基于MapGIS數(shù)據(jù)中心的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)研究

吳德華 吳貝貝 郭怡新 沈澤康

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)人體經(jīng)絡(luò)表現(xiàn)形式的不足和目前人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)在空間分析方面的缺陷，該文提出采用基于“面向服務(wù)GIS架構(gòu)”的數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù)構(gòu)建人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)的思想，以目錄樹的形式對(duì)人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行層次化管理，采用搭建式、配置式開發(fā)快速構(gòu)建系統(tǒng)原型，以插件式開發(fā)技術(shù)擴(kuò)展功能模塊，并實(shí)現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)的空間定位、信息查詢、緩沖區(qū)分析等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù)的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)能夠“應(yīng)需而變”，利用緩沖區(qū)分析、反射區(qū)分析等空間分析功能在中醫(yī)教學(xué)和臨床診斷方面提供輔助決策支持，為人體經(jīng)絡(luò)信息化研究提供了一種新的思路。

關(guān)鍵詞：經(jīng)絡(luò);GIS;數(shù)據(jù)中心;空間分析;目錄樹

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）15-0130-03

經(jīng)絡(luò)作為人體血?dú)膺\(yùn)行的通道，體表、內(nèi)臟之間聯(lián)系的樞紐，人體內(nèi)、外溝通的渠道，是一個(gè)多層次、多組分、開放的復(fù)雜系統(tǒng)。傳統(tǒng)的中醫(yī)教學(xué)和研究通常采用掛圖和石膏模型來(lái)表現(xiàn)經(jīng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，無(wú)法體現(xiàn)經(jīng)絡(luò)的空間分布以及與人體其他組分之間的聯(lián)系。

近年來(lái)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，人體經(jīng)絡(luò)的可視化表達(dá)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[1-5]提出利用多通道經(jīng)絡(luò)阻抗檢測(cè)儀和磁定位跟蹤儀確定人體體表經(jīng)絡(luò)點(diǎn)的位置，獲取經(jīng)絡(luò)點(diǎn)的三維信息，對(duì)場(chǎng)景攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，并將其結(jié)果和經(jīng)絡(luò)點(diǎn)的三維信息通過(guò)圖形變換技術(shù)變換到統(tǒng)一的世界坐標(biāo)系下，獲取攝像機(jī)的投影矩陣H，根據(jù)該投影矩陣H，將經(jīng)絡(luò)點(diǎn)三維信息投影到二維圖像上，形成二維經(jīng)絡(luò)線，并將其融合于場(chǎng)景攝像機(jī)拍攝的人體體表實(shí)時(shí)圖像上，實(shí)現(xiàn)人體經(jīng)絡(luò)的可視化。文獻(xiàn)[6-7]提出了一種基于阻抗與雙目視覺(jué)的經(jīng)絡(luò)可視化方法，利用交變恒流源在人體皮膚表面注入電流信號(hào)，然后采用多通道皮膚阻抗檢測(cè)儀根據(jù)經(jīng)絡(luò)的低阻抗特性檢測(cè)各對(duì)電極之間人體皮膚的電壓，從而間接獲取經(jīng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的通道，通過(guò)串口通信，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，利用張氏攝像機(jī)標(biāo)定法獲取攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)，對(duì)光學(xué)標(biāo)靶進(jìn)行角點(diǎn)篩選與匹配，獲得經(jīng)絡(luò)點(diǎn)的三維信息，再根據(jù)雙目視覺(jué)原理對(duì)三維信息進(jìn)行坐標(biāo)變換，最后利用曲線擬合和圖像融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)絡(luò)可視化。文獻(xiàn)[8] 通過(guò)Catmull-Rom樣條曲線在計(jì)算機(jī)中擬合人體經(jīng)絡(luò)線，并利用VC++的編程環(huán)境，結(jié)合OpenGL三維圖形庫(kù)，設(shè)計(jì)了一種在三維環(huán)境下人機(jī)交互式的操作方法來(lái)引導(dǎo)經(jīng)絡(luò)循行動(dòng)畫，達(dá)到實(shí)時(shí)仿真的效果。文獻(xiàn)[9]以人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)作為應(yīng)用背景將上下文感知計(jì)算引入三維場(chǎng)景傳輸策略，考慮了用戶興趣和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境因素，充分利用用戶與系統(tǒng)交互時(shí)的網(wǎng)絡(luò)空閑帶寬，達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率、縮短系統(tǒng)響應(yīng)等待時(shí)間的目的。綜上所述，目前的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)主要采用OSG（Open Scene Graph）技術(shù)，雖然實(shí)現(xiàn)了人體經(jīng)絡(luò)穴位透明疊加顯示及循經(jīng)感傳現(xiàn)象的動(dòng)畫演示，并能夠進(jìn)行穴位、經(jīng)絡(luò)、疾病等信息查詢，克服了掛圖和實(shí)體模型的不足，但在經(jīng)絡(luò)的空間分析方面仍然存在缺陷。

