数字化牙体窝洞预备技能训练系统的研究及应用现状

2017-11-6 10:11  来源:牙体牙髓牙周病学杂志
作者:邹慧儒 靳淑凤 王雅南 林欣 戴艳梅 阅读量:820
    近年来,数字化技术在口腔医学领域的应用越来越广泛,引领着口腔医学的发展。2015年,中华口腔医学会将年会主题确立为“数字化口腔医学”,足见口腔数字化技术获得了普遍关注。牙体牙髓病学作为一门专业性、技术性、实践性很强的口腔医学学科,数字化技术在其教学领域应用独具特色。牙体窝洞预备技术作为一项重要的基本技能,针对其训练及评估研发的数字化系统种类众多,主要有德国的KaVoPREPassistant数字化评估系统、日本的CPSES系统、美国的E4D系统及Simodont虚拟口腔教学系统、以色列的DentSim实时交互式虚拟仿真系统等。国内尚处于研发阶段的有西安工业大学的牙齿窝洞预备标准化数字教学评估系统及北京航天航空大学的iDental系统。上述系统均依赖于计算机和图像处理技术,各有优缺点,现综述如下。     1.KaVo PREPassistant数字化评估系统     德国的KaVo PREPassistant数字化评估系统由三维光学扫描装置和分析软件组成,首先通过光栅立体扫描,并经过计算机重建而实现牙体模型的三维成像;然后再由分析软件对事先设定的测量点及角度进行测量,并以教师预先设定的牙体窝洞预备数据为参考,对学生预备的窝洞深度、长度、宽度以及轴角进行检测及评估。作为国内外应用较早的一款数字化评估系统,该系统在减少目测评估的主观性、客观指导口腔实验教学工作方面均取得了一定效果。     林家成等应用KaVo PREPassistant数字化评估系统评估和传统教师评估两种方法,分别对左侧上颌第一磨牙牙合面、邻牙合面、牙颈部洞型的预备深度、长度、宽度和轴角进行了评估,结果表明,两者在洞型长度、宽度和轴角的评估方面无统计学差异,而KaVo PREPassistant数字化评估系统在洞型深度检测评估上具有一定的优势。该仪器的扫描精度可达20μm,有助于弥补教师目测评估的偏差以及不同教师之间的误差。Taylor等将仿真头颅模型上预备的78例冠预备体样本随机分组后,分别通过教师目测评估、同行评议以及KaVo PREPassistant数字化评估3种方法评估其预备效果,结果显示:教师目测评估与同行评议结果一致性最好,而上述两种评估方法得出的结果与KaVo PREPassistant数字化评估结果均无一致性;其原因可能与该系统无法将所有窝洞预备要素整合评估、无法给出精确的分数有关;据此有作者认为,该系统不适于进行分数评估,但其能为学生提供可视化图像反馈信息,可能会有助于提高学生的学习兴趣,值得深入研究。另有文献报道,由于该系统存在操作耗时较长、光栅设计不足易导致扫描存在盲点盲区、评分体系等级划分模糊、不能进行过程监控等缺点,导致其应用存在一定的局限性。     2.E4D系统     美国的E4D系统也是基于计算机三维扫描技术研发的评价系统,其目的是通过口内扫描形成的数字模型与正常牙体预备模型进行对比。该系统用于全冠修复体预备训练方面的研究报道较多,而在牙体窝洞预备技能评估方面鲜有报道。Hamil等曾做过一项问卷调查,共有81名学生参与(受访率59%),其中大多数受访者认为E4D优于传统目测评估方式,可以提供即刻、客观以及可视性的反馈。然而该系统只能提供阶段性评价,不能记录操作过程;其评价内容也主要集中在窝洞预备的深度,且扫描的精度误差较大,操作耗时较长。Callan等通过一项交叉对照研究后认为,将E4D系统作为教学工具用于亿万先生前训练的有效性和可行性仍有待深入研究。     3.CPSES窝洞预备技能评价系统     日本的CPSES窝洞预备技能评价系统与美国E4D系统的原理接近,但其精确度更高。使用该系统并通过三维激光扫描测量,即可将学生预备的窝洞数据与标准窝洞数据进行精确比较;然后再综合窝洞外形、深度等多个因素进行评分,以提供客观的评价。本课题组前期研究结果显示,CPSES能够客观测量牙体窝洞预备的外形轮廓及深度等各项指标,得出的评分结果比目测评估更为精确细致。窝洞预备实验课考核成绩分析显示,接受CPSES系统授课的学生对窝洞预备知识点的掌握情况较好;问卷调查结果显示,学生对CPSES该系统的应用反映很好,认为该系统所给出的评估结果直观易懂,对窝洞预备知识的掌握及技能训练很有帮助。     上述研究提示,CPSES软件用于牙体牙髓病学的实验教学时,可加深并强化学生对洞形预备要求的理解,有助于提高教学质量。但是该系统也存在一些不足之处:操作前需要对带教教师进行整体亿万先生,并要求教师改变以往的一些不规范的教学习惯;该系统目前只能对有限的几个牙位进行评估,且有些评估细节的设置还需要不断摸索调试;成本较高。     