虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用.doc
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虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用 摘要:虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用已日益廣泛。 該文結(jié)合四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)情況,對中心的數(shù)字化3D虛擬口腔解剖實習(xí)平臺、穆格數(shù)字化虛擬I:1腔技能培訓(xùn)系統(tǒng)及口腔醫(yī)學(xué) 仿真機器人實習(xí)機等虛擬仿真實驗平臺作一介紹,并對虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用作一展望。 關(guān)鍵詞:虛擬仿真技術(shù);口腔醫(yī)學(xué)教育;應(yīng)用現(xiàn)狀 虛 擬仿真,也稱虛擬實境,是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用計算機技術(shù)生成一個逼真的具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境,通過使用各 種交互設(shè)備,同虛擬環(huán)境中的實體相互作用,使操作者產(chǎn)生身臨其境的交互式視景仿真和信息交流,是一種先進的數(shù)字化人機接口技術(shù)。該技術(shù)由美國VPL公司 創(chuàng)建人拉尼爾(JaronLanier)在8O年代初提出,最早源于美國軍方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)。9O年代初在商業(yè)領(lǐng)域得到進一步發(fā)展。目前虛擬仿真技術(shù)的 應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛,除在軍事作戰(zhàn)模擬,飛機、船舶、車輛現(xiàn)實虛擬駕駛訓(xùn)練,飛機、導(dǎo)彈、輪船虛擬制造,以及在城市規(guī)劃、地理信息、室內(nèi)設(shè)計、文物保護等現(xiàn) 實虛擬仿真模擬外,其在醫(yī)學(xué)生物領(lǐng)域的應(yīng)用也被廣泛關(guān)注。本文結(jié)合四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)方面的應(yīng)用,對虛擬仿真技術(shù)在口 腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望作一介紹。 1虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域應(yīng)用的必要性 醫(yī) 學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)是依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù),構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象的新型教學(xué)方式。學(xué)生在虛擬環(huán)境中 開展實驗,達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。教育部根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020周學(xué)東,等:虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用 年)》,啟動了國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)工作。 虛 擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用是促進醫(yī)學(xué)教育生動化的需要。三維虛擬仿真軟件和虛擬課堂系統(tǒng)相結(jié)合,蘭州理工大學(xué)學(xué)報打破了時空局限性,為學(xué)生提供了真正的“開放性教學(xué) 環(huán)境。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育難以直接展示人體結(jié)構(gòu)、疾病發(fā)生及發(fā)展過程等內(nèi)容,教學(xué)缺乏生動性,難以形象化,不利于學(xué)生更好地掌握醫(yī)學(xué)知識。虛擬仿真三維軟件技術(shù) 建立的人體結(jié)構(gòu)模型,使學(xué)生通過人機交互,在模型內(nèi)部“漫游”,能夠非常直觀、輕松地學(xué)習(xí)人體解剖結(jié)構(gòu)。