羅群芳 盧林瀟 方慧 葉含笑

摘要： 經(jīng)絡(luò)學(xué)是中醫(yī)理論的重要組成部分，但經(jīng)絡(luò)的物質(zhì)基礎(chǔ)尚無(wú)定論；現(xiàn)有虛擬人體技術(shù)反映了豐富的解剖學(xué)上的細(xì)節(jié)，但未能包括對(duì)經(jīng)絡(luò)和中醫(yī)人體穴位的描述。針對(duì)這些問(wèn)題，以中醫(yī)針推理論為指導(dǎo)，以中國(guó)人體穴位真實(shí)標(biāo)本素材為基礎(chǔ)，用3DMAX技術(shù)建立了一個(gè)對(duì)于人體穴位定位及針刺方向描述的模型，描述了利用三維可視化方法建立的空間模型，以及組織成為層次型文本知識(shí)體系的解釋模型，以反映詳細(xì)的解剖學(xué)相關(guān)知識(shí)

關(guān)鍵詞： 經(jīng)絡(luò)； 人體穴位； 仿真； 三維重構(gòu)

中圖分類號(hào)：TR文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2012）05-16-02

3DMAX in virtual human Acupoint Model3D reconstruction in application

Luo Qunfang, Lu Linxiao, Fang Hui, Ye Hanxiao

（Zhejiang Chinese Medicine University， Hangzhou， Zhejiang 310053， China）

Abstract： The meridian is an important part of Chinese medicine theory, but the material basis of the meridian is inconclusive; existing virtual human technology reflects the weath of anatomical detail, but fails to include a description of the body acupuncture points on the meridians and TCM. Chinese medicine needle to push the theory as a guide to humanacupuncture points of the real specimen material is based on?a?modeldescribed?in?the human body?acupuncture point?location and?needling direction 3DMAX technology, describes the use of?three-dimensionalvisualization methods?to establish the space model. And the organization as a hierarchical text?interpretation model of the knowledge system to reflect the detailed anatomical knowledge, and ultimately avisual model of electronic map display three-dimensional shape of thebody acupuncture points based on Chinese philosophy.

Key words： meridian； human acupuncture points； simulation； 3D reconstruction

0 引言

經(jīng)絡(luò)學(xué)是中醫(yī)理論的重要組成部分。經(jīng)絡(luò)在臨床上的應(yīng)用主要表現(xiàn)為穴位治療。臨床針灸學(xué)的發(fā)展有賴于對(duì)人體穴位的正確體表定位和三維空間結(jié)構(gòu)的精確描述和顯示。但一方面，經(jīng)絡(luò)和穴位的物質(zhì)基礎(chǔ)尚無(wú)定論，有觀點(diǎn)認(rèn)為穴位與神經(jīng)系統(tǒng)關(guān)系密切，也有觀點(diǎn)指出人體穴位處毛細(xì)血管豐富、排列規(guī)則。另一方面， CT、MRI因分辨率原因均不足以給出神經(jīng)和毛細(xì)血管的信息。因此，目前依據(jù)中國(guó)人體穴位真實(shí)標(biāo)本圖像資料，還不能給出神經(jīng)和毛細(xì)血管的細(xì)微結(jié)構(gòu)，以及中醫(yī)人體穴位的豐富信息。傳統(tǒng)的對(duì)于人體穴位的定位和形態(tài)學(xué)的數(shù)據(jù)是基于經(jīng)典中醫(yī)理念得出的，是我國(guó)古代醫(yī)學(xué)家長(zhǎng)期醫(yī)療實(shí)踐的總結(jié)；針灸的療效也已有定論，但針刺的不同深度和角度會(huì)導(dǎo)致不同的治療結(jié)果，特別是對(duì)于那些危險(xiǎn)人體穴位，正確施針，療效奇佳，但運(yùn)針過(guò)度可能引起致命傷害。中醫(yī)的這些經(jīng)驗(yàn)如何以可視化的方式直觀、多層次地加以表達(dá)，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

