虚拟仿真技术与中医思维训练系统研究

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摘要：为进一步提升学生综合分析四诊信息进行辨证论治的能力，解决当前中医实训规范化不足、中医思维能力训练欠缺的问题，研究团队围绕中医思维特点，以证素辨证原理为指导，采用虚拟仿真技术模拟真实世界中医临床辨证论治的全过程，开展中医思维训练虚拟仿真系统研究，通过设置四诊归类、证素辨证、综合案例三个模块，为学生搭建起一个涵盖中医基础理论知识学习、中医辨证思维培养和临床实践技能训练的现代化中医实训平台。

关键词：虚拟仿真技术；中医思维；证素辨证

当代医学发展迅猛，医疗水平不断提升，这些离不开理论创新与科技成果的深度融合。虚拟仿真技术作为现代信息技术的代表，具有良好的交互性与可替代性，被认为是三大发展前景最好的计算机技术之一。随着虚拟仿真技术不断成熟和使用成本不断降低，该技术已经被成功应用到社会生活的诸多领域。2018年教育部为适应信息化条件下知识获取方式和传授方式、教和学关系等发生革命性变化的要求，决定开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作，全国高校随即纷纷响应，掀起了研究虚拟仿真技术与教育教学深度融合的热潮。福建中医药大学中医诊断学科作为国家级教学团队，立足于学科优势、人才优势，深入开展探索国家虚拟仿真实验教学项目的研究工作，致力于中医诊断学课程体系和实验教学方式的创新。研究团队围绕中医思维特点，以中医思维训练为核心，以证素辨证原理为指导，以虚拟仿真技术为支撑，通过与梦宇三维技术有限公司合作，开展了中医思维训练虚拟仿真系统研究，现将研究情况介绍如下。

1系统的研究意义

1.1紧抓中医思维训练的核心

中医学专业的培养内容主要包括中医理论的学习、中医思维的培养和临床实践与技能训练等。其中，中医思维是中医药人才培养的关键，中医人才培养的重点就是养成中医思维［1］。中医思维贯穿于整个临床实践的全过程，是中医学的灵魂，其核心内涵包括整体观念和辨证论治，李灿东等［2］学者也强调准确把握中医思维是理解、传承和发展中医的关键。根据临床实践过程，中医思维可分为诊断思维与治疗思维［3］，其中中医诊断思维体现在四诊和辨证两个过程，辨证论治是其最基本、最重要的思维方式，辨证所依据的原则有整体合参、动静统一等［4］；中医治疗思维则体现在理、法、药、方、技的实践运用。因此，研究团队紧抓中医思维的特点和训练的核心，围绕诊断和治疗两大训练重点，开展研究既有中医思维特点又能训练中医思维能力的训练系统。

1.2建立规范化的辨证系统

证素辨证是以证素为核心的中医诊断思维过程。朱文锋［5］指出中医辨证的思维规律是“根据证候，辨别证素，组成证名”。即从外在的证候表现入手，运用四诊方法采集症状信息，然后进行病位、病性等本质的判断，最后概括形成完整的证名诊断。根据辨证思维的这一认识过程，提炼出了“症状-证素-证名”的辨证思维框架。研究团队以证素辨证原理为指导，在当前中医辅助诊疗系统的基础上，融入现代最新科技和中医思维特点，构建以证素为核心的规范化辨证系统，以此训练学生全面规范采集四诊信息、综合分析判断病位病性、概括归纳证名诊断的中医辨证思维能力。

1.3发挥虚拟仿真的技术优势

虚拟仿真技术起源于20世纪40年代，是计算机技术发展中逐步形成的一类用于试验研究的新技术，其本质是借助多媒体、虚拟现实、人机交互、网络、通信等技术手段，用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，具有沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性等基本特性［6-7］。研究团队以虚拟仿真技术为支撑，利用其虚幻性和逼真性等特性构建中医临床诊疗场景，使用户具有身临其境的感受，并且满足人和虚拟仿真系统之间操作与反馈的实时交互，从而实现真实模拟中医临床实践的全过程。

2系统的技术架构

该系统采用虚拟仿真及三维立体还原技术，通过3DMax、Maya等三维制作软件进行3D模型、动画及仿真视觉效果的制作，使用Unity3D引擎开发3D虚拟操作及交互系统。同时采用Java的SpringMVC架构作为系统中、后台服务，MySQL作为后台数据库系统，为前端的Unity3D程序提供程序逻辑及数据存取服务。其具体技术架构见图1。

