數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)在口腔修復(fù)學(xué)本科教學(xué)中的應(yīng)用

李昊 羅詒財(cái) 鄧華頡 周凌燕 廖紅兵

摘? 要：數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)是一種新型的口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)系統(tǒng)，已在口腔臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)多個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用，并獲得了一定的成效。口腔修復(fù)學(xué)是應(yīng)用符合生理的方法，采用人工裝置修復(fù)口腔及頜面部缺損并恢復(fù)其相應(yīng)生理功能，預(yù)防或治療口腔頜面系統(tǒng)疾病的一門臨床科學(xué)，其本科教學(xué)具有技術(shù)性強(qiáng)、示教和觀察比較困難等特點(diǎn)。本文內(nèi)容主要介紹數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及其在口腔修復(fù)學(xué)本科教學(xué)中的應(yīng)用，為臨床前口腔醫(yī)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)提供更好的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化? 虛擬仿真? 牙醫(yī)培訓(xùn)? 口腔修復(fù)學(xué)? 本科教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2020）07（c）-0244-03

Abstract： Digital virtual simulation system for dental student training is a new training system in dental education. It has been used and considered effective in teaching of different dentistry subjects. Prosthodontics is a clinical subject of preventing or treating oral and maxillofacial diseases by using artificial devices， and it includes the repair of oral and maxillofacial defects and the restoration of the corresponding physiological functions. Undergraduate teaching of this subject is characterized by high technique and often with difficulty in demonstration and observation. This paper mainly introduces the advantages of this training system and its application in undergraduate prosthodontics teaching， to provide better guide for practice teaching of dental students before clinical practice.

Key Words： Digital; Virtual simulation; Dental student training; Prosthodontics; Undergraduate teaching

口腔修復(fù)學(xué)是應(yīng)用符合生理的方法，采用人工裝置修復(fù)口腔及頜面部缺損并恢復(fù)其相應(yīng)生理功能，預(yù)防或治療口腔頜面系統(tǒng)疾病的一門臨床科學(xué)[1]，它是口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生必須掌握的重要課程之一，理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)。該學(xué)科涉及口腔臨床醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、工藝學(xué)、生物力學(xué)、美學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，知識(shí)涉及面廣、抽象理論多。要成為一名合格的口腔醫(yī)師，不僅需要理論知識(shí)豐富，還需要臨床技能高超、經(jīng)驗(yàn)充足，能夠盡可能滿足患者的美觀要求及功能需要。臨床前的教學(xué)培訓(xùn)，是連接口腔醫(yī)學(xué)本科生專業(yè)理論到臨床實(shí)踐的橋梁，對(duì)口腔修復(fù)學(xué)臨床思維和操作技能的培養(yǎng)至關(guān)重要。然而，口腔修復(fù)學(xué)的技術(shù)性很強(qiáng)，并且口腔內(nèi)視野狹小，在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生難以觀察到基牙預(yù)備、修復(fù)體設(shè)計(jì)制作等全過(guò)程，教學(xué)效果往往不理想。因此，如何生動(dòng)形象地展示基牙預(yù)備、修復(fù)體設(shè)計(jì)制作、患者病變部位的變化，是口腔修復(fù)學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)[2]。基于這些特點(diǎn)，如何在口腔修復(fù)學(xué)本科教學(xué)中最大限度地模擬真實(shí)的臨床情況、確保實(shí)踐培訓(xùn)的效果，顯得尤為重要。

近年來(lái)，隨著數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)也不斷完善，并應(yīng)用于包括口腔修復(fù)學(xué)在內(nèi)的口腔醫(yī)學(xué)不同學(xué)科中，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)再現(xiàn)患者口腔內(nèi)的真實(shí)環(huán)境，讓學(xué)生獲得身臨其境的體驗(yàn)，在實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)中顯示出了明顯的優(yōu)勢(shì)。

1? 數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、3D眼鏡、3D投影設(shè)備、模擬操作臺(tái)、投影儀屏幕背后的附加多功能鉆及口鏡組成。除了應(yīng)用3D仿真視覺(jué)模擬臨床情景外，應(yīng)用觸覺(jué)學(xué)模擬臨床操作進(jìn)行培訓(xùn)，是該系統(tǒng)的重要特點(diǎn)之一。觸覺(jué)學(xué)是在虛擬環(huán)境中創(chuàng)造真實(shí)觸覺(jué)感的一門科學(xué)，曾用于飛機(jī)和汽車駕駛模擬實(shí)訓(xùn)。數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)合先進(jìn)的觸覺(jué)技術(shù)以及國(guó)外醫(yī)學(xué)院校的口腔臨床教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)部分口腔臨床醫(yī)療程序進(jìn)行模擬，包括去除齲損、牙體預(yù)備、窩洞充填等，使操作者通過(guò)高保真力反饋獲得逼真的感覺(jué)[3]。

