يتعرف نظام نحت الأسنان بمساعدة الواقع المعزز (AR-ATCS) على علامات الأجسام ثلاثية الأبعاد ويقوم بتركيب نموذج سن افتراضي فوق كتلة شمعية حقيقية، مما يوفر مرجعًا بصريًا ثلاثي الأبعاد لمساعدة طلاب طب الأسنان المبتدئين أثناء عملية نحت الأسنان.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يتعرف نظام نحت الأسنان بمساعدة الواقع المعزز (AR-ATCS) على علامات الأجسام ثلاثية الأبعاد ويقوم بتركيب نموذج سن افتراضي فوق كتلة شمعية حقيقية، مما يوفر مرجعًا بصريًا ثلاثي الأبعاد لمساعدة طلاب طب الأسنان المبتدئين أثناء عملية نحت الأسنان.
الهدف من هذا البروتوكول هو تعزيز تعليم التشريح السني من خلال تطوير وتطبيق نظام لنحت الأسنان مدعوم بالواقع المعزز (AR-ATCS). يُعد شكل السن مكوناً أساسياً في التعليم السني، حيث يتطلب من الطلاب إتقان البنى التشريحية المعقدة ثلاثية الأبعاد (3D) والمعالم الوظيفية الضرورية للإجراءات السريرية مثل طب الأسنان الترميمي وعلاج جذور الأسنان. تقليدياً، يتم اكتساب هذه المهارات من خلال تمارين نحت كتل الشمع؛ ومع ذلك، غالباً ما يواجه هذا النهج قيوداً تتمثل في انخفاض الكفاءة التعليمية وجود فجوة معرفية كبيرة عندما يحاول الطلاب تحويل الرسوم التوضيحية ثنائية الأبعاد (2D) الموجودة في الكتب المدرسية إلى بنى مادية ثلاثية الأبعاد. ولمعالجة هذه التحديات، يصف هذا البروتوكول دمج تقنية الواقع المعزز (AR) في التدريب اليدوي على نحت الأسنان. يستخدم النظام تتبع الأجسام ثلاثية الأبعاد وخوارزميات الرؤية الحاسوبية لتركيب نموذج سن افتراضي ثلاثي الأبعاد عالي الدقة فوق مساحة العمل المادية. ومن خلال التعرف على علامات تتبع مخصصة بواسطة كاميرا جهاز محمول، يقوم النظام بإسقاط دليل رقمي بالمقياس والتوجيه الصحيحين مباشرة على كتلة الشمع. يتيح هذا المحاذاة بين الافتراضي والمادي للطلاب تصور شكل السن المستهدف في الوقت الفعلي وتحديد الانحرافات في تقدم عملية النحت فور حدوثها. يوفر البروتوكول سير عمل مفصلاً لإنشاء بيئة الواقع المعزز، ومحاذاة النماذج الافتراضية مع المواد المادية، واستخدام النظام كأداة تدريب ذاتية التوجيه. ومن خلال تقديم تغذية راجعة بصرية تفاعلية ومتعددة الزوايا، يقلل النظام من الاعتماد على العروض التوضيحية المستمرة من قبل المعلم ويحد من تأثير أخطاء النحت غير القابلة للإصلاح. وبشكل عام، يوفر هذا النهج المدعوم بالواقع المعزز أداة توجيه بصري تكميلية للتدريب التقليدي على التشريح السني من خلال دعم الطلاب المبتدئين أثناء نحت الأسنان وتوفير إطار عمل أكثر كفاءة لممارسة دراسة شكل السن.
يُعد علم مورفولوجيا الأسنان مكوناً أساسياً في التعليم السني، حيث يهدف إلى مساعدة الطلاب على الفهم المنهجي للمورفولوجيا التشريحية للسن وخصائص هيكلها ثلاثية الأبعاد1,2. وتعتبر ممارسة نحت الأسنان، كجزء هام من تدريس مورفولوجيا الأسنان، انعكاساً لمدى إتقان الطلاب لتشريح الأسنان، كما أنها تعمل على تدريب براعتهم اليدوية ومهاراتهم الجراحية3,4. وهي توفر أساساً ضرورياً للممارسة السريرية، ولا سيما في علاج التعويضات السنية2,5.
عادةً ما يتم إجراء التدريب التقليدي على نحت الأسنان تحت إشراف المعلمين، حيث يقوم الطلاب بنحت المورفولوجيا التشريحية للأسنان الأمامية والخلفية باستخدام كتل من الشمع أو الصابون3,5. ومع ذلك، فإن عدم التوازن بين عدد المعلمين والطلاب يجعل من الصعب على المدرسين تقديم توجيهات فردية كافية خلال فترة تدريس محدودة4,5. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يواجه الطلاب صعوبات معرفية كبيرة عند تحويل الصور ثنائية الأبعاد إلى أشكال ثلاثية الأبعاد، مما قد يقلل من كفاءة التعلم وفعالية التدريس على حد سواء2,5,6.
