虛擬現(xiàn)實技術(shù)在針灸學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用思考*

侍 昊 孫昭睿 豐 翔 顧笑燕 李一鳴 馮晶晶 關(guān)欣穎

針灸學(xué)是在中醫(yī)基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，研究經(jīng)絡(luò)、腧穴及針刺手法，最終達(dá)到防治疾病目的的一門學(xué)科，它具有適應(yīng)證廣、經(jīng)濟、安全和療效確切等優(yōu)點，分為經(jīng)絡(luò)腧穴學(xué)、刺法灸法學(xué)和針灸治療學(xué)三部分，在內(nèi)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(tǒng)教學(xué)方法，如PPT、掛圖、視頻，包括近幾年出現(xiàn)的針灸電子腧穴掛圖[4, 5]都是在二維平面基礎(chǔ)上進(jìn)行的教學(xué)活動，都難以對經(jīng)脈的循行、腧穴的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維立體空間展示。學(xué)生們花費大量的時間預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，仍然出現(xiàn)穴位的定位不準(zhǔn)，腧穴解剖不熟悉，針刺手法不規(guī)范等問題。虛擬現(xiàn)實(Visual Reality，VR)技術(shù)的出現(xiàn)，使得針灸學(xué)的教學(xué)模式從傳統(tǒng)二維的模式發(fā)展為三維模式成為可能，這樣的教學(xué)模式使基礎(chǔ)理論形象化、學(xué)習(xí)過程興趣化，能夠幫助同學(xué)們更好地理解經(jīng)絡(luò)和腧穴的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而規(guī)范針刺手法，提高針灸學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。

1 VR技術(shù)

VR技術(shù)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(dá)到身臨其境的效果，該技術(shù)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(chǎn)生身臨其境之感。交互性是指用戶利用從虛擬環(huán)境中得到的反饋，通過人機交互的方式對虛擬環(huán)境中的事物進(jìn)行操作。想象性是指用戶根據(jù)推理、聯(lián)想等思維過程，對未來進(jìn)展進(jìn)行想象。多感知性指VR技術(shù)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(shù)可以在虛擬環(huán)境中獲取邏輯信息和空間信息，實現(xiàn)與真實世界相同的反饋。

目前，VR技術(shù)已經(jīng)運用于高等教育的理、工、農(nóng)、醫(yī)等學(xué)科中[6]，該技術(shù)掀起了一場“空間革命”，形成了線上線下混合式的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[7]。在醫(yī)學(xué)教育中，外科腹腔鏡手術(shù)、解剖學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科已經(jīng)有了VR的輔助，并得到了學(xué)生的好評[7]。在針灸學(xué)領(lǐng)域，基于VR技術(shù)發(fā)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(fā)和完善中，這些技術(shù)的日益成熟有助于提高針灸學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，為針灸的進(jìn)一步發(fā)展，走向國際提供可能。

2 VR技術(shù)在針灸學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 經(jīng)絡(luò)腧穴學(xué)經(jīng)絡(luò)腧穴學(xué)是針灸學(xué)的基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容主要包括經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)的組成，經(jīng)脈的循行，腧穴的歸經(jīng)、定位、主治及解剖結(jié)構(gòu)，要求同學(xué)們準(zhǔn)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(jié)構(gòu)要特別熟悉，如風(fēng)池、睛明等。傳統(tǒng)教學(xué)所使用的二維模型，如PPT、掛圖等，不能給學(xué)生們清晰、直觀的認(rèn)識。成都中醫(yī)藥大學(xué)的師生們依托VR技術(shù)，制作了《經(jīng)絡(luò)腧穴》的APP，能夠全方位、多角度地展現(xiàn)腧穴的立體結(jié)構(gòu)[14]。福建中醫(yī)藥大學(xué)的教師們也已經(jīng)將這樣的VR演示應(yīng)用于針灸學(xué)的教學(xué)中，并取得了滿意的效果。同學(xué)們先利用線上的VR資源進(jìn)行預(yù)習(xí)，然后教師在課上進(jìn)行講解，課后再次利用線上VR資源進(jìn)行復(fù)習(xí)，形成了線上線下混合式的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。他們利用VR技術(shù)，給予經(jīng)脈循行的動態(tài)展示，并且在循行路線上的重要位置做了標(biāo)識。以足太陽膀胱經(jīng)的經(jīng)脈循行為例，經(jīng)脈所過的“目內(nèi)眥、額、巔頂”等位置均予以三維呈現(xiàn)。除了對經(jīng)脈循行有三維呈現(xiàn)外，他們對腧穴的三維立體結(jié)構(gòu)也做了詳細(xì)的演示，呈現(xiàn)了腧穴的立體層次，如睛明、天柱等穴。他們甚至通過VR設(shè)計，對這些腧穴進(jìn)行了虛擬操作。以睛明穴為例，當(dāng)針刺一定深度時，通過VR技術(shù)，可以顯示針尖所到達(dá)的位置以及可能刺傷的組織，讓學(xué)生在虛擬情景真實感受針刺要點。相對于傳統(tǒng)二維的教學(xué)模式，基于VR技術(shù)發(fā)展的三維教學(xué)模式使得經(jīng)絡(luò)循行可視化，腧穴結(jié)構(gòu)三維化。經(jīng)過VR教學(xué)的學(xué)生們?nèi)〉昧烁玫某煽?，獲得了師生的一致好評[15]。