不僅調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,而且將抽象的內(nèi)容具體 化、形象化,給學(xué)生留下深刻的記憶,也給教員提供了方便,大大提高了教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用是提高醫(yī)學(xué)專業(yè)實踐性的需要。醫(yī)學(xué)是一門 實踐性很強的學(xué)科,實驗和實習(xí)貫穿整個教學(xué)過程。實驗教學(xué)環(huán)境的優(yōu)劣對學(xué)好這門課程至關(guān)重要。學(xué)生只有通過足夠的驗證性實驗和一定數(shù)量的綜合實驗才能獲得 必要的綜合技能。為醫(yī)學(xué)教學(xué)打造的各種三維虛擬互動軟件和虛擬課堂系統(tǒng)的問世,使得教學(xué)模具具有重復(fù)性和可逆性,學(xué)生得以有效培訓(xùn)一些無創(chuàng)性的操作方法, 這對提高醫(yī)學(xué)教學(xué)質(zhì)量起到了很大的促進作用。 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)教育順應(yīng)社會發(fā)展的需要。隨著社會的發(fā)展,患者自我保護意識加強,醫(yī)患關(guān)系矛盾日益凸顯。這就要求學(xué)生在進入臨床實 踐前必須盡可能地熟練掌握各種操作技巧,因此需要在臨床前的技能訓(xùn)練中給學(xué)生提供更真實、【核心期刊-代發(fā)】更先進的模擬環(huán)境進行各種臨床操作技巧的訓(xùn)練。應(yīng)運而生的虛擬現(xiàn) 實技術(shù)為教師、學(xué)生提供了一個無創(chuàng)性、無損毀性、無危險性的訓(xùn)練方式,通過學(xué)生在虛擬模型上的操作,完成對醫(yī)學(xué)生基本技能的訓(xùn)練,為臨床實習(xí)打下堅實的基 礎(chǔ)。 2虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域應(yīng)用的必然性 目 前,國內(nèi)外口腔醫(yī)學(xué)高等院校進行臨床前技能培訓(xùn)主要應(yīng)用仿頭模訓(xùn)練系統(tǒng)。但這種仿頭模訓(xùn)練系統(tǒng)無法將患者在治療過程中的疼痛、不適等感受反饋給操作者,使 學(xué)生及時糾正不良操作,缺乏臨床感;其次該系統(tǒng)使用的是塑料牙,質(zhì)地遠(yuǎn)不及真牙,不能體會真牙的操作感;再者,該訓(xùn)練模式只能進行牙體硬組織疾病等部分常 見口腔疾病的治療和操作訓(xùn)練,難以模擬口腔軟組織疾病等其他口腔常見疾病,也不能進行拔牙、牙周根尖周手術(shù)及牙槽外科手術(shù)等操作訓(xùn)練。綜合來看,仿頭模的 模擬訓(xùn)練項目較局限,給操作者帶來的體驗真實感不強,臨床感不高,具有一定的局限性,不能完全適應(yīng)日益發(fā)展的教學(xué)要求。因此,運用虛擬仿真技術(shù)進行虛擬實 驗教學(xué)是口腔醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的必然趨勢。 3虛擬仿真技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀 將 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與口腔教學(xué)相結(jié)合,在口腔教學(xué)領(lǐng)域是一次革命性的突破,歐美國家已有近20所高校使用了該技術(shù)。目前該技術(shù)在我國口腔醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域也有了初步 的嘗試和應(yīng)用。國內(nèi)一些知名院校已在各專業(yè)課程的教學(xué)過程中逐步借助虛擬仿真技術(shù)來實現(xiàn)特定的教學(xué)功能,改進或替代傳統(tǒng)的教學(xué)方式,其教學(xué)效果獲得了師生 的認(rèn)可與好評,實現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的提升。目前虛擬仿真技術(shù)在口腔教學(xué)中的應(yīng)用主要有以下幾方面: (1) 在口腔解剖生理學(xué)教學(xué)中,應(yīng)用虛擬仿真三維成像技術(shù)建立虛擬解剖實驗室,其原理是以CT、MRI斷層掃描、人體切片、實物標(biāo)本掃描等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),應(yīng) 用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)在計算機【扣扣1138-745058】上重建逼真的實物圖像、器官組織內(nèi)部的結(jié)構(gòu)等各種虛擬解剖模型,從而建立虛擬口腔解剖標(biāo)本的數(shù)據(jù)庫,并作為口腔解剖生理教學(xué)的 虛擬解剖實驗室對學(xué)生開放。