口腔醫(yī)學(xué)教育虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用前景

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【摘要】隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬仿真逐漸進(jìn)入口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文論述了虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育中應(yīng)用的必要性，以及虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景。提出了“線上+線下，虛實(shí)結(jié)合”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目混合教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù)；虛擬仿真技術(shù)；口腔醫(yī)學(xué)教育

引言：

被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬模擬技術(shù)，是能夠創(chuàng)造出虛擬世界并應(yīng)用到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，創(chuàng)造視覺(jué)、聽覺(jué)、觸摸等感覺(jué)和現(xiàn)實(shí)極度相似的虛擬環(huán)境。通過(guò)使用各種交互式設(shè)備，系統(tǒng)使虛擬環(huán)境與實(shí)體相互作用，使操作員可以具有原始的交互視覺(jué)并自動(dòng)進(jìn)行信息交換[1]。這是先進(jìn)的數(shù)字人機(jī)交互技術(shù)。近年來(lái)，在大數(shù)據(jù)的背景下，虛擬模擬技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文就口腔外科學(xué)教室虛擬模擬技術(shù)的應(yīng)用討論了口腔醫(yī)學(xué)教育的現(xiàn)狀和前景。

一、醫(yī)學(xué)教育為何選擇虛擬仿真技術(shù)

虛擬模擬技術(shù)的應(yīng)用被認(rèn)為是強(qiáng)化醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的重要手段之一。虛擬模擬技術(shù)是模擬環(huán)境、感知與自動(dòng)化系統(tǒng)、傳感器裝置等各種技術(shù)高度結(jié)合。使用電腦模擬虛擬環(huán)境，通過(guò)具有觸摸反饋功能的控制器之間的相互作用，給予操作者帶入強(qiáng)烈的環(huán)境投入感。

二、教育部大力度推廣虛擬仿真技術(shù)

隨著信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及新時(shí)代的到來(lái)，信息技術(shù)滲透到各個(gè)學(xué)科，為學(xué)科的革新和發(fā)展提供了新的機(jī)會(huì)，為促進(jìn)信息技術(shù)和高等教育實(shí)驗(yàn)的融合，教育部發(fā)表了相關(guān)文獻(xiàn)，將本科計(jì)劃建設(shè)虛擬模擬實(shí)驗(yàn)教育列入實(shí)施項(xiàng)目，將現(xiàn)代信息技術(shù)納入實(shí)驗(yàn)教育項(xiàng)目，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)教育內(nèi)容的范圍和深度，增加實(shí)驗(yàn)教育的施工強(qiáng)度，進(jìn)行虛擬模擬實(shí)驗(yàn)教育。這無(wú)疑是提高高等教育質(zhì)量的重要手段。

三、虛擬仿真助力打造“新醫(yī)科”教育

虛擬模擬技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用促進(jìn)了醫(yī)學(xué)教育的視覺(jué)化、生動(dòng)化，虛擬模擬軟件利用計(jì)算機(jī)和手機(jī)終端打破時(shí)間和空間的限制，對(duì)學(xué)生進(jìn)行真正的“虛擬模擬”并進(jìn)行開放式教育。將“在線+離線”的混合教育模式的虛擬環(huán)境結(jié)合現(xiàn)實(shí)，為“新醫(yī)學(xué)”教育提供了新的契機(jī)，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育是主要針對(duì)人體的構(gòu)造進(jìn)行研究，很難直接顯示疾病的起源和發(fā)展，傳統(tǒng)教育缺乏形象性和躍動(dòng)感對(duì)學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)知識(shí)沒(méi)有幫助。而虛擬仿真技術(shù)利用虛擬模擬三維軟件技術(shù)構(gòu)成的人體模型，讓學(xué)生利用計(jì)算機(jī)，通過(guò)“漫游”的交互模式更加直觀地理解人體解剖結(jié)構(gòu)，這種創(chuàng)新的學(xué)習(xí)方法不僅刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，可以提高學(xué)生互動(dòng)強(qiáng)度，通過(guò)設(shè)備的模擬操作，提高學(xué)生實(shí)踐能力，更有效地鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)[2]。虛擬模擬技術(shù)很好地體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教育理念，將傳統(tǒng)的教育學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)習(xí)質(zhì)量。