2.2 刺法灸法學(xué)刺法灸法學(xué)需要同學(xué)們掌握多樣化的手法操作，傳統(tǒng)的教學(xué)往往采用視頻播放，學(xué)生模仿，教師指導(dǎo)的方式，但這樣的方式很難使學(xué)生們從各個角度觀看到手法操作的細(xì)節(jié)，學(xué)生們也很難獲取其中的要點，如初學(xué)者便很難理解針刺補瀉中左轉(zhuǎn)用力為補，右轉(zhuǎn)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(xué)生重新演示，不斷糾正學(xué)生們手法中存在的問題。不僅如此，學(xué)生們在課后對于刺法灸法學(xué)的復(fù)習(xí)也缺乏客觀的指導(dǎo)，導(dǎo)致很多學(xué)生在復(fù)習(xí)手法的過程中，一遍又一遍地重復(fù)錯誤的操作。基于VR技術(shù)發(fā)展帶來的刺法灸法學(xué)的教學(xué)模式打破了學(xué)習(xí)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(xué)生們在課上對針刺手法的要領(lǐng)理解地又快又準(zhǔn)確，而且在課下可以反復(fù)觀看，反復(fù)操作，提高了學(xué)生們刺法灸法的技能水平?；赩R技術(shù)建立的針灸虛擬人還可以模擬刺法灸法的動態(tài)演示過程。在毫針進(jìn)入虛擬人后，根據(jù)虛擬針刺力反饋系統(tǒng)，操作者可以感受到真實的反作用力。毫針進(jìn)入組織的不同，反作用力亦有所變化，研究人員已經(jīng)研究出風(fēng)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(xué)的教學(xué)提供了動態(tài)的具有視覺、觸覺等感受的手段，亦不必?fù)?dān)心給患者帶來痛苦，可以反復(fù)地練習(xí)，直至熟練。VR技術(shù)將針灸學(xué)與現(xiàn)代生物力學(xué)、傳感技術(shù)和計算機圖像處理技術(shù)相結(jié)合，為“數(shù)字針灸學(xué)”的形成打下基礎(chǔ)[11]。同時，VR系統(tǒng)的運用，也使得刺法灸法學(xué)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(xué)生抽取試題，教師主觀評判。這樣的方式導(dǎo)致了考核范圍不全面、考核分?jǐn)?shù)不客觀。將VR系統(tǒng)引入考核中，能夠更加公平、公正地判定學(xué)生的手法水平，給予更加合理的分?jǐn)?shù)。

3 針灸治療學(xué)

通過收集臨床典型病例，結(jié)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(xué)教學(xué)的過程中照本宣科的不足，讓學(xué)生有身臨其境之感。這樣的教學(xué)模式不僅幫助學(xué)生掌握了臨床病例，還能夠通過VR的互動，使得同學(xué)們能夠在虛擬環(huán)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(xué)生建立完善的中醫(yī)臨床思維模式，避免了學(xué)生的機械性記憶，并幫助學(xué)生整合之前所學(xué)的知識，形成了理論與實踐的結(jié)合[19]。

圖1 VR技術(shù)在針灸學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

4 討論

隨著5G時代的到來，人工智能(Artificial Intelligence,AI)、3D打印、大數(shù)據(jù)、云計算、針灸機器人都在大步發(fā)展，并且已經(jīng)用于針灸學(xué)的教學(xué)中，來幫助提高教學(xué)的質(zhì)量[20]?；谶@些技術(shù)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(shù)運用到針灸學(xué)的教學(xué)中，利用它沉浸性和交互性的特征，有助于解決傳統(tǒng)二維教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，使得經(jīng)絡(luò)循行可視化、腧穴結(jié)構(gòu)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(shù)使得師生們在課前的預(yù)習(xí)、課中的講授以及課后復(fù)習(xí)方面有了更多的選擇，能夠形成線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將教學(xué)由“教師為中心”向“學(xué)生為中心”進(jìn)行轉(zhuǎn)變[22]。

但是VR教學(xué)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(xué)習(xí)過程中的重要性。其次，VR的造價昂貴、操作復(fù)雜等，使得VR技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域尚未得到大規(guī)模地應(yīng)用。隨著VR技術(shù)的完善和成熟，希望今后有經(jīng)濟便捷、操作簡單的VR技術(shù)能夠用于針灸學(xué)的教學(xué)，為針灸學(xué)教學(xué)、科研以及臨床培養(yǎng)更多的人才。