VR技術(shù)在口腔教學(xué)中的應(yīng)用

喬振華 左佳斌

摘要：口腔專業(yè)是一門操作性、實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐操作能力要求非常高。目前在我國(guó)的口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中，學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)主要還是以看為主，只能在對(duì)應(yīng)的模型上進(jìn)行操作或者在臨床上去學(xué)習(xí)觀摩。基于VR實(shí)現(xiàn)的口腔教學(xué)系統(tǒng)可以彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足，能夠更好地解決學(xué)生實(shí)踐操作少的問題，通過虛擬臨床環(huán)境，給學(xué)習(xí)者帶來沉浸式的立體解剖體驗(yàn)和反復(fù)觀摩、實(shí)操的機(jī)會(huì)，從而提高口腔專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、實(shí)踐操作能力。

關(guān)鍵詞：口腔;VR;教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP37? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）20-0278-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 前言

隨著公眾社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們?cè)絹碓街匾暱谇唤】档谋Ｗo(hù)，尤其是老年人口的增加，口腔健康觀念逐漸增強(qiáng)，牙科保健問題日益重要。口腔疾病已經(jīng)成為一個(gè)重要的公共衛(wèi)生問題，推動(dòng)著全球口腔醫(yī)療市場(chǎng)的不斷增長(zhǎng)。

我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，是目前世界上老年人口最多的國(guó)家，也是人口老齡化發(fā)展速度最快的國(guó)家之一。牙齒磨耗，黏膜變薄，唾液腺分泌減少等等變化引起的口腔疾病成為老年人的常見疾病，不僅對(duì)局部健康產(chǎn)生影響，還關(guān)系著全身的健康狀況。同時(shí)，在口腔疾病中，發(fā)病率比較高的是齲病和牙周病，再加上口腔疾病往往是多種癥狀并存，這就導(dǎo)致了問題的多樣性，從而使得疾病的解決難度大大增加[1]。隨著老年人口的增加和社會(huì)老齡化的日益加劇，再加上大多數(shù)老年人的治療率普遍偏低，這將導(dǎo)致口腔醫(yī)療需求的長(zhǎng)期持續(xù)增長(zhǎng)。

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的發(fā)展在很多領(lǐng)域都有了應(yīng)用。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）指的是綜合利用計(jì)算機(jī)多門學(xué)科，如計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等，通過技術(shù)手段創(chuàng)造出的一種逼真的、具有交互性和動(dòng)態(tài)性的虛擬三維環(huán)境，提供用戶關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，以此來營(yíng)造一個(gè)逼真的現(xiàn)實(shí)環(huán)境或場(chǎng)景，使得參與者在現(xiàn)實(shí)世界中做出各種行為，如轉(zhuǎn)動(dòng)頭部、眼睛、手或進(jìn)行其他動(dòng)作時(shí)，能在虛擬三維環(huán)境中做出同樣的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)三維交互功能[2]。VR 技術(shù)體驗(yàn)最主要是借助VR 設(shè)備，通過使用VR 設(shè)備可以在使用者面前展現(xiàn)出虛擬的世界，但無論其做出何種實(shí)體行為均可以同虛擬世界實(shí)現(xiàn)同步匹配，一般情況下VR 設(shè)備有著較強(qiáng)的不透光性，將用戶與外部真實(shí)世界完全隔離開來，使其能夠全身心地投入在虛擬世界當(dāng)中。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），它的主要技術(shù)特點(diǎn)是虛實(shí)結(jié)合和實(shí)時(shí)交互，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的“增強(qiáng)”。虛擬世界與真實(shí)世界中的信息內(nèi)容通過相互疊加和顯示在同一顯示器中，也能夠有效實(shí)現(xiàn)信息之間的補(bǔ)充和完善。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以立即識(shí)別出人們看到的事物，并且檢索和顯示與該景象相關(guān)的數(shù)據(jù)[3]。

隨著對(duì)種植體需求的增加，與牙科相關(guān)的專業(yè)能力、臨床培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)積累變得更加重要，這些技術(shù)直接反映在學(xué)校的教育中[4]，培養(yǎng)一名牙醫(yī)，就需要通過完整的教育和培訓(xùn)以及現(xiàn)實(shí)的練習(xí)和評(píng)估。因此，無論是在教育方面還是在臨床方面，由輔助性產(chǎn)品開發(fā)的日益成熟的技術(shù)產(chǎn)品將在外科和教育培訓(xùn)過程中發(fā)揮越來越重要的作用。

