VR技术在口腔教学中的应用
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摘要：口腔专业是一门操作性、实践性极强的学科，对学生的实践操作能力要求非常高。目前在我国的口腔医学教学中，学生实践学习主要还是以看为主，只能在对应的模型上进行操作或者在临床上去学习观摩。基于VR实现的口腔教学系统可以弥补教学条件的不足，能够更好地解决学生实践操作少的问题，通过虚拟临床环境，给学习者带来沉浸式的立体解剖体验和反复观摩、实操的机会，从而提高口腔专业学生的学习效率、实践操作能力。
关键词：口腔;VR;教学
中图分类号：TP37 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）20-0278-02
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
1 前言
随着公众社会经济水平的提高，人们越来越重视口腔健康的保护，尤其是老年人口的增加，口腔健康观念逐渐增强，牙科保健问题日益重要。口腔疾病已经成为一个重要的公共卫生问题，推动着全球口腔医疗市场的不断增长。
我国已经进入老龄化社会，是目前世界上老年人口最多的国家，也是人口老龄化发展速度最快的国家之一。牙齿磨耗，黏膜变薄，唾液腺分泌减少等等变化引起的口腔疾病成为老年人的常见疾病，不仅对局部健康产生影响，还关系着全身的健康状况。同时，在口腔疾病中，发病率比较高的是龋病和牙周病，再加上口腔疾病往往是多种症状并存，这就导致了问题的多样性，从而使得疾病的解决难度大大增加[1]。随着老年人口的增加和社会老龄化的日益加剧，再加上大多数老年人的治疗率普遍偏低，这将导致口腔医疗需求的长期持续增长。
目前，计算机技术如增强现实技术（AR）和虚拟现实技术（VR）的发展在很多领域都有了应用。其中，虚拟现实技术（VR）指的是综合利用计算机多门学科，如计算机图形学等，通过技术手段创造出的一种逼真的、具有交互性和动态性的虚拟三维环境，提供用户关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，以此来营造一个逼真的现实环境或场景，使得参与者在现实世界中做出各种行为，如转动头部、眼睛、手或进行其他动作时，能在虚拟三维环境中做出同样的动作，从而实现三维交互功能[2]。VR 技术体验最主要是借助VR 设备，通过使用VR 设备可以在使用者面前展现出虚拟的世界，但无论其做出何种实体行为均可以同虚拟世界实现同步匹配，一般情况下VR 设备有着较强的不透光性，将用户与外部真实世界完全隔离开来，使其能够全身心地投入在虚拟世界当中。
增强现实（AR），它的主要技术特点是虚实结合和实时交互，是对现实世界的“增强”。虚拟世界与真实世界中的信息内容通过相互叠加和显示在同一显示器中，也能够有效实现信息之间的补充和完善。增强现实系统可以立即识别出人们看到的事物，并且检索和显示与该景象相关的数据[3]。
随着对种植体需求的增加，与牙科相关的专业能力、临床培训和经验积累变得更加重要，这些技术直接反映在学校的教育中[4]，培养一名牙医，就需要通过完整的教育和培训以及现实的练习和评估。因此，无论是在教育方面还是在临床方面，由辅助性产品开发的日益成熟的技术产品将在外科和教育培训过程中发挥越来越重要的作用。
2 我国口腔医学教育现状
口腔医学是一门实践性、操作性及治疗个体化极强的学科，是非常注重临床实践经验的学科，它要求未来的口腔专业人才在具备扎实的理论基础、娴熟的临床技能及分析与解决问题能力的同时，要具备较高的职业素养，人际沟通、技术管理能力和创新水平。我国目前的口腔医学教育发展很快但口腔临床人力资源仍然匮乏，现有的教育质量和培养模式很难适应越来越高的社会需求，亟须建立更加有效的培养机制[5]。
当今在我国医学教育中，其教学模式仍然是“基础课程、桥梁课程、临床课程”这样一种模式，这种教育模式容易导致基础知识与临床操作的严重脱节。而且学生在入学的前三年接触临床的机会少之又少， 往往会出现部分学生没有明确的学习目的， 缺乏对职业的感性认识， 从而对学医产生一种枯燥乏味的心态， 甚至会产生转专业的想法和行为[6]。基于VR的口腔教学体系旨在帮助还处于基础口腔学习阶段的学生， 从一开始就能够通过各种形式接触临床常规工作， 进而对医学研究、医疗服务， 乃至整个职业生涯有一个初步的认识，为日后形成良好的临床思维能力奠定基础。
现在，美国和欧洲国家的牙医必须通过笔试和技术考试才能获得执照。日本和中国的牙医也充分执行了上述考试政策。鉴于此，口腔学科的学生应具有足够的实践和专业知识。那么一个好的学习方式和系统无疑是口腔学科教育的发展趋势。基于VR技术的教学系统就可以为口腔基础的教育设备和方法提供新渠道。
