虚拟现实技术在针灸学教学中的应用思考*

侍 昊 孙昭睿 丰 翔 顾笑燕 李一鸣 冯晶晶 关欣颖

针灸学是在中医基础理论的基础上，研究经络、腧穴及针刺手法，最终达到防治疾病目的的一门学科，它具有适应证广、经济、安全和疗效确切等优点，分为经络腧穴学、刺法灸法学和针灸治疗学三部分，在内科、外科、妇科、儿科等疾病的治疗方面起到不可忽视的作用。近期，我们也看到了针灸治疗新冠肺炎的若干报道[1-3]。传统教学方法，如PPT、挂图、视频，包括近几年出现的针灸电子腧穴挂图[4, 5]都是在二维平面基础上进行的教学活动，都难以对经脉的循行、腧穴的结构进行三维立体空间展示。学生们花费大量的时间预习和复习，仍然出现穴位的定位不准，腧穴解剖不熟悉，针刺手法不规范等问题。虚拟现实(Visual Reality，VR)技术的出现，使得针灸学的教学模式从传统二维的模式发展为三维模式成为可能，这样的教学模式使基础理论形象化、学习过程兴趣化，能够帮助同学们更好地理解经络和腧穴的空间结构，进而规范针刺手法，提高针灸学的教学质量。

1 VR技术

VR技术能利用计算机建立的三维立体情景，给用户提供视觉、听觉、触觉、味觉等感觉模拟，以达到身临其境的效果，该技术具有沉浸性、交互性、想象性和多感知性的特征。沉浸性是指通过视觉、听觉和触觉等感觉的模拟，使用户产生身临其境之感。交互性是指用户利用从虚拟环境中得到的反馈，通过人机交互的方式对虚拟环境中的事物进行操作。想象性是指用户根据推理、联想等思维过程，对未来进展进行想象。多感知性指VR技术具备了人类所拥有的触觉、听觉和触觉等辅助感知功能。其中，沉浸性和交互性是VR最显著的特征。VR技术可以在虚拟环境中获取逻辑信息和空间信息，实现与真实世界相同的反馈。

目前，VR技术已经运用于高等教育的理、工、农、医等学科中[6]，该技术掀起了一场“空间革命”，形成了线上线下混合式的翻转课堂教学模式[7]。在医学教育中，外科腹腔镜手术、解剖学、心理学等学科已经有了VR的辅助，并得到了学生的好评[7]。在针灸学领域，基于VR技术发展而来的HTC VIVE[10]、针灸虚拟人[11]、Unity 3D[12]和针灸铜人三维模型[13]等平台也在相继开发和完善中，这些技术的日益成熟有助于提高针灸学的教学质量，为针灸的进一步发展，走向国际提供可能。

2 VR技术在针灸学教学中的应用

2.1 经络腧穴学经络腧穴学是针灸学的基础课程，课程内容主要包括经络系统的组成，经脉的循行，腧穴的归经、定位、主治及解剖结构，要求同学们准确掌握腧穴的定位、主治，尤其对针刺具有危险性的穴位的解剖结构要特别熟悉，如风池、睛明等。传统教学所使用的二维模型，如PPT、挂图等，不能给学生们清晰、直观的认识。成都中医药大学的师生们依托VR技术，制作了《经络腧穴》的APP，能够全方位、多角度地展现腧穴的立体结构[14]。福建中医药大学的教师们也已经将这样的VR演示应用于针灸学的教学中，并取得了满意的效果。同学们先利用线上的VR资源进行预习，然后教师在课上进行讲解，课后再次利用线上VR资源进行复习，形成了线上线下混合式的翻转课堂教学模式。他们利用VR技术，给予经脉循行的动态展示，并且在循行路线上的重要位置做了标识。以足太阳膀胱经的经脉循行为例，经脉所过的“目内眦、额、巅顶”等位置均予以三维呈现。除了对经脉循行有三维呈现外，他们对腧穴的三维立体结构也做了详细的演示，呈现了腧穴的立体层次，如睛明、天柱等穴。他们甚至通过VR设计，对这些腧穴进行了虚拟操作。以睛明穴为例，当针刺一定深度时，通过VR技术，可以显示针尖所到达的位置以及可能刺伤的组织，让学生在虚拟情景真实感受针刺要点。相对于传统二维的教学模式，基于VR技术发展的三维教学模式使得经络循行可视化，腧穴结构三维化。经过VR教学的学生们取得了更好的成绩，获得了师生的一致好评[15]。

