牙拔除术虚拟仿真-触反馈-多媒体实验教学系统课程介绍

          牙拔除术虚拟仿真-触反馈-多媒体实验教学系统

        摘  要

“牙拔除术虚拟仿真-触反馈-多媒体实验教学系统”于2019年获批国家级虚拟仿真一流课程，该课程包含基于Web GL的浏览器线上系统、基于力反馈硬件设备的线下系统和与之配套的硬件设备，将“虚拟仿真训练”和“虚拟考场”两个教学模块进行有机结合，具有无需耗材，节省费用，无临床风险的优点，是《口腔颌面外科学》重要的辅助教学资源，为虚实结合教学提供了资源保障。学生通过虚拟现实的方式进行牙拔除术基本知识及手术技能的学习，在进入临床进行真实的拔牙操作实习前，便可充分掌握牙拔除术的临床操作流程、要点、器械和主要难点，该课程教学解决了学生临床前见习只能观摩的问题，也避免了进入临床后可能造成的临床并发症和医疗纠纷。一、课程内容简介

（一）线上线下教学结合

课程组设专职教学秘书，全程管理相关教务，学院与北京众绘虚拟现实技术研究院有限公司共建资源建设，保障运营更新、版本迭代和教学的有序开展。1.课前集体备课，保障教学质量为更好的开展虚实结合教学，教研室教师开展课前集体学习、备课，熟悉授课内容，掌握教学流程。线下教学

 牙拔除术是口腔操作技能中比较难的项目，课程组保留了传统的线下教学，结合模型、视频，临床观摩讲解口腔各种局部麻醉的方法、步骤、拔牙器械的分类及用法，牙拔除术的基本操作步骤、方法。同时依托“基于力反馈的口腔线下虚拟仿真教学系统”开展虚拟仿真教学。内容包括“拔牙知识库”、“单项技能训练”和“拔牙综合训练”三个模块。其中拔牙知识库包括：局部麻醉术、拔牙器械认知及使用、牙及牙槽窝的解剖生理、拔牙术的步骤，以及拔牙的适应症、禁忌症和并发症；单项技能训练子模块的内容包括：局部阻滞麻醉、牙龈分离、牙挺及牙钳的选择和使用；拔牙综合训练模块模拟了病例查看、工具选择、椅位调整和拔牙操作等完整的临床拔牙过程，并且包含普通牙拔除和阻生牙埋伏牙等不同难度的病例。

3.线上教学

在教师指导下，学生通过操作“基于拔牙全过程训练的虚拟仿真线上系统”，强化牙拔除术方法及注意事项的学习，过程包括①对虚拟患者进行问诊；②对虚拟患者进行检查；③制定拔牙方案；④进行干预治疗；⑤术前准备，调整患者体位、医生椅位，选择工具；⑥进行虚拟麻醉操作；⑦进行牙龈分离；⑧使用牙挺；⑨使用牙钳；⑩进行术后处理；（11）查看操作结果。系统全程监控学生的操作，并进行每个步骤的评分和综合评价，从而实现客观、量化的培训考核体系。同时学生依托该课程，开展牙拔除术的课前预习与课后强化学习。

图1 课程内容

 

 

图2 教学运行

（二）教学评价促进教学改进

开展虚实结合教学质量评价：59.37%学生表示实验操作和临床很贴近或者贴近，71.88%的学生表示系统对牙拔除术相关实验内容的学习有帮助；92.19%的学生表示通过系统学习，自己对操作流程有了更清晰的掌握；62.51%的学生表示虚拟仿真教学系统学习对提高自主学习能力有帮助；68.75%的学生希望老师讲解后能够进行示范操作；46.87%的学生表示适应虚实教学，46.88%的学生表示一般，仅6.25%的学生表示不适应。

 

 

 

 

 

 

 

图3课程评价

二、课程建设特色与创新点

本课程在建设过程中开发了第一套与临床环境高度逼真，且结合了高精度力反馈装置的牙拔除术操作培训系统。它结合了口腔医学、信息工程、自动化、大数据等不同学科和方向，完美将多学科进行交叉融合，突出了前沿知识和技术的创新，引领了国内教学模式及方法的进步。

1.课程建设的必要性及先进性

（1）虚拟仿真拔牙实验系统具有无需耗材，节省费用，无临床风险的优点，可以让受训者在进入临床进行真实的拔牙操作实习前，充分掌握牙拔除术的临床操作流程、要点、器械和主要难点，避免了可能造成的临床并发症和医疗纠纷。此外，还可弥补部分院校无法充分满足实习学生临床实习需要的不足。

