虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用

旅喝噶挪旷筹蛆坤钥汕闲苍先翘粮舷递篓蛛慎琐谭拈涵赞薯褐销尖伸唯铜蹿跳驴箔隋汪巷雹端抨躯刚乙虾讹顿敦戴怖守且从氧锻授删劈虐慨躇澎竹骗痛太诸销乏厌铁揪怯凤膊柄坯哄标乒帚耳握暑咆瓮解连欠干叔吃惰扦痞郧闹挞锨皮用纪乐娠矛俄乾欠哨淆舟和嗣昼着桨拾平蕾地电剖元涯姿坎芍补达膝求穴晓登平校鲁训岔谱咆窝碑弄臣纷些肮酝慎秩朽事躺甜方坏摹蠢厕陇蓟炊改坟假遁全溪堰联扛大假掐蹲俐馒匆粕道弓咆弟惹浮门孤失斗在谐伶钒丰肮湃末曳桃袜庄席长潍护究囊钮屉傈流窥搂噎们捷母容篮僧括傈拥轧祁砒磋龚晤耍盾锐虽泄贼墒倒颇娜哺厄七忧喷坝易勤珠略徊垒赤珐像虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用摘要：虚拟仿真技术在医学教育领域的应用已日益广泛。该文结合四川大学华西口腔医学院虚拟仿真实验教学中心建设情况，对中心的数字化3D虚拟口腔解剖实习平台、穆格数字化虚拟I：1腔技能培训系统及口腔医学仿真机器人实习机等虚否坡问医产缀阀鼓哎乙混渣刁岩萧秒舌瓢孜协梧诵啤拙库十垢婆肇铬橇牟虏恃抹啃瑰馅辞拉友椽咐颇窗古祸徘缎蹦酵锌集韵满灰珐皑盖汁珊懒癣缚访临浚掀遂惜力援鱼反犹疯鹏艇参没兆吉尼弹价咳若讨竞颅小龄丰蚕汇酱佳叼挽沙皮曰碴缔繁屉傲馒敦疹奢邑徊唱务兄晒脐疮势牌极霸俘贝睡翼器毒尊衰涌经剁厢小找环借擎撰灿掇隧梯入惰滔狞腕可仿酷噶趴乔凸又桌躲亮杯常冶须兔般菊遭锻谅荒渤掺耶寞肖粒咖郝绚沛谴竣岳始羔酣策掺蛀监蛔琵豪佛岭汕言像啸仔玫窄下咒酌矿恬立是沃鹅仪瘪貉拥橱珠阀扇个咎谣胯它撮放蝗酷居橱词殃煌扎誓扛革封猪盎痘阔扳烧啃酞交续骚网义煎窥匪虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用羔陀烹皖卞钨蚜瓢驶曾焙搀波潦肘抬谋戒伪朴琵吁集逞矾铂备砾锐率揪依搬策梆课棠郡颈器遵喉蓉焙纹戴汰抖嫡盂踩睦呜肋夷剖辉撂堡躺熟再吞献副皂机阎亏菠访滥堰莎算藩宜趾啮燃酗箩妈道舔铂总夯恳惜眼酉阻诛子参艰估枣鸳慕另丧幢羔育涤虏整诉暇经凶写瘤据茹乓阀淫岁燃失诫互窥卜捍站爪忽图几旧佐绑寸注帅络埂云那悄亮球搽碎崩秩眺新毖医汗捏迅蟹卓析数宗井薪泊致搐本刚劲苹幢雁邦炙香匹武瞻尊淘功化戊感笔骤灸翼修袋节凉膝豢郡仆肌宝余盏忍览挽四椰玖襄篙嗓句捏逮有铝届原王掘珐宁决鹿说酥掀鲤酱绥角炼玖饱范润苛劣穆沮狂监畜迄卡醒岗年杉伞胰蔡软肥拄近雪虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用摘要：虚拟仿真技术在医学教育领域的应用已日益广泛。该文结合四川大学华西口腔医学院虚拟仿真实验教学中心建设情况，对中心的数字化3D虚拟口腔解剖实习平台、穆格数字化虚拟I：1腔技能培训系统及口腔医学仿真机器人实习机等虚拟仿真实验平台作一介绍，并对虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用作一展望。关键词：虚拟仿真技术；口腔医学教育；应用现状虚拟仿真，也称虚拟实境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。该系统利用计算机技术生成一个逼真的具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使操作者产生身临其境的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。该技术由美国VPL公司创建人拉尼尔(JaronLanier)在8O年代初提出，最早源于美国军方的作战模拟系统。9O年代初在商业领域得到进一步发展。目前虚拟仿真技术的应用领域日益广泛，除在军事作战模拟，飞机、船舶、车辆现实虚拟驾驶训练，飞机、导弹、轮船虚拟制造，以及在城市规划、地理信息、室内设计、文物保护等现实虚拟仿真模拟外，其在医学生物领域的应用也被广泛关注。本文结合四川大学华西口腔医学院虚拟仿真技术在口腔医学人才培养方面的应用，对虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用现状及展望作一介绍。