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.

Для справки:

Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн. рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % —региональные университеты.