虛擬仿真技術與中醫思維訓練系統研究

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摘要：為進一步提升學生綜合分析四診信息進行辨證論治的能力，解決當前中醫實訓規范化不足、中醫思維能力訓練欠缺的問題，研究團隊圍繞中醫思維特點，以證素辨證原理為指導，采用虛擬仿真技術模擬真實世界中醫臨床辨證論治的全過程，開展中醫思維訓練虛擬仿真系統研究，通過設置四診歸類、證素辨證、綜合案例三個模塊，為學生搭建起一個涵蓋中醫基礎理論知識學習、中醫辨證思維培養和臨床實踐技能訓練的現代化中醫實訓平臺。

關鍵詞：虛擬仿真技術；中醫思維；證素辨證

當代醫學發展迅猛，醫療水平不斷提升，這些離不開理論創新與科技成果的深度融合。虛擬仿真技術作為現代信息技術的代表，具有良好的交互性與可替代性，被認為是三大發展前景最好的計算機技術之一。隨著虛擬仿真技術不斷成熟和使用成本不斷降低，該技術已經被成功應用到社會生活的諸多領域。2018年教育部為適應信息化條件下知識獲取方式和傳授方式、教和學關系等發生革命性變化的要求，決定開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作，全國高校隨即紛紛響應，掀起了研究虛擬仿真技術與教育教學深度融合的熱潮。福建中醫藥大學中醫診斷學科作為國家級教學團隊，立足于學科優勢、人才優勢，深入開展探索國家虛擬仿真實驗教學項目的研究工作，致力于中醫診斷學課程體系和實驗教學方式的創新。研究團隊圍繞中醫思維特點，以中醫思維訓練為核心，以證素辨證原理為指導，以虛擬仿真技術為支撐，通過與夢宇三維技術有限公司合作，開展了中醫思維訓練虛擬仿真系統研究，現將研究情況介紹如下。

1系統的研究意義

1.1緊抓中醫思維訓練的核心

中醫學專業的培養內容主要包括中醫理論的學習、中醫思維的培養和臨床實踐與技能訓練等。其中，中醫思維是中醫藥人才培養的關鍵，中醫人才培養的重點就是養成中醫思維［1］。中醫思維貫穿于整個臨床實踐的全過程，是中醫學的靈魂，其核心內涵包括整體觀念和辨證論治，李燦東等［2］學者也強調準確把握中醫思維是理解、傳承和發展中醫的關鍵。根據臨床實踐過程，中醫思維可分為診斷思維與治療思維［3］，其中中醫診斷思維體現在四診和辨證兩個過程，辨證論治是其最基本、最重要的思維方式，辨證所依據的原則有整體合參、動靜統一等［4］；中醫治療思維則體現在理、法、藥、方、技的實踐運用。因此，研究團隊緊抓中醫思維的特點和訓練的核心，圍繞診斷和治療兩大訓練重點，開展研究既有中醫思維特點又能訓練中醫思維能力的訓練系統。

1.2建立規范化的辨證系統

證素辨證是以證素為核心的中醫診斷思維過程。朱文鋒［5］指出中醫辨證的思維規律是“根據證候，辨別證素，組成證名”。即從外在的證候表現入手，運用四診方法采集癥狀信息，然后進行病位、病性等本質的判斷，最后概括形成完整的證名診斷。根據辨證思維的這一認識過程，提煉出了“癥狀-證素-證名”的辨證思維框架。研究團隊以證素辨證原理為指導，在當前中醫輔助診療系統的基礎上，融入現代最新科技和中醫思維特點，構建以證素為核心的規范化辨證系統，以此訓練學生全面規范采集四診信息、綜合分析判斷病位病性、概括歸納證名診斷的中醫辨證思維能力。

1.3發揮虛擬仿真的技術優勢

虛擬仿真技術起源于20世紀40年代，是計算機技術發展中逐步形成的一類用于試驗研究的新技術，其本質是借助多媒體、虛擬現實、人機交互、網絡、通信等技術手段，用一個虛擬的系統模仿另一個真實系統的技術，具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性等基本特性［6-7］。研究團隊以虛擬仿真技術為支撐，利用其虛幻性和逼真性等特性構建中醫臨床診療場景，使用戶具有身臨其境的感受，并且滿足人和虛擬仿真系統之間操作與反饋的實時交互，從而實現真實模擬中醫臨床實踐的全過程。