將人體經(jīng)絡(luò)看成一張地圖，其穴位就是地圖中的點(diǎn)狀要素，經(jīng)脈是地圖中的線狀要素，軀體、器官是面狀要素，因此，人體經(jīng)絡(luò)具有明顯的空間特征，需要利用先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)對(duì)人體經(jīng)絡(luò)信息進(jìn)行一體化管理。數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù)（簡(jiǎn)稱為“數(shù)據(jù)中心”）是由中地?cái)?shù)碼提出的新一代地理信息系統(tǒng)（GIS）開發(fā)模式，采用柔性設(shè)計(jì)理念，具有強(qiáng)大的空間分析能力，能夠適應(yīng)用戶需求的變化快速搭建系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“零編程、巧組合、易搭建”的可視化開發(fā)[10]。因此，本文提出在目前人體經(jīng)絡(luò)的可視化研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合“面向服務(wù)GIS架構(gòu)”的數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù)構(gòu)建二三維一體化的人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)，為中醫(yī)經(jīng)絡(luò)教學(xué)、臨床診斷和大眾保健提供技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù)

數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)能夠?qū)Χ嘣串悩?gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行層次化的統(tǒng)一管理，對(duì)組件、插件、流程等不同方式提供的功能進(jìn)行統(tǒng)一組織和調(diào)用，以搭建式開發(fā)和配置式開發(fā)為主，以插件式開發(fā)為輔，三種開發(fā)模式集成進(jìn)行GIS應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)的集成和功能的復(fù)用[11-12]。搭建式開發(fā)指針對(duì)個(gè)性化的用戶需求，即時(shí)組合已有的服務(wù)資源，可視化搭建應(yīng)用系統(tǒng)[13-14]。配置式開發(fā)指系統(tǒng)地解決配置的截面和功能。插件式開發(fā)指以少量的編程開發(fā)功能插件，利用SOA框架，將功能插件集成到宿主系統(tǒng)中[15]。其中，搭建配置工具由工作流設(shè)計(jì)器、權(quán)限設(shè)計(jì)器、集成設(shè)計(jì)器和表單設(shè)計(jì)器組成，如圖1所示。因此，數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)不僅是一個(gè)“數(shù)據(jù)、功能管理器”，還是一個(gè)“系統(tǒng)開發(fā)器”。

在數(shù)據(jù)管理方面，數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)采用目錄樹結(jié)構(gòu)以統(tǒng)一的方式對(duì)二三維空間數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)進(jìn)行層次化管理;在功能管理方面，數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)統(tǒng)一管理各種GIS功能，并提供統(tǒng)一的接口，將每個(gè)GIS功能當(dāng)作一塊“積木”，不同的“積木”通過(guò)搭建可形成更大的“積木”，應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用“積木”實(shí)現(xiàn)GIS功能;在系統(tǒng)開發(fā)方面，數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)提供了搭建式、配置式和插件式二次開發(fā)技術(shù)為一體的集成開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)了GIS應(yīng)用系統(tǒng)的快速構(gòu)建。

