虚拟现实技术在口腔正畸护理中的应用展望
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作者:林紫燕 曹真胜
[摘要] 口腔正畸矫治术常用于修整牙列的外观形貌，改善口腔健康，但由于正畸治疗疗程长，治疗效果不明显，配戴牙齿矫正器会给患者带来不适感，护理不当还容易引发牙周炎、口腔溃疡等疾病，所以患者的依从性比较低，严重影响治疗效果。虚拟现实技术作为一种高新技术，近年来发展迅速，在军用、娱乐、培训等领域的应用已初见成效，在医学领域的应用也被进一步推广。虚拟现实技术应用于口腔正畸治疗，不仅能够帮助医生准确了解患者病症，选择最佳的治疗方式，也能够增加患者对正畸手术的认识、改善患者的心理状态、提高治疗的依从性。虚拟现实技术在口腔正畸护理中的应用前景广阔。
[关键词] 口腔正畸;虚拟现实;高新技术;治疗依从性
[中图分类号] R783.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2019）32-0161-04
Application prospect of virtual reality technology in orthodontic nursing
LIN Ziyan CAO Zhensheng
The Affiliated Stomatological Hospital of Wenzhou Medical University， Wenzhou 325000，China
[Abstract] Orthodontic correction treatment is commonly used to repair dentition appearance and improve oral health. However， due to the long treatment course of orthodontic treatment， unapparent treatment effect， discomfort brought by wearing dental appliance and possible periodontitis， oral ulcers and other diseases caused by improper nursing， the patient's compliance is relatively low， which has seriously affected the treatment effect. As a high and new technology， virtual reality technology has developed rapidly in recent years. Its application in military， entertainment， training and other fields has achieved initial success and its application in medical field has been further promoted. The application of virtual reality technology to the orthodontic treatment can not only help doctors to accurately understand the patient's conditions and choose the best treatment method， but also increase the patient's understanding of orthodontic surgery， improve the patient's state of mind and improve their treatment compliance. Virtual reality technology has a promising application prospect in orthodontic nursing.
[Key words] Orthodontics; Virtual reality; High and new technology; Treatment compliance
口腔正畸是通過改善牙齿排列状态，去除牙齿异常形态，消除错畸形达到牙齿美观的方法。随着对“美”的要求提高，人们越来越重视牙齿的整齐美观，进行口腔正畸治疗的患者逐渐增多。实施口腔正畸治疗过程中，需要对口腔进行全面检查，明确患者的病症并制定优质的修复方案[1]。口腔正畸治疗时间跨度因发育阶段及错畸形的类型不同存在差异，半年至三年不等，期间正畸临床护理工作要点在每个阶段有所不同[2]，而护理工作的好坏将直接影响患者的治疗效果。传统的护理模式患者参与度低，往往只是被动接受医生或护士对健康知识的传输，单调乏味，患者对治疗过程中应注意的事项掌握度不够。虚拟现实技术通过场景模拟与人机交互技术，不仅能够让患者更好的掌握护理工作的注意事项和健康知识，并能在术前预测正畸治疗后的牙齿形貌，改善患者心理状态，进而提高患者正畸治疗整体效果。
