一、项目简介

牙周操作实验教学是口腔教学中的重要内容，传统上以模拟操作培训为主。牙周操作所在的空间有限（口腔内）、动作幅度小（以毫米计）、精度要求高（包括幅度、角度、力量大小等），模拟培训的过程、结果均无法准确评估，使得教学双方不能充分发现教学中存在的问题，导致教学效率低下。本项目通过使用国产的首套配备力学反馈传感器的口腔培训用虚拟仿真系统，经前期验证，在牙周操作尤其是最重要的牙周探诊、龈上洁治、龈下刮治培训方面具有良好的实用性和分辨度，相比于传统的教学方法，该系统具有可高精度量化、可模拟常见及非常见病例、无材料消耗等特色，可以使学生重点掌握实际操作所需要的幅度、力度和方向，多次重复练习，同时通过人机交互回放和分析，开创并探索牙周操作教学量化和规范化的新途径。

本项目通过建立一个虚拟仿真的牙周基本技能操作环境，进行诊疗全程关键操作步骤的练习（包括牙周探诊、龈上洁治、龈下刮治3个单元，合计10.5个学时），一方面受训者能实际体验特定操作所需要的力量、方向、幅度、角度和运动轨迹等精细的动作技能，另一方面系统能实时记录受训者操作过程的力觉和运动数据，可以进行人机交互的回放和分析，从而实现量化的教学、培训和考核等，并调动学生参与实验教学的积极性和主动性。

自2013年起本项目在北京大学口腔医学院实验教学中心开展已4年，期间根据学生和带教老师的使用反馈不断优化、完善软件算法和硬件设备。在前期实验教学中分别比较了医学生和医生以及低年资医师和高年资医师的操作效果，此虚拟现实操作系统不仅能很好地反应使用者的实际操作效能，而且能够有效提高带教老师对教学过程的把握度以及医学生对临床技能操作训练的兴趣，进而提高教学效率和教学质量，为受训者进入临床真正接触患者的操作打下良好基础。相关成果已经于2016年发表于欧洲牙医学教育杂志（Eur J Dent Educ）上。

项目简介视频：https://pan.baidu.com/s/1pMCrRzP

龈上洁治交互训练：http://www.unidraw.com/webgl/yinshangjiezhi/index.html

二、实验方法与步骤要求

实验方法：即将进入前期实习室训练的学生采用传统教学方法联合虚拟现实技术进行训练。考核方式包括传统经典的实习室考核及临床生产实习阶段的考核，重点考察各项技能要点的掌握情况，尤其是牙周探诊、龈上洁治术和龈下刮治术等牙周病学最基本最重要的技能要点的考核。

步骤要求（具体操作详见附件1操作指南（中文版），附件2操作指南（英文版））：

（一）探诊单元

1.    建立3D空间、力觉感受；

2.    25g探诊力量的训练；

3.    有限口腔空间的双手协同操作训练（左手口镜，右手探针）

4.    探诊位置、方向及探诊角度的训练；

5.    探诊深度和准确探诊读数的训练；

（二）龈上洁治单元

6.    有限口腔空间的双手协同操作训练（左手口镜，右手洁治器）；

7.    洁治顺序、位点、器械选择、器械放置要点等的训练；

8.    龈上洁治去除牙石方向、用力方式等技能的训练；

9.    全口腔双手协同操作的训练（龈上洁治）；

（三）龈下刮治单元

10.  有限口腔空间的双手协同操作训练（左手口镜，右手刮治器）；

11.  龈下刮治顺序、牙位和器械选择的训练；

12.  全口腔双手协同操作的训练（龈下刮治）。

通过上述12步循序渐进的训练，逐步熟练掌握牙周病学前期实习所有要求的操作技能。

附件1-虚拟现实牙周科教学培训实验教程-中文.doc

附件2-虚拟现实牙周科教学培训实验教程-英文.docx

三、实验教学项目特色

    本项目以自主创新研究带动教学内容的创新和丰富，由我院专家和北航合作开发，是国产的首套配备力学反馈传感器的口腔培训用虚拟仿真系统，具有较高的先进性和实用性，中心从教学及学生的需求出发，将其用于牙周操作技能的教学、培训和考核，开创并探索牙周操作教学量化和规范化的新途径。逐步构建了我国原创的较为完善的口腔医学虚拟仿真教学内容体系，将为其他院校建设数字口腔医学教学体系提供重要的参考，对全国口腔医学院校具有较强的示范效应。

突出多学科交叉的创新特色和前沿引领，多学科交叉，不仅体现在口腔医学各二级学科或专业间的交叉融合；更体现数字口腔医学与信息工程、自动化、大数据等不同学科和方向的交叉融合，突出了前沿知识和技术的创新、引领和带动。

