林育華 詹婧彧 黎 瑞 施 敏 李金軍

（上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院口腔預防科，上海交通大學口腔醫(yī)學院，國家口腔醫(yī)學中心，國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心，上海市口腔醫(yī)學重點實驗室，上海市口腔醫(yī)學研究所，上海 200011）

刷牙宣教是口腔保健宣教中重要的一部分[1]，每個口腔醫(yī)學生和醫(yī)生都需掌握刷牙宣教，且刷牙宣教是口腔執(zhí)業(yè)醫(yī)師操作考試的內(nèi)容[2]。目前刷牙宣教的教學方式是在刷牙模型上示范和操作，很難記錄每次操作的結(jié)果，無法重現(xiàn)每次操作，缺乏趣味性。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)和動作捕捉技術(shù)的發(fā)展，我校結(jié)合這些新科學技術(shù)的手段，研發(fā)了基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)，并應用于日常教學中。

基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)是利用虛擬仿真教學方式以及操作演示模塊，讓學員分解動作、獲得效果反饋，加深對顫動、拂刷等動作要領(lǐng)的理解，達到掌握正確刷牙方法的教學目的。該系統(tǒng)硬件包含光學定位儀、牙模、牙刷、電腦和服務器，軟件包含理論學習、視頻演示、操作練習和考核。該系統(tǒng)可以記錄刷牙的過程，可以重現(xiàn)之前的操作，方便糾正錯誤的動作。本研究將該系統(tǒng)應用于實際教學過程，探索該系統(tǒng)是否適合刷牙宣教教學，學生能否通過該系統(tǒng)進行自學，學生是否更感興趣。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象和分組

選取上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院第一年剛?cè)雽W的口腔規(guī)培生36 名，隨機分為A、B 兩組，A 組19 人，B 組17 人。

1.2 方法

A 組教師采用傳統(tǒng)教學法，即ppt 講課和模型進行示范教學，學生練習，教學前和教學后進行技能考核。B 組學生采用軟件教學法，即采用基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)進行學習，教學前和教學后進行實踐技能考核。實踐技能考核教師均持有國家執(zhí)業(yè)醫(yī)師實踐技能考試考官證，采用相同標準對學員進行考核。兩位教師均通過標準一致性檢驗（kappa＞0.8）。最后，通過問卷調(diào)查進行教學效果評價。該問卷為結(jié)構(gòu)化問卷，包括學習目標、學習興趣、技能掌握程度和教師講課質(zhì)量評價等方面。

基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)的介紹：

本套系統(tǒng)硬件部分包含12 個攝像頭，1 套電腦，1 個大屏幕，（我校采用的動作捕捉攝像頭為 OptiTrack -Prime 13W），軟件部分包含刷牙教學操作系統(tǒng)和動捕軟件系統(tǒng)。刷牙教學操作系統(tǒng)包含：實驗目的、實驗介紹、學習模塊和測試模塊。其中學習模塊包含：理論學習、視頻播放和操作練習（包含網(wǎng)頁版練習和動捕版練習）。測試模塊分為網(wǎng)頁版測試和動捕版測試，見圖1～6。

圖1 硬件部分

圖2 軟件界面

圖3 網(wǎng)頁版練習模塊

圖4 動捕版練習模式

圖5 網(wǎng)頁版測試界面

1.3 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 22.0 進行數(shù)據(jù)處理，計量資料以均數(shù)±標準差表示，實踐技能考核結(jié)果成績組間比較采用獨立樣本t檢驗。問卷調(diào)查結(jié)果比較采用卡方檢驗。

2 結(jié)果

2.1 實踐考核結(jié)果

兩組學生實踐考核結(jié)果見表1，A 組的教學前實踐考核平均成績?yōu)椋?0.8±18.63）分，B 組教學前實踐考核平均成績?yōu)?63.6±15.98）分，兩者差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。A 組的教學后實踐考核平均成績?yōu)椋?2.7±5.36）分，提高了30.9%，B 組教學后實踐考核平均成績?yōu)?91.2±6.55）分，提高了43.4%，兩組教學后成績均比教學前顯著提高（P＜0.05），但兩者之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。以此可見，兩種教學方法均能有效提高學生的實踐考核水平，且兩種方法之間效果相似，無明顯區(qū)別。

表1 實踐考核結(jié)果（分，±s)

表1 實踐考核結(jié)果（分，±s)

2.2 問卷調(diào)查結(jié)果

在教學完成后，所有受試者均完成了問卷調(diào)查，結(jié)果見表2。結(jié)果顯示，學習目標兩組學員均認為教學目標清晰明確，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），學習興趣度有統(tǒng)計學差異，軟件教學法組更有興趣（P＜0.05），自覺技能掌握程度差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），講課質(zhì)量差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表2 兩種不同教學方法的效果評價(人)

虛擬仿真軟件教學可以大大激發(fā)學生的興趣，加強他們的主觀能動性。受試者認為兩種教學方法均能讓自己掌握相應技能，同時也對教學質(zhì)量滿意。

3 討論

虛擬仿真，也稱虛擬實境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用計算機技術(shù)生成一個逼真的具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實體相互作用，使操作者產(chǎn)生身臨其境的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進的數(shù)字化人機接口技術(shù)[3]。

近年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)在口腔教學領(lǐng)域逐漸得到應用，目前成熟的產(chǎn)品有日進的simodont、迪凱爾的艾知星、眾繪的UniDental 等[4]。其中可以分為兩大類：一類為力反饋設(shè)備結(jié)合3D 圖像，代表的產(chǎn)品有simodont 和UniDental；另一類為通過導航儀實時捕捉標記點的影像，從而計算出標記點的精確坐標，做到實時跟蹤器械與牙模，代表的產(chǎn)品有迪凱爾的艾知星[5]。而我校的基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)屬于第二類。動作捕捉系統(tǒng)多數(shù)應用于電影拍攝[6]，我校的這套系統(tǒng)屬于國內(nèi)首次在口腔教學領(lǐng)域的應用。

利用虛擬仿真技術(shù)在口腔實踐教學領(lǐng)域可以使教學的形式更加生動，更加具有吸引力。在本次的教學研究中，學生明顯對基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)更感興趣，更能激發(fā)學生的學習熱情。而且利用此教學系統(tǒng)相比較于傳統(tǒng)的教學方式可以更好展示操作者的操作過程，利于學生相互之間糾正動作。通過本次研究，可以發(fā)現(xiàn)使用基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)對于學生的技能掌握效果與傳統(tǒng)教學沒有差異。學生通過軟件系統(tǒng)自學可以達到教學目標。

利用虛擬仿真技術(shù)可以打破空間的限制，學習者可以在任意有網(wǎng)絡(luò)的地方，通過網(wǎng)絡(luò)學習。在疫情期間，以基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)為基礎(chǔ)，開展基于虛擬技術(shù)的線上刷牙宣教實踐活動，用于普通人群的刷牙宣教，獲得第36 屆上海市青少年科技創(chuàng)新大賽三等獎。

當然基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)也存在一些問題，比如在設(shè)備運行前，需要對設(shè)備進行校準，需要專業(yè)人員操作；動作捕捉系統(tǒng)對于光線要求高，需要沒有反光的場地，同時操作者身上不能有反光的材質(zhì)，這些都會影響動作捕捉系統(tǒng)的精度，從而影響動作捕捉系統(tǒng)的多場景應用。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，學生完全可以通過基于MR 和動作捕捉系統(tǒng)的刷牙虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)進行自學，達到掌握刷牙宣教的目的，使這項技能培訓教學開展更加便捷，節(jié)約教師資源。