2 人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與組織

人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)由二維地圖數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)組成。二維地圖數(shù)據(jù)來(lái)源于“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)穴部位掛圖” [16]，并對(duì)圖中的人體經(jīng)脈、絡(luò)脈和穴位進(jìn)行矢量化處理;三維模型由3D MAX建模獲得;屬性數(shù)據(jù)包括二維地圖中穴位和經(jīng)絡(luò)的屬性信息以及與之對(duì)應(yīng)的疾病和案例等信息，疾病信息的疾病概述、疾病癥狀以及案例信息的案例名稱、案例中患者概況、主訴、刻診和治療方案等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于“中醫(yī)藥知識(shí)庫(kù)—萬(wàn)方醫(yī)學(xué)網(wǎng)”[17]。

人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)可以分為穴位點(diǎn)要素類、經(jīng)絡(luò)線要素類和體表面要素類等。如果將人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)比作城市，那么經(jīng)絡(luò)就是這個(gè)城市的公交路線，而穴位就是公交站點(diǎn)，人體的氣血聚集于此。因此，可以仿照數(shù)字城市組織數(shù)據(jù)的方式對(duì)人體經(jīng)絡(luò)數(shù)據(jù)按點(diǎn)、線等要素類進(jìn)行分層管理。每個(gè)人體經(jīng)絡(luò)要素類都是一個(gè)獨(dú)立的要素類，表示一個(gè)獨(dú)立的空間實(shí)體對(duì)象，各要素類以目錄樹的形式實(shí)現(xiàn)層次化管理，如圖2所示。通過(guò)3D MAX創(chuàng)建人體經(jīng)絡(luò)三維模型，然后導(dǎo)入MapGIS K9三維景觀平臺(tái)進(jìn)行場(chǎng)景環(huán)境設(shè)置、要素類編輯等操作，實(shí)現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，如圖3所示。

3 人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將人體經(jīng)絡(luò)實(shí)例化為具體的空間對(duì)象，依靠GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，實(shí)現(xiàn)人體經(jīng)絡(luò)信息的可視化表達(dá)和模擬。系統(tǒng)采用快速原型法[18-19]構(gòu)建，以MapGIS K9的數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)為系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，通過(guò)搭建式、配置式開發(fā)快速構(gòu)建原型系統(tǒng)，根據(jù)用戶意見，采用插件式開發(fā)繼續(xù)完善原型，以適應(yīng)需求的變化快速調(diào)整，直到滿足用戶的需求。

3.1 人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著組件技術(shù)的出現(xiàn)，由數(shù)據(jù)層、邏輯層和表示層構(gòu)成的三層體系架構(gòu)成為經(jīng)典，這種結(jié)構(gòu)采用奠基式向上支撐的架構(gòu)形式，并不牢固，雖然能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，但功能共享困難。面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）將應(yīng)用程序的各個(gè)功能單元以服務(wù)的形式提供給用戶，服務(wù)彼此之間保持獨(dú)立，通過(guò)接口和契約進(jìn)行聯(lián)系，具有標(biāo)準(zhǔn)化、松散耦合、共享服務(wù)和粗粒度等特點(diǎn)。

人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)采用懸浮倒掛式支撐的SOA體系架構(gòu)，為系統(tǒng)的建立提供統(tǒng)一的框架和環(huán)境，快速構(gòu)建不斷適應(yīng)用戶新需求的應(yīng)用系統(tǒng)，如圖4所示。

3.2? 人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)主要用于中醫(yī)教學(xué)、輔助診斷，包括文件操作、視圖瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、空間分析等功能模塊。文件操作模塊主要實(shí)現(xiàn)人體經(jīng)絡(luò)文檔的打開、保存、打印等功能;視圖瀏覽主要包括對(duì)人體經(jīng)絡(luò)圖的三維瀏覽、放大、縮小、復(fù)位等操作;數(shù)據(jù)查詢模塊主要包括穴位、經(jīng)絡(luò)的定位和穴位、經(jīng)絡(luò)的基本信息及關(guān)聯(lián)疾病的查詢;空間分析模塊主要有穴位緩沖區(qū)分析、反射區(qū)分析、循經(jīng)感傳模擬和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，功能如圖5所示。