學(xué)生可對該虛擬仿真解剖實驗室的虛擬三維模型進行立體或剖面觀察,還可通過網(wǎng)絡(luò)終端對虛擬解剖實驗室進行遠(yuǎn)程訪問,實現(xiàn)自主學(xué) 習(xí)。 (2)在口腔種植學(xué)、口腔修復(fù)學(xué)等學(xué)科的 教學(xué)中,利用虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)口腔種植設(shè)計方案和口腔修復(fù)設(shè)計方案的虛擬三維圖像模擬,并通過計算機軟件對設(shè)計方案進行力學(xué)系統(tǒng)和生物學(xué)合理性的分析和評 估,實現(xiàn)在口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)過程中對治療方案和手術(shù)過程進行虛擬圖像模擬和治療效果評估的教學(xué)功能。 (3) 在口腔疾病基本操作訓(xùn)練方面,虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能較傳統(tǒng)模具訓(xùn)練的教學(xué)方式實現(xiàn)更強大、更逼真的功能。目前部分口腔醫(yī)學(xué)院校已著手建設(shè)口腔醫(yī)學(xué)臨床前技 能訓(xùn)練的虛擬仿真實驗室,利用虛擬仿真三維成像技術(shù)和高仿真機器人實現(xiàn)臨床診療過程的高仿真模擬和學(xué)生實際動手操作能力的訓(xùn)練,整個過程無風(fēng)險性、可重 復(fù)、實驗成本低,并可根據(jù)教學(xué)需要進行病案制定和實驗項目的靈活組合,具有高度仿真性和操作性強的特點。 4虛擬仿真技術(shù)在華西口腔醫(yī)學(xué)院教學(xué)中的應(yīng)用 四 川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院實驗教學(xué)起源于1917年,開創(chuàng)了中國口腔醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)的先河。華西口腔實驗教學(xué)中心經(jīng)過百年錘煉和不斷革新,現(xiàn)已成為教學(xué)理念先 進、教學(xué)特色鮮明、教學(xué)體系科學(xué)完善、師資隊伍一流、教學(xué)成果顯著的口腔醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)實驗教學(xué)的國際知名品牌,成為引領(lǐng)我國口腔實驗教學(xué)發(fā)展的方向,已成 為具有強大示范輻射作用的國內(nèi)領(lǐng)先的國家級口腔醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心(下稱示范中心)。隨著醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展需求,我院與時俱進,以示范中心為依托,根 據(jù)高等教育信息化建設(shè)和開展虛擬仿真實驗的指導(dǎo)思想,應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)和高仿真技術(shù),在示范中心的平臺上專門建設(shè)虛擬實驗教學(xué)中心?,F(xiàn)階段我院虛擬仿真實驗 教學(xué)中心主要包含以下3個平臺。 4.1數(shù)字化3D虛擬口腔解剖實習(xí)平臺 數(shù) 字化3D虛擬口腔解剖實習(xí)平臺是基于3D技術(shù)可視化人體工程構(gòu)建的牙體解剖學(xué)及相關(guān)教學(xué)的應(yīng)用軟件而實現(xiàn)。該軟件按照國人牙體形態(tài)結(jié)構(gòu)和特征完成人的虛擬 口腔構(gòu)建和制作,利用AMBERcTC3D引擎建立三維牙體圖像,既可以進行三維旋轉(zhuǎn),以觀察牙體不同面的外形,還可在不同平面進行切 割,觀察牙體的內(nèi)部構(gòu)造?!驹u職稱發(fā)表論文】該軟件可通過網(wǎng)絡(luò)版和光盤版實現(xiàn)相關(guān)課程的實驗教學(xué)和學(xué)生自學(xué)、復(fù)習(xí)。其直觀的視覺體驗,不僅可以廣泛應(yīng)用于口腔解剖生理學(xué)及相 關(guān)的實驗教學(xué),還能進一步擴展到其他口腔臨床學(xué)科,如口腔內(nèi)科學(xué)、口腔頜面外科學(xué)、口腔修復(fù)學(xué)和口腔正畸學(xué)的實驗教學(xué)、病案討論和治療方案設(shè)計等多方面應(yīng) 用,解決在實驗教學(xué)中真牙收集困難的實際問題,并能提供大范圍的教學(xué)應(yīng)用,保障人才培養(yǎng)規(guī)模不斷擴大的需求。 