標志標記腧穴位置，標記后請專家審核腧穴的位置，確保其準確性。

骨度折量法[8]，古稱“骨度法”，即以骨節為主要標志測量周身各部位的大小、長短，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，其寸數便相同，均可按此標準測量。由于每個人的年齡體型都有一定的差異，每個人的穴位絕對位置會有一定的差異，但對應骨骼的相對位置是一定的;我們的虛擬人體模型正是按照骨度分寸折量進行建模。我們在人體模型上建立骨骼，調整骨骼以實現動作的改變。模型共有22616頂點、25510面數、59對象和13輔助對象。

2.腧穴在模型上的定位

國標規定的取穴方法有三種：體表解剖標志定位法、骨度分寸定位法以及手指比量法，“寸”和體表標志的選擇可以確保取穴準確性，而腧穴準確定位是針灸臨床療效的保障[9，10]。中醫中體表標志取穴法，即通過體表標志進行取穴，以體表標志為基礎，骨度分寸法為度量，輔以手指比量法可對腧穴進行客觀定位[11]。

在模型上依據骨度分寸法結合體表標記取穴法標記腧穴的位置，標記后請專家確認了穴位的準確性。人體虛擬腧穴模型建立好后，再反投影到人體體表，矢量調整模型比例與人體體表相吻合，虛擬穴位相對位置保持不變，就能實現較為準確的定位。

3.腧穴體表投影的原理和實現

3.1等大投影

投影機先將光線照射到圖像顯示元件上來產生影像，然后通過鏡頭進行投影。

由于通過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系。物距是固定的，根據投影比例固定像距，調節物即建立的人體模型比例的大小就可以調節像的大小，或者調節投影儀的參數，最終達到實現等大投影的目的。

3.2在人體體表顯示腧穴的位置

使用時，使用者需要采取固定體位，該體位應與治療體位一致。該系統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、側伏坐位、俯伏坐位[12]。

本文選取仰臥位進行舉例。讓受試者仰臥保持不動，再根據實際投影的方向微調姿勢，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，比較準確地確定出這些穴位的位置。綜上，使用者的體位首先根據治療體位來定，再考慮投影因素微角調度方向進行尋穴。固定的體位讓模型圖像能長時間、準確地投影到對應人體部位上，并與其重合，能更加準確地達到尋穴的目的。

二、沉浸式全息虛擬現實腧穴交互系統的設計

1.投影式腧穴虛擬定位系統

一個投影能實現局部的多方向定位，如果采用多個方向投影，理論上可以實現人體橫向360°和縱向360°的多方位投影。使用多個投影儀，分別投影人體手臂正、側兩面，使兩面分別完整重合，形成一個類似全息投影的人體手臂影像，投影到人體后，相對應的穴位點在人體表面呈現，達到部分全息的效果。

2.沉浸式虛擬腧穴交互教學系統的構想

由下圖所示，投影儀經四個面反射投射穴位，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，從而實現腧穴虛擬定位。沉浸式腧穴定位系統運用全息虛擬現實形成虛影，猶如身臨其境，更好的助于腧穴位置的教學，為以后腧穴教學提供一種新思路和新手段。

三、討論與展望

（一）醫學院校示教

此沉浸式的腧穴穴位定位交互教學系統，可以讓學生在平時的自我訓練中初識穴位的大致位置，有一定的視覺印象。人體腧穴虛擬模型的投影虛影可以減輕紙質和實體模型的消耗。采用全息投影技術，讓人體代替墻上的空白投影幕布，在人體上顯示實影，縮短了人與腧穴的距離，既可以提高學生學習效率，也可以減輕老師施教負擔。

（二）理療機構理療服務

隨著我國科學技術、社會經濟的發展和人們康復保健意識的不斷提高，社會對康復理療人員的需求不斷增長。對于一些沒有經過系統學習的理療服務人員，可以通過虛擬腧穴定位交互系統進行自我學習，也能夠在服務時運用此技術，進行簡易快速的穴位定位，達到節省時間、提高服務效率的目標。

（三）居家健康

養生是人類永恒的主題，只要生命存在，就需要養護。而對腧穴的理療是實現養生保健的有效方法之一。在日常百姓生活中，穴位按摩、穴位治療越來越日常。在日常百姓生活中，穴位按摩、穴位治療越來越日常。普通人對于居家理療的需求也越來越迫切，而操作簡易且快速的穴位定位更能被接受。病理下，人體穴位會有敏化態，受小刺激會有大反應，找準穴位的位置才能實現更好的治療效果[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可以幫助百姓日常家中的穴位尋找，方便快捷。

四、參考文獻

[1]孟向文，劉建衛，潘建明，高學全，郭義，陳澤林.以穴位三維構建為平臺為腧穴學教學提供新手段[J].中國高等醫學教育，2011（07）：41-42+75.

[2] 岳梅. 虛擬現實在醫學教學中的應用場景研究[J]. 中國中醫藥現代遠程教育.2020， 18（17）.48-50

[3] 陳菁，肖麗，胡麗萍，曹夏，李淑珍，謝菊英.融合虛擬解剖平臺的交互式教學模式在《經絡腧穴學》實踐教學中的應用[J].中國針灸，2019，39（11）：1235-1238.

[4] 唐雨蘭，楊茜蕓，郁潔，劉邁蘭，羅堅，李南.腧穴的三維可視化研究在《刺法灸法學》教學中的應用[J].中國中醫藥現代遠程教育，2016，14（20）：25-26.

[5]孫杰，吳春雨.基于Web的經絡腧穴學三維虛擬實驗設計與開發[J].中國醫學教育技術，2016，30（03）：277-281.

[6]符永馳， 基于三維虛擬技術的人體經絡穴位可視化研究與實現. 北京市，中國中醫科學院中醫藥信息研究所，2016-11-29.

[7]段冉. 虛擬人體與針灸腧穴的可視化設計與實現[D].北京工業大學，2015.

[8]翟羽佳. 定穴體表標志定位與測量[D]. 天津大學， 2012.

[9]陳艷焦， 徐玉東， 劉佳緣，等. 骨度、骨度折量分寸與同身寸及其關系的研究[J]. 上海針灸雜志， 2016， v.35（04）：78-82.

[10]鄭娟娟， 沈雪勇， 趙毅. 經絡腧穴紅外輻射特性研究[J]. 中國針灸， 2010（10）：831-834.

[11] 劉立安，孟月，周立群，王育林.腧穴取穴法的考證與應用[J].中華中醫藥學刊，2018，36（11）：2601-2604.

[12] 周俊亮. 淺談對腧穴定位的思考[J]. 廣西中醫藥大學學報， 2016， 19（002）：77-78.

[13] 斯琴高娃，牟秋杰，漢德爾瑪，李志剛.腧穴敏化特性與調控機制研究[J].針灸臨床雜志，2019，35（08）：4-8.

浙江中醫藥大學，杭州? 310053