Als culturele schatten van de Chinese natie en vitale componenten van het moderne medische systeem bezitten Chinese kruidengeneeskundespecimens (CHM) een enorme wetenschappelijke waarde voor conservering en onderzoek. Deze exemplaren dienen als fundamentele pijler voor het erven van kennis van de Traditionele Chinese Geneeskunde (TCM) en ter ondersteuning van academisch onderwijs en wetenschappelijk onderzoek. Traditionele fysieke exemplaren worden echter geconfronteerd met tal van praktische dilemma's: ze zijn zeer gevoelig voor omgevingsfactoren die leiden tot vervaging, schade door plagen of schimmels; de gebruiksfrequentie van zeldzame exemplaren is sterk beperkt; er bestaat een scherp conflict tussen het ‘behoud’ en het ‘gebruik’ van leermiddelen; en een groot aantal exemplaren slaagt er niet in de beoogde educatieve en sociale waarde volledig te ontketenen.

Digitale ontwikkeling is naar voren gekomen als het cruciale pad om dit knelpunt te doorbreken. Door fysieke exemplaren om te zetten in gestandaardiseerde, gestructureerde digitale bronnen om een ​​digitaal herbarium te construeren, kunnen instellingen permanente bewaring, zeer efficiënt ophalen en wijdverbreid delen van CHM-bronnen bereiken. Dit ondersteunt hoogfrequent, grootschalig praktijkonderwijs, traint studenten grondig in de identificatie van medicinale materialen en verlegt de waardegrenzen van CHM-specimens in het onderwijs, wetenschappelijk onderzoek en de sociale dienstverlening.

Hedendaagse eisen en uitdagingen in de digitale erfenis van CHM

Digitale methodologieën worden essentiële instrumenten voor het beschermen en bevorderen van de TCM-cultuur. Aan de ene kant kunnen uiterst nauwkeurige digitale acquisitie en opslag waardevolle TCM-culturele hulpbronnen effectief behouden, waardoor cultureel verlies in de loop van de tijd wordt voorkomen. Aan de andere kant opent digitale technologie nieuwe wegen voor de diepgaande uitgraving en innovatieve benutting van de TCM-cultuur, waardoor een bredere uitwisseling en benutting mogelijk wordt.

Figuur 1: Amerikaanse Ginseng (Panax quinquefolius) Herbariummonster - Specimen van ruw medicinaal materiaal - Specimen van afkooksel

Als we de Amerikaanse Ginseng als voorbeeld nemen, kunnen, zodra de Chinese geneeskrachtige materialen zijn gedigitaliseerd, uitgebreide introducties worden gegeven, variërend van de oorspronkelijke plant tot het ruwe materiaal en de afkooksels. Dit demonstreert grondig de gedetailleerde kenmerken van de medicinale materialen, vult tekortkomingen in het lesgeven in de klas aan en stelt studenten in staat nauwgezet te observeren, waardoor hun cognitieve en differentiatiemogelijkheden met betrekking tot CHM-materialen en afkooksels worden vergroot.(Afbeeldingsbronnen: Chinese Medicine Regulatory Office van het ministerie van Volksgezondheid van de HKSAR en de Bank of Chinese Medicine Specimens van de Hong Kong Baptist University).

Op operationeel niveau zijn traditionele 3D-digitaliseringstechnologieën zeer complex en vereisen ze professionele technici. Gemeenschappelijke laserscanners en scanners met gestructureerd licht worden geconfronteerd met voor de hand liggende technische knelpunten: laserscanners vereisen kalibratie ter plaatse, voortdurend patchen van modelopeningen tijdens het scanproces, en kunnen geen texture mapping realiseren, waardoor alleen witte modellen worden geproduceerd, wat de reproductie van de kleurprofielen die essentieel zijn voor CHM in gevaar brengt. Scanners met gestructureerd licht vereisen handmatige uitlijning en mapping van de textuur, een proces dat enkele dagen in beslag neemt. Geconfronteerd met collectiegroottes die tienduizenden items in grootschalige musea en herbaria bereiken, beperken de verwerkingssnelheden van traditionele technologieën de grootschalige digitalisering van TCM aanzienlijk.

JLM-Lifetech-oplossing: technische innovatie die knelpunten in toepassingen doorbreekt

Figuur 3: 3D digitaal monster Rapid Construction System (3DDS)

Door middel van baanbrekende technische innovatie herdefinieert het JLM-Lifetech 3D Digital Specimen Rapid Construction System het werkparadigma van de digitalisering van CHM-monsters. Het hele proces, van het plaatsen van monsters tot het genereren van 3D-modellen, vereist geen menselijke tussenkomst. De software zorgt automatisch voor de beeldacquisitie, puntenwolkverwerking, meshing en texture mapping, waardoor de traditionele, gecompliceerde modelleringsworkflow die afhankelijk is van handmatige handelingen door professionele technici volledig wordt revolutionair veranderd.

Afbeelding 4: Het systeem voltooit automatisch de puntenwolk-, mesh- en textuurverwerking.

Volledig geautomatiseerde workflowmodellering

Gebruikers hoeven het monster alleen maar op de laaddraaitafel te plaatsen en op "One-key Start" te klikken om alle verwerkingsfasen automatisch te voltooien. Een ingebouwde multi-view high-definition lensarray legt automatisch de volledige 3D-gegevens van het monster vast zonder dat het monster tijdens het proces hoeft te worden omgedraaid.