1口腔正畸治疗护理现状和虚拟现实技术简介
1.1目前国内口腔正畸治疗护理现状简介
老旧的口腔正畸治疗，医生主要通过二维成像技术和口腔观察了解患者牙齿的形状及分布情况和上、下颌结构，然后利用方丝弓矫正技术、截骨术等正畸技术进行牙齿矫正。校正后患者要佩戴符合口腔结构的矫正器直至矫形结束，佩戴矫正器的目的是为了保证患者邻近骨质恢复至正常解剖位置。由于佩戴牙齿矫正器的时间较长，患者治疗期间可能出现疼痛、不适应的现象，况且治疗效果不明显，导致患者极易出现焦虑、懈怠等心理问题，整体治疗依从性较差[3-4]。随着科技水平的进步和医疗技术的发展，基于三维模型的正畸手术[5]、微型种植体支抗[6-7]、无托槽隐形矫治技术[8]等口腔正畸技术因能够改善治疗效果、提高患者治疗依从性、增加正畸术的精确性等优势逐渐得到推广。 1.2 虚拟现实技术简介
虚拟现实技术是由美国VPL公司创始人Jaron Lanier在20世纪80年代提出的，此技术主要是利用计算机图形系统和各种传输、接口设备，在计算机上生成可以人机交互的三维环境。利用虚拟现实系统，参与者可以按照自己的构想，通过身体感官功能和运动功能，对虚拟环境中的物体进行观察和操作;参与者能够感受到只有在现实环境中进行实际操作或经历相应过程才能获得的相应感受，给人一种身临其境的感觉，而这些实际操作或过程在现实环境中是难以实现的。虚拟现实技术近年来发展迅速，从最初的人们只能通过键盘鼠标等输入设备与计算机环境进行交流到以多种传感器与计算机营造的多维化信息直接交互，从简单的计算机外部观测到沉浸到计算机创造的三维虚拟环境。虚拟现实技术，已经在多个领域得到广泛应用。在军事领域，利用虚拟显示技术可以模拟军事训练、战场推演、武器系统的开发等方面[9];在体育领域，可以用于大型体育赛事的传播[10]与竞技技能的训练;目前我国已将虚拟现实技术应用于心理学实验教学[11]和复杂肿瘤外科治疗[12]，可见的将来虚拟现实技术在各个领域中的应用将蓬勃发展。
2虚拟现实技术在口腔正畸治疗护理中的应用展望
2.1护士和患者的日常培训
随着人们生活水平的提高，患者对护理工作的质量要求不断升级，伦理护理模式得到提倡，这就对护理人员的专业知识和职业素养提出了更高的要求[13]。现阶段我国各大医院因缺乏师资力量和培训设施，很少进行护理人员的伦理教育。利用虚拟现实技术，可以将口腔正畸治疗中不同的护理工作场景在计算机中以逼真的仿真环境展现出来，在仿真環境中护士可以通过人机交互设备对环境中的虚拟患者或医疗设备进行操作，不同的操作会呈现不同的护理效果，另外，系统还可对参与者的表现进行考评[14-15]。虚拟现实技术能够有效地弥补实验教学资源的不足、突破时间和空间限制、充实医学护理知识的学习，也不需担心因过失操作而给患者造成伤害，可以反复进行练习[16]。通过反复的强化训练，可以提高护士针对实际护理工作中出现的问题作出快速响应和正确判断的能力，从而提高护理质量。护理质量的好坏不仅取决于护士对患者护理质量的优劣，患者本人对健康知识的了解及自我护理水平同样重要。口腔正畸患者术后，需要进行日常口腔护理，包括饮食、口腔卫生、矫正器清洗、牙周病预防等。如果仅凭借医生的嘱咐，患者很难掌握。利用虚拟现实技术，我们可以将各种不当的护理行为展现在患者眼前，并让患者体验可能造成的不良后果，如口腔疼痛、正畸效果不良等。现在已经提出利用云处理技术实现远程教育及大众教育的概念，未来我们足不出户就能接受远程教学，利用虚拟现实平台解答我们治疗过程中的疑问，解决我们因缺乏医疗知识产成的疑虑。医生也可利用虚拟现实平台与患者实时进行互动，知晓患者自我护理情况并开展针对性教育，与当前的跟踪-延续性护理方式相比更具有时效性，利用虚拟现实系统进行的护理培训更方便、更全面，是未来技术发展的一种趋势。
2.2患者入院咨询
初诊患者接待阶段，护士的主要工作是向患者讲解就诊须知、治疗的流程和费用以及各医师的专业能力等。这些工作都是重复性的基础工作，长期从事此类工作，护士会觉得单调乏味，导致工作的积极性降低，影响护士的护理表现。这些常见场景都可以制作成3D动画，用于展示患者入院治疗的流程、治疗时常用的医疗器械和药品费用、介绍各医师擅长的治疗方法等。基于虚拟现实技术的三维动画设计，能够有效提升3D动画场景的重建精度，增强3D动画的实时性及稳定性[17]。另外，患者可以通过耳机和话筒实现人机交互，计算机可根据患者输入的需求信息调出患者要求了解的场景。这些技术目前在娱乐领域已广泛应用，原理简单，费用不高，值得推广。
2.3患者入院检查