2? 數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

目前，口腔醫(yī)學(xué)院校對(duì)本科生進(jìn)行臨床前實(shí)踐教學(xué)常用的是傳統(tǒng)仿真頭模系統(tǒng)。與以往在塑料牙、離體天然牙上的操作相比，仿真頭模系統(tǒng)能提供上下頜牙模，并配備水氣槍、吸唾管、可調(diào)節(jié)式光源、牙科手機(jī)及椅位等，能較好地模擬口腔臨床操作的實(shí)際情況，提高學(xué)生的實(shí)踐操作技能[4]。但該系統(tǒng)也存在許多問(wèn)題，例如，牙科手機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)可導(dǎo)致操作風(fēng)險(xiǎn)及安全性不佳;牙模所需的人工牙費(fèi)用較高，且在結(jié)構(gòu)和質(zhì)地方面與天然牙存在很大差別，難以讓學(xué)生體會(huì)到在真實(shí)牙體組織上操作的感覺(jué);該系統(tǒng)因缺乏與訓(xùn)練者的互動(dòng)、對(duì)訓(xùn)練效果的反饋，操作培訓(xùn)的項(xiàng)目也較局限[5]。因此，很多學(xué)生在臨床上面對(duì)真實(shí)病患時(shí)仍感到局促和茫然。

數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)和力反饋觸覺(jué)系統(tǒng)，建立的模擬臨床治療真實(shí)場(chǎng)景的力學(xué)感受系統(tǒng)，能模擬出包括天然牙在內(nèi)的正常口腔組織3D圖像，并能呈現(xiàn)口腔軟、硬組織常見(jiàn)疾病的3D圖像，還可根據(jù)不同的治療方案提供不同的虛擬工具，操作者在持握手柄時(shí)能感受到虛擬工具與虛擬3D口腔組織接觸時(shí)的作用力與反作用力，獲得與現(xiàn)實(shí)中手持工具時(shí)相同的力學(xué)感受，從而達(dá)到模擬臨床操作訓(xùn)練的效果[6]。此外，該系統(tǒng)能模擬大部分口腔常見(jiàn)疾病的治療過(guò)程，并且能通過(guò)3D眼鏡、3D投影設(shè)備等虛擬出仿頭模難以呈現(xiàn)的口腔軟組織病，以及在治療過(guò)程中活體組織的出血、腫脹等實(shí)時(shí)反應(yīng)[7]。同時(shí)，該系統(tǒng)的模擬操作及檢測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可供學(xué)生自主實(shí)踐練習(xí)，鍛煉、提高學(xué)生的診斷和操作技能，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性與自主學(xué)習(xí)能力。與傳統(tǒng)的教學(xué)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)還具有一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)需準(zhǔn)備實(shí)物模型，教學(xué)全程是虛擬仿真效果，大大節(jié)約了教學(xué)的材料成本與人力成本[7]。

3? 數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)在口腔修復(fù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

固定義齒是牙體缺損、牙列缺損修復(fù)的主要方式之一，也是口腔修復(fù)學(xué)教學(xué)中的重要內(nèi)容[1]。由于牙體磨除量大、精度要求高、口腔內(nèi)視野受限等因素，固定義齒的基牙預(yù)備往往是口腔修復(fù)學(xué)本科教學(xué)中的難點(diǎn)[3]。數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)以逼真的視覺(jué)效果教授口腔醫(yī)學(xué)生如何進(jìn)行牙體預(yù)備，并對(duì)手持器械的使用操作進(jìn)行模擬，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)去除齲損、牙冠預(yù)備等操作。在操作訓(xùn)練過(guò)程中，該系統(tǒng)可以真實(shí)還原患牙的形態(tài)、位置，學(xué)生可通過(guò)仿真口鏡從任意角度鏡面反射觀察基牙倒凹、就位道;該系統(tǒng)虛擬的口腔環(huán)境，能呈現(xiàn)國(guó)人的口腔尺寸及牙體形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征，在模擬牙體預(yù)備時(shí)，能明確預(yù)備量，讓學(xué)生在不同平面進(jìn)行磨切，感受不同的磨切部位、深度與牙髓的關(guān)系;該系統(tǒng)還可模擬真實(shí)觸覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)，讓學(xué)生的手部應(yīng)用不同程度的力量進(jìn)行全方位運(yùn)動(dòng)，并提供虛擬牙椅腳踏板控制的牙鉆運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)音效，再現(xiàn)渦輪機(jī)氣動(dòng)牙鉆等發(fā)出的聲音，使操作訓(xùn)練更真實(shí);而其左右手牙鉆和口鏡的操作練習(xí)與自動(dòng)評(píng)估等模塊，還能彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)在前期動(dòng)手訓(xùn)練方面的欠缺[3]。由于該系統(tǒng)提供的是虛擬仿真牙，初學(xué)者在磨切時(shí)不必?fù)?dān)心損傷鄰牙、意外穿髓等錯(cuò)誤，可減少訓(xùn)練初期的膽怯緊張，從容進(jìn)行訓(xùn)練，進(jìn)入臨床后也能更好地適應(yīng)真實(shí)的口腔環(huán)境。