四、虛擬仿真更符合醫(yī)學(xué)倫理學(xué)要求

虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)教育適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的需要。隨著社會(huì)的發(fā)展，患者的自我保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)。學(xué)生進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)之前，必須掌握各種外科技術(shù)。因此，有必要在臨床作戰(zhàn)功能訓(xùn)練中，通過(guò)虛擬模型的操作，為學(xué)生提供一個(gè)更真實(shí)、更先進(jìn)的臨床操作功能訓(xùn)練仿真環(huán)境，醫(yī)學(xué)院校學(xué)生已經(jīng)完成了基本的醫(yī)學(xué)技術(shù)訓(xùn)練，為臨床實(shí)踐奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也就是說(shuō)，虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用是安全的，其具有實(shí)時(shí)交互、課程標(biāo)準(zhǔn)化、易于監(jiān)控、不涉及倫理風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，虛擬仿真技術(shù)的普及已成為醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一大發(fā)展趨勢(shì)。

五、虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

口腔醫(yī)學(xué)是實(shí)踐性較高的學(xué)科，口腔醫(yī)學(xué)教育面臨的重要挑戰(zhàn)之一是如何準(zhǔn)備臨床實(shí)習(xí)。例如牙齒供應(yīng)不足、體外牙齒代用品有限、部分實(shí)驗(yàn)材料成本高、實(shí)際操作不足等，在教育過(guò)程中，學(xué)生不能隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)操作條件和患者的實(shí)際情況不同，教師教育的同質(zhì)性很低。虛擬模擬技術(shù)的應(yīng)用為口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生提供了理想的學(xué)習(xí)平臺(tái)，讓學(xué)生掌握了基本的口腔手術(shù)操作步驟，提高了學(xué)生臨床工作水平，許多研究都強(qiáng)調(diào)了虛擬模擬作為新技術(shù)的重要性，在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，專家對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的表達(dá)和感知進(jìn)行了檢測(cè)，并教他們?nèi)绾文軌颢@得更好的體驗(yàn)感，這對(duì)學(xué)生環(huán)境中的情感表達(dá)和感受產(chǎn)生了顯著的積極作用，虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域有如下應(yīng)用。

5.1口腔解剖生理學(xué)教學(xué)

口腔解剖生理學(xué)教授利用虛擬模擬的三維圖像技術(shù)構(gòu)建了虛擬解剖實(shí)驗(yàn)室，其原理是基于斷層掃描、人體切片、實(shí)物標(biāo)本掃描等數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)上的真實(shí)物理圖像，以及組織內(nèi)部構(gòu)造等虛擬解剖模型的重建，制作了虛擬口腔解剖學(xué)，標(biāo)本庫(kù)作為口腔解剖學(xué)的必要基地，生理學(xué)教授向?qū)W生開放了虛擬解剖實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生們?cè)谌S橫斷面上開發(fā)了虛擬解剖實(shí)驗(yàn)室的三維模型[3]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端遠(yuǎn)程訪問(wèn)虛擬解剖實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。

5.2口腔頜面外科教學(xué)