现阶段我国口腔正畸治疗主要是通过X射线照片获取患者头颅侧位片和全口曲面断层。随着影像技术和仪器科学的发展，二维成像技术的局限性被世人熟知。将传统的二维成像技术与计算机技术联合可以构建出三维图像。目前，三维CT已广泛应用到口腔正畸治疗，与传统技术比较，其可以客观的反映出口腔的三维立体结构，大大提高了口腔测量的精确度，医师通过三维图像更清楚的掌握患者的牙齿形貌和分布情况，做出更准确的判断。目前利用虚拟现实技术可以在多模态图像（CT/MRI/DSA等）的基础上，对各种数据进行整合，重建三维影像，塑造人体器官、血管等重要结构，使医学影像能最真实的表达患者状态，为医生提供最为精确的数据支持。在口腔正畸手术中，我们可以将患者的口腔图像作为构建人体头部口腔图像的数据基础，构建三维口腔结构，以便更清晰的了解患者口腔结构和牙齿分布状态，便于医生选择最佳的诊治方法。利用此技术，医生可以不再使用咬牙印这种老旧的方法，了解牙齿错情况，能够更加直观有效地掌握牙齿病症，选择合理的治疗方法和合适的矫正保持器。
2.4正畸手术模拟及术后形貌预测
国外很多医学试验机构已证实利用虚拟现实技术能够清楚的展现患者接受治疗的环境和身体结构，医生在虚拟现实技术的引导下开展手术，不仅能提高操作的精准度，规避手术风险;甚至能够利用虚拟现实技术分析人体的微观结构，探讨患者的发病机制。目前，国内也已经开展基于虚拟现实技术的显微血管吻合手术[18]及头颈部复杂肿瘤外科治疗技术的研究。虚拟现实技术及增强现实技术能够满足外科医生进行精确运动对最佳人体工程学环境的要求。先进的成像技术能让医生更好地了解人体复杂结构的细节，并且在手术操作时给予精确指导[19-20]，增加手术的成功率和手术效果。在口腔正畸治疗中，可以将患者口腔的三维扫描数据作为基础，利用有限元的方法，计算出不同矫形方式下，牙周组织的受力情况和应变大小，建立正畸应变值及对应的牙齿移动力学、运动学关系模型，推算出治疗后牙齿的形貌和分布[21]，结合形貌仿真和材质仿真，可以呈现患者术后牙齿形貌，实现对术后形貌的预测。通过虚拟现实技术，患者可以观察不同治疗手段和佩戴不同类型的矫正器治疗效果的差异，可以了解整个手术过程，以及手术过程中自己要做哪些工作来配合医生和护士开展正畸手术。患者可以通过虚拟现实技术加强对手术过程的了解，增加患者的信任度;通过可视化的形貌预测，唤起患者对美的渴望，改善患者治疗的依从性，甚至积极要求治疗。 2.5口腔正畸患者心理护理
口腔畸形患者往往带有不同程度的自卑、焦虑心理，这些不良的心理状态会导致患者接受治疗的依从性较差，分析患者的心理特征并进行合理的心理干预能够显著提高治疗效果[22]。目前心理干预往往采用播放舒缓的音乐、引导患者想像舒适的场景等方法。利用虚拟现实技术，能够让患者充分放松身体各部分，完全沉浸在能够听到、看到的虚拟场景，甚至在治疗时可以忽略轻度疼痛感。VR 技术能够完美再现诱发症状的场景并加以控制[23]，特别适合于精神类疾病的治疗，很多国家的医疗工作者在推进这一先进技术运用于自闭症的治疗[24]。有学者探究了沉浸式虚拟现实技术中临在感和多感官多维互动的理念，证明了心理放松的效果与沉浸式虚拟现实环境存在高度相关，环境越沉浸，临在感越强烈，放松治疗效果越明显。还有学者对虚拟现实技术在神经学领域的应用做了相关研究，认为虚拟现实技术在改变患者心理状态如此具有成效的原因是虚拟现实技术与大脑具有相同的呈现仿真机理。大脑是通过神经系统，在现实生活中高效的调节和控制人体，来表示或预测行动、思想和情感;而虚拟现实技术和大脑的工作机制一样，通过操纵人体模型和周围空间，使参与者可以看到现实世界的场景，感知个体行动的结果[25]，与虚拟场景之间真切现实的互动感受，能够让患者完全的进入放松状态。
3 讨论
虚拟现实技术在医学领域的应用前景广阔。在培训方面可用于理论知识教学、手术模拟等方面，培训会更生动、逼真贴近于现实，也能够规避实际操作风险;在手术治疗方面，可以整合多种成像技术构建病变模型和人体结构，进行精确手术模拟和手术操作指导，实现手术效果预测;在医学干预方面，用于神经性疾病治疗和心理护理，可以使患者沉浸于虚拟环境，引导患者放松并进行创伤恢复。虚拟现实技术适用于口腔正畸护理过程的诸多环节，其对于提高手术精度，改善治疗效果，提高患者满意度必然具有显著效果。
鉴于国内人机交互设备的生产制造、软硬件设备的开发、成像技术的发展等虚拟现实技术都相对落后，在医学领域虚拟现实技术的应用整体上还处于初期阶段的客观现实，虚拟现实技术进行口腔正畸护理治疗还只是猜想。我们可以先把虚拟现實技术用于护士培训、患者健康教育和入院导诊等方面，随着科学技术的进步和医疗资源共享平台的构建，虚拟现实技术的治疗成本会逐渐降低，鉴于虚拟现实技术显著的技术优势，其应用于口腔正畸护理中，一定能够提高患者治疗效果和治疗满意度，被大众接受。
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（收稿日期：2019-06-06）
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