3 VR技术在口腔教学中的优势
随着信息技术的发展，以计算机和互联网技术为主导的牙科解决方案在世界范围内取得了长足的进步。数字化牙科解决方案将成为未来专业牙科領域的发展趋势。数字化牙科解决方案的迅速发展，使其在牙科临床领域和牙科教育领域都得到了广泛的应用。这一趋势将逐渐挑战传统的牙科临床实践和牙科教育学习方法。通过VR技术实现的口腔教学系统，为学生的学习提供了良好的学习环境，为学生提供了数字引导、模拟学习和练习[7]。比如各种模型包括口腔模型、人体模型椅、无阴影灯和姿态评估系统。通过数字牙科模拟器和临床环境，方便学生自我练习，使学生获得重要的临床经验和精确性。
1）通过VR虚拟口腔教学系统使口腔学习更轻松快乐
通过VR技术实现的虚拟环境，能够将平时的口腔教学和学习体验提升到一个新高度。在往常的教学过程中，能够获得见习机会，并现场观察医生进行口腔手术的具体过程的学生非常少。因此，对于这些学生而言，能够在现场环境中观摩学习、掌握口腔手术的实际操作技巧并不是一件非常容易的事情。然而随着VR技术的发展，VR摄像技术使医生的操作可以全球播放，医学院的学生就可以使用VR眼镜观看这些影像，并通过虚拟临床环境来实践，从而提高手术操作能力。 比如实现VR医学解剖数字人体及VR口腔解剖数字人头，使用VR技术结合医疗的前沿科技和真实的病例CT数据为口腔医学院的基础解剖课程提供栩栩如生的VR数字人体、人头解剖结构和全新的数字化互动教学模式[8]，这种具有逼真性、沉浸感的教学模式，可以为学习者带来更多的操作机会，特别是增加了立体解剖体验和反复观摩的机会，从而在很大程度上降低了口腔医学院基础解剖课程的实践成本、提高了口腔医学学生的学习效率和实践操作能力，使得枯燥乏味的口腔医学课程充满了互动与趣味。
2）使用VR教学系统可以仿真口腔临床环境
口腔科虚拟教学系统可以仿真口腔医学中的临床环境。比如头颅的仿真模型设计，具有仿真下巴、切开的头盖骨、骨眉毛、双眼，带眶下点，鼻部轮廓及一体化硬质耳朵（包含外耳道、耳垂），并具有逼真的颈部关节结构设计，拥有水、电、气路供给，完全模仿临床牙椅的功能，实现磨牙、备牙、冲洗、充填、吸拓等多项功能[9];再配备口腔内科、口腔修复、口腔正畸等多个学科的临床教学模型，开展近百项口腔临床技能实验项目，使学生通过仿真系统的学习，到达掌握口腔临床学科的基本诊疗技术。
3）使用VR教学系统仿真口腔正畸教学模型
口腔正畸学是口腔医学重要组成部分之一，对该学科的学生来说，其排牙实验中使用的基本都是利用石膏制作的牙颌模型，而且即使临床见习，也基本都是处于观察状态[10]。利用VR技术实现的教学环境所达到的教学效果，要远远好于传统的多媒体教学效果。比如在排牙教学中，利用VR技术，就可以生成逼真的三维虚拟牙颌模型，该模型可以以立体方式交互展示，学生可以从各个角度对模型进行观察和学习，为学生观察学习提供了一种比较直观、立体、易于理解的图像效果，其更大的优势在于，可以利用虚拟环境中的工具如线锯，对模型进行近乎真实环境下的操作，从而使生能快速掌握排牙技巧和拥挤度判断。
4 总结
VR现实技术日趋成熟，在教育领域会有更多的VR辅助系统。通过对VR环境系统的开发利用，将医学信息、医学数据结合起来，并把这些数据可视化，通过提供更清晰的信息，来丰富学生的专业知识，使他们熟悉系统、技能和课程，提高操作能力。与传统的临床前教学方法相比，VR系统将成为学生自主学习的一种有实践意义的教育工具。
参考文献：
[1] 吴补领.房付春.我国老年口腔疾病诊疗模式现状与发展.中国实用口腔科杂志，2016（8）.
[2] 曹凡.国内外VR技术研发现状综述.中国科技信息，2019（5）.
[3] 潘侃.尹春林.基于VR 技术和AR 技术的分析模块开发[J].电子技术与软件工程，2019（2）.
[4] 陈业坚.我国口腔种植学的发展现状与思考[J].中外医学研究，2015（15）.
[5] 郭威，刘树泰，柳忠豪.中国口腔医学教育改革之我见[J].西北医学教育，2016（2）.
[6] 姜绮霞，姚定康，梁春，等.早期接觸临床培养医学生医患沟通能力的探讨[J].西北医学教育，2011（2）.
[7] 刘柱栋.VR与AR 技术教育应用探究.计算机产品与流通，2019（1）.
[8] 张晓宇.虚拟现实技术在医学上的应用[J].科技与创新，2017（3）.
[9] 潘宏科，曹战强，叶晓俊.移动终端3D可视化在口腔医疗中的应用[J].中国数字医学，2014（12）.
[10] 彭春.宋锦璘.虚拟现实技术在口腔正畸进修医师教学中的应用[J].长春教育学院学报，2014（11）.
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