Обзор робот-ассистированных систем, применяемых при обучении специалистов стоматологического профиля

Авторы:
  • А. Е. Яблоков
    ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, Самара, Россия
  • А. В. Иващенко
    ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, Самара, Россия
  • И. М. Федяев
    ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, Самара, Россия
  • И. Н. Колганов
    ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, Самара, Россия
  • В. П. Тлустенко
    ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, Самара, Россия
  • М. М. Уханов
    ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России, Москва, Россия
Журнал: Российская стоматология. 2019;12(1): 28-31
Просмотрено: 481 Скачано: 85

Актуальность исследования

Перспективным направлением современного стоматологического образования являются разработка и применение робот-ассистированных систем (РАС) с целью накопления мануальных и теоретических навыков у студентов-стоматологов и практикующих врачей. РАС представляют собой комплекс автоматизированных, механотронных, электронно-вычислительных техник, связанных между собой в единую систему.

Современные обучающие РАС оснащены механическими манипуляторами, помогающими снизить негативное влияние человеческого фактора во время обучения. Однако данные современные системы не способны проводить критический анализ смоделированной клинической ситуации. В будущем данные системы будут оснащены искусственным интеллектом и искусственные нейронные сети будут проводить ее критический анализ. На основе полученного анализа РАС будут принимать решения о правомерности проведения вмешательства.

Анализ литературы позволяет сделать вывод, что современные РАС не являются полноценными роботами, так как не обладают искусственным интеллектом.

Цель исследования — проанализировать возможности применения РАС в стоматологии для обучения студентов-стоматологов и повышения профессиональных навыков врачей.

Материал и методы

Первичное обучение на робот-ассистированных фантомах сделает более плавным переход студентов-стоматологов к клинической практике, позволит им отработать и закрепить навыки эргономики и инфекционной защиты в безопасных условиях, что в свою очередь снизит риски неудачи для их первого реального пациента [1—3].

В то же время было установлено, что виртуальный симулятор не может заменить традиционное обучение с преподавателем и должен использоваться только в качестве дополнения [4].

1. Роботы-симуляторы, использующие дополненную и виртуальную реальность для препарирования зубов

Дополненная реальность — виртуальные 3D-объекты интегрируются в реальную окружающую 3D-среду в реальном времени. Современные стоматологические тренажеры используют и дополненную, и виртуальную реальность, с их помощью можно улучшить мануальные навыки, эргономику, недостатки таких тренажеров — высокая стоимость и наличие занятий, связанных только с препарированием зубов [5, 6].

Примеры роботов-симуляторов

Виртуальный симулятор DentSim 5,0 (США) [7]. Система состоит из фантома головы, в проекции челюсти, на которой проводится препарирование зубов под непрямые реставрации, неподвижно фиксируется пластина, содержащая пассивные инфракрасные видеотрекеры. В пределах ручки турбинного стоматологического наконечника неподвижно фиксированы пассивные видеотрекеры, окрашенные краской, способной светиться в инфракрасном диапазоне. Отслеживание передвижения видеотрекеров осуществляется роботизированным зрением (видеокамера, снабженная фотофильтром, отсекающим видимый спектр света) [8, 9]. Перед началом обучения проводят калибровку взаимного положения стоматологического наконечника и фантома головы пациента. Обучающемуся предлагают сценарий препарирования кариозной полости. В процессе препарирования в онлайн-режиме студент контролирует качество сошлифовывания твердых тканей, руководствуясь данными виртуальной модели, расположенной на мониторе компьютера. Оборудование предусматривает также сценарий дентальной имплантации, в котором студент осваивает этапы операции. Разработчики объединили в данной системе реальный стоматологический наконечник с реальным фантомом головы пациента и усилили отработку мануальных навыков за счет дополненной реальности.

В исследовании T. Jasinevicius и соавт. (2004) доказано, что применение виртуального симулятора DentSim значительно (в 5 раз) снижает время на обучение препарированию зубов при таком же качестве знаний [10].

VirTeaSy Dental (Франция) — виртуальный симулятор для обучения студентов-стоматологов. Содержит программы в области имплантологии, кариесологии, протезирования и эндодонтии. Сценарий клинического случая проецируется на монитор компьютера. Обеспечение синхронности движений манипулятора обучающегося и виртуального инструмента происходит в онлайн-режиме. Благодаря обратной связи появляется тактильный отклик.

SIMODONT (Нидерланды) — виртуальный симулятор. Программа создана при участии ACTA (Academic Centre for Dentistry in Amsterdam). Обучающийся самостоятельно моделирует клинический случай на мониторе компьютера и осуществляет виртуальное взаимодействие с пациентом. Для воссоздания реалистичной обстановки обучающийся держит в руках стоматологическое зеркало и наконечник, воспроизводится звук работающего наконечника, изменяется скорость вращения боров и фрез при помощи педали. Программа содержит множество различных уроков и реальных клинических случаев.

