數字化虛擬仿真牙醫培訓系統在口腔修復學本科教學中的應用

李昊 羅詒財 鄧華頡 周凌燕 廖紅兵

摘? 要：數字化虛擬仿真牙醫培訓系統是一種新型的口腔醫學教學系統，已在口腔臨床醫學教學多個領域運用，并獲得了一定的成效。口腔修復學是應用符合生理的方法，采用人工裝置修復口腔及頜面部缺損并恢復其相應生理功能，預防或治療口腔頜面系統疾病的一門臨床科學，其本科教學具有技術性強、示教和觀察比較困難等特點。本文內容主要介紹數字化虛擬仿真牙醫培訓系統的優點及其在口腔修復學本科教學中的應用，為臨床前口腔醫學生的實踐教學提供更好的指導。

關鍵詞：數字化? 虛擬仿真? 牙醫培訓? 口腔修復學? 本科教學

中圖分類號：G434 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：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

口腔修復學是應用符合生理的方法，采用人工裝置修復口腔及頜面部缺損并恢復其相應生理功能，預防或治療口腔頜面系統疾病的一門臨床科學[1]，它是口腔醫學專業的學生必須掌握的重要課程之一，理論性和實踐性均很強。該學科涉及口腔臨床醫學、材料學、工藝學、生物力學、美學等多個領域，知識涉及面廣、抽象理論多。要成為一名合格的口腔醫師，不僅需要理論知識豐富，還需要臨床技能高超、經驗充足，能夠盡可能滿足患者的美觀要求及功能需要。臨床前的教學培訓，是連接口腔醫學本科生專業理論到臨床實踐的橋梁，對口腔修復學臨床思維和操作技能的培養至關重要。然而，口腔修復學的技術性很強，并且口腔內視野狹小，在教學過程中學生難以觀察到基牙預備、修復體設計制作等全過程，教學效果往往不理想。因此，如何生動形象地展示基牙預備、修復體設計制作、患者病變部位的變化，是口腔修復學教學中的重點與難點[2]。基于這些特點，如何在口腔修復學本科教學中最大限度地模擬真實的臨床情況、確保實踐培訓的效果，顯得尤為重要。

近年來，隨著數字化技術發展的突飛猛進，數字化虛擬仿真牙醫培訓系統也不斷完善，并應用于包括口腔修復學在內的口腔醫學不同學科中，通過虛擬仿真技術再現患者口腔內的真實環境，讓學生獲得身臨其境的體驗，在實現課程教學目標中顯示出了明顯的優勢。

1? 數字化虛擬仿真牙醫培訓系統簡介

數字化虛擬仿真牙醫培訓系統由計算機、3D眼鏡、3D投影設備、模擬操作臺、投影儀屏幕背后的附加多功能鉆及口鏡組成。除了應用3D仿真視覺模擬臨床情景外，應用觸覺學模擬臨床操作進行培訓，是該系統的重要特點之一。觸覺學是在虛擬環境中創造真實觸覺感的一門科學，曾用于飛機和汽車駕駛模擬實訓。數字化虛擬仿真牙醫培訓系統結合先進的觸覺技術以及國外醫學院校的口腔臨床教學經驗，對部分口腔臨床醫療程序進行模擬，包括去除齲損、牙體預備、窩洞充填等，使操作者通過高保真力反饋獲得逼真的感覺[3]。

2? 數字化虛擬仿真牙醫培訓系統的優點

目前，口腔醫學院校對本科生進行臨床前實踐教學常用的是傳統仿真頭模系統。與以往在塑料牙、離體天然牙上的操作相比，仿真頭模系統能提供上下頜牙模，并配備水氣槍、吸唾管、可調節式光源、牙科手機及椅位等，能較好地模擬口腔臨床操作的實際情況，提高學生的實踐操作技能[4]。但該系統也存在許多問題，例如，牙科手機的高速運轉可導致操作風險及安全性不佳;牙模所需的人工牙費用較高，且在結構和質地方面與天然牙存在很大差別，難以讓學生體會到在真實牙體組織上操作的感覺;該系統因缺乏與訓練者的互動、對訓練效果的反饋，操作培訓的項目也較局限[5]。因此，很多學生在臨床上面對真實病患時仍感到局促和茫然。

數字化虛擬仿真牙醫培訓系統運用虛擬仿真技術和力反饋觸覺系統，建立的模擬臨床治療真實場景的力學感受系統，能模擬出包括天然牙在內的正常口腔組織3D圖像，并能呈現口腔軟、硬組織常見疾病的3D圖像，還可根據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能感受到虛擬工具與虛擬3D口腔組織接觸時的作用力與反作用力，獲得與現實中手持工具時相同的力學感受，從而達到模擬臨床操作訓練的效果[6]。此外，該系統能模擬大部分口腔常見疾病的治療過程，并且能通過3D眼鏡、3D投影設備等虛擬出仿頭模難以呈現的口腔軟組織病，以及在治療過程中活體組織的出血、腫脹等實時反應[7]。同時，該系統的模擬操作及檢測評價系統，可供學生自主實踐練習，鍛煉、提高學生的診斷和操作技能，培養學習的主觀能動性與自主學習能力。與傳統的教學系統相比，該系統還具有一個明顯的優點，即無需準備實物模型，教學全程是虛擬仿真效果，大大節約了教學的材料成本與人力成本[7]。