2系統的技術架構

該系統采用虛擬仿真及三維立體還原技術，通過3DMax、Maya等三維制作軟件進行3D模型、動畫及仿真視覺效果的制作，使用Unity3D引擎開發3D虛擬操作及交互系統。同時采用Java的SpringMVC架構作為系統中、后臺服務，MySQL作為后臺數據庫系統，為前端的Unity3D程序提供程序邏輯及數據存取服務。其具體技術架構見圖1。

3系統的數據庫構建

參考《中醫診斷學》［8］教材，根據中醫診斷學教學大綱，主要從診法、辨證、診病三個方面的教學知識點建立數據庫，具體建立方式及內容如下。

3.1四診歸類數據庫

根據教材中診法理論的基本內容，以四診望、聞、問、切為綱，分別提取望、聞、問、切四診各自涉及的癥狀信息，并以癥狀對應診法的規則和規范化的Excel格式記錄匯總，如“面色黃-望”“聲音嘶啞-聞”“頭痛-問”“脈弦-切”等，每一行一條記錄信息，以便計算機進行編程和數據處理。如果一個癥狀對應兩個或多個診法時，根據臨床實際全部列出。由此整理形成572條“癥狀-診法”的四診歸類記錄，基本涵蓋中醫臨床常見癥狀，并且數據庫預留空間，后期根據臨床實際和教學需要，可以隨時進行數據庫的更新和補充。

3.2證素辨證數據庫

以證素辨證原理為指導，根據實際訓練“癥狀-證素-證名”的中醫辨證思維過程，采取“證名-證素-癥狀”的方式逆向拆分《中醫診斷學》教材中常見證名，然后按照每個證的辨證要點，設置主要癥狀和一般癥狀，以“證名-證素-癥狀-診法”的方式和規范化的Excel格式進行記錄匯總。如陽虛證的記錄方式為“陽虛證-畏寒肢冷-問、陽虛證-小便清長-問、陽虛證-面色白-望”三條記錄。根據辨證方法的不同和證的復雜程度，分別設置了單證素56項、雙證素51項、三證素31項、四證素15項等辨證數據庫內容，包括八綱辨證、六經辨證、衛氣營血辨證、臟腑辨證等，基本涵蓋了所有教學知識點和中醫臨床常見證，同時數據庫預留空間，后期根據臨床實際和教學需要，可隨時進行數據庫的更新和補充。

3.3綜合案例數據庫

按照中醫門診病歷書寫的規范模式，真實模擬臨床診療的全過程。圍繞臨床常見疾病的證名、證素、癥狀及其診法、主訴等，設計望、聞、問、切模板，如望診插入圖片渲染，聞診導入特征性錄音等。模板不僅涵蓋上述癥狀，還包括基本信息，如姓名、性別、年齡等；中醫常規問診內容，如睡眠質量、大小便情況等；主訴以及發病原因、時間、經過、加重或減輕因素等。隨后根據《中醫內科學》［9］的“病-證-方”框架，提供治則治法方藥選擇，最終組成一個完整的病例，以規范化的Excel格式，錄入綜合案例數據庫。現已完成肝郁脾虛證、心火亢盛證、肺陰虛證、肝陰虛證、膽郁痰擾證、胃陰虛證等6個證型的標準化病例模板建設，后期將會根據中醫臨床和臟腑辨證中的常見證型，持續不斷地進行案例數據庫的補充、完善。

4系統的實驗操作及評價

用戶登錄中醫思維訓練虛擬仿真系統，進入操作首頁，初學者經過新手指引便可了解系統的基本操作過程。本系統主要包括四診歸類訓練、證素辨證訓練、綜合案例訓練等模塊內容。在進行以上實驗操作的同時，實驗評價也在同步進行。實驗評價采用綜合性考核評價方法，既涵蓋整個實驗的完成時間、完成進度，也包括每一部分的完成時間及準確率，主要以匹配次數、匹配正確率、答題正確率等客觀指標為評價依據，形式以星級評價和百分制為主。其具體流程見圖2。

4.1四診歸類訓練

四診歸類，即癥狀與望、聞、問、切診法的匹配。系統隨機從數據庫中抽取20個癥狀，學生根據其所屬診法，選擇癥狀，納入相應診法，進行歸納分類。如舌紅、聲低息微、無汗、脈洪大，正確匹配為“舌紅-望、聲低息微-聞、無汗-問、脈洪大-切”。全部完成后，系統自動檢查與數據庫正確答案是否一致。如果存在錯誤，系統顯示錯誤歸類的內容及正確答案。按照錯誤數量的多少，分別給予相應的星級評價（最高五星，最低一星），當全部匹配正確為五星，而錯誤數≥10個時，則無星。其操作界面見圖3。