我們通過(guò)本課題研究，將基于中醫(yī)理念獲得的關(guān)于人體穴位的知識(shí)融入目前國(guó)際上開發(fā)較成熟的3DMAX技術(shù)，重建了三維可視化人體穴位模型，建立了結(jié)合人體穴位描述的中醫(yī)虛擬人模型，使有關(guān)人體穴位知識(shí)的表達(dá)更直觀，更有層次感，使針灸的進(jìn)針理論可視化、動(dòng)態(tài)化。虛擬人體穴位模型包含豐富的關(guān)于人體穴位的中醫(yī)學(xué)知識(shí)和臨床意義。這樣建立的穴位描述，為穴位在結(jié)構(gòu)及生理功能上的進(jìn)一步研究建立了形態(tài)學(xué)三維顯示基礎(chǔ)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，將中國(guó)人的穴位組織結(jié)構(gòu)客觀仿真重建，特別是仿真穴位處的組織，使這些組織在屏幕上可以從任何角度被觀察，顯示針刺結(jié)構(gòu)，以提高準(zhǔn)確度和避免針刺意外，對(duì)臨床醫(yī)生有很好的指導(dǎo)作用，可進(jìn)一步充實(shí)和驗(yàn)證穴位解剖結(jié)構(gòu)法人立體構(gòu)筑理論，服務(wù)中醫(yī)針灸推拿等基礎(chǔ)和臨床學(xué)科。

1 虛擬人體穴位模型重建的理論基礎(chǔ)

經(jīng)絡(luò)穴位理論的基礎(chǔ)是陰陽(yáng)五行、臟腑經(jīng)絡(luò)。有很多醫(yī)生和學(xué)者正在研究經(jīng)絡(luò)穴位理論與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)之間的關(guān)系，但得到的結(jié)論通常是局部的。從醫(yī)學(xué)影像學(xué)的角度，系統(tǒng)地整理中西醫(yī)結(jié)合的現(xiàn)有成果，有助于研究人員進(jìn)一步從醫(yī)學(xué)影像上對(duì)經(jīng)絡(luò)穴位的本質(zhì)加以探索。

目前，中醫(yī)針灸治療手段主要依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)。如果能將人體三維醫(yī)學(xué)影像內(nèi)容作為另一種施治的參考，將有助于針灸臨床醫(yī)生避免針刺意外和提高針刺療效，是一種理想而直觀的中醫(yī)電子解剖學(xué)手段。同時(shí)，醫(yī)學(xué)影像圖譜的應(yīng)用，也有可能促進(jìn)產(chǎn)生新的簡(jiǎn)便的輔助治療方法，為中醫(yī)針灸走向世界打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

作為世界醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一朵奇葩，中醫(yī)理論已經(jīng)得到世界醫(yī)學(xué)界的認(rèn)可和推崇。如果在西醫(yī)人體三維圖譜逐漸發(fā)展、成熟的同時(shí)，建立以中醫(yī)理論為基礎(chǔ)的具有中國(guó)特色的人體三維醫(yī)學(xué)影像圖譜，進(jìn)行推廣和教育，將更有助于中醫(yī)理論的普及和發(fā)展。針灸穴位三維虛擬人體模型正是基于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，以中醫(yī)理論和經(jīng)絡(luò)穴位理論以及醫(yī)生臨床經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)而建立的。

2 針灸穴位在三維虛擬人體上的定位

在人體三維醫(yī)學(xué)圖像上進(jìn)行穴位定位所遇到的最大難題是：一方面，在目前的影像手段中，沒(méi)有一種手段可以像顯示肌肉神經(jīng)組織那樣顯示出真實(shí)的經(jīng)絡(luò)穴位結(jié)構(gòu)，即人體經(jīng)絡(luò)穴位結(jié)構(gòu)是不可觀測(cè)的；另一方面，經(jīng)典的穴位定位方法的某些部分使用的標(biāo)志結(jié)構(gòu)過(guò)于細(xì)小而在圖像上不可分辨，比如毛發(fā)。因此在穴位定位過(guò)程中，我們要通過(guò)適當(dāng)?shù)耐緩?，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)，解決上述問(wèn)題。從描述方法來(lái)說(shuō)，本次人體三維醫(yī)學(xué)圖像使用的是一套完全不同于經(jīng)典中醫(yī)針灸穴位定位方法的描述體系[2]。