3系统的数据库构建

参考《中医诊断学》［8］教材，根据中医诊断学教学大纲，主要从诊法、辨证、诊病三个方面的教学知识点建立数据库，具体建立方式及内容如下。

3.1四诊归类数据库

根据教材中诊法理论的基本内容，以四诊望、闻、问、切为纲，分别提取望、闻、问、切四诊各自涉及的症状信息，并以症状对应诊法的规则和规范化的Excel格式记录汇总，如“面色黄-望”“声音嘶哑-闻”“头痛-问”“脉弦-切”等，每一行一条记录信息，以便计算机进行编程和数据处理。如果一个症状对应两个或多个诊法时，根据临床实际全部列出。由此整理形成572条“症状-诊法”的四诊归类记录，基本涵盖中医临床常见症状，并且数据库预留空间，后期根据临床实际和教学需要，可以随时进行数据库的更新和补充。

3.2证素辨证数据库

以证素辨证原理为指导，根据实际训练“症状-证素-证名”的中医辨证思维过程，采取“证名-证素-症状”的方式逆向拆分《中医诊断学》教材中常见证名，然后按照每个证的辨证要点，设置主要症状和一般症状，以“证名-证素-症状-诊法”的方式和规范化的Excel格式进行记录汇总。如阳虚证的记录方式为“阳虚证-畏寒肢冷-问、阳虚证-小便清长-问、阳虚证-面色白-望”三条记录。根据辨证方法的不同和证的复杂程度，分别设置了单证素56项、双证素51项、三证素31项、四证素15项等辨证数据库内容，包括八纲辨证、六经辨证、卫气营血辨证、脏腑辨证等，基本涵盖了所有教学知识点和中医临床常见证，同时数据库预留空间，后期根据临床实际和教学需要，可随时进行数据库的更新和补充。

3.3综合案例数据库

按照中医门诊病历书写的规范模式，真实模拟临床诊疗的全过程。围绕临床常见疾病的证名、证素、症状及其诊法、主诉等，设计望、闻、问、切模板，如望诊插入图片渲染，闻诊导入特征性录音等。模板不仅涵盖上述症状，还包括基本信息，如姓名、性别、年龄等；中医常规问诊内容，如睡眠质量、大小便情况等；主诉以及发病原因、时间、经过、加重或减轻因素等。随后根据《中医内科学》［9］的“病-证-方”框架，提供治则治法方药选择，最终组成一个完整的病例，以规范化的Excel格式，录入综合案例数据库。现已完成肝郁脾虚证、心火亢盛证、肺阴虚证、肝阴虚证、胆郁痰扰证、胃阴虚证等6个证型的标准化病例模板建设，后期将会根据中医临床和脏腑辨证中的常见证型，持续不断地进行案例数据库的补充、完善。

4系统的实验操作及评价

用户登录中医思维训练虚拟仿真系统，进入操作首页，初学者经过新手指引便可了解系统的基本操作过程。本系统主要包括四诊归类训练、证素辨证训练、综合案例训练等模块内容。在进行以上实验操作的同时，实验评价也在同步进行。实验评价采用综合性考核评价方法，既涵盖整个实验的完成时间、完成进度，也包括每一部分的完成时间及准确率，主要以匹配次数、匹配正确率、答题正确率等客观指标为评价依据，形式以星级评价和百分制为主。其具体流程见图2。

4.1四诊归类训练

四诊归类，即症状与望、闻、问、切诊法的匹配。系统随机从数据库中抽取20个症状，学生根据其所属诊法，选择症状，纳入相应诊法，进行归纳分类。如舌红、声低息微、无汗、脉洪大，正确匹配为“舌红-望、声低息微-闻、无汗-问、脉洪大-切”。全部完成后，系统自动检查与数据库正确答案是否一致。如果存在错误，系统显示错误归类的内容及正确答案。按照错误数量的多少，分别给予相应的星级评价（最高五星，最低一星），当全部匹配正确为五星，而错误数≥10个时，则无星。其操作界面见图3。

