淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在口腔黏膜病學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

汪苑苑，朱婉立，劉 青，焦 凱

(軍事口腔醫(yī)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/口腔疾病國(guó)家臨床醫(yī)學(xué)研究中心/陜西省口腔疾病國(guó)際聯(lián)合研究中心/空軍軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院口腔黏膜科,陜西 西安 710032)

口腔黏膜病學(xué)，是研究口腔黏膜病病因、發(fā)病機(jī)制、診斷、治療與預(yù)防的一門學(xué)科，為口腔醫(yī)學(xué)中的重要分支學(xué)科，也是連接口腔醫(yī)學(xué)與大醫(yī)學(xué)的一門橋梁課程。目前該課程的教學(xué)多采用課堂授課、圖片展示、情景教學(xué)等方式。由于口腔黏膜病病損抽象，診斷及治療思路復(fù)雜難懂，所以教師授課及學(xué)生理解課程內(nèi)容上存在一定困難。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，知識(shí)越加系統(tǒng)化、深入化，教師的教學(xué)任務(wù)也越加繁重，醫(yī)學(xué)教學(xué)理念以及教學(xué)手段的革新，成了新時(shí)代教學(xué)的必然要求。虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality, VR)技術(shù)因其沉浸感、 交互性、構(gòu)想性、智能化的特點(diǎn)，已被廣泛用于如軍事、制造、醫(yī)療、教育等各個(gè)行業(yè)。如何將VR技術(shù)與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)模式相結(jié)合，促進(jìn)醫(yī)學(xué)教育的革命性變革，已成為新時(shí)期醫(yī)學(xué)教育教學(xué)改革的重大問題與熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。本文將從口腔黏膜疾病的教學(xué)現(xiàn)狀入手，針對(duì)問題，從4個(gè)方面探討在口腔黏膜病學(xué)中引入VR教學(xué)的可行性、意義及應(yīng)用策略，實(shí)現(xiàn)VR技術(shù)與口腔黏膜病教學(xué)的有機(jī)融合，促進(jìn)口腔醫(yī)學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)模式的革新。

1 口腔黏膜病學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)模式單一

口腔黏膜病學(xué)是一門以形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)，融高度邏輯性、理論性、實(shí)踐性為一體的臨床學(xué)科。常見口腔黏膜臨床病損類型共15種[1]，看似簡(jiǎn)單，但是不同癥狀和體征的組合所提示的疾病卻錯(cuò)綜復(fù)雜，易于混淆，且與臨床大醫(yī)學(xué)相關(guān)疾病及概念緊密聯(lián)系，因此是口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)[2]。目前口腔黏膜病學(xué)的授課中，多采用課堂PPT教學(xué)模式，模式單一，并且本科生在學(xué)習(xí)本門課程時(shí)缺乏臨床經(jīng)驗(yàn)，臨床邏輯思維能力及醫(yī)學(xué)理論不夠扎實(shí)，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)很難讓學(xué)生進(jìn)入高效學(xué)習(xí)狀態(tài)，因此多數(shù)本科生在學(xué)習(xí)時(shí)容易感到理解困難、文字描述抽象難懂，影響了學(xué)習(xí)積極性和興趣，進(jìn)而降低了學(xué)習(xí)效率和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

1.2 病損特征、疾病特點(diǎn)呈現(xiàn)不足

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教員多以PPT形式通過臨床病損的高清照片去指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行臨床前的學(xué)習(xí)。雖然患者病損多分布于口腔黏膜，可以通過照片很直觀地反映皮損的顏色、大小等，但是因?yàn)橄鄼C(jī)的拍攝角度及曝光程度、口腔狹小局限的環(huán)境、臨床病損的復(fù)雜多變等多種原因，在學(xué)習(xí)過程中多數(shù)學(xué)生并不能對(duì)病損有詳實(shí)的感受，學(xué)生對(duì)于病損的質(zhì)地、深度、觸感的認(rèn)知多依靠語言文字，而通過圖片對(duì)疾病進(jìn)行診斷、鑒別診斷更為困難，近乎“紙上談兵”，很難對(duì)疾病的病損特征、疾病特點(diǎn)有詳盡的認(rèn)識(shí)，這就限制了學(xué)生對(duì)疾病的理解和記憶[3]。

