5G時代下VR/AR在口腔頜面外科教學(xué)中的應(yīng)用分析

張耀超 崔曉明 張琳梅 閆小榮

摘 要 近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)為我們的生活帶來很多改變，也逐漸被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域。VR和AR技術(shù)的應(yīng)用必將為口腔教學(xué)提供更多的幫助，讓口腔專業(yè)知識的學(xué)習(xí)變得更高效更有趣，使老師和學(xué)生都能從中獲益。本文闡述了VR/AR技術(shù)在口腔頜面外科教學(xué)以及臨床手術(shù)操作訓(xùn)練中的作用，并對未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）;增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）;口腔頜面外科

口腔頜面部的神經(jīng)血管錯綜復(fù)雜，熟練掌握口腔頜面部的解剖結(jié)構(gòu)可大大地減小手術(shù)失誤率以及意外發(fā)生率。二維解剖關(guān)系往往因觀察視角的不同，無法形成直觀的空間映像;而建立在遺體上的三維解剖關(guān)系，會受到來源的限制而且觀察時艱辛耗時。而VR技術(shù)能夠提供一個無風(fēng)險的手術(shù)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者不斷地重復(fù)演練操作，且不存在任何醫(yī)學(xué)倫理問題。此外操作技能的練習(xí)所用耗材成本較高，借助VR和AR系統(tǒng)，可為醫(yī)學(xué)生提供逼真的操作練習(xí)環(huán)境。

1在拔牙手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

在口腔頜面外科領(lǐng)域，軟組織手術(shù)及拔牙等操作由于動作和用力的復(fù)雜性而不能被較好地再現(xiàn)模擬，因此，VR技術(shù)在口腔頜面外科多用于三維解剖模擬、手術(shù)計(jì)劃、手術(shù)預(yù)測和骨組織的操作。VR系統(tǒng)不僅包括顱頜面骨的三維結(jié)構(gòu)，也包括軟組織結(jié)構(gòu)，能在虛擬環(huán)境下行部分手術(shù)操作，具有逼真、形象、直觀和科學(xué)的特點(diǎn)。在講解阻生牙拔除手術(shù)方案設(shè)計(jì)時，借助VR技術(shù)重建的虛擬模型，了解阻生牙本身的形態(tài)大小、牙根數(shù)目和鄰牙的關(guān)系，估計(jì)拔除患牙過程中鄰牙和骨組織阻擋程度，對于患牙阻力進(jìn)行精準(zhǔn)分析;同時測定周圍重要神經(jīng)及組織的位置，手術(shù)中注意避讓保護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)個性化精準(zhǔn)拔牙方法、制定個性化手術(shù)方案[1]。VR技術(shù)不僅可以加深對阻生牙拔除過程中三維解剖關(guān)系的理解，而且可以鍛煉手術(shù)操作能力，有效提升心理素質(zhì)。同時，也可以有效減少實(shí)習(xí)中不良事件的發(fā)生，為共建醫(yī)患和諧關(guān)系做出了貢獻(xiàn)。

2在阻滯麻醉教學(xué)中的應(yīng)用

下牙槽神經(jīng)阻滯麻醉是頜面外科中一項(xiàng)基礎(chǔ)操作，但如果操作不慎可能會引起麻醉效果不佳或麻藥入血等問題，甚至造成更嚴(yán)重后果。Correa等介紹了一種用于下牙槽神經(jīng)阻滯麻醉訓(xùn)練的VR系統(tǒng)，可以評估注射位置和深度是否正確，并且提供近乎真實(shí)的進(jìn)針感覺反饋[2]。也有學(xué)者應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在頜面外科手術(shù)中將下牙槽神經(jīng)管的位置投射到術(shù)區(qū)，避免了術(shù)中損傷重要神經(jīng)[3]。

