5G時(shí)代下VR與AR在口腔黏膜病學(xué)中的應(yīng)用

張耀超 李子夏 程宏杰

摘 要：5G網(wǎng)絡(luò)即第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5th generation mobile networks或5th generation wireless systems，簡(jiǎn)稱：5G），是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)目前的關(guān)注度極高，給人們的生活乃至整個(gè)社會(huì)的發(fā)展帶來(lái)了翻天覆地的改變。而虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）則是5G時(shí)代的最受關(guān)注和應(yīng)用最多的技術(shù)手段之一，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷成熟和發(fā)展，VR與AR有望在更多領(lǐng)域被推廣。目前VR與AR已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)?？谇火つげW(xué)是研究口腔黏膜疾病的基礎(chǔ)理論與臨床診治的學(xué)科，該學(xué)科內(nèi)容繁多且抽象。5G時(shí)代下VR與AR技術(shù)應(yīng)用于口腔黏膜病學(xué)的教學(xué)中將極大提高教學(xué)效率，增加學(xué)習(xí)趣味性，提高黏膜病臨床診療思維能力。本研究將對(duì)5G時(shí)代下VR與AR在口腔黏膜病學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行研究綜述，分析目前VR與AR在口腔黏膜病學(xué)中所面臨的挑戰(zhàn)，并結(jié)合我國(guó)醫(yī)學(xué)教育現(xiàn)狀，對(duì)VR與AR在口腔黏膜病學(xué)應(yīng)用中趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò);虛擬現(xiàn)實(shí);增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);口腔黏膜病學(xué)

引言

口腔黏膜病病因復(fù)雜多樣、病種繁多冗雜、極易混淆，且目前臨床上缺乏特效的治療藥物和方法，常常存在同病異治、異病同治的特點(diǎn)，是口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)難題之一?？谇火つげW(xué)則是口腔醫(yī)學(xué)中一門特殊的學(xué)科，可由其他臨床復(fù)雜病引起，與普通內(nèi)科學(xué)關(guān)系較密切，由于口腔黏膜疾病具有病因繁多、病損多樣、診斷和治療較為復(fù)雜等特點(diǎn)，導(dǎo)致教師備課、授課及學(xué)生理解課程內(nèi)容上均存在一定困難。而在臨床實(shí)習(xí)階段，學(xué)生實(shí)踐時(shí)間短，因此造成口腔醫(yī)學(xué)畢業(yè)生在口腔黏膜疾病的診治中實(shí)踐能力普遍較低。因此，教師在開展口腔黏膜病學(xué)教學(xué)時(shí)，應(yīng)重視學(xué)生實(shí)踐操作能力及臨床診療思維能力的培養(yǎng)。5G時(shí)代下的VR與AR技術(shù)應(yīng)用于口腔黏膜病學(xué)，一方面可通過模擬各種口腔黏膜病臨床場(chǎng)景，讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)的相關(guān)操作或臨床用藥，并通過VR和AR技術(shù)評(píng)判治療是否得當(dāng);另一方面將病理切片數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中，不僅可以觀察到疾病的病理變化，還可以將病理變化與臨床表現(xiàn)結(jié)合在一起，利于學(xué)生對(duì)疾病的深入理解和全面掌握。通過這樣生動(dòng)、形象、具體且有效的教學(xué)方法，能促使學(xué)生更快、更好地掌握口腔黏膜病學(xué)相應(yīng)的操作技能。

1.口腔黏膜病學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

以往的口腔黏膜病學(xué)在理論教學(xué)階段主要是教師傳授的灌輸式教學(xué)方法為主。教學(xué)內(nèi)容源于國(guó)家統(tǒng)編教材，通過對(duì)疾病的基本病損、形態(tài)特征、分布特點(diǎn)和演變過程來(lái)認(rèn)識(shí)疾病;學(xué)生主要靠死記硬背，學(xué)習(xí)積極性不高。在臨床實(shí)習(xí)階段，強(qiáng)調(diào)老師的權(quán)威性，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性難以發(fā)揮，再加之口腔黏膜病學(xué)實(shí)踐時(shí)間同比其他學(xué)科較短，使理論和實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生還未將理論知識(shí)與豐富多變的臨床實(shí)際相結(jié)合，實(shí)習(xí)已經(jīng)結(jié)束，故無(wú)從談起自主學(xué)習(xí)和分析推理能力的調(diào)動(dòng)及養(yǎng)成，最終導(dǎo)致畢業(yè)后口腔黏膜病臨床問題的解決能力普遍較低[1]。

2.基于5G網(wǎng)絡(luò)下VR與AR在口腔黏膜病學(xué)中的應(yīng)用

2.1 VR與AR的特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 60 年代，其技術(shù)特征是通過計(jì)算機(jī)模擬出一個(gè)接近真實(shí)的虛擬環(huán)境，提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，使用戶產(chǎn)生一種交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為系統(tǒng)沉浸感[2]。目前已有研究認(rèn)為VR技術(shù)可使用戶自然地沉浸其中，通過各種方式與傳感系統(tǒng)交互來(lái)喚醒或復(fù)制其對(duì)真實(shí)物質(zhì)世界的感受，從而代替或增強(qiáng)使用者的真實(shí)體驗(yàn)[3]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）于1990年提出，是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)。AR技術(shù)具有虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互、三維注冊(cè)的特征。AR與VR具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性和智能化四大特點(diǎn)。目前隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷興起，VR技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越迅猛，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣闊。將VR技術(shù)用于口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)也必將成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