1.3 臨床操作技能培訓(xùn)不足

醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)口腔黏膜病學(xué)課程時(shí)，不僅需要學(xué)習(xí)口腔黏膜疾病的病損特征，還包括其組織病理學(xué)特征，以及口腔細(xì)菌、真菌檢查、細(xì)胞學(xué)檢查、病損活檢、物理治療等臨床操作技能。但目前的授課主要依靠播放臨床操作視頻及教師講解，學(xué)生缺乏動(dòng)手機(jī)會(huì)，因此學(xué)生很難形成對(duì)這些技能的形象記憶，在實(shí)習(xí)階段時(shí)就容易出現(xiàn)“一問三不知”，操作時(shí)“手忙腳亂”，導(dǎo)致臨床操作失敗，影響了醫(yī)患關(guān)系和學(xué)生操作信心的建立。

1.4 課堂教學(xué)與臨床結(jié)合不夠緊密

口腔黏膜病學(xué)常需要結(jié)合口腔病理學(xué)、皮膚病學(xué)和免疫學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，學(xué)生需不斷積累知識(shí)，拓展知識(shí)儲(chǔ)備，才能解決更為疑難復(fù)雜的臨床問題。教學(xué)內(nèi)容與臨床知識(shí)往往聯(lián)系不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生理解不透徹，到了臨床時(shí)常需重新學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念與特點(diǎn)

VR技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心, 結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)生成與一定范圍真實(shí)/假想環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，即可產(chǎn)生親臨對(duì)應(yīng)真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[4]。VR 技術(shù)系統(tǒng)一般由 3 部分組成，分別是 VR 眼鏡、 服務(wù)器和軟件系統(tǒng)。VR 眼鏡相當(dāng)于顯示器，使觀看者身臨其境般地進(jìn)入沉浸式交互體驗(yàn)，可以進(jìn)一步提高學(xué)生實(shí)際的觀看感受；服務(wù)器相當(dāng)于主機(jī)，處理VR技術(shù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸和運(yùn)算；軟件系統(tǒng)是VR 技術(shù)系統(tǒng)的核心，所有教學(xué)體驗(yàn)過程均由軟件系統(tǒng)支持和編輯實(shí)現(xiàn)。VR的特點(diǎn)可歸納為4I，即沉浸感(Immersion)、交互性(Interaction)、構(gòu)想性(Imagination)和智能化(Intelligence)。常與 VR 同時(shí)使用的還有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Augmented Reality，AR)[5]。AR是將計(jì)算機(jī)生成的數(shù)字化對(duì)象或環(huán)境疊加在用戶感知到的現(xiàn)實(shí)對(duì)象或環(huán)境之上，向用戶呈現(xiàn)出一種虛實(shí)混合的新環(huán)境；此外還有增強(qiáng)虛擬(Augmented Virtuality, AV)和混合現(xiàn)實(shí)(Mixed Reality，MR)技術(shù)等。

上述VR相關(guān)技術(shù)已被廣泛用于口腔手術(shù)模擬器、腹腔鏡手術(shù)模擬器等智能醫(yī)教系統(tǒng)中，顯著降低了手術(shù)技能培訓(xùn)對(duì)動(dòng)物活體、尸體的依賴性，反復(fù)的模擬培訓(xùn)顯著提高技能培訓(xùn)的有效性[6-8]。并且研究者在逐步拓展VR技術(shù)在疾病診斷、治療及術(shù)后康復(fù)中的應(yīng)用[9-10]。有研究顯示，在VR技術(shù)輔助下反復(fù)練習(xí)齲病的制備，醫(yī)學(xué)生在齲病的治療中得到更多自信，提高了手眼協(xié)調(diào)能力[11]。將VR技術(shù)應(yīng)用在口腔黏膜病的教學(xué)中，利用VR 技術(shù)的特點(diǎn)，與口腔黏膜病學(xué)課堂結(jié)合，必將推動(dòng)口腔黏膜病學(xué)的教學(xué)改革及效果提升。

3 VR技術(shù)在口腔黏膜病學(xué)臨床教學(xué)模式中的可行性分析

3.1 教學(xué)形式多元化、開放化

VR教學(xué)方式的引入，使黏膜病學(xué)教學(xué)將不再受場(chǎng)地、時(shí)間、空間的限制，其授課方式將不再局限于課堂教學(xué)，而是視頻資料分析、診療情景再現(xiàn)和診療后的病例討論的結(jié)合，將極大地豐富教學(xué)資源，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性及創(chuàng)造性將得到顯著提高。