4.2证素辨证训练

证素辨证，即证名、症状与诊法的匹配，包括单证素辨证、双证素辨证、三证素辨证、四证素辨证等。依据辨证方式、难易及复杂程度，采取闯关的形式，共设置5关，每关内又包括2～3个小关。每关系统随机从数据库中抽取相应级别的1个证及20个症状，通过选择该证的主要症状以及对应正确的诊法，实现“证名-症状-诊法”的准确匹配。如心肾阳虚证，随机显示的症状有胸闷、小便清长、心痛、畏寒、腰膝酸软或痛等，正确匹配应是“心肾阳虚证-腰膝酸软或痛-问、心肾阳虚证-心痛-问、心肾阳虚证-畏寒-问”。其操作界面见图4。在实验评价中，每个关卡设置了最多犯错次数，系统根据犯错次数的多少，进行星级评价；犯错越少，获得星级评价越高（最高五星，最低一星）。通过设定单症状权值大小和匹配次数之间的适当关系，保证在限制的最多配次数内，如果不能匹配到至少一个主要症状，无论匹配多少普通症状或无关症状，或超过最多次数，仍然没有匹配到正确的“证名-症状-诊法”，均为闯关失败，必须重新匹配，直至完成正确匹配，否则无法进行下一步训练。最后本部分全部完成后，系统会根据所获星级数量判定优、良、中、差。与此同时，系统也会根据数据库核对验证情况显示证素辨证训练部分的全部结果，以便学生查验、反馈。

4.3综合案例训练综合案例是根据门诊病历书

写规范模式进行设计的临床常见病医案，如肺系病的感冒、咳嗽，心系病的失眠、心悸，脾系病的腹泻、便秘等。系统随机提供数据库中的一套案例，模拟中医临床门诊望、闻、问、切诊疗全过程，考察学生规范采集四诊信息，根据四诊采集结果，凝练主诉，辨别病位、病性，总结证型，选用正确治法、方剂，提交后显示以规范门诊病例为模板的实验结果情况。系统后台自动汇总学生案例分析情况，分部分、分要点进行百分制的实验计分评价，使用醒目字体显示错误内容，并提供正确答案参考。其操作界面见图5。图5综合案例训练操作界面图综上所述，该中医思维训练虚拟仿真系统按照从四诊归类、证素辨证到综合案例的循序渐进的训练方法，采用实验操作与实验评价同步进行的考核方式，符合广大师生的教、学习惯，也适应于不同专业水平人员的学习需求。同时运用闯关游戏及与3D虚拟患者互动的表现形式，实现自外而内的虚拟仿真效果，有助于提高学生的学习兴趣与学习效率。目前该中医思维训练虚拟仿真系统已通过测试与验收，获得软件著作权（登记号：2019SR0856394），具备二级国家信息安全等级保护，并且与“实验空间-国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台”连接成功，用户通过电脑、手机等终端的浏览器登录“实验空间-国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台”，即可简单、方便、快捷地完成相关的学习和训练。

5小结

中医思维训练虚拟仿真系统紧抓中医思维核心内涵，以证素辨证原理为指导，依托虚拟仿真技术支撑，采用小游戏和3D虚拟诊疗场景的形式，从四诊归类、证素辨证、综合案例三个模块，训练学生全面规范采集分析四诊信息、准确把握辨证要点进行病位、病性和证名判定的能力，同时也培养了从症状分析、证型诊断到治疗用药的中医临床思辨能力。该系统作为中医学专业与虚拟仿真技术有机结合的初步尝试，后期仍需进行持续建设以及更新教学案例，覆盖更多临床学科，使其更加贴近真实临床情景。

参考文献

［1］张伯礼.中医思维与实践养成［J］.中国中医基础医学杂志，2017，23（5）：593-594.

［2］赵文，林雪娟，闵莉，等.中医思维的内涵与外延［J］.中华中医药杂志，2020，35（1）：46-49.

［3］李灿东，翁慧，魏佳，等.中医诊断的思维原理［J］.天津中医药，2020，37（1）：14-17.

［4］詹杰，邓丽金，翁慧，等.中医辨证的原则［J］.天津中医药，2020，37（4）：394-397.

［5］朱文锋.创立以证素为核心的辨证新体系［J］.湖南中医学院学报，2004，24（6）：38-39.

［6］任肖屹.计算机虚拟仿真技术分析及其应用［J］.数字通信世界，2019，5（5）：79.

［7］郭燕秋，朱远征，程平，等.虚拟仿真技术的应用进展［J］.科技创新与应用，2020，10（1）：149-151.

［8］李灿东.中医诊断学［M］.北京：中国中医药出版社，2016.

［9］张伯礼，吴勉华.中医内科学［M］.北京：中国中医药出版社，2017.

作者：李永 赵文 詹杰 闵莉 陆莹琦 林雪娟 李灿东 单位：福建中医药大学中医学院 福建省中医健康状态辨识重点实验室 梦宇三维技术有限公司