4 人體經(jīng)絡(luò)原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)使用快速原型法設(shè)計(jì)開發(fā)，快速搭建出一個(gè)框架模型，通過(guò)用戶與系統(tǒng)開發(fā)者之間的不斷交流和討論，不斷完善系統(tǒng)。人體經(jīng)絡(luò)信息系統(tǒng)以搭建式、配置式開發(fā)為主，插件式開發(fā)技術(shù)為輔進(jìn)行集成開發(fā)，利用數(shù)據(jù)中心功能倉(cāng)插件和組件共同搭建。首先，利用集成設(shè)計(jì)器配置系統(tǒng)界面，包括初始化、菜單、工具條、目錄系統(tǒng)等，采用工作流工具搭建業(yè)務(wù)流程，然后通過(guò)表單設(shè)計(jì)器進(jìn)行Web頁(yè)面的配置，實(shí)現(xiàn)功能綁定，以工作空間管理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和功能的集成，最后使用權(quán)限管理器定義用戶權(quán)限。原型系統(tǒng)主要包括視圖插件和功能插件。視圖插件主要有經(jīng)絡(luò)顯示視圖、數(shù)據(jù)中心工作空間視圖;功能插件主要包括文檔菜單、視圖菜單、查詢菜單、分析菜單、幫助菜單等。

文檔菜單主要是對(duì)人體經(jīng)絡(luò)底圖進(jìn)行一些常用的操作，具體功能包括保存、另存為、打開、打印預(yù)覽、打印設(shè)置、打印等。

視圖菜單主要包括視圖工具和版面視圖兩個(gè)子模塊。視圖工具是對(duì)人體經(jīng)絡(luò)圖關(guān)于顯示方面的一些基本操作，主要功能包括復(fù)位、刷新、放大、縮小、移動(dòng)、鷹眼、視窗選項(xiàng)、旋轉(zhuǎn)視圖、三維瀏覽;版面視圖是對(duì)人體經(jīng)絡(luò)圖輸出的操作，主要輸出方式包括輸出光柵文件、圓形選擇輸出、圓形截圖、輸出PS/EPS文件。

查詢菜單分為視圖類查詢和工具類查詢，視圖類查詢需要通過(guò)輸入所要查詢對(duì)象的名稱，來(lái)獲取對(duì)象的相應(yīng)信息;工具類查詢可通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊選取要素類對(duì)象，即可彈出被選對(duì)象相應(yīng)是屬性信息。通過(guò)查詢菜單可以實(shí)現(xiàn)穴位和經(jīng)絡(luò)的快速定位、穴位和經(jīng)絡(luò)信息查詢、關(guān)聯(lián)疾病查詢、按摩針灸手法查詢等，如圖6所示。

分析菜單主要依靠強(qiáng)大的GIS空間分析功能為中醫(yī)教學(xué)和臨床診斷提供輔助決策支持。穴位緩沖區(qū)分析為學(xué)習(xí)針灸按摩提供了逼真的環(huán)境，由于不同穴位按摩方式不同，所以在緩沖區(qū)分析之前，先篩選出按摩方式為“揉按”的穴位，然后對(duì)選中要素進(jìn)行左右緩沖半徑設(shè)置，得到穴位揉按的范圍，如圖7所示;循經(jīng)感應(yīng)模擬將經(jīng)絡(luò)線循行的全過(guò)程動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)給用戶;穴位反射區(qū)分析以高亮顯示不同穴位的反射區(qū)，方便用戶根據(jù)自身情況，通過(guò)穴位按摩實(shí)現(xiàn)自我保健;數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以根據(jù)人體部位、疾病等不同專題進(jìn)行穴位、經(jīng)絡(luò)、治療方法的統(tǒng)計(jì)，并可采用直方圖、餅狀圖等多種圖形類型顯示結(jié)果。

5 結(jié)束語(yǔ)