此外，該系統(tǒng)具有記憶性，能賦予每個(gè)學(xué)生個(gè)人編號(hào)，用編號(hào)登錄系統(tǒng)后，會(huì)出現(xiàn)每次練習(xí)時(shí)間和成績(jī)等個(gè)人信息。在復(fù)雜的練習(xí)步驟中，如全冠牙體預(yù)備時(shí)的前牙舌側(cè)磨切、后牙鄰面磨切等，學(xué)生還可做出標(biāo)記，每次練習(xí)結(jié)束后，可在標(biāo)記處重復(fù)開(kāi)始，進(jìn)行針對(duì)性操作，以便節(jié)省時(shí)間;而對(duì)重要的操作環(huán)節(jié)做標(biāo)記，也便于教師知曉教學(xué)難點(diǎn)及教學(xué)效果[8]。學(xué)生針對(duì)操作難點(diǎn)反復(fù)練習(xí)，可在技術(shù)上產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。有學(xué)者通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生應(yīng)用該系統(tǒng)練習(xí)的效率比仿真頭模系統(tǒng)更高，學(xué)習(xí)積極性與練習(xí)興趣更大，進(jìn)步也更明顯[8]，這提示與傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)相比，數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，該系統(tǒng)在每次練習(xí)結(jié)束后，可演示正確的診療過(guò)程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。該系統(tǒng)可以評(píng)估學(xué)生的整個(gè)操作過(guò)程，如牙體預(yù)備的磨切順序、磨切量、預(yù)備后的牙體外形等，并可自主檢測(cè)進(jìn)行評(píng)分，減少學(xué)生在學(xué)習(xí)中對(duì)教師的依賴，并自行安排時(shí)間練習(xí)[7]。對(duì)于固定橋基牙預(yù)備等這些耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、需要練習(xí)次數(shù)多的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)用該系統(tǒng)更有利于提高教學(xué)效果，尤其在多個(gè)基牙牙體預(yù)備的教學(xué)中，該系統(tǒng)利用3D虛擬技術(shù)將必須掌握的抽象模糊的知識(shí)或操作轉(zhuǎn)化成可三維旋轉(zhuǎn)、可拆分與再整合的模擬體驗(yàn)，便于學(xué)生形象直觀地理解多個(gè)牙的排列、牙弓的形態(tài)以及牙在頜骨上的位置，使操作練習(xí)更簡(jiǎn)單、量化，并強(qiáng)化教學(xué)效果。該系統(tǒng)具備的模擬操作及檢測(cè)系統(tǒng)，有助于學(xué)生發(fā)揮學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，在提高學(xué)生臨床操作技能的同時(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生完善、縝密的診療思路，而這是目前口腔醫(yī)學(xué)本科臨床前教學(xué)中最容易忽視的地方[6]。

然而，數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)也存在某些缺點(diǎn)，例如，該系統(tǒng)提供的是虛擬效果，無(wú)法完全代替口腔當(dāng)中的真實(shí)環(huán)境與操作;該系統(tǒng)在操作時(shí)不能模擬燈光與患者體位的調(diào)節(jié)等，與臨床真實(shí)情況存在一定差異;口腔修復(fù)科臨床上接診的患者病情千變?nèi)f化，對(duì)應(yīng)的治療也不盡相同，而該系統(tǒng)無(wú)法完全模擬臨床工作中的復(fù)雜情況;該系統(tǒng)評(píng)分規(guī)則較單一，未能納入鄰牙外形、對(duì)頜牙咬合關(guān)系多變的情況下的牙體預(yù)備效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]。因此，如何能讓該系統(tǒng)在口腔修復(fù)學(xué)本科教學(xué)中獲得更好的效果，有待進(jìn)一步研究。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字化虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)能提高學(xué)生的臨床操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的臨床診療思維，并具有可視性高、可重復(fù)操作、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn)，比傳統(tǒng)的仿真頭模等教學(xué)系統(tǒng)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，因此更具有教學(xué)優(yōu)勢(shì)，值得在口腔修復(fù)學(xué)本科教學(xué)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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