3在正頜外科教學(xué)中的應(yīng)用

Badiali等通過HMD應(yīng)用AR技術(shù)，使得術(shù)者在術(shù)中可以按照術(shù)前模擬手術(shù)的步驟在頜面骨截骨后復(fù)位。Chen等也搭建了同時應(yīng)用HMD和觸覺反饋設(shè)備的虛擬頜面外科手術(shù)系統(tǒng)[4]。許多學(xué)者均基于VR設(shè)計(jì)了頜面外科的手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，系統(tǒng)支持HMD、觸覺反饋、半透半反膜等交互設(shè)備，提高了訓(xùn)練的真實(shí)感。由于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的局限性，實(shí)習(xí)生無法全方位觀察手術(shù)過程，給教學(xué)帶來了很多局限性。

4在牙槽外科教學(xué)中的應(yīng)用

在口腔牙槽外科教學(xué)中，臨床前模擬手術(shù)操作一直是空白，然而基于VR技術(shù)開發(fā)的牙槽外科虛擬手術(shù)模擬系統(tǒng)彌補(bǔ)了這個空白，借助該技術(shù)學(xué)習(xí)者可以擁有無風(fēng)險的臨床前操作機(jī)會，逼近真實(shí)的視覺及觸覺體驗(yàn)。在牙槽外科教學(xué)中創(chuàng)新性的利用VR技術(shù)創(chuàng)造出虛擬的三維仿真模型，實(shí)現(xiàn)了在虛擬的仿真三維模型上進(jìn)行手術(shù)設(shè)計(jì)與演示。隨著VR技術(shù)的應(yīng)用，手術(shù)計(jì)劃更加個性化，手術(shù)結(jié)果更加完美，這對提高顱頜面畸形或創(chuàng)傷患者的生活質(zhì)量、改善其心理健康有著重要的意義。

5未來展望

VR和AR是一項(xiàng)結(jié)合了軟件、計(jì)算機(jī)、傳感器和顯示設(shè)備的技術(shù)，將其與顱頜面外科相結(jié)合，最重要的是如何將手術(shù)相關(guān)知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)所能處理的信息?，F(xiàn)如今已有許多基于AR的術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)被研發(fā)出來，并應(yīng)用于各種顱頜面外科手術(shù)，均取得了滿意的成果，而現(xiàn)今VR和AR最大的缺點(diǎn)在于缺少真實(shí)感和設(shè)備系統(tǒng)的復(fù)雜性使得這一技術(shù)難以普及，隨著5G時代的迅速發(fā)展相信這一問題會隨之解決，5G（the fifth generation network）是指第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)。它憑借“大帶寬、低時延、大連接”等優(yōu)勢，與移動互聯(lián)網(wǎng)、AR/VR 技術(shù)一起，在整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和豐富實(shí)踐教學(xué)等方面發(fā)揮重要作用，有助于重構(gòu)口腔教學(xué)模式。另一方面，虛擬手術(shù)計(jì)劃和訓(xùn)練系統(tǒng)及術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)有望在不久的將來變得更加精確、真實(shí)，甚至能夠準(zhǔn)確地模擬出軟組織的形變，展現(xiàn)出真實(shí)的術(shù)后效果，在此基礎(chǔ)上遠(yuǎn)程醫(yī)療體系會更加完善，醫(yī)療資源將會充分共享，高難度的顱頜面外科手術(shù)可以通過遠(yuǎn)程會診、遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)而更加普及。

參考文獻(xiàn)

[1] 亓文婷，潘劍，包崇云，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在口腔牙槽外科教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐[J].繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2019，33（12）：19-21.

[2] Correa CG，Machado MAAM，Ranzini E，et al. Virtual Reality simulator for dental anesthesia training in the inferior alveolar nerve block[J]. J Appl Oral Sci，2017，25（4）：357-366.

[3] 石巧，侯建霞.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在口腔診療操作培訓(xùn)中的應(yīng)用[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2015，42（1）：69-74.

[4] Chen X，Hu J. A review of haptic simulator for oral and maxillofacial surgery based on virtual reality.[J]. Expert review of medical devices，2018，15（6）：435-444.

作者簡介

張耀超（1983-），女，學(xué)歷：碩士，職稱：講師，現(xiàn)就職單位：西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院，研究方向：口腔醫(yī)學(xué)。