创新口腔医学虚拟仿真的教学模式，突出以问题导向，创新推出具有数字口腔虚拟仿真现实教学体系，系统具有逼真力反馈手感、即时人机交互、过程标准规范、无耗材反复练习且便于自我评价和教师监控的优势。突出数字口腔医学实践教学的特点，学生可以选择练习模块、自行评价，并从老师那得到进一步的反馈和结果，从而充分调动学生参与实验教学的积极性和主动性。训练无需耗材，节省费用的同时减少仪器磨损。

项目通过建立一个虚拟仿真的训练操作环境，让受训者进行牙周诊疗关键操作步骤的练习，受训者能实际体验特定手术操作所需要的力量和运动轨迹等精细的动作技能，系统同时记录受训者操作过程的力触觉和运动数据，训练过程中及结束后可以进行人机交互的回放和分析，从而实现量化的教学、培训和考核等。

    综上，本项目创建了全国领先的口腔医学虚拟仿真教学体系，本实验教学中心将继续支持UniDental系统功能的拓展以及软件功能、实训程序的开发，其在操作要求非常高的口腔医学各专业中的应用必将不断加强，从而开启口腔医学学习训练的新时代。

四、实验教学项目持续建设服务计划

    北京大学口腔医学院教学中心将支持本实验教学项目今后5年继续向高校和社会开放服务，包括：

1.面向所有北京大学口腔医学专业的本科生、进入住院医师规范化培训的住院医师和专业硕士研究生、全国各地来源的牙周专业的进修生，在其进入临床前期实习室训练的同期或进入临床学习的前期接收本项目的培训，以提高相应技能；

2.继续支持本项目所使用系统功能的拓展以及软件功能、实训程序的开发与

更新，持续扩展牙周复杂疾病虚拟病案库，使其在操作要求非常高的口腔医学各专业中的应用不断加强；

3.参加每年全国口腔教育教学会议，宣传该项目；

4.申请作为北京市中小学生社会实践基地，并开展北京地区及全国口腔院校暑期开放教学；

5.对每年牙周科继续教育学习班学员开放服务。

五、计算机特殊外置硬件要求

1.力反馈设备（六自由度运动、三自由度力反馈、两台）

2.液晶显示器（HDMI信号传输、USB供电、1920*1080分辨率）

3.Windows触屏显示器（HDMI信号传输、1920*1080分辨率）

4.医用脚踏板（可控制键盘消息、USB接口、双位）

六、项目相关的研究课题、文章及奖励：

项目资助：

l        国家自然科学基金（50275003）,“面向口腔临床操作模拟训练系统的触觉再现技术研究”, 2003.1-2005.12

l        国家自然科学基金（50575011），“触觉交互系统的稳定性分析”，2006.1-2008.12

l        国家自然科学基金（60605027），“基于双模式触觉交互的灵巧动作技能训练方法研究”， 2007.1-2009.12

l        国家863计划探索导向课题（2007AA01Z310），“面向手眼协调操作的触(力)觉合成和视觉-力觉融合再现技术”，2007.12-2009.12

l        2013年度北京大学口腔医学院教学改革资助项目（编号：2013-ZD-03）：视-听-触多感觉反馈的牙周手术模拟教学系统在牙周操作培训中的应用和评价

已发表的相关文章：

1.    Wang D, Li T, Zhang Y, Hou J*. Survey on multisensory feedback virtual reality dental training systems. Eur J Dent Educ. 2016 Nov;20(4):248-260

2.   Wang, Dangxiao; Zhang, Yuru; Hou, Jianxia; Wang, Yong; Lv, Peijun; Chen, Yonggang; Zhao, Hui. iDental: A haptic-based dental simulator and its preliminary user evaluation. IEEE Transactions on Haptics. 2012; 5(4): 332-343

3.   Wang D, Zhao X, Shi Y, Zhang Y, Hou J, Xiao J. Six Degree-of-Freedom Haptic Simulation of Probing Dental Caries Within a Narrow Oral Cavity. IEEE Trans Haptics. 2016 9(2): 279-91

4.   侯建霞，石巧. 虚拟现实技术在牙科操作培训中的应用. 国际口腔医学杂志, 2015; 42 (1): 69-74

5.   侯建霞，张艳玲，詹雅琳，黄文雪，苗莉莉，王党校. 虚拟现实视听触多感觉反馈牙周模拟操作系统对牙周前期训练的影响.中华医学教育杂志, 2018; 38(1)（已接收）

奖励：

2013年11月 全国高校教育技术协作工作委员会第八届年会 《信息技术与教学深度融合》学科应用创新案例二等奖 （成果完成人第1位）

七、未来发展方向

    模拟口腔诊室三维环境，通过虚拟现实眼镜进行画面输出，能给使用者带来更高沉浸感，人机交互方式更加自然。