2 我國(guó)口腔醫(yī)學(xué)教育現(xiàn)狀

口腔醫(yī)學(xué)是一門實(shí)踐性、操作性及治療個(gè)體化極強(qiáng)的學(xué)科，是非常注重臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)科，它要求未來的口腔專業(yè)人才在具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、嫻熟的臨床技能及分析與解決問題能力的同時(shí)，要具備較高的職業(yè)素養(yǎng)，人際溝通、技術(shù)管理能力和創(chuàng)新水平。我國(guó)目前的口腔醫(yī)學(xué)教育發(fā)展很快但口腔臨床人力資源仍然匱乏，現(xiàn)有的教育質(zhì)量和培養(yǎng)模式很難適應(yīng)越來越高的社會(huì)需求，亟須建立更加有效的培養(yǎng)機(jī)制[5]。

當(dāng)今在我國(guó)醫(yī)學(xué)教育中，其教學(xué)模式仍然是“基礎(chǔ)課程、橋梁課程、臨床課程”這樣一種模式，這種教育模式容易導(dǎo)致基礎(chǔ)知識(shí)與臨床操作的嚴(yán)重脫節(jié)。而且學(xué)生在入學(xué)的前三年接觸臨床的機(jī)會(huì)少之又少， 往往會(huì)出現(xiàn)部分學(xué)生沒有明確的學(xué)習(xí)目的， 缺乏對(duì)職業(yè)的感性認(rèn)識(shí)， 從而對(duì)學(xué)醫(yī)產(chǎn)生一種枯燥乏味的心態(tài)， 甚至?xí)a(chǎn)生轉(zhuǎn)專業(yè)的想法和行為[6]。基于VR的口腔教學(xué)體系旨在幫助還處于基礎(chǔ)口腔學(xué)習(xí)階段的學(xué)生， 從一開始就能夠通過各種形式接觸臨床常規(guī)工作， 進(jìn)而對(duì)醫(yī)學(xué)研究、醫(yī)療服務(wù)， 乃至整個(gè)職業(yè)生涯有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，為日后形成良好的臨床思維能力奠定基礎(chǔ)。

現(xiàn)在，美國(guó)和歐洲國(guó)家的牙醫(yī)必須通過筆試和技術(shù)考試才能獲得執(zhí)照。日本和中國(guó)的牙醫(yī)也充分執(zhí)行了上述考試政策。鑒于此，口腔學(xué)科的學(xué)生應(yīng)具有足夠的實(shí)踐和專業(yè)知識(shí)。那么一個(gè)好的學(xué)習(xí)方式和系統(tǒng)無疑是口腔學(xué)科教育的發(fā)展趨勢(shì)。基于VR技術(shù)的教學(xué)系統(tǒng)就可以為口腔基礎(chǔ)的教育設(shè)備和方法提供新渠道。

3 VR技術(shù)在口腔教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主導(dǎo)的牙科解決方案在世界范圍內(nèi)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。數(shù)字化牙科解決方案將成為未來專業(yè)牙科領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字化牙科解決方案的迅速發(fā)展，使其在牙科臨床領(lǐng)域和牙科教育領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。這一趨勢(shì)將逐漸挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的牙科臨床實(shí)踐和牙科教育學(xué)習(xí)方法。通過VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的口腔教學(xué)系統(tǒng)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供了數(shù)字引導(dǎo)、模擬學(xué)習(xí)和練習(xí)[7]。比如各種模型包括口腔模型、人體模型椅、無陰影燈和姿態(tài)評(píng)估系統(tǒng)。通過數(shù)字牙科模擬器和臨床環(huán)境，方便學(xué)生自我練習(xí)，使學(xué)生獲得重要的臨床經(jīng)驗(yàn)和精確性。