關(guān)于口腔下頜外科課程，教授們利用虛擬模擬三維軟件技術(shù)構(gòu)成的口腔下顎面模型，讓學(xué)生觀察抽象三維口腔下顎面解剖構(gòu)造，直觀地理解口腔下顎的解剖構(gòu)造。另外，為了強(qiáng)化記憶，提高學(xué)習(xí)效果，專家正在研究下頜切除術(shù)，內(nèi)視鏡輔助外科95級(jí)訓(xùn)練系統(tǒng)，對(duì)口腔外科的初學(xué)者教育非常有效。重慶醫(yī)學(xué)院開發(fā)的虛擬模擬觸摸系統(tǒng)，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)首個(gè)虛擬臨床環(huán)境，結(jié)合高精密觸摸反饋裝置的拔牙手術(shù)培訓(xùn)項(xiàng)目，有效地避免了學(xué)生易發(fā)的各種臨床危險(xiǎn)，因此，可以實(shí)現(xiàn)充分動(dòng)員。該項(xiàng)目結(jié)合了口腔醫(yī)學(xué)、信息工程、自動(dòng)化、大數(shù)據(jù)等多個(gè)學(xué)科和方向，完美融合了多個(gè)學(xué)科，促進(jìn)了語(yǔ)言教育模式和方法的進(jìn)步，開創(chuàng)了口腔外科醫(yī)學(xué)教育數(shù)字化的新時(shí)代。5.3口腔種植學(xué)、口腔修復(fù)學(xué)教學(xué)一些研究者將虛擬口腔教育系統(tǒng)與技術(shù)相結(jié)合，對(duì)口腔康復(fù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，并進(jìn)行了牙齒預(yù)備、印前準(zhǔn)備和修復(fù)設(shè)計(jì)，將虛擬操作系統(tǒng)應(yīng)用于上海市口腔醫(yī)學(xué)院口腔訓(xùn)練教學(xué)中，主要從事電子管的制造和口腔培養(yǎng)體的導(dǎo)航出發(fā)，“95”技術(shù)的應(yīng)用有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、自主學(xué)習(xí)能力與臨床處理能力，教育系統(tǒng)研究了口腔康復(fù)固定醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用，南京醫(yī)科大學(xué)開發(fā)的口腔科交互式虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)、口腔頜面形態(tài)與功能重建項(xiàng)目，解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)研制的chin和重慶醫(yī)科大學(xué)開發(fā)的局部牙齒制造技術(shù)項(xiàng)目，從不同角度對(duì)口腔康復(fù)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改進(jìn)。

5.4牙體牙髓病學(xué)教學(xué)

目前已形成兩種牙腔預(yù)備、數(shù)字化根管預(yù)備技術(shù)，水切割術(shù)虛擬模擬實(shí)驗(yàn)、水再生虛擬教育項(xiàng)目等已成為較為成熟的項(xiàng)目。上海交通大學(xué)開發(fā)的數(shù)字根管預(yù)備技術(shù)和評(píng)價(jià)項(xiàng)目通過(guò)虛擬模擬教育方法和操作演示，讓學(xué)生感受虛擬路線治療過(guò)程。特別是加強(qiáng)了渠道的準(zhǔn)備和渠道充電技術(shù)的認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)，提高了渠道治療學(xué)的教育水平[4]。生物切斷術(shù)的虛擬模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合臨床模型訓(xùn)練和臨床教育，打破了時(shí)間和空間的限制，模擬真實(shí)的診療環(huán)境，革新的教育模式將會(huì)給更多的人帶來(lái)不一樣的新體驗(yàn)。虛擬化生命切斷骨髓的治療過(guò)程，符合微診教育理念，在體驗(yàn)式學(xué)習(xí)環(huán)境中反復(fù)練習(xí)，刺激學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，需要開放設(shè)計(jì)，以方便資源共享和持續(xù)更新，保持診療水平，另外要擴(kuò)大兒科口腔醫(yī)學(xué)的普及。

5.5牙周病學(xué)教學(xué)

北京大學(xué)開發(fā)的牙周外科實(shí)驗(yàn)教育虛擬模擬項(xiàng)目是根據(jù)北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院專家研究制作的國(guó)內(nèi)首個(gè)牙周訓(xùn)練虛擬模擬系統(tǒng)進(jìn)行的，根據(jù)學(xué)生臨床技能訓(xùn)練的需要，自主進(jìn)行的目的。通過(guò)對(duì)“視覺(jué)語(yǔ)法”的研究，促進(jìn)了教育方法的革新，應(yīng)用于教育訓(xùn)練和操作技能評(píng)價(jià)，多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域相互交叉，具有先進(jìn)性和實(shí)用性，為口語(yǔ)教育的量化和規(guī)范化開辟了新的道路。