2.1 頭部穴位定位

人體三維醫(yī)學(xué)圖像的三維坐標(biāo)系的方向是基于存儲(chǔ)方式的，而坐標(biāo)系的方向是基于圖像內(nèi)容的。習(xí)慣上，人體有前后左右上下之分，坐標(biāo)系就根據(jù)圖像中人體的前后左右上下確定。

這樣，經(jīng)典的穴位定位中使用的描述可以方便地在坐標(biāo)系中得到對(duì)應(yīng)。人為規(guī)定，人體左右方向?yàn)閤方向，從右至左x坐標(biāo)值遞增；人體前后方向?yàn)閥方向，從前至后y坐標(biāo)遞增；人體上下方向?yàn)閦方向，從下至上z坐標(biāo)遞增。如圖1所示。

圖1頭部穴位定位1

人體頭部的經(jīng)穴共有64個(gè)，其中有63個(gè)位于體表，一個(gè)位于口腔內(nèi)。位于體表的63個(gè)經(jīng)穴，可以認(rèn)為分布在三個(gè)區(qū)域：面部，頭頂部和側(cè)頭部。從醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)得出，位于面部的穴位橫向定位一般采用橫寸，縱向定位依照體表標(biāo)志；位于頭頂部的穴位橫向定位采用橫寸，縱向定位采用直寸[3]；位于側(cè)頭部的穴位采用體表標(biāo)志定位。經(jīng)典的中醫(yī)針灸穴位定位方法中穴位定位的描述，是基于人體表面的二維描述方法。其描述一般是從某個(gè)體表標(biāo)志出發(fā)，向某個(gè)方向移動(dòng)多少距離。比如，足太陽(yáng)膀胱經(jīng)的五處穴位的定位描述為：在頭部，當(dāng)前發(fā)際正中直上1寸，旁開1.5寸。這種描述方法的好處在于：在穴位定位的時(shí)候，不必要考慮與定標(biāo)無(wú)關(guān)的人體體表其他高低不平的形態(tài)。作為穴位定位標(biāo)志的人體標(biāo)志是每個(gè)人都有的，形態(tài)明確的，盡管隨個(gè)體差異有所不同，但位置相對(duì)固定的那些體表形態(tài)或骨性標(biāo)志是有規(guī)律可尋的。

同樣，在人體三維醫(yī)學(xué)圖像上進(jìn)行穴位定位，由于人體表面存在高低不平的各種形態(tài)，并不規(guī)則；同時(shí)，根據(jù)不同原始數(shù)據(jù)重建出來(lái)的三維圖像中，表示人體表面的曲面也可能是各不相同的。因此，如果直接用三維坐標(biāo)來(lái)穴位定位和描述穴位位置，既不方便，又不容易與經(jīng)典中醫(yī)針灸穴位定位中的描述聯(lián)系起來(lái)，而且不容易解決人體圖像的差異性[4]。為了解決以上問(wèn)題，我們借鑒中醫(yī)學(xué)的經(jīng)驗(yàn)方法，采用二維坐標(biāo)，將穴位位置在坐標(biāo)系中描述出來(lái)，即標(biāo)準(zhǔn)化二維描述的穴位，重構(gòu)三維定位方法。標(biāo)準(zhǔn)化二維描述的穴位重構(gòu)三維定位方法對(duì)不同區(qū)域的穴位，根據(jù)其經(jīng)典的中醫(yī)針灸定位描述，采用相應(yīng)的穴位定位模型在坐標(biāo)系中進(jìn)行描述，最后，將人體穴位顯示到人體三維醫(yī)學(xué)圖像中，獲得如圖2所示的頭部穴位標(biāo)注效果。

圖2頭部穴位定位2

2.2 軀干部穴位定位模型

由于軀干部穴位定位方法的思想和操作過(guò)程與頭部穴位定位方法相似，我們較簡(jiǎn)略地?cái)⑹鲆幌逻@個(gè)過(guò)程。軀干部三維坐標(biāo)系的定義如下。