將人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)看作一副地圖，利用先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體經(jīng)絡(luò)信息可視化表達(dá)和模擬，以及對(duì)二三維數(shù)據(jù)的一體化管理。系統(tǒng)采用SOA四層體系架構(gòu)，能快速構(gòu)建原型系統(tǒng)，以適應(yīng)用戶需求的不斷變化，并以目錄樹的形式對(duì)人體經(jīng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分層管理，以搭建式、配置式開發(fā)為主，插件式開發(fā)技術(shù)為輔進(jìn)行集成開發(fā)，利用數(shù)據(jù)中心功能倉(cāng)插件和組件共同搭建系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)經(jīng)絡(luò)穴位進(jìn)行空間分析，在中醫(yī)教學(xué)和臨床診斷方面提供輔助決策支持，為人體經(jīng)絡(luò)信息化研究提供了一種新的思路和方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李鵬鋒，陳新.基于圖形變換的人體經(jīng)絡(luò)可視化[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，31（11）：3035-3037.

[2] 陳新.采用圖像匹配和三維跟蹤器的人體經(jīng)絡(luò)可視化方法[J].中國(guó)組織工程研究，2012，16（17）：3143-3147.

[3] 張碧仙，陳新.經(jīng)絡(luò)可視化研究中多通道經(jīng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011，21（5）：198-201.

[4] 沈金志，陳新.人體皮膚經(jīng)絡(luò)定位與成像系統(tǒng)的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2012，48（6）：60-62，93.

[5] 林雪華，陳雁冰，陳新.基于阻抗檢測(cè)的經(jīng)絡(luò)可視化系統(tǒng)[J].綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，35（11）：28-33.

[6] 林雪華，陳新.雙目視覺(jué)系統(tǒng)精度分析及在經(jīng)絡(luò)可視化中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2014，29（3）：16-20，23.

[7] 蘇祈艷，陳新.基于阻抗與雙目視覺(jué)的經(jīng)絡(luò)可視化系統(tǒng)[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2015，39（3）：166-169.

[8] 陳國(guó)棟，李建微，鄭旭東，等.人體經(jīng)脈循行路線曲線擬合算法研究[J].中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，2010，15（4）：658-663.

[9] 鄭旭東，陳國(guó)棟，余輪.人體經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)中的三維場(chǎng)景傳輸策略研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2010，46（10）：51-53，56.

[10] 吳信才.數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)技術(shù)：新一代GIS架構(gòu)技術(shù)與開發(fā)模式[J].地球科學(xué)，2009，34（3）：540-546.

[11] 吳信才.數(shù)據(jù)中心集成開發(fā)平臺(tái)：新一代GIS應(yīng)用開發(fā)模式[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[12] 張發(fā)勇，羅津，彭裕輝，等.基于MapGIS數(shù)據(jù)中心的有線電視網(wǎng)絡(luò)資源管理平臺(tái)[J].地球科學(xué)，2010，35（3）：437-443.

[13] 吳信才，張成，于海燕.搭建式GIS軟件開發(fā)及其對(duì)軟件工程的影響[J].測(cè)繪科學(xué)，2010，35（4）：157-159.

[14] 王波，周順平，楊林.搭建式軟件開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2010，27（5）：48-50，63.

[15] 焦?jié)h科，黃悅.基于ArcEngine的插件式GIS開發(fā)框架設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].測(cè)繪與空間地理信息，2017，40（1）：128-131.

[16] 鄧良月.中國(guó)中醫(yī)研究院針灸研究所編制.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)穴部位掛圖說(shuō)明書[M].北京：中國(guó)中醫(yī)藥出版社，1997.

[17] http：//med.wanfangdata.com.cn/Products/TCM.html.

[18] Lucas B C，Bogovic J A，Carass A，et al.The Java Image Science Toolkit （JIST） for rapid prototyping and publishing of neuroimaging software[J].Neuroinformatics，2010，8（1）：5-17.

[19] Avola D，Spezialetti M，Placidi G.Design of an efficient framework for fast prototyping of customized human-computer interfaces and virtual environments for rehabilitation[J].Computer Methods and Programs in Biomedicine，2013，110（3）：490-502.

【通聯(lián)編輯：王力】