口腔檢查虛擬仿真教學項目的開發與應用

王晶晶 孫艷艷 黃文韜 林海燕

杭州醫學院存濟口腔醫學院口腔基礎教研室，杭州 311399

口腔檢查是口腔疾病診斷的關鍵步驟，其知識點繁多，學生理解與記憶困難，同時因為特殊檢查涉及的臨床病人缺乏，也無法以標準化病人(standardized patients，SP)替代[1]，給教與學的評價帶來困難。這些問題一直未能得到有效解決，不利于培養學生的臨床思維[2]。近年來，我校按照《教育部辦公廳關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》(教高廳〔2017〕4號)和《教育部關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》(教高函〔2018〕5號)等文件精神，立項開發口腔檢查虛擬仿真教學系統。經過2年的實踐與探索，基本完成“口腔檢查虛擬仿真教學系統(1.0)”的開發，經過初步應用收到了較好的效果。現將有關研究情況報告如下。

1 口腔檢查虛擬仿真實驗教學需求與系統開發

1.1 確定口腔檢查虛擬仿真教學項目的教學需求

根據口腔醫學專業口腔解剖生理學和牙體牙髓病學等課程教學大綱對口腔檢查實驗教學的具體要求，確定口腔檢查虛擬仿真教學項目的必備教學功能。在此基礎上，從效益最大化出發，綜合口腔醫學專科專業和口腔醫學本科專業相關課程對口腔檢查實驗教學的要求，對必備教學功能進行適當拓展，最終確定口腔檢查虛擬仿真教學項目按照1.0、2.0和3.0等3個功能逐步升級的版本進行連續升級式開發。其中，1.0版本所承載的主要教學功能包括：洗手、戴手套、醫患體位、探診、叩診、捫診、松動度檢查、口鏡使用、填寫口腔檢查表和無菌操作等10項內容；主要面向口腔醫學本科專業口腔解剖生理學、牙體牙髓病學和口腔頜面外科學課程的口腔檢查實驗教學，同時也可以將其應用于口腔醫學專科專業口腔內科學、口腔頜面外科學課程和臨床醫學本科專業口腔科學課程的口腔檢查實驗教學。

1.2 啟動口腔檢查虛擬仿真教學項目的系統開發

1.2.1 主要技術指標 所開發系統為B/S結構，兼容IE、Chrome等主流的瀏覽器，采用MySQL數據庫，可以運行于Linux、Windows等高安全性操作系統。移動端的開發為基于HTML 5或小程序的移動應用框架，能夠支持iOS、Android、WebOS等。采用目前業界主流的虛擬現實(virtual reality，VR)開發技術、Unity3D開發工具、組件技術、數據標準和相關技術規范，使系統功能最優化，同時將系統內部在技術上的相互依賴性減至最低。語言支持：簡體(GBK)、繁體(BIG5)、西文(ASCII)、國際統一碼(Unicode)。系統頁面響應時間2 000毫秒，第一階段支持并發數量不少于200，最終版支持并發數量不少于1 000。系統無故障運行時間大于5 000小時，故障恢復時間小于24小時。

1.2.2 系統開發與1.0版功能模塊 由北京眾繪虛擬現實技術研究院有限公司基于其UniDenTal口腔虛擬線上教學訓練系統進行開發，具體包括基礎訓練、病例訓練和考核評價3個模塊。系統與各模塊構架如圖1所示。

圖1 北京眾繪虛擬現實技術研究院有限公司開發口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)構架

1.2.3 口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)的部署 在口腔醫學實驗教學中心新建口腔檢查虛擬仿真實驗室，將口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)部署于具有觸感反饋的5臺虛擬仿真機(以下簡稱仿真機)和31臺網絡化數字虛擬形態教學點位結合的客戶機(以下簡稱客戶機)。仿真機和客戶機可以真實還原口腔醫生臨床診療環境，構建標準化病人，對口腔牙齒、牙齦、舌黏膜等不同顏色、質感的材質和操作器材進行模擬；系統可以跟蹤記錄整個操作過程，根據口腔檢查項目評分標準明細表，對器械選擇、操作手法和操作內容進行考核，最后形成過程評價和結果評價。