問題導(dǎo)向教學(xué)(Problem-based learning，PBL)、病例導(dǎo)向教學(xué)(Case-based learning，CBL)及研究導(dǎo)向教學(xué)模式(Research Based Learning，RBL)，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，因此已被廣泛用于黏膜病學(xué)教學(xué)中[12-14]，但由于這類課程占用教時(shí)和配套資源較多，需要與臨床或研究密切相關(guān)的教學(xué)器材與相關(guān)場(chǎng)景才能開展，因此限制了其在教學(xué)實(shí)踐中的可行性，同時(shí)受到各種條件限制，更難做到三種教學(xué)模式的混合交叉運(yùn)用。將VR技術(shù)引入上述教學(xué)模式中，一方面可以豐富教學(xué)資源，增強(qiáng)教學(xué)的開放性，增加學(xué)生的體驗(yàn)性與參與度，從而提高學(xué)生自學(xué)能力及實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新意識(shí)；另一方面則可以充分將PBL、CBL及RBL教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合，為學(xué)生提供更為多元化的學(xué)習(xí)選擇，促進(jìn)新時(shí)代教學(xué)理念及模式的革新。

3.2 教學(xué)手段直觀化、交互化

VR技術(shù)將不再滿足于通過照片建立醫(yī)學(xué)生臨床實(shí)習(xí)前對(duì)于疾病的認(rèn)知，而是通過口腔內(nèi)窺鏡、VR建模等技術(shù)建立口腔病損的直觀三維模型，同時(shí)讓學(xué)生通過醫(yī)師角色實(shí)施虛擬“接診”，從口腔黏膜多角度檢查實(shí)現(xiàn)“全景再現(xiàn)”，到不同病損部位的局部放大及虛擬活檢，將“三維”的口腔立體環(huán)境“二維”展開，讓學(xué)生在“真實(shí)”環(huán)境中觀察口腔黏膜各類病損的特征及活檢結(jié)果，達(dá)到交互化的目的。例如，在“口腔斑紋類疾病”這一章節(jié)，可以通過VR技術(shù)重建患者的口腔模型，包括口腔黏膜白斑病不同類型的白色病損表現(xiàn)、口腔扁平苔蘚分布在舌背及頰黏膜等不同部位呈現(xiàn)的病損特征、盤狀紅斑狼瘡疾病下唇病損的“盤形紅斑”的典型病損等，在學(xué)生面前“直觀”體現(xiàn)病損特點(diǎn)，同時(shí)學(xué)生可以自行放大局部病損、多角度觀察；此外，學(xué)生可進(jìn)行局部虛擬活檢，直接觀察局部病變的病理學(xué)特征，從而加深學(xué)生對(duì)疾病臨床表現(xiàn)、病理特征及兩者相關(guān)性的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化記憶。

3.3 實(shí)訓(xùn)模式真實(shí)化、場(chǎng)景化

由于各院校口腔黏膜病學(xué)課程設(shè)置不同，筆者發(fā)現(xiàn)，多數(shù)醫(yī)學(xué)生在臨床實(shí)習(xí)前對(duì)于口腔黏膜疾病的臨床操作技能并未展開學(xué)習(xí)，甚至在本科教學(xué)結(jié)束后都未曾接觸口腔黏膜疾病相關(guān)的臨床操作，屬于黏膜教學(xué)的短板。通過VR技術(shù)，口腔黏膜病學(xué)的學(xué)習(xí)將不再局限于教學(xué)課時(shí)的限制，可以拓展口腔黏膜病的實(shí)訓(xùn)課程。如多數(shù)口腔黏膜疾病的確診都需要取組織病理活檢，此內(nèi)容可以通過VR技術(shù)展示甚至全程指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬操作，通過VR技術(shù)模擬病損，從病損的消毒、局部麻醉、至病損部位的選擇、切取及縫合，均讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下自主操作，教師在線點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生對(duì)整個(gè)病損活檢技術(shù)有更為全面、清晰、深刻的認(rèn)識(shí)，鞏固學(xué)習(xí)成果，有效減少臨床操作中的失誤，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。例如在對(duì)大皰性疾病進(jìn)行病理活檢時(shí)，由于病損區(qū)上皮結(jié)構(gòu)較薄，易脫落和破損，初學(xué)者往往因?yàn)槿〔坏酵暾纳掀そY(jié)構(gòu)而導(dǎo)致活檢失敗或假陰性結(jié)果。在這部分教學(xué)中，即可設(shè)計(jì)VR教學(xué)模式，讓學(xué)生反復(fù)練習(xí)，體會(huì)取活檢時(shí)的操作要點(diǎn)及謹(jǐn)慎性，確?；顧z組織上皮完整，從而提升教學(xué)效果，確保學(xué)生實(shí)習(xí)期臨床實(shí)踐的順利開展。

