基于MapGIS数据中心的人体经络信息系统研究
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作者:吴德华 吴贝贝 郭怡新 沈泽康
摘要：针对传统人体经络表现形式的不足和目前人体经络信息系统在空间分析方面的缺陷，该文提出采用基于“面向服务GIS架构”的数据中心集成开发技术构建人体经络信息系统的思想，以目录树的形式对人体经络数据进行层次化管理，采用搭建式、配置式开发快速构建系统原型，以插件式开发技术扩展功能模块，并实现了人体经络的空间定位、信息查询、缓冲区分析等功能。实验结果表明，基于数据中心集成开发技术的人体经络信息系统能够“应需而变”，利用缓冲区分析、反射区分析等空间分析功能在中医教学和临床诊断方面提供辅助决策支持，为人体经络信息化研究提供了一种新的思路。
关键词：经络;GIS;数据中心;空间分析;目录树
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）15-0130-03
经络作为人体血气运行的通道，体表、内脏之间联系的枢纽，人体内、外沟通的渠道，是一个多层次、多组分、开放的复杂系统。传统的中医教学和研究通常采用挂图和石膏模型来表现经络的结构，无法体现经络的空间分布以及与人体其他组分之间的联系。
近年来，随着虚拟现实技术的发展，人体经络的可视化表达成为一个研究岬恪Ｎ南[1-5]提出利用多通道经络阻抗检测仪和磁定位跟踪仪确定人体体表经络点的位置，获取经络点的三维信息，对场景摄像机进行标定，并将其结果和经络点的三维信息通过图形变换技术变换到统一的世界坐标系下，获取摄像机的投影矩阵H，根据该投影矩阵H，将经络点三维信息投影到二维图像上，形成二维经络线，并将其融合于场景摄像机拍摄的人体体表实时图像上，实现人体经络的可视化。文献[6-7]提出了一种基于阻抗与双目视觉的经络可视化方法，利用交变恒流源在人体皮肤表面注入电流信号，然后采用多通道皮肤阻抗检测仪根据经络的低阻抗特性检测各对电极之间人体皮肤的电压，从而间接获取经络点对应的通道，通过串口通信，将数据传输至上位机，利用张氏摄像机标定法获取摄像机内外参数，对光学标靶进行角点筛选与匹配，获得经络点的三维信息，再根据双目视觉原理对三维信息进行坐标变换，最后利用曲线拟合和图像融合技术，实现经络可视化。文献[8] 通过Catmull-Rom样条曲线在计算机中拟合人体经络线，并利用VC++的编程环境，结合OpenGL三维图形库，设计了一种在三维环境下人机交互式的操作方法来引导经络循行动画，达到实时仿真的效果。文献[9]以人体经络系统作为应用背景将上下文感知计算引入三维场景传输策略，考虑了用户兴趣和网络环境因素，充分利用用户与系统交互时的网络空闲带宽，达到提高网络带宽利用率、缩短系统响应等待时间的目的。综上所述，目前的人体经络信息系统主要采用OSG（Open Scene Graph）技术，虽然实现了人体经络穴位透明叠加显示及循经感传现象的动画演示，并能够进行穴位、经络、疾病等信息查询，克服了挂图和实体模型的不足，但在经络的空间分析方面仍然存在缺陷。
将人体经络看成一张地图，其穴位就是地图中的点状要素，经脉是地图中的线状要素，躯体、器官是面状要素，因此，人体经络具有明显的空间特征，需要利用先进的地理信息系统（GIS）技术对人体经络信息进行一体化管理。数据中心集成开发技术（简称为“数据中心”）是由中地数码提出的新一代地理信息系统（GIS）开发模式，采用柔性设计理念，具有强大的空间分析能力，能够适应用户需求的变化快速搭建系统，实现系统的“零编程、巧组合、易搭建”的可视化开发[10]。因此，本文提出在目前人体经络的可视化研究的基础上，结合“面向服务GIS架构”的数据中心集成开发技术构建二三维一体化的人体经络信息系统，为中医经络教学、临床诊断和大众保健提供技术支撑。
1 数据中心集成开发技术
数据中心集成开发平台能够对多源异构数据进行层次化的统一管理，对组件、插件、流程等不同方式提供的功能进行统一组织和调用，以搭建式开发和配置式开发为主，以插件式开发为辅，三种开发模式集成进行GIS应用系统开发，实现不同领域应用系统的集成和功能的复用[11-12]。搭建式开发指针对个性化的用户需求，即时组合已有的服务资源，可视化搭建应用系统[13-14]。配置式开发指系统地解决配置的截面和功能。插件式开发指以少量的编程开发功能插件，利用SOA框架，将功能插件集成到宿主系统中[15]。其中，搭建配置工具由工作流设计器、权限设计器、集成设计器和表单设计器组成，如图1所示。因此，数据中心集成开发平台不仅是一个“数据、功能管理器”，还是一个“系统开发器”。
在数据管理方面，数据中心集成开发平台采用目录树结构以统一的方式对二三维空间数据、文档数据和元数据进行层次化管理;在功能管理方面，数据中心集成开发平台统一管理各种GIS功能，并提供统一的接口，将每个GIS功能当作一块“积木”，不同的“积木”通过搭建可形成更大的“积木”，应用程序通过调用“积木”实现GIS功能;在系统开发方面，数据中心集成开发平台提供了搭建式、配置式和插件式二次开发技术为一体的集成开发模式，实现了GIS应用系统的快速构建。
2 人体经络信息系统数据获取与组织
人体经络信息系统数据由二维地图数据、三维模型数据和属性数据组成。二维地图数据来源于“国家标准经穴部位挂图” [16]，并对图中的人体经脉、络脉和穴位进行矢量化处理;三维模型由3D MAX建模获得;属性数据包括二维地图中穴位和经络的属性信息以及与之对应的疾病和案例等信息，疾病信息的疾病概述、疾病症状以及案例信息的案例名称、案例中患者概况、主诉、刻诊和治疗方案等基础数据来源于“中医药知识库―万方医学网”[17]。
人体经络空间数据可以分为穴位点要素类、经络线要素类和体表面要素类等。如果将人体经络系统比作城市，那么经络就是这个城市的公交路线，而穴位就是公交站点，人体的气血聚集于此。因此，可以仿照数字城市组织数据的方式对人体经络数据按点、线等要素类进行分层管理。每个人体经络要素类都是一个独立的要素类，表示一个独立的空间实体对象，各要素类以目录树的形式实现层次化管理，如图2所示。通过3D MAX创建人体经络三维模型，然后导入MapGIS K9三维景观平台进行场景环境设置、要素类编辑等操作，实现二三维数据的统一管理，如图3所示。
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