I. Mirghani и соавт. (2018) исследовали качество выполнения учебных задач на виртуальном симуляторе Simodont у 289 врачей с опытом работы от 1 года до 5 лет [11]. Было выявлено значительное различие между опытными врачами и теми, кто имел опыт не более 1 года. Однако каких-либо различий между врачами с опытом работы 3 года—5 лет не обнаружено.

В исследовании M. Bakr и соавт. (2014) не наблюдали существенной разницы в психомоторных навыках двух групп студентов 2-го года обучения (по 20 че-ловек в каждой), при том что одна из групп прошла вначале обучение по препарированию кариозных полостей на виртуальном симуляторе, а потом на традиционном фантоме, а вторая группа — наоборот [12]. Нужно отметить, что занятие на виртуальном симуляторе длилось всего 30 мин, и большинство (62,5%) студентов считали, что тренировка на симуляторе улучшила их мануальные навыки.

Kobra (Швеция) — виртуальный симулятор. Состоит из тактильного устройства, имитирующего стоматологический наконечник, монитора, 3D-стерео-очков и ножной педали. Симулятор Kobra предназначен для обучения хирургической стоматологии: удаление зубов (в том числе ретенированных), операции резекции верхушки корня и т. д.

Voxel-Man Dental (Германия) — виртуальный симулятор. Стоматологический симулятор позволяет использовать боры различной формы на низкой и высокой скоростях, которые регулируются ножной педалью. Программа дает возможность рассматривать зубы со всех сторон, используя виртуальное стоматологическое зеркало. Изображения зубов, в том числе поперечные срезы, были получены с микротомографий реальных зубов.

Леонардо (Россия) — гибридный симулятор, разработанный в 2017 г., был апробирован на кафедре пропедевтики стоматологических заболеваний РУДН и презентован на стоматологической выставке в Кель-не (Германия) IDS2017, одобрен стоматологической ассоциацией России (СтАР). В комплект симулятора входят стоматологическая турбинная установка, турбинный наконечник, микромотор, рабочее место ассистента-стоматолога, фантом головы стоматологического пациента со встроенными моделями зубных рядов на металлическом артикуляторе. Датчики отслеживают расположение в пространстве турбинного наконечника, микромотора, боров, стоматологического зеркала, карпульного шприца. Доступны клинические задачи в области терапевтической стоматологии, ортопедической стоматологии, выполнения местной анестезии.

ASCLEPIA (Россия) — виртуальный симулятор. Содержит два воспринимающих устройства, создающих тактильные обратные ощущения. Программным обеспечением симулируется работа всеми типами боров по ISO и ГОСТ, а также основными типами бормашин и их наконечников. Число оборотов регулируется ножной педалью. Включено 10 задач из раздела терапевтической стоматологии. Есть возможность создания собственных заданий.

2. Роботы, физически имитирующие пациента

В Японии для обучения студентов-стоматологов были разработаны РАС, полностью имитирующие тело человека [13,14].

Dentaroid — РАС (Япония), имитирующая пациента, создана при участии университетов Showa, Waseda и Kogakuin. Первые варианты этого робота назывались Showa Hanako 1 и Showa Hanako 2. Рост Dentaroid составляет 157 см, кожу имитирует мягкая пластмасса, мягкие ткани в полости рта и язык сделаны из силикона. Робот может выполнять 12 различных движений: мигание, движение глаз, движения языка (физиологические), неожиданное покачивание головы при ощущении боли, чиханье, кашель (удушье), движения рук, изменение пульса, изменение формы дыхания и др. Встроена функция распознавания голоса.

Simroid — РАС (Япония), имитирующая пациента. Сенсорные датчики расположены в полости рта и на теле РАС. РАС отвечает на действия стоматолога движениями глаз, головы, губ, рук, может открывать и закрывать рот, имитируя естественную реакцию пациента. РАС распознает японский и английский языки и может отвечать на простые вопросы. Две видео-камеры записывают процесс лечения. Доказано, что применение роботов Simroid улучшает не только мануальные навыки, но и навыки общения с пациентом как у студентов-стоматологов, так и у врачей, недавно получивших диплом [15].

Кроме того, в исследовании S. Abe и соавт. (2018) установлено, что после обучения на роботе Simriod студенты получают больше навыков в области эргономики, безопасности и инфекционного контроля по сравнению с применением стандартного фантома головы, и, согласно опросу, робот очень похож на реального пациента [16]. Однако мануальные навыки по препарированию зуба под коронку были одинаковы у всех студентов независимо от вида фантома.