坐標(biāo)系的方向是基于圖像內(nèi)容的。人為規(guī)定，人體左右方向?yàn)閤方向，從右至左x坐標(biāo)值遞增；人體前后方向?yàn)閥方向，從前至后y坐標(biāo)遞增；人體上下方向?yàn)閦方向，從下至上z坐標(biāo)遞增。特別，對(duì)于軀干部圖像，規(guī)定原點(diǎn)位于臍中央。軀干部坐標(biāo)系yz平面的確定：在人體軀干部圖像中，同樣可以找到許多具有對(duì)稱性質(zhì)的切面，通過(guò)解方程式，我們可以得到軀干部人體數(shù)據(jù)的中軸面，將其作為軀干部坐標(biāo)系的yz平面。軀干部坐標(biāo)系的z軸和xz平面采用以下的方法確定。

⑴ 以臍中央點(diǎn)H和兩個(gè)乳頭I、J共三個(gè)點(diǎn)確定平面HIJ。

⑵ 平面HIJ與已經(jīng)確定的yz平面的交線定義為z軸。

⑶ 過(guò)z軸作yz平面的垂直平面，確定xz平面。

根據(jù)人體穴位在軀干部的分布，可以將人體軀干部分為兩個(gè)區(qū)域：軀干前面的胸腹部和軀干后面的背部。與之相對(duì)應(yīng)的，在軀干部選擇兩個(gè)特定的投影平面進(jìn)行二維描述。

⑴ δ平面用于胸腹部穴位的定位，為一長(zhǎng)方形平面，對(duì)應(yīng)人體胸腹部上至胸骨上窩，下至恥骨聯(lián)合，左右至腋窩的人體表面區(qū)域的投影。

⑵ ε平面用于背部穴位的定位，也為一長(zhǎng)方形平面，對(duì)應(yīng)人體背部上至第七頸椎棘突，下至尾骨，左右至腋窩的人體表面區(qū)域的投影。由于人體胸腹部和背部都相對(duì)比較平坦，且可以認(rèn)為是相互平行的，傳統(tǒng)中醫(yī)穴位位置的描述中的定位可以直接作為投影平面上的坐標(biāo)，因此，對(duì)這兩個(gè)投影平面的標(biāo)定，本文沒(méi)有進(jìn)一步設(shè)計(jì)模型進(jìn)行研究，只采用⑶、⑷步驟進(jìn)行操作。

⑶ 將xz平面作為δ平面，根據(jù)臍中央點(diǎn)H和兩個(gè)乳頭I、J三個(gè)點(diǎn)對(duì)δ平面進(jìn)行標(biāo)定，參考傳統(tǒng)中醫(yī)穴位位置的描述確定胸腹部穴位在投影平面上的坐標(biāo)。

⑷ 將 xz 平面作為ε平面，根據(jù)脊椎棘突和肩胛骨內(nèi)緣對(duì)ε平面進(jìn)行標(biāo)定，參考傳統(tǒng)中醫(yī)穴位位置的描述確定背部穴位在投影平面上的坐標(biāo)[5]。

根據(jù)上述方法，我們對(duì)人體軀干部部分穴位進(jìn)行了定位，并三維顯示，顯示效果如圖3所示。

圖3

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)有中醫(yī)特色的人體三維醫(yī)學(xué)影像學(xué)進(jìn)行了研究，對(duì)人體穴位在三維圖像上的定位，針對(duì)肌肉的三維分割，建立虛擬人模型，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)針灸三維影像瀏覽等多個(gè)方面進(jìn)行了深入的探討，初步實(shí)現(xiàn)了中醫(yī)針灸穴位三維醫(yī)學(xué)影像重建。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)在研究?jī)?nèi)容上充實(shí)了傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了各種各樣的醫(yī)學(xué)成像手段，在人體解剖圖像上不能被區(qū)分的“穴位”組織，可以通過(guò)一定的影像學(xué)手段找到一些蛛絲馬跡。這一切，對(duì)于研究和論證傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的解剖組織基礎(chǔ)、生理機(jī)制都有非常大的幫助。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)結(jié)合多媒體技術(shù)的發(fā)展，將給傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)知識(shí)的傳播和發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)。

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