孟昭松 刘嘉程 靳趁心 李宏捷 冯 涛 王文明

（1.天津医科大学口腔医院/口腔医学院，天津 300070；2.天津天堰科技股份有限公司，天津 300392）

口腔颌面外科学是一门实践性极强的学科，其实验教学是帮助口腔医学生掌握临床技能、实现向临床过渡的重要环节[1]。其中，口腔局部麻醉技术一直是实验教学的重难点。目前，国内大部分高校采用学生间相互注射或者使用仿真头模注射的实验教学模式，前者存在一定的安全风险且不能反复练习，后者则无法完全模拟真人的实际情况，因此两者的教学效果均难以令人满意[2，3]。近年来，囊括了计算机、电子信息、数字化仿真技术在内的虚拟现实技术在实验教学方面因具有情景化教学、低危险系数、无限制练习等优势，被逐渐应用于口腔局麻实验教学[4-6]。虚拟现实强调沉浸式体验，能为学生提供操作抽象信息的可视化虚拟环境，使抽象知识的理解和应用更加容易，为技能教学与临床实际的衔接和传递提供技术支持。然而，当前虚拟感知技术暂无法实现真实软硬组织的触觉反馈，因此不利于学生获取手感记忆[5]。本文依据目前口腔局麻实验教学的实际情况，结合虚拟现实技术与实体仿真头模各自的优势，设计研发出一款低风险、可重复使用且充分模拟真人体验和临床场景的教学设备，有望改进教学模式，提升教学效果。

1 “安麻施”训练系统设计

“安麻施”训练系统是天津天堰科技股份有限公司与天津医科大学口腔医学院联合研发的最新一代口腔局麻教学设备（图1），主要由电脑、仿真头模、空间定位传感器、局麻器械、底座组成，包含4 个功能板块：练习模式、示教模式、考核模式及用户设置。

图1 “安麻施”——口腔局部麻醉仿真训练设备

1.1 技术构成

1.1.1 仿真软件技术 设备采用CATIA 软件构建诊室、病人等虚拟三维模型，结合Unity3D 软件进行场景渲染及细节优化，实现临床环境的虚拟再现。

1.1.2 仿真头模技术 仿真头模具有面皮、牙齿、骨骼、软组织等结构，由不同性状的硅胶制成，能较好地还原真实组织的触感及穿刺过程的“突破感”。

1.1.3 空间定位技术 空间定位系统由磁场发射器、传感器控制盒及一系列小型磁场传感器构成，可将真实器械、仿真头模与虚拟仿真软件精准互联，从而实时跟踪操作过程并将其呈现在电脑界面。

1.1.4 智能化考核技术 设备具有客观、全面的评价体系，通过智能抓取用户处置虚拟病人的信息及空间定位系统记录的多维器械运动数据并与数据库进行比对，得出综合评分，排除人为干扰。

1.2 功能板块

1.2.1 练习模式 包含4 个环节：术前流程的虚拟教学、头模上实训、评分、回看操作录像。

1.2.2 示教模式 包含三维解剖数字模型和操作视频。

1.2.3 考核模式 分为自主考核及统一考核。

1.2.4 用户设置 包括参数设置、用户管理、修改密码等一般设置和训练日志、统计等记录分析板块。

2 教学演示

以牙槽神经阻滞麻醉为例，教学演示步骤如下：

2.1 用户登录

输入用户名和密码，登入系统，进入主界面（图2）。

图2 训练系统的主界面

2.2 传感器校准

点击界面左上角的“传感器校准”，对模型及器械进行标定和校准（图3）。

图3 校准

2.3 选择操作项目

根据使用目的，选择练习、示教或考核模式，进一步选择不同的麻醉课程（图4）。

图4 选择操作项目

2.4 术前接诊与准备

进入软件构建的虚拟诊室，对虚拟患者进行问诊、术前沟通，而后调节座椅、灯光，选择正确的器械、药物种类及剂量（图5）。

图5 术前接诊与准备

2.5 示教

通过旋转、选中、透视三维头颈解剖模型的精细结构复习解剖结构，并观看示教视频（图6）。

图6 示教

2.6 实际操作

使用真实器械在头模上进行操作，按照提示依次进行开口度选择、消毒、穿刺、回抽、注射、术后评估，期间空间定位系统可在显示屏上实时呈现操作过程，提供人机交互式反馈（图7）。