في السنوات الأخيرة، ومع التطور السريع للتقنيات الرقمية، تم تطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد، والواقع المعزز، والواقع الافتراضي، وغيرها من النهج الرقمية تدريجياً في تعليم التشريح الطبي والتدريس في مختبرات طب الأسنان6,7,8,9. وتتجاوز هذه التقنيات القيود التي تفرضها الأطالس التقليدية ثنائية الأبعاد، ومعاينة النماذج الفيزيائية، وعروض المعلمين التوضيحية في التجسيد الفراغي، مما يوفر للطلاب تجربة تعليمية أكثر بديهية وديناميكية وثلاثية الأبعاد5,6,9.
يُعد الواقع المعزز تقنية تصور تقوم بتراكب معلومات افتراضية تم إنشاؤها بواسطة الحاسوب فوق البيئة الحقيقية في الوقت الفعلي، مما يحقق اندماجاً بين الواقع والافتراض وتفاعلاً بين الإنسان والحاسوب. ومن خلال استكمال البيانات ثلاثية الأبعاد والمعلومات المكانية في سيناريوهات العالم الحقيقي، يمكن للواقع المعزز توسيع إدراك المراقب للهياكل المكانية المعقدة10,11. وهذه الميزة تجعل الواقع المعزز مناسباً بشكل خاص لسيناريوهات التدريس العملي التي تتطلب فهماً مكانياً وتنسيقاً بين اليد والعين. وفي الوقت الحالي، تم تطبيق تقنية الواقع المعزز بشكل أولي في تعليم التشريح وحظيت بردود فعل إيجابية11,12,13. وإلى جانب الإطارات التعليمية، تم نقل الواقع المعزز أيضاً إلى مجال طب الأسنان السريري؛ فعلى سبيل المثال، أبلغ Macrì وآخرون عن استخدام الكشف الجراحي بمساعدة الواقع المعزز لسن مطمور، مما أثبت إمكانية تطبيق التسجيل المكاني القائم على الواقع المعزز والتراكب الافتراضي-الحقيقي في الوقت الفعلي في الملاحة الجراحية الفموية14. ويوفر هذا التطبيق السريري دعماً إضافياً لإدخال التصور المكاني الموجه بالواقع المعزز في التدريب على مورفولوجيا الأسنان.
في هذا البروتوكول، استُخدمت تقنية الواقع المعزز (AR) للمساعدة في التدريب على نحت الأسنان من خلال تزويد الطلاب بمرجع بصري ثلاثي الأبعاد، مستمر وبديهي أثناء الممارسة، وهو ما قد يعمل كمكمل للتوجيهات التقليدية للمدرب. ولتحقيق هذا الغرض، تم تطوير نظام لنحت الأسنان مدعوم بالواقع المعزز، يتكون بشكل أساسي من برنامج واقع معزز، وكاميرا عالية الدقة، وقاعدة حاملة لكتلة الشمع، وأربعة علامات تتبع للأجسام ثلاثية الأبعاد مُصنعة بشكل منفصل. تم تجميع هذه العلامات على القاعدة الحاملة التي تثبت كتلة الشمع في موضع محدد مسبقاً. وأثناء التشغيل، يقوم النظام بالتقاط صور لمنطقة العمل المادية عبر الكاميرا، وبمجرد التعرف على علامة الجسم ثلاثي الأبعاد الموجودة على القاعدة، يتم تركيب نموذج السن الافتراضي في الوقت الفعلي فوق الموضع المقابل له على كتلة الشمع في واجهة العرض، مما يوفر للطلاب مرجعاً بصرياً لعملية النحت.
بناءً على هذا النظام، تم إجراء عملية تحقق من عينة واحدة. قام طالب أتم دورة التشريح السني بتنفيذ إجراء نحت السن تحت إشراف البروتوكول المقترح المدعوم بتقنية AR. بعد ذلك، تم مسح السن المنحوت ومعالجته كنموذج ثلاثي الأبعاد، وأُجري تحليل موضوعي للانحراف المورفولوجي من خلال مقارنته بنموذج السن القياسي. وقد أشارت النتائج الأولية للعينة الواحدة إلى جدوى استخدام نظام AR-ATCS كأداة مساعدة للتدريب على المورفولوجيا السنية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. Establishment of the standard digital tooth model
NOTE: In this protocol, the left mandibular first molar was used as the target tooth to demonstrate the feasibility of the AR-assisted tooth-carving workflow. For other tooth positions, the workflow can be applied after importing the corresponding standard tooth digital model and redefining its spatial relationship with the three-dimensional object marker. This step takes approximately 10 min.