2.2 VR與AR在口腔黏膜病學(xué)中的應(yīng)用特點(diǎn)

2.2.1 教學(xué)資源廣闊，教學(xué)內(nèi)容豐富

將VR與AR應(yīng)用于口腔黏膜病學(xué)教學(xué)，使教學(xué)不再局限于課堂，而是視頻資料分析診療情景再現(xiàn)和診療后的病例討論的結(jié)合[4]。使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，形式更加多樣，提高學(xué)生課堂參與度。

2.2.2 教學(xué)成本低，教學(xué)效果佳

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[5]。口腔黏膜病學(xué)所用病理切片成本較高，且缺乏趣味性，教學(xué)效果低。而VR與AR不僅可以提供真實(shí)的臨床操作環(huán)境，將病理切片數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中，不僅可以觀察到疾病的病理變化，還可以將病理變化與臨床表現(xiàn)結(jié)合在一起，利于學(xué)生對(duì)疾病的深入理解和全面掌握。通過VR與AR技術(shù)可以大大降低口腔黏膜病學(xué)的教學(xué)成本，教學(xué)成效顯著。

2.2.3 教學(xué)內(nèi)容的可視化

VR、AR的感知技術(shù)包括視覺傳感、眼球追蹤、體感識(shí)別、觸覺反饋等。各種感知技術(shù)通過追蹤人體動(dòng)作，使用戶感知周圍環(huán)境，形成動(dòng)作反饋，從而完成視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等的全感知體驗(yàn)。由于視覺是這些感覺當(dāng)中最核心的感覺，故教學(xué)內(nèi)容的可視化尤為關(guān)鍵?？谇火つげW(xué)的概念性、理論性的內(nèi)容往往是學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，而VR、AR 通過動(dòng)畫演示的形式呈現(xiàn)，將大大簡(jiǎn)化學(xué)習(xí)者認(rèn)知的過程。

2.2.4 臨床實(shí)踐操作的真實(shí)性

口腔黏膜病學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程少，臨床操作練習(xí)缺乏真實(shí)性，且實(shí)習(xí)時(shí)間短，不利于學(xué)生將理論知識(shí)與臨床實(shí)踐相結(jié)合。將VR與AR技術(shù)用于口腔黏膜病學(xué)的相關(guān)操作中可以大大提高學(xué)生臨床操作的真實(shí)體驗(yàn)感。如多數(shù)口腔黏膜疾病的確診都需要取組織病理活檢，此內(nèi)容可以通過VR技術(shù)展示甚至全程指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬操作，通過VR技術(shù)模擬病損，從病損的消毒、局部麻醉、至病損部位的選擇、切取及縫合，均讓學(xué)生在虛擬環(huán)境下自主操作，教師在線點(diǎn)評(píng)，使學(xué)生對(duì)整個(gè)病損活檢技術(shù)有更為全面、清晰、深刻的認(rèn)識(shí)，鞏固學(xué)習(xí)成果，有效減少臨床操作中的失誤，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性[4]。

3.未來(lái)展望

隨著人們對(duì)口腔健康的關(guān)注，社會(huì)對(duì)高素質(zhì)、臨床技能熟練、實(shí)踐能力強(qiáng)的口腔醫(yī)學(xué)生的需求越來(lái)越緊迫。如何使口腔醫(yī)學(xué)生把所學(xué)的口腔黏膜病學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，鞏固和拓展醫(yī)學(xué)的口腔基本理論知識(shí)，繼而具備較強(qiáng)的口腔黏膜病的臨床診治能力，是口腔黏膜病學(xué)教學(xué)工作的重點(diǎn)[1]。VR與AR的發(fā)展是離不開5G高速網(wǎng)絡(luò)的。5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，在不久的將來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)將成為VR、AR產(chǎn)業(yè)賴以發(fā)展的通信技術(shù)。VR、AR主動(dòng)而有效地聚焦學(xué)習(xí)問題，挑戰(zhàn)原有假設(shè)、制定新的規(guī)則，把死記硬背轉(zhuǎn)變?yōu)槔斫膺\(yùn)用，把枯燥乏味的題海戰(zhàn)術(shù)調(diào)整為新鮮刺激的探險(xiǎn)挑戰(zhàn)，使學(xué)習(xí)者真正學(xué)有所獲[6]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是科技化的新興產(chǎn)物，在醫(yī)學(xué)教學(xué)中極具潛力，它可以突破傳統(tǒng)教學(xué)的限制，建立現(xiàn)代化教學(xué)模式，提高教師教學(xué)能力，提升教學(xué)質(zhì)量，推動(dòng)醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展[7]。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，以及VR與AR技術(shù)的不但成熟，5G時(shí)代下VR與AR技術(shù)用于口腔黏膜病學(xué)教學(xué)中指日可待。

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基金項(xiàng)目：陜西省高等教育MOOC中心2017年SPOC定制項(xiàng)目（17MZ39）。

（作者單位：西安醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 710075）