数字化虚拟仿真牙医培训系统在口腔修复学本科教学中的应用

李昊 罗诒财 邓华颉 周凌燕 廖红兵

摘  要：数字化虚拟仿真牙医培训系统是一种新型的口腔医学教学系统，已在口腔临床医学教学多个领域运用，并获得了一定的成效。口腔修复学是应用符合生理的方法，采用人工装置修复口腔及颌面部缺损并恢复其相应生理功能，预防或治疗口腔颌面系统疾病的一门临床科学，其本科教学具有技术性强、示教和观察比较困难等特点。本文内容主要介绍数字化虚拟仿真牙医培训系统的优点及其在口腔修复学本科教学中的应用，为临床前口腔医学生的实践教学提供更好的指导。

关键词：数字化  虚拟仿真  牙医培训  口腔修复学  本科教学

中图分类号：G434           文献标识码：A 文章编号：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

口腔修复学是应用符合生理的方法，采用人工装置修复口腔及颌面部缺损并恢复其相应生理功能，预防或治疗口腔颌面系统疾病的一门临床科学[1]，它是口腔医学专业的学生必须掌握的重要课程之一，理论性和实践性均很强。该学科涉及口腔临床医学、材料学、工艺学、生物力学、美学等多个领域，知识涉及面广、抽象理论多。要成为一名合格的口腔医师，不仅需要理论知识丰富，还需要临床技能高超、经验充足，能够尽可能满足患者的美观要求及功能需要。临床前的教学培训，是连接口腔医学本科生专业理论到临床实践的桥梁，对口腔修复学临床思维和操作技能的培养至关重要。然而，口腔修复学的技术性很强，并且口腔内视野狭小，在教学过程中学生难以观察到基牙预备、修复体设计制作等全过程，教学效果往往不理想。因此，如何生动形象地展示基牙预备、修复体设计制作、患者病变部位的变化，是口腔修复学教学中的重点与难点[2]。基于这些特点，如何在口腔修复学本科教学中最大限度地模拟真实的临床情况、确保实践培训的效果，显得尤为重要。

近年来，随着数字化技术发展的突飞猛进，数字化虚拟仿真牙医培训系统也不断完善，并应用于包括口腔修复学在内的口腔医学不同学科中，通过虚拟仿真技术再现患者口腔内的真实环境，让学生获得身临其境的体验，在实现课程教学目标中显示出了明显的优势。

1  数字化虚拟仿真牙医培训系统简介

数字化虚拟仿真牙医培训系统由计算机、3D眼镜、3D投影设备、模拟操作台、投影仪屏幕背后的附加多功能钻及口镜组成。除了应用3D仿真视觉模擬临床情景外，应用触觉学模拟临床操作进行培训，是该系统的重要特点之一。触觉学是在虚拟环境中创造真实触觉感的一门科学，曾用于飞机和汽车驾驶模拟实训。数字化虚拟仿真牙医培训系统结合先进的触觉技术以及国外医学院校的口腔临床教学经验，对部分口腔临床医疗程序进行模拟，包括去除龋损、牙体预备、窝洞充填等，使操作者通过高保真力反馈获得逼真的感觉[3]。

2  数字化虚拟仿真牙医培训系统的优点

目前，口腔医学院校对本科生进行临床前实践教学常用的是传统仿真头模系统。与以往在塑料牙、离体天然牙上的操作相比，仿真头模系统能提供上下颌牙模，并配备水气枪、吸唾管、可调节式光源、牙科手机及椅位等，能较好地模拟口腔临床操作的实际情况，提高学生的实践操作技能[4]。但该系统也存在许多问题，例如，牙科手机的高速运转可导致操作风险及安全性不佳;牙模所需的人工牙费用较高，且在结构和质地方面与天然牙存在很大差别，难以让学生体会到在真实牙体组织上操作的感觉;该系统因缺乏与训练者的互动、对训练效果的反馈，操作培训的项目也较局限[5]。因此，很多学生在临床上面对真实病患时仍感到局促和茫然。

数字化虚拟仿真牙医培训系统运用虚拟仿真技术和力反馈触觉系统，建立的模拟临床治疗真实场景的力学感受系统，能模拟出包括天然牙在内的正常口腔组织3D图像，并能呈现口腔软、硬组织常见疾病的3D图像，还可根据不同的治疗方案提供不同的虚拟工具，操作者在持握手柄时能感受到虚拟工具与虚拟3D口腔组织接触时的作用力与反作用力，获得与现实中手持工具时相同的力学感受，从而达到模拟临床操作训练的效果[6]。此外，该系统能模拟大部分口腔常见疾病的治疗过程，并且能通过3D眼镜、3D投影设备等虚拟出仿头模难以呈现的口腔软组织病，以及在治疗过程中活体组织的出血、肿胀等实时反应[7]。同时，该系统的模拟操作及检测评价系统，可供学生自主实践练习，锻炼、提高学生的诊断和操作技能，培养学习的主观能动性与自主学习能力。与传统的教学系统相比，该系统还具有一个明显的优点，即无需准备实物模型，教学全程是虚拟仿真效果，大大节约了教学的材料成本与人力成本[7]。