3.4 教學(xué)信息綜合化、交叉化

口腔黏膜病學(xué)是一門綜合性、交叉性的學(xué)科，其中涉及病理學(xué)、皮膚病學(xué)、免疫學(xué)、血液學(xué)等[15]。口干癥、口腔結(jié)核、增殖性化膿性口炎等大量口腔黏膜疾病只是全身疾病在口腔的臨床表征，并且患者全身情況的改善影響著部分疾病的預(yù)后。而VR技術(shù)可以將口腔黏膜病學(xué)同各個(gè)學(xué)科糅合起來，建立強(qiáng)大的“關(guān)系網(wǎng)”。例如，在病因方面，萎縮性舌炎，它的病因包括貧血、維生素缺乏、干燥綜合征、真菌感染等多種原因，通過VR技術(shù)構(gòu)建“關(guān)系網(wǎng)”，學(xué)生可以根據(jù)興趣，自助選擇進(jìn)一步了解“貧血”“干燥綜合征”等相關(guān)內(nèi)容，讓知識(shí)更加全面化、系統(tǒng)化。此外，由于多數(shù)口腔黏膜的確診需要病理學(xué)結(jié)果，學(xué)生在了解疾病的臨床表現(xiàn)的基礎(chǔ)上，還需要學(xué)習(xí)其相應(yīng)的組織病理特征，去診斷和鑒別診斷黏膜病損。例如，發(fā)生于唇紅部位的盤狀紅斑狼瘡與口腔扁平苔蘚的鑒別，常需要組織病理學(xué)的幫助，病理表現(xiàn)有相似之處，比如基底細(xì)胞液化變性；不同之處包括炎癥細(xì)胞的分布、膠原纖維的表現(xiàn)、黏膜下層血管周圍炎細(xì)胞浸潤(rùn)等，極易混淆。VR技術(shù)在展示病損特征的同時(shí)，可以拓展延伸至病損的組織病理學(xué)表現(xiàn)，將病損表現(xiàn)同組織病理相結(jié)合進(jìn)行串聯(lián)記憶。通過知識(shí)整合，學(xué)生對(duì)于整體知識(shí)結(jié)構(gòu)更為清晰明確，并且能根據(jù)自己的興趣，主動(dòng)探究口腔黏膜疾病相關(guān)前沿知識(shí)，拓展知識(shí)的寬度、廣度和深度。

4 結(jié)語

將VR技術(shù)引入口腔黏膜病的教學(xué)中，有助于實(shí)現(xiàn)教學(xué)實(shí)踐的理想化模式，可以幫助老師快速實(shí)現(xiàn)從“傳道、授業(yè)”模式進(jìn)入到“解惑”模式，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性及主動(dòng)性，促進(jìn)其創(chuàng)造性、發(fā)散性及實(shí)踐能力的提升。利用VR技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)口腔黏膜病教學(xué)形式多元化、開放化，教學(xué)手段直觀化、交互化，實(shí)訓(xùn)模式真實(shí)化、場(chǎng)景化以及教學(xué)信息綜合化、交叉化，從而促進(jìn)口腔黏膜病學(xué)教學(xué)效果的提升。由于VR虛擬場(chǎng)景

的建立需要時(shí)間、人力、物力投入，且教師從傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)入VR教學(xué)需要一定時(shí)間和精力去熟悉[16]，因此，擴(kuò)大該領(lǐng)域師資力量的培訓(xùn)、模型的建立、示范課的推廣等前期工作勢(shì)在必行。