3? 數字化虛擬仿真牙醫培訓系統在口腔修復學教學中的應用

固定義齒是牙體缺損、牙列缺損修復的主要方式之一，也是口腔修復學教學中的重要內容[1]。由于牙體磨除量大、精度要求高、口腔內視野受限等因素，固定義齒的基牙預備往往是口腔修復學本科教學中的難點[3]。數字化虛擬仿真牙醫培訓系統以逼真的視覺效果教授口腔醫學生如何進行牙體預備，并對手持器械的使用操作進行模擬，幫助學生學習去除齲損、牙冠預備等操作。在操作訓練過程中，該系統可以真實還原患牙的形態、位置，學生可通過仿真口鏡從任意角度鏡面反射觀察基牙倒凹、就位道;該系統虛擬的口腔環境，能呈現國人的口腔尺寸及牙體形態、結構特征，在模擬牙體預備時，能明確預備量，讓學生在不同平面進行磨切，感受不同的磨切部位、深度與牙髓的關系;該系統還可模擬真實觸覺與聽覺，讓學生的手部應用不同程度的力量進行全方位運動，并提供虛擬牙椅腳踏板控制的牙鉆運動及相應音效，再現渦輪機氣動牙鉆等發出的聲音，使操作訓練更真實;而其左右手牙鉆和口鏡的操作練習與自動評估等模塊，還能彌補傳統教學在前期動手訓練方面的欠缺[3]。由于該系統提供的是虛擬仿真牙，初學者在磨切時不必擔心損傷鄰牙、意外穿髓等錯誤，可減少訓練初期的膽怯緊張，從容進行訓練，進入臨床后也能更好地適應真實的口腔環境。

此外，該系統具有記憶性，能賦予每個學生個人編號，用編號登錄系統后，會出現每次練習時間和成績等個人信息。在復雜的練習步驟中，如全冠牙體預備時的前牙舌側磨切、后牙鄰面磨切等，學生還可做出標記，每次練習結束后，可在標記處重復開始，進行針對性操作，以便節省時間;而對重要的操作環節做標記，也便于教師知曉教學難點及教學效果[8]。學生針對操作難點反復練習，可在技術上產生質的飛躍。有學者通過調查發現，學生應用該系統練習的效率比仿真頭模系統更高，學習積極性與練習興趣更大，進步也更明顯[8]，這提示與傳統教學系統相比，數字化虛擬仿真牙醫培訓系統更具優勢。

同時，該系統在每次練習結束后，可演示正確的診療過程，提高學生的學習效率。該系統可以評估學生的整個操作過程，如牙體預備的磨切順序、磨切量、預備后的牙體外形等，并可自主檢測進行評分，減少學生在學習中對教師的依賴，并自行安排時間練習[7]。對于固定橋基牙預備等這些耗費時間長、需要練習次數多的教學內容，應用該系統更有利于提高教學效果，尤其在多個基牙牙體預備的教學中，該系統利用3D虛擬技術將必須掌握的抽象模糊的知識或操作轉化成可三維旋轉、可拆分與再整合的模擬體驗，便于學生形象直觀地理解多個牙的排列、牙弓的形態以及牙在頜骨上的位置，使操作練習更簡單、量化，并強化教學效果。該系統具備的模擬操作及檢測系統，有助于學生發揮學習的主觀能動性，在提高學生臨床操作技能的同時，還能培養學生完善、縝密的診療思路，而這是目前口腔醫學本科臨床前教學中最容易忽視的地方[6]。

然而，數字化虛擬仿真牙醫培訓系統也存在某些缺點，例如，該系統提供的是虛擬效果，無法完全代替口腔當中的真實環境與操作;該系統在操作時不能模擬燈光與患者體位的調節等，與臨床真實情況存在一定差異;口腔修復科臨床上接診的患者病情千變萬化，對應的治療也不盡相同，而該系統無法完全模擬臨床工作中的復雜情況;該系統評分規則較單一，未能納入鄰牙外形、對頜牙咬合關系多變的情況下的牙體預備效果評價標準[9]。因此，如何能讓該系統在口腔修復學本科教學中獲得更好的效果，有待進一步研究。

4? 結語

綜上所述，數字化虛擬仿真牙醫培訓系統能提高學生的臨床操作能力，培養學生的臨床診療思維，并具有可視性高、可重復操作、節約資源等優點，比傳統的仿真頭模等教學系統更能激發學生的學習興趣與積極性，因此更具有教學優勢，值得在口腔修復學本科教學中進一步推廣應用。

參考文獻

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