Als kulturelle Schätze der chinesischen Nation und wichtige Bestandteile des modernen medizinischen Systems besitzen Proben der chinesischen Kräutermedizin (CHM) einen enormen wissenschaftlichen Wert für die Erhaltung und Forschung. Diese Proben dienen als Grundpfeiler für die Weitergabe des Wissens über die Traditionelle Chinesische Medizin (TCM) und unterstützen die akademische Lehre und wissenschaftliche Forschung. Traditionelle physische Exemplare stehen jedoch vor zahlreichen praktischen Problemen: Sie sind sehr anfällig für Umwelteinflüsse, die zu Verblassen, Schädlingsbefall oder Schimmel führen; die Nutzungshäufigkeit seltener Exemplare ist stark eingeschränkt; Es besteht ein scharfer Konflikt zwischen der „Erhaltung“ und der „Nutzung“ von Bildungsressourcen. und eine große Anzahl von Exemplaren schafft es nicht, ihren beabsichtigten pädagogischen und sozialen Wert voll zu entfalten.

Die digitale Entwicklung hat sich als entscheidender Weg zur Überwindung dieses Engpasses erwiesen. Durch die Umwandlung physischer Exemplare in standardisierte, strukturierte digitale Ressourcen zum Aufbau eines digitalen Herbariums können Institutionen eine dauerhafte Aufbewahrung, eine hocheffiziente Wiederherstellung und eine umfassende gemeinsame Nutzung von CHM-Ressourcen erreichen. Dies unterstützt einen hochfrequenten, groß angelegten praktischen Unterricht, schult Studierende gründlich in der Identifizierung medizinischer Materialien und erweitert die Wertgrenzen von CHM-Proben in Bildung, wissenschaftlicher Forschung und sozialen Diensten.

Zeitgenössische Anforderungen und Herausforderungen bei der digitalen Vererbung von CHM

Digitale Methoden werden zu wichtigen Werkzeugen zum Schutz und zur Förderung der TCM-Kultur. Einerseits kann die hochpräzise digitale Erfassung und Speicherung wertvolle TCM-Kulturressourcen effektiv bewahren und so einen kulturellen Verlust im Laufe der Zeit verhindern. Andererseits eröffnet die digitale Technologie neue Wege für die tiefgreifende Ausgrabung und innovative Nutzung der TCM-Kultur und ermöglicht so eine umfassendere Weitergabe und Nutzung.

Abbildung 1: Amerikanischer Ginseng (Panax quinquefolius) Herbarium-Probe – Rohe medizinische Materialprobe – Abkochungsstück-Probe

Am Beispiel des amerikanischen Ginsengs können nach der Digitalisierung chinesischer Arzneimittelmaterialien umfassende Einführungen bereitgestellt werden, die von der ursprünglichen Pflanze über das Rohmaterial bis hin zu den Sudstücken reichen. Dadurch werden die detaillierten Eigenschaften der medizinischen Materialien umfassend demonstriert, die Defizite im Unterrichtsunterricht ausgeglichen und die Schüler in die Lage versetzt, sorgfältig zu beobachten, wodurch ihre kognitiven und Differenzierungsfähigkeiten in Bezug auf CHM-Materialien und Abkochungsstücke verbessert werden.(Bildquellen: Regulierungsbehörde für chinesische Medizin des Gesundheitsministeriums der HKSAR und Bank für chinesische Medizinproben der Hong Kong Baptist University).

Auf betrieblicher Ebene sind herkömmliche 3D-Digitalisierungstechnologien hochkomplex und erfordern professionelle Techniker. Herkömmliche Laserscanner und Streifenlichtscanner weisen offensichtliche technische Engpässe auf: Laserscanner erfordern eine Kalibrierung vor Ort, ein kontinuierliches Ausbessern von Modelllücken während des Scanvorgangs und können keine Texturabbildung erreichen – es werden nur weiße Modelle erstellt, was die Reproduktion der für CHM wesentlichen Farbprofile beeinträchtigt. Strukturlichtscanner erfordern eine manuelle Texturausrichtung und -kartierung, ein Prozess, der mehrere Tage dauert. Angesichts der Sammlungsgrößen von Zehntausenden von Objekten in großen Museen und Herbarien schränken die Verarbeitungsgeschwindigkeiten traditioneller Technologien die groß angelegte Digitalisierung der TCM erheblich ein.

JLM-Lifetech-Lösung: Technische Innovation überwindet Anwendungsengpässe

Abbildung 3: 3D Digital Specimen Rapid Construction System (3DDS)

Durch bahnbrechende technische Innovation definiert das JLM-Lifetech 3D Digital Specimen Rapid Construction System das Arbeitsparadigma der CHM-Probendigitalisierung neu. Der gesamte Prozess von der Probenplatzierung bis zur 3D-Modellerstellung erfordert keinerlei menschliches Eingreifen. Die Software übernimmt automatisch die Bilderfassung, Punktwolkenverarbeitung, Vernetzung und Texturkartierung und revolutioniert damit den traditionellen, komplizierten Modellierungsworkflow, der auf manuellen Vorgängen durch professionelle Techniker beruht, völlig.

Abbildung 4: Das System führt die Punktwolken-, Netz- und Texturverarbeitung automatisch durch.