2 口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)的實施

2.1 教學對象

選取2019級口腔醫學本科專業全體60名學生為教學對象，教學內容為口腔解剖生理學實驗。所有學生對本研究內容均已知情同意。

2.2 教學方法

采用“操作預習-講解演示-操作練習-考核反饋-課后強化”的教學模式，進行口腔檢查虛擬仿真實驗教學。課前，學生從PC端或移動端登錄口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統觀看操作示范，完成預習。課中，教師從客戶機登陸口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統，進行各模塊講解和演示，并在仿真機上進行操作演示。學生首先通過客戶機選擇相應模塊進行口腔檢查練習，之后3人為一組登陸仿真機進行操作觸感強化練習。學生完成一定量的練習后，點擊考核模塊，進入虛擬口腔診室，接受隨機病例的操作考核。教師可以登錄教師端進行課程管理、成績統計與分析等。課后，學生登錄虛擬仿真系統進行練習。

2.3 教學過程

學生通過學號、姓名和默認密碼登錄仿真機，以HZstudent+學號、默認密碼登錄客戶機，登錄后選擇基礎訓練、病例訓練和考核評價3個模塊進行虛擬仿真實驗。各模塊虛擬仿真實驗主要步驟如下所示。

2.3.1 基礎訓練 選擇單一器械使用方法；口鏡使用練習；探針使用練習；選擇檢查方法練習；探診練習；叩診練習；捫診練習；松動度檢查練習；系統自動對每項操作評分，每個步驟可以選擇性跳過。

2.3.2 病例訓練 選擇病例；調整醫患體位；洗手戴手套、調節燈光；探診；叩診；捫診；松動度檢查；填寫口腔檢查表；系統自動生成評分表，每個步驟不可跳過。

2.3.3 考核評價 進入虛擬診室；選擇器械；選擇檢查內容；對相應部位進行檢查；填寫口腔檢查表；系統自動生成評分表，每個步驟不可跳過。

3 口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)初步應用效果

在口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)應用后，采用問卷調查方法對首批60名學生的使用體驗進行基于問卷星平臺的調查。問卷內容包括系統簡單容易操作、可以增加操作練習機會、知識點便于理解與記憶、實驗操作仿真度高、增強自學能力、提高實驗興趣和考核評價客觀等7個條目，每個條目按照認同(3分)、一般(2分)和不認同(1分)3個選項由學生無記名獨立評定。

60名學生均完成調查，問卷回收率和有效答卷率均為100.0%。具體結果詳見表1。從表1可見，學生對口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)具有較高的使用認可度，其總認同率為86.9%。以SPSS 26.0對表1數據和問卷關聯的性別數據進行統計學處理，經過Kruskal-WallisTest顯示，男(31人)女(29人)學生在各條目的認同度上，其差異均無統計學意義(P值為0.160～0.834)；經過Mann-WhitneyTest顯示，學生對增強自學能力和提高實驗興趣的認同度高于系統簡單容易操作、知識點便于理解與記憶、實驗操作仿真度高(P=0.023)。

表1 杭州醫學院2019級口腔醫學本科專業60名學生口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)應用效果評價[例(%)]

4 口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)的基本判斷和思考

4.1 應用虛擬現實技術進行口腔檢查實驗教學具有鮮明的優勢

應用虛擬現實技術將復雜的實驗過程具象化，有利于學生的理解與記憶；極具吸引力的動畫和自建口腔診室，可以有效激發學生的學習興趣；通過臨床病例的模擬和構建的標準化病人，有利于培養學生的診療思維；基于實驗操作過程跟蹤記錄的過程性和結果性評價，使教學、訓練和考核更具數量化和標準化。

4.2 學生對開發的口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)具有較高的認可度

首批60名學生對口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)的總體認同率為86.9%，各條目認同率均在80.0%以上，這表明學生對口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)具有較高的認可度；其中，增強自學能力和提高實驗興趣2個條目的認可度最高，均為95.0%，這說明口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)能有效激發學生的學習興趣、提高學生的自主學習能力。

4.3 口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)有待進一步優化升級

首批60名學生的口腔檢查虛擬仿真實驗教學系統(1.0)的使用體驗顯示，系統簡單容易操作、知識點便于理解與記憶和實驗操作仿真度高3個條目的認可度相對較低，均為81.7%，這為口腔檢查虛擬仿真實驗教學項目的升級式開發指明了方向。我們將在2.0版增加有利于反饋的操作步驟和口腔特殊檢查內容，在3.0版將以頭戴式VR裝置的沉浸式虛擬診室提升學生身臨其境的仿真體驗，并以口腔檢查為切入點，建設以“學生為中心”的虛擬仿真實驗教學體系，更好地培養學生的臨床診療思維能力[3]。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻聲明王晶晶：項目開發、研究實施、數據采集與分析、文章撰寫；孫艷艷、黃文韜：參與項目開發、研究實施；林海燕：指導項目、支持性貢獻