Заключение

Использование обучающих РАС позволяет отрабатывать полученные мануальные навыки студентам-стоматологам, а уже практикующим специалистам — их совершенствовать. Обучение на РАС позволяет обучающемуся выявить и устранить свои ошибки, допущенные во время отработки мануальных навыков. Но следует понимать, что РАС не оснащены искусственным интеллектом и не могут в полной мере заменить пациента. Поэтому работа с РАС является лишь «репетицией» клинического случая, максимально приближенного к реальному.

Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований ФГБОУ ВО «СамГМУ» Минздрава России.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Я.А.E., И.А.В., К.И.Н.

Сбор и обработка материала: Я.А.Е., И.А.В., Ф.И.М., У.М.М.

Статистическая обработка данных: Я.А.Е., И.А.В., Ф.И.М., К.И.Н., У.М.М.

Написание текста: Я.А.Е.

Редактирование: Я.А.Е., И.А.В., Ф.И.М., Т.В.П.

Список литературы:

  1. Ziv A, Wolpe PR, Small SD, Glick S. Simulation-based medical education: an ethical imperative. Acad Med. 2003;78:783-788.
  2. Buchanan JA. Use of simulation technology in dental education. J Dent Educ. 2001;65(11):1225-1231.
  3. Suganuma T, Kaizawa N, Ono Y, et al. Development of virtual patient system to improve a fundamental clinical skill. J Japan Assoc Simul-Based Edu Healthcare Profess. 2013;1:1‐5.
  4. Bakr MM, Massey WL, Alexander H. Can virtual simulators replace traditional preclinical teaching methods: a students’ perspective? Int J Dent Oral Health. 2015;2(1). https://doi.org/10.16966/2378-7090.149
  5. Huang TK, Yang CH, Hsieh YH, Wang JC, Hung CC. Augmented reality (AR) and virtual reality (VR) applied in dentistry. Kaohsiung J Med Sci. 2018;34(4):243-248. https://doi.org/10.1016/j.kjms.2018.01.009
  6. Wang D, Li T, Zhang Y, Hou J. Survey on multisensory feedback virtual reality dental training systems. Eur J Dent Educ. 2016;20(4):248-260. https://doi.org/10.1111/eje.12173
  7. Rose JT, Buchanan JA, Sarrett DC. The DentSim system. J Dent Educ. 1999;63(5):421-423.
  8. Welk A, Splieth C, Rosin M, Kordass B, Meyer G. DentSim — a future teaching option for dentists. Int J Comput Dent. 2004;7(2):123-130.
  9. Roy E, Bakr MM, George R. The need for virtual reality simulators in dental education: A review. Saudi Dent J. 2017;29(2):41-47. https://doi.org/10.1016/j.sdentj.2017.02.001
  10. Кузнецов А.В. Частичное отсутствие зубов как фактор биомеханического влияния на состояние костной ткани челюсти: Дис... д-ра мед. наук. М. 2012.
  11. Mirghani I, Mushtaq F, Allsop MJ, Al-Saud LM, Tickhill N, Potter C, Keeling A, Mon-Williams MA, Manogue M. Capturing differences in dental training using a virtual reality simulator. Eur J Dent Educ. 2018;22(1):67-71. https://doi.org/10.1111/eje.12245
  12. Bakr MM, Massey W, Alexander H. Students’ evaluation of a 3DVR haptic device (Simodont). Does early exposure to haptic feedback during preclinical dental education enhance the development of psychomotor skills? Int J Dent Clin. 2014;6:1-7.
  13. Kumar PY, Dixit P, Kalaivani V, Rajapandian K. Future Advances in Robotic Dentistry. J Dent Health Oral Disord Ther. 2017;7(3):00241. https://doi.org/10.15406/jdhodt.2017.07.00241
  14. Hamura A, Uzuka S, Miyashita W, Akiyama H, Hara S. Development of patient simulation systems for dental education, SIMROID. J Dent Res (Special lssue). 2011;87.
  15. Akiyama H, Uzuka S, Miyashita W, Hara S, Hamura A. Development of New patient simulation systems (SIMROID) for prosthodontic clinical training. JDEA. 2013;29:11‐20.
  16. Abe S, Noguchi N, Matsuka Y, Shinohara C, Kimura T, Oka K, Okura K, Rodis OMM, Kawano F. Educational effects using a robot patient simulation system for development of clinical attitude. Eur J Dent Educ. 2018;22(3):327-336. https://doi.org/10.1111/eje.12298