基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別實訓平臺設計

陳國有， 劉金成， 劉志寶， 呂鵬舉, 關慶， 于春月

(1.哈爾濱醫科大學大慶分校， 藥學院， 黑龍江， 大慶 163319；2.哈爾濱醫科大學大慶分校， 教務處， 黑龍江， 大慶 163319；3.大慶油田總醫院， 制劑室， 黑龍江， 大慶 163300)

0 引言

中醫藥各相關專業的核心基礎課程是中藥學，臨床應用與中醫基礎理論之間聯系的樞紐是中藥學[1]。中藥學課程的學習要求學生具備臨床學科的知識、方劑學的知識，還要求學生具備中醫診斷學知識和中醫基礎理論。中藥藥味相似、藥效多樣、數量眾多，與臨床知識和基礎理論緊密聯系等，加大了學生識別中藥植物入藥部分的難度[2]，因此需要對中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺進行設計和研究。

曹茂誠等[3]提出基于微信平臺等互聯網技術的“互聯網+護理服務”平臺設計與應用，該方法以監督管理、規劃教學任務為核心，集成多種實訓資源，利用互聯網獲取相關數據，完成護理服務實訓平臺的設計，該方法在平臺設計過程中沒有應用虛擬仿真技術，無法根據用戶的需求設置相關功能，存在用戶滿意度低和平臺普適性差的問題。鄒瑤等[4]提出基于多模態語料庫的實訓平臺設計方法，該方法在多模態語料庫的基礎上通過MySQL+Redis、MySQL、Jquer、Redis等軟件實現平臺的數據緩存、數據查詢、數據管理等功能，完成實訓平臺的設計，該方法沒有應用虛擬現實技術在平臺中將上述軟件聯系起來，導致實訓效果較差。

本文基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺分為3個部分，第一部分為平臺的整體框架，第二部分為界面功能，第三部分為實訓效果評價。

1 中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺整體框架

基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺的設計采用模塊組合的方式，平臺的靈活性較高[5]，在功能上將中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺分為5個部分，分別是客戶端、數據視頻及動畫存儲單元、物理設備、虛擬設備接口單元和數據處理及發布單元。基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺整體框架如圖1所示。

圖1 中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺框架圖

根據具體的實訓內容,通過虛擬仿真技術，中藥植物入藥部分識別應用平臺管理員添加相關的動畫和視頻，配置對應的動作、環節和流程，提高中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺的普適性[6]。基于工作流開發的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺結構如圖2所示。

圖2 基于工作實訓平臺

2 界面功能設計

美觀、簡潔是中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺的設計風格，相似的功能窗口使用統一的表格與單數據顯示共存的模式，用戶不需要培訓就可以使用[7-8]。

2.1 登錄界面

用戶在中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺中可以使用學生或老師2種身份登錄，登錄前需要驗證密碼和賬號。對信息進行驗證之前，需要在界面中判斷用戶名是否為空，避免非法入侵者破壞平臺[9]。用戶在輸入的信息正確時可以直接進入中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺的選擇界面進行下一步操作。

2.2 平臺選擇界面

用戶在中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺中根據自己的需求選擇進入“專業知識共享平臺”“優秀作品展示平臺”“專業實訓教學平臺”。

本研究共納入6項隨機對照試驗，研究質量等級均為“B”。隨機方法上郭友華等[16]使用電腦分層隨機，張裴景等[20]使用隨機數字表法，均評定為低風險；包艷等[18]提及按入院順序隨機分組，但未對具體隨機過程進行描述，評為不清楚；其余試驗均只提及隨機字樣。6項研究均未提及使用分配隱藏和盲法，評定為不清楚。6篇研究數據均完整，評定為低風險。選擇性報道中，劉惠惠[17]的研究存在結果報告不全的情況，評為高風險。納入研究的方法學質量評價詳見表2。

2.3 專業實訓教學平臺

學生在專業實訓教學平臺中擁有溝通管理的“信息平臺”、用戶管理的“密碼設置”、評價管理的“小組評價”、任務管理的“任務瀏覽”、進度管理的“進度報告”、開發組管理的“分組”和項目管理的“項目瀏覽”；教師在專業實訓教學平臺中具有全部功能。在實訓過程中學生可以在平臺中直接點擊選項卡進入專業知識共享平臺和學生作品展示平臺[10-11]。