1）通過VR虛擬口腔教學(xué)系統(tǒng)使口腔學(xué)習(xí)更輕松快樂

通過VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛擬環(huán)境，能夠?qū)⑵綍r(shí)的口腔教學(xué)和學(xué)習(xí)體驗(yàn)提升到一個(gè)新高度。在往常的教學(xué)過程中，能夠獲得見習(xí)機(jī)會(huì)，并現(xiàn)場(chǎng)觀察醫(yī)生進(jìn)行口腔手術(shù)的具體過程的學(xué)生非常少。因此，對(duì)于這些學(xué)生而言，能夠在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中觀摩學(xué)習(xí)、掌握口腔手術(shù)的實(shí)際操作技巧并不是一件非常容易的事情。然而隨著VR技術(shù)的發(fā)展，VR攝像技術(shù)使醫(yī)生的操作可以全球播放，醫(yī)學(xué)院的學(xué)生就可以使用VR眼鏡觀看這些影像，并通過虛擬臨床環(huán)境來實(shí)踐，從而提高手術(shù)操作能力。

比如實(shí)現(xiàn)VR醫(yī)學(xué)解剖數(shù)字人體及VR口腔解剖數(shù)字人頭，使用VR技術(shù)結(jié)合醫(yī)療的前沿科技和真實(shí)的病例CT數(shù)據(jù)為口腔醫(yī)學(xué)院的基礎(chǔ)解剖課程提供栩栩如生的VR數(shù)字人體、人頭解剖結(jié)構(gòu)和全新的數(shù)字化互動(dòng)教學(xué)模式[8]，這種具有逼真性、沉浸感的教學(xué)模式，可以為學(xué)習(xí)者帶來更多的操作機(jī)會(huì)，特別是增加了立體解剖體驗(yàn)和反復(fù)觀摩的機(jī)會(huì)，從而在很大程度上降低了口腔醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)解剖課程的實(shí)踐成本、提高了口腔醫(yī)學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和實(shí)踐操作能力，使得枯燥乏味的口腔醫(yī)學(xué)課程充滿了互動(dòng)與趣味。

2）使用VR教學(xué)系統(tǒng)可以仿真口腔臨床環(huán)境

口腔科虛擬教學(xué)系統(tǒng)可以仿真口腔醫(yī)學(xué)中的臨床環(huán)境。比如頭顱的仿真模型設(shè)計(jì)，具有仿真下巴、切開的頭蓋骨、骨眉毛、雙眼，帶眶下點(diǎn)，鼻部輪廓及一體化硬質(zhì)耳朵（包含外耳道、耳垂），并具有逼真的頸部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擁有水、電、氣路供給，完全模仿臨床牙椅的功能，實(shí)現(xiàn)磨牙、備牙、沖洗、充填、吸拓等多項(xiàng)功能[9];再配備口腔內(nèi)科、口腔修復(fù)、口腔正畸等多個(gè)學(xué)科的臨床教學(xué)模型，開展近百項(xiàng)口腔臨床技能實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生通過仿真系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，到達(dá)掌握口腔臨床學(xué)科的基本診療技術(shù)。

3）使用VR教學(xué)系統(tǒng)仿真口腔正畸教學(xué)模型

口腔正畸學(xué)是口腔醫(yī)學(xué)重要組成部分之一，對(duì)該學(xué)科的學(xué)生來說，其排牙實(shí)驗(yàn)中使用的基本都是利用石膏制作的牙頜模型，而且即使臨床見習(xí)，也基本都是處于觀察狀態(tài)[10]。利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的教學(xué)環(huán)境所達(dá)到的教學(xué)效果，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)效果。比如在排牙教學(xué)中，利用VR技術(shù)，就可以生成逼真的三維虛擬牙頜模型，該模型可以以立體方式交互展示，學(xué)生可以從各個(gè)角度對(duì)模型進(jìn)行觀察和學(xué)習(xí)，為學(xué)生觀察學(xué)習(xí)提供了一種比較直觀、立體、易于理解的圖像效果，其更大的優(yōu)勢(shì)在于，可以利用虛擬環(huán)境中的工具如線鋸，對(duì)模型進(jìn)行近乎真實(shí)環(huán)境下的操作，從而使生能快速掌握排牙技巧和擁擠度判斷。

4 總結(jié)

VR現(xiàn)實(shí)技術(shù)日趨成熟，在教育領(lǐng)域會(huì)有更多的VR輔助系統(tǒng)。通過對(duì)VR環(huán)境系統(tǒng)的開發(fā)利用，將醫(yī)學(xué)信息、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，并把這些數(shù)據(jù)可視化，通過提供更清晰的信息，來豐富學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，使他們熟悉系統(tǒng)、技能和課程，提高操作能力。與傳統(tǒng)的臨床前教學(xué)方法相比，VR系統(tǒng)將成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的一種有實(shí)踐意義的教育工具。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】