3  数字化虚拟仿真牙医培训系统在口腔修复学教学中的应用

固定义齿是牙体缺损、牙列缺损修复的主要方式之一，也是口腔修复学教学中的重要内容[1]。由于牙体磨除量大、精度要求高、口腔内视野受限等因素，固定义齿的基牙预备往往是口腔修复学本科教学中的难点[3]。数字化虚拟仿真牙医培训系统以逼真的视觉效果教授口腔医学生如何进行牙体预备，并对手持器械的使用操作进行模拟，帮助学生学习去除龋损、牙冠预备等操作。在操作训练过程中，该系统可以真实还原患牙的形态、位置，学生可通过仿真口镜从任意角度镜面反射观察基牙倒凹、就位道;该系统虚拟的口腔环境，能呈现国人的口腔尺寸及牙体形态、结构特征，在模拟牙体预备时，能明确预备量，让学生在不同平面进行磨切，感受不同的磨切部位、深度与牙髓的关系;该系统还可模拟真实触觉与听觉，让学生的手部应用不同程度的力量进行全方位运动，并提供虚拟牙椅脚踏板控制的牙钻运动及相应音效，再现涡轮机气动牙钻等发出的声音，使操作训练更真实;而其左右手牙钻和口镜的操作练习与自动评估等模块，还能弥补传统教学在前期动手训练方面的欠缺[3]。由于该系统提供的是虚拟仿真牙，初学者在磨切时不必担心损伤邻牙、意外穿髓等错误，可减少训练初期的胆怯紧张，从容进行训练，进入临床后也能更好地适应真实的口腔环境。

此外，该系统具有记忆性，能赋予每个学生个人编号，用编号登录系统后，会出现每次练习时间和成绩等个人信息。在复杂的练习步骤中，如全冠牙体预备时的前牙舌侧磨切、后牙邻面磨切等，学生还可做出标记，每次练习结束后，可在标记处重复开始，进行针对性操作，以便节省时间;而对重要的操作环节做标记，也便于教师知晓教学难点及教学效果[8]。学生针对操作难点反复练习，可在技术上产生质的飞跃。有学者通过调查发现，学生应用该系统练习的效率比仿真头模系统更高，学习积极性与练习兴趣更大，进步也更明显[8]，这提示与传统教学系统相比，数字化虚拟仿真牙医培训系统更具优势。

同时，该系统在每次练习结束后，可演示正确的诊疗过程，提高学生的学习效率。该系统可以评估学生的整个操作过程，如牙体预备的磨切顺序、磨切量、预备后的牙体外形等，并可自主检测进行评分，减少学生在学习中对教师的依赖，并自行安排时间练习[7]。对于固定桥基牙预备等这些耗费时间长、需要练习次数多的教学内容，应用该系统更有利于提高教学效果，尤其在多个基牙牙体预备的教学中，该系统利用3D虚拟技术将必须掌握的抽象模糊的知识或操作转化成可三维旋转、可拆分与再整合的模拟体验，便于学生形象直观地理解多个牙的排列、牙弓的形态以及牙在颌骨上的位置，使操作练习更简单、量化，并强化教学效果。该系统具备的模拟操作及检测系统，有助于学生发挥学习的主观能动性，在提高学生临床操作技能的同时，还能培养学生完善、缜密的诊疗思路，而这是目前口腔医学本科临床前教学中最容易忽视的地方[6]。

然而，数字化虚拟仿真牙医培训系统也存在某些缺点，例如，该系统提供的是虚拟效果，无法完全代替口腔当中的真实环境与操作;该系统在操作時不能模拟灯光与患者体位的调节等，与临床真实情况存在一定差异;口腔修复科临床上接诊的患者病情千变万化，对应的治疗也不尽相同，而该系统无法完全模拟临床工作中的复杂情况;该系统评分规则较单一，未能纳入邻牙外形、对颌牙咬合关系多变的情况下的牙体预备效果评价标准[9]。因此，如何能让该系统在口腔修复学本科教学中获得更好的效果，有待进一步研究。

4  结语

综上所述，数字化虚拟仿真牙医培训系统能提高学生的临床操作能力，培养学生的临床诊疗思维，并具有可视性高、可重复操作、节约资源等优点，比传统的仿真头模等教学系统更能激发学生的学习兴趣与积极性，因此更具有教学优势，值得在口腔修复学本科教学中进一步推广应用。

参考文献

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