Пермские учёные создали антропоморфный симулятор для обучения студентов-стоматологов
Подготовка профессиональных медицинских кадров является очень важной задачей. От качества обучения врачей зависит не только состояние здоровья людей, но и продолжительность их жизни.
Для того чтобы идти в ногу со временем, в учебный процесс студентов всё чаще
внедряют новые технологии, например, симуляторы, компьютерные программы и другие
инновации. Но чаще всего такие разработки требуют наличия вспомогательного
оборудования, а также постоянного участия преподавателя. Кроме того, не все
устройства могут воспроизвести реальные условия, что очень важно при подготовке
врачей, в том числе и стоматологов. Данный фактор способен привести к ошибкам с
настоящим пациентом, что может испортить его здоровье или эстетику лица. Учёные
Пермского Политеха, совместно с коллегами из Пермского государственного
медицинского университета имени академика Е.А. Вагнера и МГМСУ им. А. И.
Евдокимова, в рамках межвузовского консорциума, разработали робот-тренажёр,
который приблизит подготовку студентов-стоматологов к реальным условиям
медицинской клиники, а также позволит оценить качество работы с помощью
нейросети. Разработка проведена в рамках программы стратегического
академического лидерства «Приоритет 2030».
Исследование было представлено на конференции молодых исследователей России
по электротехнике и электронике «2023 ElConRus», состоявшейся в
Санкт-Петербурге.
По словам учёных, создание тренажёра на базе антропоморфного робота, то есть
похожего на человека, для проведения практических занятий студентов-стоматологов
позволит автоматически оценивать навыки учеников без участия преподавателя.
Кроме того, использование подобного андроида в качестве основы обеспечит
обратную связь от «пациента» в виде движений и речи. Существующие симуляторы,
используемые в стоматологии – «фантомы», представляющие собой обычные челюсти,
дают лишь приблизительное представление о процессе лечения зуба у живого
человека, поскольку студент получает обратную связь не от реальных факторов,
таких как изменение в структуре зуба в лунке, а от специальных тестов, которые
проводит преподаватель. В результате ученик получает лишь теоретическое
представление о том, как должен проходить рабочий процесс, а реальные навыки
приобретает уже во время работы с настоящими людьми.
- Мы разработали стоматологический антропоморфный робот-тренажёр, который
позволит объективно оценить навыки студента, используя несколько моделей зубов,
включая «смарт-зубы» с набором датчиков. Помимо практических занятий, симулятор
позволяет изучать теоретические аспекты дисциплин, способен проводить опросы по
темам практических занятий и лекций, а также оценивать тестовые задания
благодаря интерактивной составляющей. Основой устройства является система
оптического распознавания, которая проверяет правильность работы студентов, -
рассказывает доцент кафедры «Автоматики и телемеханики» ПНИПУ, кандидат
технических наук, Андрей Кокоулин.
Для обучения студентов учёными был создан робот-симулятор, имитирующий
пациента, способного вести диалог и выполнять движения. Робот оснащен сменной
челюстью со сменными зубами нескольких видов, которая изготовлена из резиновых и
пластмассовых материалов, по твердости соответствующих настоящей зубной эмали,
что дает ученику основную информацию о структуре человеческих зубов. Робот
подготовлен к четырем видам стоматологических работ: лечение кариеса,
препарирование под коронку, лечение канала и удаление зуба. В зависимости от
вида практического занятия можно использовать стандартные монолитные зубы, либо
специальные, имеющие полости с цветным наполнителем или датчики. Эта система
позволяет студентам видеть структуру настоящего зуба при препарировании. А
специально обученная нейросеть оценивает глубину, ширину, ровность, однородность
снятого материала и прочие признаки при сверлении. По словам учёных, данное
решение позволит избавиться от постоянного контроля преподавателя и
использования дополнительного оборудования, например, рентгена, а также повысит
объективность оценки работы студента.
- Смарт-зубы состоят из проводящей подложки, проводящего геля, контактной
площадки и разделены на две части. Все элементы образуют электрическую цепь,
которая реагирует на контакт с инструментом и посылает сигнал на плату. Нижняя
часть умных зубов имитирует их внутреннюю структуру. Верхняя секция представляет
собой часть коронки зуба заданной формы. Вместе они обеспечивают полную имитацию
работы с настоящим зубом. Поскольку инновация имеет обратную связь, нет
необходимости в дополнительном оборудовании, которое учит студента
ориентироваться, используя только свои знания. Также не требуется постоянное
присутствие преподавателя, что позволяет большому количеству
студентов-стоматологов заниматься одновременно. Кроме того, мы внедрили и
обучили нейросеть, способную распознавать успешность выполненной работы. На
первом этапе система определяет и отражает изображение зуба, а на втором шаге
проводит анализ, используя модель, обученную на сотнях правильных и ошибочных
случаев, - говорит заведующий кафедрой «Автоматики и телемеханики» ПНИПУ, доктор
технических наук, Александр Южаков.
Также, по словам учёных, симулятор способен проводить опросы по темам
практических занятий и лекций и оценивать тестовые задания. Таким образом,
робот-тренажёр, созданный учёными Пермского Политеха, сможет приблизить обучение
студентов близким к реальным.