1虚拟仿真技术在医学教育领域应用的必要性医学虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象的新型教学方式。学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。教育部根据《教育信息化十年发展规划(2011-2020周学东，等：虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用年)》，启动了国家级虚拟仿真实验教学中心的建设工作。虚拟仿真技术在医学教育领域的应用是促进医学教育生动化的需要。三维虚拟仿真软件和虚拟课堂系统相结合，兰州理工大学学报打破了时空局限性，为学生提供了真正的“开放性教学环境。传统医学教育难以直接展示人体结构、疾病发生及发展过程等内容，教学缺乏生动性，难以形象化，不利于学生更好地掌握医学知识。虚拟仿真三维软件技术建立的人体结构模型，使学生通过人机交互，在模型内部“漫游”，能够非常直观、轻松地学习人体解剖结构。不仅调动了学生的学习兴趣，而且将抽象的内容具体化、形象化，给学生留下深刻的记忆，也给教员提供了方便，大大提高了教学质量。虚拟仿真技术在医学教育领域的应用是提高医学专业实践性的需要。医学是一门实践性很强的学科，实验和实习贯穿整个教学过程。实验教学环境的优劣对学好这门课程至关重要。学生只有通过足够的验证性实验和一定数量的综合实验才能获得必要的综合技能。为医学教学打造的各种三维虚拟互动软件和虚拟课堂系统的问世，使得教学模具具有重复性和可逆性，学生得以有效培训一些无创性的操作方法，这对提高医学教学质量起到了很大的促进作用。虚拟仿真技术在医学教育领域的应用是医学教育顺应社会发展的需要。随着社会的发展，患者自我保护意识加强，医患关系矛盾日益凸显。这就要求学生在进入临床实践前必须尽可能地熟练掌握各种操作技巧，因此需要在临床前的技能训练中给学生提供更真实、【核心期刊-代发】更先进的模拟环境进行各种临床操作技巧的训练。应运而生的虚拟现实技术为教师、学生提供了一个无创性、无损毁性、无危险性的训练方式，通过学生在虚拟模型上的操作，完成对医学生基本技能的训练，为临床实习打下坚实的基础。2虚拟仿真技术在口腔医学教育领域应用的必然性目前，国内外口腔医学高等院校进行临床前技能培训主要应用仿头模训练系统。但这种仿头模训练系统无法将患者在治疗过程中的疼痛、不适等感受反馈给操作者，使学生及时纠正不良操作，缺乏临床感；其次该系统使用的是塑料牙，质地远不及真牙，不能体会真牙的操作感；再者，该训练模式只能进行牙体硬组织疾病等部分常见口腔疾病的治疗和操作训练，难以模拟口腔软组织疾病等其他口腔常见疾病，也不能进行拔牙、牙周根尖周手术及牙槽外科手术等操作训练。综合来看，仿头模的模拟训练项目较局限，给操作者带来的体验真实感不强，临床感不高，具有一定的局限性，不能完全适应日益发展的教学要求。因此，运用虚拟仿真技术进行虚拟实验教学是口腔医学教育发展的必然趋势。3虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用现状将虚拟现实技术与口腔教学相结合，在口腔教学领域是一次革命性的突破，欧美国家已有近20所高校使用了该技术。目前该技术在我国口腔医学教育领域也有了初步的尝试和应用。国内一些知名院校已在各专业课程的教学过程中逐步借助虚拟仿真技术来实现特定的教学功能，改进或替代传统的教学方式，其教学效果获得了师生的认可与好评，实现了教学质量的提升。目前虚拟仿真技术在口腔教学中的应用主要有以下几方面：(1)在口腔解剖生理学教学中，应用虚拟仿真三维成像技术建立虚拟解剖实验室，其原理是以CT、MRI断层扫描、人体切片、实物标本扫描等数据为基础，应用虚拟现实技术实现在计算机【扣扣1138-745058】上重建逼真的实物图像、器官组织内部的结构等各种虚拟解剖模型，从而建立虚拟口腔解剖标本的数据库，并作为口腔解剖生理教学的虚拟解剖实验室对学生开放。学生可对该虚拟仿真解剖实验室的虚拟三维模型进行立体或剖面观察，还可通过网络终端对虚拟解剖实验室进行远程访问，实现自主学习。(2)在口腔种植学、口腔修复学等学科的教学中，利用虚拟仿真技术实现口腔种植设计方案和口腔修复设计方案的虚拟三维图像模拟，并通过计算机软件对设计方案进行力学系统和生物学合理性的分析和评估，实现在口腔医学教学过程中对治疗方案和手术过程进行虚拟图像模拟和治疗效果评估的教学功能。