4.2證素辨證訓練

證素辨證，即證名、癥狀與診法的匹配，包括單證素辨證、雙證素辨證、三證素辨證、四證素辨證等。依據辨證方式、難易及復雜程度，采取闖關的形式，共設置5關，每關內又包括2～3個小關。每關系統隨機從數據庫中抽取相應級別的1個證及20個癥狀，通過選擇該證的主要癥狀以及對應正確的診法，實現“證名-癥狀-診法”的準確匹配。如心腎陽虛證，隨機顯示的癥狀有胸悶、小便清長、心痛、畏寒、腰膝酸軟或痛等，正確匹配應是“心腎陽虛證-腰膝酸軟或痛-問、心腎陽虛證-心痛-問、心腎陽虛證-畏寒-問”。其操作界面見圖4。在實驗評價中，每個關卡設置了最多犯錯次數，系統根據犯錯次數的多少，進行星級評價；犯錯越少，獲得星級評價越高（最高五星，最低一星）。通過設定單癥狀權值大小和匹配次數之間的適當關系，保證在限制的最多配次數內，如果不能匹配到至少一個主要癥狀，無論匹配多少普通癥狀或無關癥狀，或超過最多次數，仍然沒有匹配到正確的“證名-癥狀-診法”，均為闖關失敗，必須重新匹配，直至完成正確匹配，否則無法進行下一步訓練。最后本部分全部完成后，系統會根據所獲星級數量判定優、良、中、差。與此同時，系統也會根據數據庫核對驗證情況顯示證素辨證訓練部分的全部結果，以便學生查驗、反饋。

4.3綜合案例訓練綜合案例是根據門診病歷書

寫規范模式進行設計的臨床常見病醫案，如肺系病的感冒、咳嗽，心系病的失眠、心悸，脾系病的腹瀉、便秘等。系統隨機提供數據庫中的一套案例，模擬中醫臨床門診望、聞、問、切診療全過程，考察學生規范采集四診信息，根據四診采集結果，凝練主訴，辨別病位、病性，總結證型，選用正確治法、方劑，提交后顯示以規范門診病例為模板的實驗結果情況。系統后臺自動匯總學生案例分析情況，分部分、分要點進行百分制的實驗計分評價，使用醒目字體顯示錯誤內容，并提供正確答案參考。其操作界面見圖5。圖5綜合案例訓練操作界面圖綜上所述，該中醫思維訓練虛擬仿真系統按照從四診歸類、證素辨證到綜合案例的循序漸進的訓練方法，采用實驗操作與實驗評價同步進行的考核方式，符合廣大師生的教、學習慣，也適應于不同專業水平人員的學習需求。同時運用闖關游戲及與3D虛擬患者互動的表現形式，實現自外而內的虛擬仿真效果，有助于提高學生的學習興趣與學習效率。目前該中醫思維訓練虛擬仿真系統已通過測試與驗收，獲得軟件著作權（登記號：2019SR0856394），具備二級國家信息安全等級保護，并且與“實驗空間-國家虛擬仿真實驗教學項目共享服務平臺”連接成功，用戶通過電腦、手機等終端的瀏覽器登錄“實驗空間-國家虛擬仿真實驗教學項目共享服務平臺”，即可簡單、方便、快捷地完成相關的學習和訓練。

5小結

中醫思維訓練虛擬仿真系統緊抓中醫思維核心內涵，以證素辨證原理為指導，依托虛擬仿真技術支撐，采用小游戲和3D虛擬診療場景的形式，從四診歸類、證素辨證、綜合案例三個模塊，訓練學生全面規范采集分析四診信息、準確把握辨證要點進行病位、病性和證名判定的能力，同時也培養了從癥狀分析、證型診斷到治療用藥的中醫臨床思辨能力。該系統作為中醫學專業與虛擬仿真技術有機結合的初步嘗試，后期仍需進行持續建設以及更新教學案例，覆蓋更多臨床學科，使其更加貼近真實臨床情景。

參考文獻

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［8］李燦東.中醫診斷學［M］.北京：中國中醫藥出版社，2016.

［9］張伯禮，吳勉華.中醫內科學［M］.北京：中國中醫藥出版社，2017.

作者：李永 趙文 詹杰 閔莉 陸瑩琦 林雪娟 李燦東 單位：福建中醫藥大學中醫學院 福建省中醫健康狀態辨識重點實驗室 夢宇三維技術有限公司