2. Design of the wax-block holder and AR tracking base
NOTE: The three-dimensional object-tracking markers and the AR tracking wax-block base are customized components. Their design may vary depending on the design purpose and modeling strategy. Therefore, the base described in this protocol is not the only possible design and may be modified, provided that wax-block fixation, marker recognition, and handling comfort are maintained. This step takes approximately 30 min.
3. 3D printing and post-processing of the models
NOTE: Using the printer and printing parameters described in this protocol, printing a complete set of models takes approximately 70 min.
4. AR software setup and virtual-real registration
NOTE: In this protocol, augmented reality (AR) software was used to import the standard digital tooth model and generate the virtual-real overlay. A high-definition RGB camera was used to capture 1080p RGB images at 30 fps. The camera's depth-sensing function was not used for tracking or registration (Figure 3A,B). Importing the virtual models into the software and setting the model color and transparency took less than 1 min. The registration process took less than 5 s, and real-time navigation was achieved immediately after successful registration.
5. AR-assisted tooth carving procedure
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
نجح نظام AR-ATCS في التعرف على علامة تتبع الأجسام ثلاثية الأبعاد الموجودة على القاعدة، وقام بتركيب نموذج السن الافتراضي بشكل مستقر على الموضع المقابل في قالب الشمع في الوقت الفعلي. وقد مثل النموذج الافتراضي بدقة البنى التشريحية الرئيسية، والحدود المورفولوجية، وتضاريس السطح، بما في ذلك الشرفات، والحفر، والأخاديد، والحواف الهامشية، وتضاريس السطح المحوري، ومخطط التاج. وعندما تم تدوير القاعدة ببطء، ومع بقاء علامة التتبع غير محجوبة، تم الحفاظ على تسجيل مستقر بين نموذج السن الافتراضي وقالب الشمع. وقد أتاح ذلك تصور مورفولوجيا ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تطورت تعليمات تشريح الأسنان بمرور الوقت، حيث اعتمدت نموذجاً تعليمياً كلاسيكياً يجمع بين التدريس النظري والتدريب العملي. ويُعد الفهم الدقيق للمورفولوجيا التشريحية للسن أساساً هاماً للممارسة السريرية في طب الفم، لا سيما في الإجراءات المتعلقة بعلاجات تعويضات الأسنان، وعلاجات لب الأسنان، وإعادة بناء الإطباق، وترميمات الزرعات. وبناءً على ذلك، استمر الباحثون في استكشاف طرق وتقنيات تدريس جديدة لدعم بناء أنظمة المعرفة التشريحية. وقد ركزت الدراسات السابقة بشكل أساسي على تحسين تعليم تشريح الأسنان من خلال تحسين طرق التدريس واستكشاف...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
تم دعم هذا العمل من قبل فريق جامعة كونمينغ الطبية لتشخيص وعلاج التشوهات القحفية الوجهية المعقدة (2024XKTDTS08)، ومشروع بحث مركز الطب السريري بمقاطعة يوننان (2024YNLCYXZX0227، 2024YNLCYXZX0229)، ومركز يوننان للبحوث السريرية لأمراض الفم (202505AJ310001)، وخطة دعم تدريب المواهب رفيعة المستوى في مقاطعة يوننان (YNWR-MY-2020-086).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد | SHINING 3D | AutoScanEPCG-BD032G26 | يُستخدم للمسح ثلاثي الأبعاد لسن الشمع القياسي. |
| كاميرا | Intal RealSense | D415 | تُستخدم للحصول على المجال البصري في الوقت الفعلي للتعرف على علامة الكائن ثلاثي الأبعاد. |
| أداة نحت شمع الأسنان | لنحت كتلة الشمع. | ||
| E3D CMF | Hunan Liuwei Jinghang Digital Technology Co., Ltd., Hunan, China. | https://www.e3d-med.com/ | برنامج ملاحة بالواقع المعزز (AR). |
| طابعة ثلاثية الأبعاد بتقنية FDM | Bambu Lab | 31B8BP631300564 | تُستخدم لتصنيع قاعدة حامل كتلة الشمع وعلامة تتبع الكائنات ثلاثية الأبعاد. |
| Geomagic Wrap | 3D Systems Corporation | version 2021 | يُستخدم لمعالجة بيانات المسح ثلاثي الأبعاد لسن الشمع القياسي. |
| خيط PLA | Bambu Lab | 10105 | يُستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنية FDM. |
| SOLIDWORKS | Dassault Systèmes | version 2025 | يُستخدم للنمذجة ثلاثية الأبعاد لقاعدة حامل كتلة الشمع وعلامة تتبع الكائنات. |
| كتلة شمع | للتدريب على نحت الأسنان. |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم نشر هذه المقالة
الفيديو قريباً