3 實訓效果評價

針對不同評價指標，評價者可能做出的評價結果構成的集合就是評價集V=(V1,V2,…,Vn)[12]。通過4級評價標準對各項指標進行評價，評價集如下：

V=(V1,V2,V3,V4)=(優秀，良好，合格，不合格)

(1)

基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺設計方法結合層次分析法和特爾菲法確定指標對應的權重。通過專家兩兩比較不同指標的重要性，構建判斷矩陣，采用解矩陣特征值的方法在判斷矩陣的基礎上確定權重[13]。

通過層次分析法構建判斷矩陣A，其表達式如下：

(2)

矩陣A也被稱為正反判斷矩陣，符合aij=1，aij=1/aij，aij>0。由于人們的主觀判斷原因，矩陣A可能不存在完全一致性，設RI代表平均隨機一致性指標，CI代表一致性指標，λmax代表A的最大特征值，通過式(3)一致性檢驗判斷矩陣A：

(3)

其中：

(4)

為了確定評價對象對評價元素的隸屬程度，從一項指標出發進行評價，設N代表的是評委成員的數量，存在ni個人在評價系統第i項評價指標中選中第j個評語：

(5)

設R為單指標評價矩陣，由評價指標評價隸屬構成，其表達式如下：

(6)

中藥植物入藥部分識別應用實訓效果無法通過單指標評價進行反映，因此需要分層對各項指標進行考慮，構建綜合評價向量B：

(7)

為了方便計算和打分，需要量化處理評價集V，獲得重要植物入藥部分識別應用實訓的綜合評價得分F：

(8)

4 實驗與分析

為了驗證基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺設計方法的整體有效性，在Simulink平臺中對基于仿真虛擬技術的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺設計方法進行測試[14]。

采用Windows Core i7處理器、16 GB內存、2.20 Hz閃存、1 TB硬盤作為實驗的硬件配置，以《中國藥典》中的中藥植物作為數據來源，構建包含中藥植物入藥部位的數據庫。在Simulink仿真平臺上，選取1 600張中藥植物入藥部分圖片構建成訓練集，對設計平臺進行訓練，設置最大迭代次數為5 000次，初始學習率為0.1，學習率變化因子為0.2，訓練完成后隨機抽取400張中藥植物入藥部分圖片作為測試集進行測試。

將平臺普適性作為測試指標，對基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別應用平臺設計方法(方法1)、基于云技術和物聯網的藥物識別應用實訓平臺設計方法(方法2)和基于多模態語料庫的實訓平臺設計方法(方法3)進行測試。測試結果如圖3所示。

圖3 平臺普適性測試結果

分析圖3中的數據可知，在多次迭代中方法1的平臺普適度均高于方法2和方法3的平臺普適度，表明方法1的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺的普適性較好，因為方法1通過虛擬仿真技術根據具體的實訓內容在中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺中添加相關的動畫和視頻，配置對應的動作、環節和流程，提高中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺的普適性。

將教師滿意度和學生滿意度作為測試指標，對方法1、方法2和方法3進行測試。測試結果分別如圖4、圖5所示。

圖4 教師滿意度測試結果

圖5 學生滿意度測試結果

分析圖4、圖5中的數據可知，針對方法2設計的實訓平臺教師滿意度較高但學生的滿意度較低，針對方法3設計的實訓平臺教師的滿意度較低但學生的滿意度較高，而方法1設計的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺無論是教師還是學生的滿意度都較高，因為方法1將虛擬仿真技術應用在了中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺的設計中，可根據用戶的具體需求提供對應的功能，進而提高了用戶的滿意度。

5 總結

目前中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺設計方法存在普適性差、用戶滿意度低和實訓效果差的問題。提出基于虛擬仿真技術的中藥植物入藥部分識別應用實訓平臺設計方法，將虛擬仿真技術應用在平臺設計中，將平臺分為整體框架、界面功能和實訓效果評價3個部分，解決了目前方法中存在的問題。