5G时代下VR与AR在口腔黏膜病学中的应用

作者:未知

  摘 要:5G网络即第五代移动通信网络(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems,简称:5G),是最新一代蜂窝移动通信技术。5G网络目前的关注度极高,给人们的生活乃至整个社会的发展带来了翻天覆地的改变。而虚拟现实(Virtual Reality,VR)与增强现实(Augmented Reality,AR)则是5G时代的最受关注和应用最多的技术手段之一,随着5G网络的不断成熟和发展,VR与AR有望在更多领域被推广。目前VR与AR已广泛应用于医学教学。口腔黏膜病学是研究口腔黏膜疾病的基础理论与临床诊治的学科,该学科内容繁多且抽象。5G时代下VR与AR技术应用于口腔黏膜病学的教学中将极大提高教学效率,增加学习趣味性,提高黏膜病临床诊疗思维能力。本研究将对5G时代下VR与AR在口腔黏膜病学中的应用进行研究综述,分析目前VR与AR在口腔黏膜病学中所面临的挑战,并结合我国医学教育现状,对VR与AR在口腔黏膜病学应用中趋势进行展望。
  关键词:5G网络;虚拟现实;增强现实;口腔黏膜病学
  引言
  口腔黏膜病病因复杂多样、病种繁多冗杂、极易混淆,且目前临床上缺乏特效的治疗药物和方法,常常存在同病异治、异病同治的特点,是口腔医学教学难题之一。口腔黏膜病学则是口腔医学中一门特殊的学科,可由其他临床复杂病引起,与普通内科学关系较密切,由于口腔黏膜疾病具有病因繁多、病损多样、诊断和治疗较为复杂等特点,导致教师备课、授课及学生理解课程内容上均存在一定困难。而在临床实习阶段,学生实践时间短,因此造成口腔医学毕业生在口腔黏膜疾病的诊治中实践能力普遍较低。因此,教师在开展口腔黏膜病学教学时,应重视学生实践操作能力及临床诊疗思维能力的培养。5G时代下的VR与AR技术应用于口腔黏膜病学,一方面可通过模拟各种口腔黏膜病临床场景,让学生体验真实的相关操作或临床用药,并通过VR和AR技术评判治疗是否得当;另一方面将病理切片数据導入系统中,不仅可以观察到疾病的病理变化,还可以将病理变化与临床表现结合在一起,利于学生对疾病的深入理解和全面掌握。通过这样生动、形象、具体且有效的教学方法,能促使学生更快、更好地掌握口腔黏膜病学相应的操作技能。
  1.口腔黏膜病学的教学现状
  以往的口腔黏膜病学在理论教学阶段主要是教师传授的灌输式教学方法为主。教学内容源于国家统编教材,通过对疾病的基本病损、形态特征、分布特点和演变过程来认识疾病;学生主要靠死记硬背,学习积极性不高。在临床实习阶段,强调老师的权威性,学生的学习主动性难以发挥,再加之口腔黏膜病学实践时间同比其他学科较短,使理论和实践严重脱节,学生还未将理论知识与丰富多变的临床实际相结合,实习已经结束,故无从谈起自主学习和分析推理能力的调动及养成,最终导致毕业后口腔黏膜病临床问题的解决能力普遍较低[1]。
  2.基于5G网络下VR与AR在口腔黏膜病学中的应用
  2.1 VR与AR的特点
  虚拟现实(virtual reality,VR)技术起源于 20 世纪 60 年代,其技术特征是通过计算机模拟出一个接近真实的虚拟环境,提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟,使用户产生一种交互式的三维动态视景和实体行为系统沉浸感[2]。目前已有研究认为VR技术可使用户自然地沉浸其中,通过各种方式与传感系统交互来唤醒或复制其对真实物质世界的感受,从而代替或增强使用者的真实体验[3]。增强现实技术(AR)于1990年提出,是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术。AR技术具有虚实结合、实时交互、三维注册的特征。AR与VR具有沉浸感、交互性、构想性和智能化四大特点。目前随着5G网络的不断兴起,VR技术的发展越来越迅猛,应用范围越来越广阔。将VR技术用于口腔医学教学也必将成为未来发展的趋势。
  2.2 VR与AR在口腔黏膜病学中的应用特点
  2.2.1 教学资源广阔,教学内容丰富
  将VR与AR应用于口腔黏膜病学教学,使教学不再局限于课堂,而是视频资料分析诊疗情景再现和诊疗后的病例讨论的结合[4]。使教学内容更加丰富,形式更加多样,提高学生课堂参与度。
  2.2.2 教学成本低,教学效果佳