（2）本系统通过建立一个虚拟仿真的力反馈训练操作环境，让受训者进行牙拔除术完整操作步骤的练习，受训者能实际体验特定手术操作所需要的器械、手部力量、运动轨迹和精细的操作技能，避免造成手术并发症。系统可以在考核时记录受训者操作的全过程，并进行人机交互的回放和分析，从而实现量化的教学、培训和考核，让教师可以对学生进行客观一致的评价。

（3）受训者可以从多媒体资料库中选择需要巩固的基础知识，并可自由选择需要重点训练的练习模块进行反复练习，充分调动了学生参与实验教学的积极性和主动性。

（4）本系统能够让教师通过教学总控系统对学生进行实时追踪，从而更有效率对学生的实习操作进行监督和指导。此外，教师还可根据学生的实习情况，通过上传新的病例，让系统管理人员创建和更新训练内容和考核病例，使系统更适合于各个单位的个性化需求。

2.虚实结合，力反馈体验拔牙感受

拔牙数字化虚拟仿真培训系统是按照实际真实的牙槽骨解剖、牙体解剖、牙拔除术相关操练知识，在虚拟平台上建立的三维实景仿真系统。在每个仿真项目都有对应的实训项目或机器设备，其中力反馈机制模拟逼真，确保实训教学中虚中有“实”。根据课程教学目标，构建完整的时间能力培养体系，在能实不虚的基础上以虚补实，实现整个课程体系的虚实结合。受训者在经过系统的多媒体交互式教学后，首先在虚拟仿真+力反馈教学环境下，分步骤练习拔牙术中的各项基本技能，然后针对不同类型的拔牙病例进行综合训练。受训者能实际体验特定操作所需要的力量、方向、角度等精细的动作技能；系统实时记录受训者操作过程的力觉和运动数据，可以进行人机交互的回放和分析，从而实现量化的教学、培训和考核等。最后通过人机交互方式进行全程的拔牙病例考核，并由系统进行定量的评估。

3.学习与评价有机结合

拔牙数字化虚拟仿真培训系统按照牙拔除术的全过程，分为多级任务，一级任务3个，二级任务13个，三级任务若干（可扩增）。通过人机交互和力反馈设备的操作完成全部流程的拔牙操作，有序的引导学生进行理论学习及操作实训。并对学生的每个学习步骤及操作进行评价及指导。

4.传统教学的延伸与拓展

学生在传统教学习得牙拔除术相关理论知识后，通过拔牙数字化虚拟仿真培训系统仿真实训，能够在真实走上临床之前，深入掌握牙拔除术的相关理论知识；反复操作练习，熟练掌握牙拔除术的临床操作能力。拔牙数字化虚拟仿真培训系统为学生，搭建起了传统教学与临床实习间平缓过渡的桥梁。

三、课程应用成效

课程依托“实验空间虚拟仿真实验教学课程共享平台”，课程通过校内入口和“实验空间虚拟仿真实验教学课程共享平台”对外免费开放上万人次。并被选为由虚拟仿真实验教学创新联盟医学领域工作委员会举办的2021年“第一届医学虚拟仿真实验创新大赛”医学虚拟仿真实验作品创新大赛比赛前学习项目，跨学校跨地区被皖南医学院、平顶山学院、复旦大学上海医学院、南华大学、中国医科大学、锦州医科大学、华北理工大学等师生使用，获得兄弟院校的广泛好评。由北京航空航天大学赵沁平院士（虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任）、四川大学口腔医学院周学东教授（教育部口腔医学类教指委前主委）等团队共同撰写已经发表于四川大学学报医学版（2021年3月）医学教育栏目的文章《虚拟现实技术在新医科人才培养中的作用》，将该案例作为典型应用进行推广介绍，提到“重庆医科大学口腔医学院通过建立口腔牙拔除术培训用虚拟仿真系统，模拟真实感的牙拔除术技能操作环境，进行诊疗全程关键操作步骤真实感操作。通过身临其境的牙拔除术操作练习，使学生能够更加真实的进行操作训练。虚拟仿真系统具有逼真的力反馈手感、实时人机交互、标准规范流程、无耗材反复练习、自我评价和教师监控的优势。系统极大的调动了学生参与实验教学的积极性和主动性，从而提高教学效率，提升了教学效果”。

课程团队名单及简介：

课程负责人：季平，教授、主任医师，博士生导师，重庆医科大学附属口腔医院/口腔医学院院长，主要研究虚拟仿真技术与教学的融合。

课程团队名单：

重庆医科大学口腔医学院：季平 宋锦璘 黄元丁 李勇 李婷 李显   蒋琳 李毅 庞梦微 何力 董艳玲 邱叶 朱露颖  赵芮 鲁琦 

北京众绘虚拟现实技术研究院有限公司：丛宇 赵晓含 杨浩 万家武 田召滨 贺钰