4.Dent Sim实时交互式虚拟口腔教学系统     该系统是由以色列Image Navigation公司与美国多家口腔医学院校联合开发的实时交互式口腔教学系统,是在经典仿真头颅模型上练习的基础上专门设计的一款高科技产品。该系统由电脑、追踪系统和仿真头颅模型3部分组成,并通过红外追踪系统将手机与口内模型结合起来,然后在软件上进行具体评价。由于该评价体系对窝洞深度、聚合度、倒凹、手机角度等均有详细的评价,且扫描误差在0.1mm以内,形成评估报告的时间少于1s。因此,此系统可提供实时评估和反馈,且能够进行操作步骤的回放,从而使学生在教师指导下可随时对操作步骤进行自我检查,并通过观看操作图像的任意截面,发现牙体预备存在的问题,以改进操作。     自1993~1999第1代产品问世以来,历经多年的实践反馈及不断改进,迄今已有第4代产品在国内外多家口腔医学院校投入使用,美国宾夕法尼亚大学口腔医学院、田纳西大学口腔医学院(University of Tennessee,College of Dentistry)、加州大学洛杉矶分校(UCLA)口腔医学院、英国卡迪夫大学口腔医学院、台湾高雄医科大学口腔医学院、上海交通大学医学院口腔医学院等均已大量采用Dent  Sim进行口腔亿万先生前实训,并取得了良好的教学效果。Dent Sim作为一款亿万先生交互式仿真训练系统,在现代化口腔医学教学中发挥着越来越重要的作用。由于Dent sim是在仿真头颅模型上进行的,此技术不仅能给操作者带来手感体验,更是一种真实场景的体验,而且要求操作者的体位姿势、支点掌握、操作步骤等方面均需规范。此外,Dent sim还能提供有针对性的病例,并通过实时评估帮助学生练习和改进。但其耗材成本较高,从而限制了该系统的广泛应用。     5.Simodont虚拟仿真系统     Simodont是由美国Moog公司与荷兰阿姆斯特丹牙科学术中心(ACTA)联合开发的基于力反馈系统(即触觉机器人)的数字化虚拟仿真(Virtual Reality,VR)牙科亿万先生系统,是在虚拟环境中练习各种牙科治疗程序的一款设备。该系统可以提供高保真数字化虚拟仿真训练,为备牙以及手持器械模拟操作提供逼真的力反馈,同时可以进行左右手牙钻和口镜的操作练习,并通过高性能图像与音效合成模拟提供逼真的练习体验。目前,应用该系统的院校也很多,包括荷兰阿姆斯特丹牙科学术中心、英国利兹大学口腔医学院、四川大学华西口腔医学院、第四军医大学口腔医学院、中山大学口腔医学院等。相比于其他系统,该系统是一款纯虚拟的牙医亿万先生系统,可以提供安全、清洁的实验环境。学生可在不接触吸唾管、离体牙和高速涡轮手机喷雾等污染源的情况下进行训练,并可以避免其操作过程中因涡轮手机掌握不当而导致损伤。     此外,还可以让学生反复练习而不增加额外成本,并可以模拟实际亿万先生中的常规病例和疑难病例,以培养学生的诊疗思路。但该系统还存在以下不足:初始安装成本较高,且软件功能有限,目前仅有窝洞预备、全冠预备等几个模块,其他模块尚待开发;病例以及所用器械均沿用欧洲标准,未实现本土化;除了塑料模块备洞有量化标准外,其他模块均无评价的量化功能。Simodont是在操作台而非仿真头颅模型上进行的,无法为操作者创建一个真实的口内、口外场景;对于术式、支点等也无法进行有针对性的练习。     6.国内研发系统介绍     目前,将虚拟化数字技术应用于口腔医学领域已经成为一种发展趋势,国内浙江大学、清华大学等虽在医学图像三维重建及可视化方面做过相关研究工作,但专门用于牙体窝洞预备评估的系统软件开发较少。研发较为成功的是北京航天航空大学的iDental系统,已与四川大学华西口腔医学院及北京大学口腔医学院建立了合作关系,正在进行本土化实验与改进工作,但仍需不断探索。     综上所述,数字化技术作为一项前沿技术,与软件、信息、计算机技术等密切相关,相比于传统教学方法,使用并熟练掌握数字化技术进行口腔内科教学无疑是一项全新的挑战。口腔医学教育从传统走向数字化是必然的发展方向,且需要教师、学生、研发人员、企业以及社会资源的共同参与;同时还需要配备相应的硬件设施,并要求相关人员具有足够的计算机操作能力及专业素质。数字化牙体窝洞预备技能训练系统虽具有无可比拟的优势,但也存在一定的不足,并不能完全替代仿头颅模型及离体牙操作。因此,在教学过程中,我们要充分整合并优化传统教学与数字化技术,不断研发更为成熟的系统,更好的为牙体窝洞预备技能训练服务。
编辑: 陆美凤

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