2.2 刺法灸法学刺法灸法学需要同学们掌握多样化的手法操作，传统的教学往往采用视频播放，学生模仿，教师指导的方式，但这样的方式很难使学生们从各个角度观看到手法操作的细节，学生们也很难获取其中的要点，如初学者便很难理解针刺补泻中左转用力为补，右转用力为泻的手法，所以在观看视频以后，教师依然不得不在课堂上耗费大量的时间和精力给每一位学生重新演示，不断纠正学生们手法中存在的问题。不仅如此，学生们在课后对于刺法灸法学的复习也缺乏客观的指导，导致很多学生在复习手法的过程中，一遍又一遍地重复错误的操作。基于VR技术发展带来的刺法灸法学的教学模式打破了学习时间和空间，能够全方位、多视角地360°立体观看手法操作，这样的模式能够让学生们在课上对针刺手法的要领理解地又快又准确，而且在课下可以反复观看，反复操作，提高了学生们刺法灸法的技能水平。基于VR技术建立的针灸虚拟人还可以模拟刺法灸法的动态演示过程。在毫针进入虚拟人后，根据虚拟针刺力反馈系统，操作者可以感受到真实的反作用力。毫针进入组织的不同，反作用力亦有所变化，研究人员已经研究出风池[16]、肾俞[17]、中脘[18]的力反馈作用。这样的虚拟练针情景，为针灸学的教学提供了动态的具有视觉、触觉等感受的手段，亦不必担心给患者带来痛苦，可以反复地练习，直至熟练。VR技术将针灸学与现代生物力学、传感技术和计算机图像处理技术相结合，为“数字针灸学”的形成打下基础[11]。同时，VR系统的运用，也使得刺法灸法学的技能考核客观化。以往对于该部分的技能考核，往往是由学生抽取试题，教师主观评判。这样的方式导致了考核范围不全面、考核分数不客观。将VR系统引入考核中，能够更加公平、公正地判定学生的手法水平，给予更加合理的分数。

3 针灸治疗学

通过收集临床典型病例，结合多媒体演绎的虚拟画面，将课本上的病例由静变动，由抽象变具体，以弥补教师在针灸治疗学教学的过程中照本宣科的不足，让学生有身临其境之感。这样的教学模式不仅帮助学生掌握了临床病例，还能够通过VR的互动，使得同学们能够在虚拟环境中的探索求知，使典型病例生动化、诊疗过程真实化，并锻炼他们的诊疗思维，加深对病例的印象，帮助学生建立完善的中医临床思维模式，避免了学生的机械性记忆，并帮助学生整合之前所学的知识，形成了理论与实践的结合[19]。

图1 VR技术在针灸学教学中的应用

4 讨论

随着5G时代的到来，人工智能(Artificial Intelligence,AI)、3D打印、大数据、云计算、针灸机器人都在大步发展，并且已经用于针灸学的教学中，来帮助提高教学的质量[20]。基于这些技术打造的针灸虚拟实验室和智慧实验室也离我们越来越近[21]。将VR技术运用到针灸学的教学中，利用它沉浸性和交互性的特征，有助于解决传统二维教学过程中出现的问题，使得经络循行可视化、腧穴结构三维化、针刺操作具体化、技能考核客观化、典型病例生动化和疾病诊疗真实化。同时，VR技术使得师生们在课前的预习、课中的讲授以及课后复习方面有了更多的选择，能够形成线上线下混合式翻转课堂教学模式，将教学由“教师为中心”向“学生为中心”进行转变[22]。

但是VR教学仍存在一定的问题。首先，人与机器的互动，淡化了师生间的互动性及师生的情感交流在学习过程中的重要性。其次，VR的造价昂贵、操作复杂等，使得VR技术在教学领域尚未得到大规模地应用。随着VR技术的完善和成熟，希望今后有经济便捷、操作简单的VR技术能够用于针灸学的教学，为针灸学教学、科研以及临床培养更多的人才。