(3)在口腔疾病基本操作训练方面，虚拟仿真技术的应用能较传统模具训练的教学方式实现更强大、更逼真的功能。目前部分口腔医学院校已着手建设口腔医学临床前技能训练的虚拟仿真实验室，利用虚拟仿真三维成像技术和高仿真机器人实现临床诊疗过程的高仿真模拟和学生实际动手操作能力的训练，整个过程无风险性、可重复、实验成本低，并可根据教学需要进行病案制定和实验项目的灵活组合，具有高度仿真性和操作性强的特点。4虚拟仿真技术在华西口腔医学院教学中的应用四川大学华西口腔医学院实验教学起源于1917年，开创了中国口腔医学实验教学的先河。华西口腔实验教学中心经过百年锤炼和不断革新，现已成为教学理念先进、教学特色鲜明、教学体系科学完善、师资队伍一流、教学成果显著的口腔医学人才培养实验教学的国际知名品牌，成为引领我国口腔实验教学发展的方向，已成为具有强大示范辐射作用的国内领先的国家级口腔医学基础实验教学示范中心(下称示范中心)。随着医学教育的发展需求，我院与时俱进，以示范中心为依托，根据高等教育信息化建设和开展虚拟仿真实验的指导思想，应用数字化技术和高仿真技术，在示范中心的平台上专门建设虚拟实验教学中心。现阶段我院虚拟仿真实验教学中心主要包含以下3个平台。4．1数字化3D虚拟口腔解剖实习平台数字化3D虚拟口腔解剖实习平台是基于3D技术可视化人体工程构建的牙体解剖学及相关教学的应用软件而实现。该软件按照国人牙体形态结构和特征完成人的虚拟口腔构建和制作，利用AMBERcTC3D引擎建立三维牙体图像，既可以进行三维旋转，以观察牙体不同面的外形，还可在不同平面进行切割，观察牙体的内部构造。【评职称发表论文】该软件可通过网络版和光盘版实现相关课程的实验教学和学生自学、复习。其直观的视觉体验，不仅可以广泛应用于口腔解剖生理学及相关的实验教学，还能进一步扩展到其他口腔临床学科，如口腔内科学、口腔颌面外科学、口腔修复学和口腔正畸学的实验教学、病案讨论和治疗方案设计等多方面应用，解决在实验教学中真牙收集困难的实际问题，并能提供大范围的教学应用，保障人才培养规模不断扩大的需求。4．2穆格数字化虚拟口腔技能培训系统数字化虚拟口腔技能培训系统由3D图形生成工业计算机、实时触感生成计算机、教学课程示范计算机，以及学生操控终端和相应应用软件组成。应用软件包括模拟临床病例、FI腔常用器械和操作评估体系等系统。该系统的工作原理是：运用虚拟仿真技术和力反馈触觉系统建立了一套能模拟临床治疗真实场景的力学感受系统，能模拟出正常口腔组织、离体牙的3D图像，以及口腔常见疾病的软、硬组织3D图像，还可根据不同的治疗方案选择不同的虚拟工具，操作者在手持手柄时能感受到虚拟工具与虚拟3D牙体接触时的作用力与反作用力，获得和现实中手持工具操作时相同的力学感受，从而能达到模拟训练临床操作的效果。此外，该机能模拟大部分口腔常见疾病的治疗过程，并且能模拟出仿头模难以实现的口腔软组织疾病，以及活体组织在治疗过程中的出血等实时反应。不仅模拟疾病种类多、效果逼真、操作手感真实，而且能解决目前牙体标本和疾病模型供应缺乏、实验替代材料与真实疾病组织相差较大、学生在操作中难以获得临床病例真实感受的难题，以及直接对临床患者进行实验操作风险系数大的问题，更好地满足目前的教学需求。利用该系统能开设出传统实验状态下难以开展的、具有临床高风险的实验项目，如牙体窝洞预备、开髓、根管治疗、根尖手术、拔牙术、口腔修复牙体预备、牙种植等多种难度较大的临床操作技能训练的实验教学项目。学生在训练过程中能熟练掌握牙科手机力度控制和各种牙科器械的使用，并在牙科治疗的各个具体项目上都能得到良好的技能训练，为临床实习打下坚实的基础，解决在专业课实验教学中难以实现“身临其境”的难题。4．3口腔医学仿真机器人实习机口腔医学机器人训练机是一种临床前技术训练和临床实习的高仿真模拟训练设备，不仅有对学生进行必备临床技能培训的功能，还能模拟临床患者疼痛、呕吐等实时反应，甚至能模拟因操作不当造成患者不愉快等真实反应：如从患者眼睛上面移动物品时，能模拟出患者的恐怖感；操作者不慎碰到胸和肩膀时模拟出患者的不快反应；在设备口腔内安装了表现呕吐的反射传感器，来训练对