图7 实际操作

2.7 结果评价

评价系统根据总体情况给出评分报告，并提供操作录像，任意时间均可调取回看。

2.8 学习效果

根据需要，选择结束或重复练习，在长期使用的过程中可通过训练日志、统计等分析功能了解学习效果，便于查缺补漏。

3 讨论

“安麻施”训练系统参考谢百治教授[7]提出的口腔医学虚拟教学系统构建原则，即直观性、操作性、科学性、交互性及以实为本，将虚拟的场景化、流程化教学与实际操作感知有机整合，辅以完善的数字化视听教学资源及考评系统，是国内首个被系统介绍的口腔局麻实验教学仿真训练设备。经过实际教学测试，该设备存在以下优势及不足。

3.1 优势

3.1.1 完善教学环节 该设备可提供视、听、触的多感官模拟，还原真实临床环境，使学生以医师的角色完成虚拟医患交流，即问诊、术前准备、术后医嘱等流程，营造沉浸式的学习体验，这不仅能够培养学生的医患沟通能力，还能帮助其养成良好的临床习惯。

3.1.2 保障操作安全，强化临床技能 该设备使用仿真头模而非真人作为训练对象，通过清晰的三维解剖结构显示和空间定位系统对操作过程的实时反馈、评价和记录，可在保证安全的前提下提供更多还原临床体验的动手机会，帮助学生熟悉解剖知识和规范临床操作，克服由不熟悉解剖及操作引发的心理障碍[8]。

3.1.3 激发主观能动性，提高自主学习能力 在教学中，学生既能通过设备的知识模块自主解决操作中遇到的问题，又能根据自身情况合理安排临床过渡的练习期，还可结合训练日志、统计等功能进行自纠自查，促进所学知识和操作技巧的内化[9]。

3.1.4 降低教学成本 该设备采用可拆卸设计，既能减少耗材、方便维修，进而控制成本，还具备较强的便捷性，使教学、训练突破时间、地点的限制，满足疫情等特殊期间的基本教学需求。

3.2 不足

3.2.1 虚拟仿真软件的局限性 该设备使用的软件目前只能模拟单一标准化情景，缺少实际临床工作常遇到的复杂病例，如患者解剖变异、对麻药不敏感等；因此，需纳入多样化真实临床病例，使教学更加贴近临床。

3.2.2 空间定位功能不稳定 空间定位传感器的灵敏度、精度、分辨率受电脑使用环境的制约，使用时偶尔会出现无法精准定位、延迟，甚至导致评分有误等问题，提升定位设备的稳定性是下一步研发的主要内容之一。

3.2.3 师生在线互动不足 教师线上示教、答疑及管理的功能目前尚在测试中，暂时无法实现教师线上示教、答疑和对学生训练成效的实时掌握，在疫情等特殊时期可能会阻碍即时教学评估，目前考虑通过借助第三方录屏软件或者软件自身接入网络的方法解决。

3.2.4 需根据不同学校教学实际制定个性化应用方案 研究显示，尽管仿真训练设备具有一定优势，但学生的训练成功率明显高于临床实际成功率[10]。这意味着类似设备不能完全取代传统教学，但可作为传统教学模式的有效补充。因此，该设备的实际应用需根据不同学校的具体课程安排，在平衡课堂教学、仿真训练、临床实习的基础上为学生提供一个适宜的训练平台。

4 结语

随着口腔颌面外科教学的不断发展，仿真训练设备在实验教学中展现出良好的应用潜力[11]。“安麻施”训练系统作为国内先进的口腔局麻实验教学设备，不仅能模拟实际临床环境，提供人机交互式流程化仿真教学，还能满足学生对于反复示教、操作及复习的需求，有利于学生熟练掌握口腔局麻技能，同时巩固解剖知识，达到符合或超乎预期的教学效果。“安麻施”训练系统在“医工结合”大背景下，顺应口腔医学教育发展的趋势[12]，综合了教学和商业因素，是改善教学质量、值得商业推广的新型教学设备，为高校开展口腔颌面外科实验课程改革提供了切实有效的工具。