Vollautomatische Workflow-Modellierung

Benutzer müssen lediglich die Probe auf den Ladedrehtisch legen und auf „One-Key-Start“ klicken, um alle Verarbeitungsschritte automatisch abzuschließen. Ein integriertes hochauflösendes Multi-View-Linsenarray erfasst automatisch die vollständigen 3D-Daten der Probe, ohne dass die Probe während des Prozesses umgedreht werden muss.

Abbildung 5: Modellierungsworkflow des 3D Digital Specimen Rapid Construction Systems

Während der Datenverarbeitungsphase nutzt das System fortschrittliche Algorithmen, um die Punktwolkenausrichtung, Netzoptimierung und Texturkartierung automatisch durchzuführen, ohne dass ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Dieser automatisierte Arbeitsablauf reduziert die Digitalisierungszeit für eine einzelne Probe drastisch von mehreren Stunden mit herkömmlichen Methoden auf15 Minuten, was eine Effizienzsteigerung um ein Vielfaches bedeutet.

Hochpräzise Farbtreue

Um die strengen Anforderungen an die Farbgenauigkeit der CHM-Identifizierung zu erfüllen, nutzt das System eine automatische Farbkalibrierung in Kombination mit einer Multi-Linsen-Array-Erfassungstechnologie, um automatisch eine Texturzuordnung durchzuführen und so eine Farbtreue von zu gewährleistenüber 95 %. Ob es der dunkelrote Farbton istSalvia miltiorrhiza(Danshen) oder der leuchtend gelbe Querschnitt vonScutellaria baicalensis(Huangqin) reproduziert das System präzise die wahren, authentischen Farben der medizinischen Materialien und bietet so eine zuverlässige Grundlage für die digitale Identifizierung.

Abbildung 6: Das 3D-Modell vonLycium barbarum(Goji-Beere), die durch dieses System hergestellt wird, reproduziert präzise ihre Farbe und epidermalen Falten.

Präzise Erfassung mikroskopischer Details

Das System liefert eine getreue Wiedergabe der kleinsten Eigenschaften chinesischer Arzneimittel über einen gesamten Zeitraum720^circBetrachtungswinkel. Mikroskopische Merkmale – wie die Hilusmorphologie vonLycium barbarumoder die Drüsenpunktverteilung auf der Oberfläche vonSchisandra chinensis(Wuweizi) – werden im digitalen Modell präzise nachgebildet, sodass Forscher sie aus jedem Winkel in einer virtuellen Umgebung beobachten und untersuchen können.

Abbildung 7: Das 3D-Querschnittsmodell vonAstragalus membranaceus(Huangqi), das nach diesem System hergestellt wurde, reproduziert präzise den Farb- und Texturkontrast zwischen seiner Rinde (Phloem) und seinem Holz (Xylem) und stellt visuell das zentrale Erkennungsmerkmal von Huangqi der Premiumklasse dar, das als „Goldener Brunnen und Jadegeländer“ bekannt ist (Jin Jing Yu Lan).

Unterstützung für virtuelle Schnitte und präzise Messungen

Benutzer können virtuelle Schnitte entlang jeder Ebene des generierten hochpräzisen 3D-Modells durchführen, um entsprechende 2D-Querschnitte zu erstellen. An diesen Querschnitten können präzise Längen-, Rillen- und Winkelmessungen durchgeführt werden, was eine zerstörungsfreie Quantifizierung der inneren geometrischen Strukturen der Probe ermöglicht und ein „Lineal“ für tiefgreifende wissenschaftliche Forschungsanalysen liefert.

Abbildung 8: Das Modell verfügt über ein 3D-Koordinatensystem, mit dem Daten auf jeder Ebene gemessen werden können.

Tiefgreifende Erweiterung der Anwendungsszenarien

Digitale Modelle bieten leistungsstarke Unterstützung für wissenschaftliches Forschungs- und Lehrpersonal, um die TCM-Kultur tiefgreifend zu erforschen und kreativ wiederzuverwenden. Darüber hinaus können Technologien wie Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR) genutzt werden, um immersive virtuelle Erlebnisumgebungen zu schaffen, die gehört, gesehen und gefühlt werden können, wodurch das öffentliche Interesse an der TCM-Kultur gestärkt und die Nutzung und Transformation ihres kulturellen Wertes beschleunigt wird.

Zusammenfassung

Das JLM-Lifetech 3D Digital Specimen Rapid Construction System bietet eine revolutionäre Lösung für die dauerhafte Konservierung, wissenschaftliche Forschung, akademische Ausbildung und innovative Vererbung von CHM-Proben. Der zentrale Durchbruch dieses Systems liegt in der Erzielung einer schnellen, automatisierten Modellierung – wodurch die Prozesszeit von mehreren Stunden bei herkömmlichen Methoden auf etwa 15 Minuten verkürzt wird – und gleichzeitig die Abhängigkeit von spezialisierten Bedienern erheblich reduziert wird, wodurch frühere technische Barrieren und Abhängigkeiten von Personalressourcen überwunden werden.

Basierend auf den generierten hochpräzisen 3D-Modellen erleichtert das System die tiefgreifende Ausgrabung von Werten in Forschung, Lehre und kulturellem Erbe. Es unterstützt die Vollwinkelbeobachtung und die präzise morphologische Analyse von Proben und steigert so die Effizienz der Identifizierungsforschung. Es stellt wiederverwendbare digitale Ressourcen für den Unterricht im Klassenzimmer bereit und verringert so effektiv den Verschleißdruck auf physischen Proben. und es erweitert die Kommunikationsgrenzen der chinesischen Medizinkultur durch verschiedene innovative Präsentationsformate erheblich.