Figuur 5: Modelleringsworkflow van het 3D Digital Specimen Rapid Construction System

Tijdens de gegevensverwerkingsfase maakt het systeem gebruik van geavanceerde algoritmen om de uitlijning van puntenwolken, mesh-optimalisatie en texture mapping automatisch te voltooien zonder enige menselijke tussenkomst. Deze geautomatiseerde workflow vermindert de digitaliseringstijd voor een enkel exemplaar drastisch van enkele uren met behulp van traditionele methoden tot15 minuten, wat neerkomt op een veelvoudige toename van de efficiëntie.

Zeer nauwkeurige kleurgetrouwheid

Om te voldoen aan de strenge kleurnauwkeurigheidseisen van CHM-identificatie, maakt het systeem gebruik van automatische kleurkalibratie in combinatie met multi-lens array-acquisitietechnologie om automatisch texture mapping uit te voeren, waardoor een kleurgetrouwheid vanruim 95%. Of het nu de donkerrode tint isSalvia miltiorrhiza(Danshen) of de felgele dwarsdoorsnede vanScutellaria baicalensis(Huangqin) reproduceert het systeem nauwkeurig de ware, authentieke kleuren van de medicinale materialen en vormt zo een betrouwbare basis voor digitale identificatie.

Figuur 6: Het 3D-model vanLycium barbarum(Gojibes), geconstrueerd door dit systeem, reproduceert nauwkeurig de kleur en epidermale rimpels.

Nauwkeurige opname van microscopische details

Het systeem levert een hifi-reproductie van de kleinste kenmerken van Chinese medicinale materialen over een volledig geheel720 ^ omgkijkhoek. Microscopische kenmerken, zoals de hilummorfologie vanLycium barbarumof de verdeling van de klierpunten op het oppervlak vanSchisandra chinensis(Wuweizi) – worden nauwkeurig nagebouwd in het digitale model, waardoor onderzoekers ze vanuit elke hoek in een virtuele omgeving kunnen observeren en inspecteren.

Figuur 7: Het 3D-dwarsdoorsnedemodel vanAstragalus membranaceus(Huangqi), geconstrueerd door dit systeem, herschept nauwkeurig het kleur- en textuurcontrast tussen de schors (floëem) en het hout (xyleem), en geeft visueel het kernidentificatiekenmerk weer van hoogwaardige Huangqi, bekend als "Golden Well and Jade Railing" (Jin Jing YuLan).

Ondersteuning voor virtuele secties en nauwkeurige metingen

Gebruikers kunnen virtuele doorsneden uitvoeren langs elk vlak van het gegenereerde, uiterst nauwkeurige 3D-model om overeenkomstige 2D-dwarsdoorsneden te produceren. Op deze dwarsdoorsneden kunnen nauwkeurige metingen van lengte, groeven en hoeken worden uitgevoerd, waardoor niet-destructieve kwantificering van de interne geometrische structuren van het monster mogelijk wordt en een "liniaal" wordt geboden voor diepgaande wetenschappelijke onderzoeksanalyse.

Figuur 8: Het model beschikt over een 3D-coördinatensysteem dat gegevens op elk vlak kan meten.

Diepe uitbreiding van toepassingsscenario's

Digitale modellen bieden krachtige ondersteuning voor wetenschappelijk onderzoek en onderwijspersoneel om de TCM-cultuur diepgaand uit te graven en op creatieve wijze te hergebruiken. Bovendien kunnen technologieën als Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) en Mixed Reality (MR) worden ingezet om meeslepende virtuele ervaringsomgevingen te creëren die kunnen worden gehoord, gezien en gevoeld, waardoor de publieke belangstelling voor de TCM-cultuur wordt vergroot en het gebruik en de transformatie van de culturele waarde ervan wordt versneld.

Samenvatting

Het JLM-Lifetech 3D Digital Specimen Rapid Construction System biedt een revolutionaire oplossing voor de permanente bewaring, wetenschappelijk onderzoek, academisch onderwijs en innovatieve vererving van CHM-specimens. De belangrijkste doorbraak van dit systeem ligt in het bereiken van snelle, geautomatiseerde modellering – waarbij de procestijd bij traditionele methoden wordt teruggebracht van enkele uren naar ongeveer 15 minuten – terwijl de afhankelijkheid van gespecialiseerde operators aanzienlijk wordt verminderd, waardoor eerdere technische barrières en afhankelijkheden van menselijke hulpbronnen worden doorbroken.

Gebaseerd op de uiterst nauwkeurige gegenereerde 3D-modellen, faciliteert het systeem de diepgaande opgraving van waarde op het gebied van onderzoek, onderwijs en cultureel erfgoed. Het ondersteunt observatie vanuit een volledige hoek en nauwkeurige morfologische analyse van specimens, waardoor de efficiëntie van identificatieonderzoek wordt verbeterd; het biedt herbruikbare digitale hulpmiddelen voor klassikaal onderwijs, waardoor de slijtagedruk op fysieke exemplaren effectief wordt verlicht; en het breidt de communicatiegrenzen van de Chinese geneeskundecultuur aanzienlijk uit via verschillende innovatieve presentatieformaten.