5.6口腔正畸學(xué)教學(xué)

西安交通大學(xué)科研組對(duì)正常病例進(jìn)行分析，然后在診療設(shè)計(jì)方面利用虛擬仿真技術(shù)，基于“虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合”的設(shè)計(jì)理念，與計(jì)算機(jī)交互運(yùn)作，運(yùn)用病例數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行深入研究，基于高度模擬的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和技術(shù)案例，結(jié)合臨床常用軟硬件，收集在線生殖治療臨床診療案例信息，輔助檢查分析，該平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生掌握正常臨床病例管理的全過(guò)程，強(qiáng)化從理論到實(shí)踐，從課堂到臨床的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡[5]，由溫州醫(yī)科大學(xué)開發(fā)的青少年突出癥診療虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)2小時(shí)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，有助于口腔醫(yī)學(xué)本科生更快地掌握該畸形的診斷和治療。

六、“線上+線下、虛實(shí)結(jié)合”混合式教學(xué)模式

山東大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院是國(guó)內(nèi)首家實(shí)施虛擬模擬實(shí)驗(yàn)的大學(xué)之一，介紹了6lpragrqw虛擬模擬系統(tǒng)，結(jié)合磨削機(jī)的先導(dǎo)觸覺(jué)技術(shù)，推出了電子管修復(fù)牙齒損傷的虛擬模擬教育程序。這種方法已經(jīng)應(yīng)用于我校和國(guó)內(nèi)其他口腔醫(yī)學(xué)院。學(xué)生非常積極地去學(xué)習(xí)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，學(xué)習(xí)效果相當(dāng)不錯(cuò)。95技術(shù)被應(yīng)用于口腔疾病的基礎(chǔ)操作訓(xùn)練。培養(yǎng)學(xué)生自習(xí)能力，讓他們體驗(yàn)傳統(tǒng)教育無(wú)法實(shí)現(xiàn)的臨床病例實(shí)際體驗(yàn)，虛擬模擬實(shí)驗(yàn)教育項(xiàng)目的應(yīng)用模式為“線上+線下”，“虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合”的混合教育模式是傳統(tǒng)的對(duì)立面。將現(xiàn)實(shí)教育和網(wǎng)絡(luò)教育完美契合在一起。在這種混合教育模式下，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際需求和學(xué)習(xí)進(jìn)度安排學(xué)習(xí)。教師和學(xué)生之間無(wú)論何時(shí)何地都可以相互溝通。學(xué)生要有一定的自主學(xué)習(xí)能力，教師對(duì)整個(gè)課程進(jìn)行跟蹤指導(dǎo)，針對(duì)學(xué)生提出的課程問(wèn)題的中心和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行指點(diǎn)。同時(shí)虛擬模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中圖形混合教學(xué)模式可以提高教育效率、學(xué)習(xí)效率，深度擴(kuò)大學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)者的合作能力。

七、結(jié)束語(yǔ)：

隨著時(shí)間的推移，虛擬模擬技術(shù)將逐漸得到改善，在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域也將得到更快的發(fā)展。中國(guó)學(xué)者堅(jiān)定認(rèn)為，虛擬教育是終身教育的必然方向，網(wǎng)絡(luò)虛擬教育是開放的。虛擬模擬技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用仍然具有很大的潛力。在實(shí)習(xí)規(guī)范教育中應(yīng)得到廣泛應(yīng)用。由于虛擬模擬技術(shù)的應(yīng)用，教育內(nèi)容更加生動(dòng)，教學(xué)形式更加多樣化，授課效果也更加明顯，將會(huì)受到更多的口腔科學(xué)者的青睞。

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作者：袁必貴 陳瀚 單位：云上貴州大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司