4.2穆格數(shù)字化虛擬口腔技能培訓(xùn)系統(tǒng) 數(shù) 字化虛擬口腔技能培訓(xùn)系統(tǒng)由3D圖形生成工業(yè)計算機、實時觸感生成計算機、教學(xué)課程示范計算機,以及學(xué)生操控終端和相應(yīng)應(yīng)用軟件組成。應(yīng)用軟件包括模擬臨 床病例、FI腔常用器械和操作評估體系等系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作原理是:運用虛擬仿真技術(shù)和力反饋觸覺系統(tǒng)建立了一套能模擬臨床治療真實場景的力學(xué)感受系統(tǒng), 能模擬出正??谇唤M織、離體牙的3D圖像,以及口腔常見疾病的軟、硬組織3D圖像,還可根據(jù)不同的治療方案選擇不同的虛擬工具,操作者在手持手柄時能感受 到虛擬工具與虛擬3D牙體接觸時的作用力與反作用力,獲得和現(xiàn)實中手持工具操作時相同的力學(xué)感受,從而能達(dá)到模擬訓(xùn)練臨床操作的效果。此外,該機能模擬大 部分口腔常見疾病的治療過程,并且能模擬出仿頭模難以實現(xiàn)的口腔軟組織疾病,以及活體組織在治療過程中的出血等實時反應(yīng)。不僅模擬疾病種類多、效果逼真、 操作手感真實,而且能解決目前牙體標(biāo)本和疾病模型供應(yīng)缺乏、實驗替代材料與真實疾病組織相差較大、學(xué)生在操作中難以獲得臨床病例真實感受的難題,以及直接 對臨床患者進行實驗操作風(fēng)險系數(shù)大的問題,更好地滿足目前的教學(xué)需求。 利 用該系統(tǒng)能開設(shè)出傳統(tǒng)實驗狀態(tài)下難以開展的、具有臨床高風(fēng)險的實驗項目,如牙體窩洞預(yù)備、開髓、根管治療、根尖手術(shù)、拔牙術(shù)、口腔修復(fù)牙體預(yù)備、牙種植等 多種難度較大的臨床操作技能訓(xùn)練的實驗教學(xué)項目。學(xué)生在訓(xùn)練過程中能熟練掌握牙科手機力度控制和各種牙科器械的使用,并在牙科治療的各個具體項目上都能得 到良好的技能訓(xùn)練,為臨床實習(xí)打下堅實的基礎(chǔ),解決在專業(yè)課實驗教學(xué)中難以實現(xiàn)“身臨其境”的難題。 4.3口腔醫(yī)學(xué)仿真機器人實習(xí)機 口 腔醫(yī)學(xué)機器人訓(xùn)練機是一種臨床前技術(shù)訓(xùn)練和臨床實習(xí)的高仿真模擬訓(xùn)練設(shè)備,不僅有對學(xué)生進行必備臨床技能培訓(xùn)的功能,還能模擬臨床患者疼痛、嘔吐等實時反 應(yīng),甚至能模擬因操作不當(dāng)造成患者不愉快等真實反應(yīng):如從患者眼睛上面移動物品時,能模擬出患者的恐怖感;操作者不慎碰到胸和肩膀時模擬出患者的不快反 應(yīng);在設(shè)備口腔內(nèi)安裝了表現(xiàn)嘔吐的反射傳感器,來訓(xùn)練對敏感患者的操作治療。同時學(xué)生還可以通過對機器人的問診、解釋治療過程等語言交流工作學(xué)習(xí)與患者進 行交流,完成學(xué)生接待患者時的“態(tài)度、習(xí)慣、接待方法”等重要方面的培養(yǎng)。通過仿真人的動作、語言、表情多種反饋信息,學(xué)生可以改良自身操作手法和與患者 交流的語言,能夠達(dá)到在沒有教師的指導(dǎo)下,可以通過影像回放來重新冷靜地審視自己,實現(xiàn)自我改善、自我學(xué)習(xí)的目的。 5結(jié)束語 虛 擬仿真實驗教學(xué)中心能實現(xiàn)傳統(tǒng)實驗不具備或難以完成的教學(xué)功能,在涉及高?;驑O端的環(huán)境、不可及或不可逆的操作,以及高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情 況時,為醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)提供可靠、安全和經(jīng)濟的實驗項目。從華西口腔實驗教學(xué)目前已開展的部分虛擬仿真實驗項目的教學(xué)效果看,師生對該技術(shù)的接受程度高,該 技術(shù)的應(yīng)用能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,深受學(xué)生歡迎。未來虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展方向還會向?qū)崿F(xiàn)更加逼真的現(xiàn)實環(huán)境、更好的人機交互體會、更高的現(xiàn)場感方面發(fā) 展。隨著人們對虛擬仿真技術(shù)的逐漸了解,以及它在各個行業(yè)的普遍應(yīng)用給人們帶來的極大方便,虛擬仿真技術(shù)勢必會得到更快的發(fā)展。這種技術(shù)革新是不可逆轉(zhuǎn)的 趨勢,它將隨著時間的推移日臻完善,并且會運用得更加廣泛。- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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