  操作技能的练习所用耗材成本较高,借助VR和AR系统,可为医学生提供逼真的操作练习环境[5]。口腔黏膜病学所用病理切片成本较高,且缺乏趣味性,教学效果低。而VR与AR不仅可以提供真实的临床操作环境,将病理切片数据导入系统中,不仅可以观察到疾病的病理变化,还可以将病理变化与临床表现结合在一起,利于学生对疾病的深入理解和全面掌握。通过VR与AR技术可以大大降低口腔黏膜病学的教学成本,教学成效显著。
  2.2.3 教学内容的可视化
  VR、AR的感知技术包括视觉传感、眼球追踪、体感识别、触觉反馈等。各种感知技术通过追踪人体动作,使用户感知周围环境,形成动作反馈,从而完成视觉、听觉、触觉、嗅觉等的全感知体验。由于视觉是这些感觉当中最核心的感觉,故教学内容的可视化尤为关键。口腔黏膜病学的概念性、理论性的内容往往是学习的难点,而VR、AR 通过动画演示的形式呈现,将大大简化学习者认知的过程。
  2.2.4 临床实践操作的真实性
  口腔黏膜病学的实验课程少,临床操作练习缺乏真实性,且实习时间短,不利于学生将理论知识与临床实践相结合。将VR与AR技术用于口腔黏膜病学的相关操作中可以大大提高学生临床操作的真实体验感。如多数口腔黏膜疾病的确诊都需要取组织病理活检,此内容可以通过VR技术展示甚至全程指导学生进行虚拟操作,通过VR技术模拟病损,从病损的消毒、局部麻醉、至病损部位的选择、切取及缝合,均让学生在虚拟环境下自主操作,教师在线点评,使学生对整个病损活检技术有更为全面、清晰、深刻的认识,巩固学习成果,有效减少临床操作中的失误,激发学生学习的积极性和主动性[4]。   3.未来展望
  随着人们对口腔健康的关注,社会对高素质、临床技能熟练、实践能力强的口腔医学生的需求越来越紧迫。如何使口腔医学生把所学的口腔黏膜病学理论知识与实践联系起来,巩固和拓展医学的口腔基本理论知识,继而具备较强的口腔黏膜病的临床诊治能力,是口腔黏膜病学教学工作的重点[1]。VR与AR的发展是离不开5G高速网络的。5G网络实现,在不久的将来,5G网络新技术将成为VR、AR产业赖以发展的通信技术。VR、AR主动而有效地聚焦学习问题,挑战原有假设、制定新的规则,把死记硬背转变为理解运用,把枯燥乏味的题海战术调整为新鲜刺激的探险挑战,使学习者真正学有所获[6]。虚拟现实技术和增强现实技术是科技化的新兴产物,在医学教学中极具潜力,它可以突破传统教学的限制,建立现代化教学模式,提高教师教学能力,提升教学质量,推动医学教育的发展[7]。随着5G网络的不断发展,以及VR与AR技术的不但成熟,5G时代下VR与AR技术用于口腔黏膜病学教学中指日可待。
  [参考文献]
  [1]王新文,刘源,刘青,卫明慧.口腔黏膜病教学中循证医学思维的培养[J].牙体牙髓牙周病学杂志,2016,26(06):385-386+380.
  [2]Steuer JS. Defining virtual reality: Dimensions determining telepresence [J]. Journal of Communication, 2010, 42 (4): 73- 93.
  [3]Badash I, Burtt K, Solorzano CA, Carey JN (2016)Innovations in surgery simulation: a review of past, current and future techniques. Ann Transl Med 4(23):453.
  [4]汪苑苑,朱婉立,刘青,焦凱.浅谈虚拟现实技术在口腔黏膜病学教学中的应用[J].医学教育研究与实践,2020,28(03):491-493+509.
  [5]孟凡皓,朱智慧,张小辉,张韬.虚拟现实和增强现实技术在口腔医学领域中应用的研究进展[J].山东医药,2018,58(34):101-103.
  [6]杨静.口腔基础医学教学中慕课的应用分析[J].全科口腔医学电子杂志,2019,6(22):16-17.
  [7]甘淋玲,沙川,王博.VR技术在中国医学教学中的实践与思考[J].中华医学教育探索杂志,2019(09):871-875.
  基金项目:陕西省高等教育MOOC中心2017年SPOC定制项目(17MZ39)。
  (作者单位:西安医学院口腔医学院,陕西 西安 710075)
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