基于虚拟现实的实时人体工学训练对改善牙科操作姿势的有效性研究

本研究针对牙科学生临床操作中肌肉骨骼疾病（MSDs）高发的问题，开发了虚拟现实实时人体工学训练（VR-RET）系统。通过随机对照实验发现，实时反馈能显著降低高风险姿势（RULA≥5），提升姿势意识与自我矫正能力。该研究为预防职业性肌肉骨骼损伤提供了创新性数字化训练方案，对牙科教育具有重要意义。

　　

在牙科临床操作中，维持正确姿势是预防肌肉骨骼疾病（Musculoskeletal Disorders, MSDs）的关键。研究表明，牙医中MSDs的年患病率超过58.3%，显著高于其他职业，而系统性综述更指出其患病率在64%至93%之间，尤其好发于腰部、颈部和手腕。这类疾病不仅降低了牙科专业人士的职业生活质量，还影响了其临床表现和患者治疗质量。牙科操作需在狭窄的口腔内进行长时间精密工作，导致从业者常采用不良姿势，进而积累疲劳和肌肉紧张。这一问题并非仅限于经验丰富的牙医——大量研究显示，相当比例的牙科学生在临床培训期间已出现MSD症状。

尽管MSDs普遍存在，当前的牙科教育课程在有效灌输正确人体工学实践方面存在明显局限。现有姿势教育方法主要依赖指导教师的人工观察，限制了客观评估和即时反馈。虽然评估工具如快速上肢评估（Rapid Upper Limb Assessment, RULA）和牙科人体工学姿势合规评估（Compliance Assessment of Dental Ergonomic Posture requirements, CADEP）已被使用，但这些方法仍依赖于主观判断，缺乏实时反馈能力。虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术结合运动追踪为解决这些局限提供了 promising 的方案。VR技术已广泛应用于医学和牙科教育，提供真实环境以供重复练习，并易于实现多样化场景。与传统方法不同，基于VR的培训可以在沉浸式和受控环境中提供实时、数据驱动的姿势反馈，同时运动追踪允许持续监测，确保即使是对人体工学指南的细微偏差也能被即时检测和纠正。

为此，研究人员开展了一项研究，旨在评估基于虚拟现实的实时人体工学训练（VR-RET）在改善牙科学生人体工学姿势方面的有效性。该研究近期发表在《International Dental Journal》上，由Taeyeon Eom、Seungchan Im、Eun Hye Lee、Ryan Jinyoung Kim和Jungjoon Ihm合作完成。

为开展研究，团队招募了52名来自韩国3所大学的牙科学生，随机分为实验组（接受实时姿势反馈）和对照组（无反馈）。研究采用三阶段设计（基线期、干预期、干预后期），学生在VR-RET系统中进行刮治程序，该系统通过运动追踪提供人体工学评估。主要使用RULA评分、相对时间分数和人体工学风险潜力（Ergonomic Risk Potential, ERP）来测量姿势改善情况。实验后还通过问卷调查和半结构化访谈探讨了学生对培训系统的感知。

关键技术方法包括：使用Unity开发VR-RET系统，集成Meta Quest 3头戴式显示器和8个运动追踪传感器（EBIMU 24GV52）附着于参与者胸、腹、肩、肘和腕部，以25 Hz频率连续记录姿势数据；采用修改的RULA评估牙科程序特定的人体工学风险；系统提供视觉（颜色编码标签）和听觉反馈（针对高风险姿势）；数据定量分析采用非参数统计方法（如Friedman检验、Mann-Whitney U检验和Wilcoxon符号秩检验），并结合定性主题分析。样本队列来自韩国2所国立大学和1所私立大学的牙科学生。

研究结果方面：

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  总体效果：实时反馈的VR-RET有效改善了人体工学姿势。实验组表现出高风险姿势的显著减少和低风险姿势的增加。干预后，姿势改善部分保留，但观察到一些回归。

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  定量发现：实验组中位数RULA评分从基线期5（IQR 2）降低到干预期4（IQR 1），相对时间分数从5.38降至4.57，ERP从0.77降至0.65，表明姿势改善。对照组在所有阶段保持稳定。时间分布分析显示，实验组在干预期间较低风险姿势（RULA 3-4）的时间从28%增加到54%，较高风险姿势（RULA 6-7）从50%减少到21%，且这些改善在干预后 largely 维持。

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  统计检验：Friedman检验显示实验组有显著变化（P<0.001），对照组无变化。Wilcoxon检验证实实验组在基线与干预期（P<0.001）和基线与干预后期（P=0.005）有显著改善。Mann-Whitney U检验显示组间在干预期有显著差异（U=181.0, P=0.003）。

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  定性发现：实时反馈增加了姿势意识和自我矫正，但初始使用时有认知需求。参与者反馈指出，反馈增强了人体工学意识，但需要更精确的 body-part-specific 反馈；视觉反馈的放置有时加剧姿势问题，听觉提示更有帮助；VR培训对建立临床前习惯有价值，但现实性（如触觉反馈）有待改进。

研究结论和讨论强调，VR-RET与实时反馈显著改善了牙科学生的人体工学姿势，减少了刮治过程中的高风险位置。尽管反馈移除后一些改善持续，但下降表明需要定期强化以维持人体工学行为。早期将VR-RET集成到临床前课程中可能预防有害姿势习惯的形成。研究还指出，实时反馈通过提供客观、即时反馈，增强了人体工学意识和姿势矫正，解决了理论知识与实践应用之间的差距。与依赖 instructor 观察的传统方法相比，VR-RET提供一致、数据驱动的实时姿势分析，使学习者能够在模拟程序中识别和纠正不当定位。

此外，用户反馈为VR-RET系统的教学设计提供了宝贵见解：初始认知超载随着重复暴露减少，表明分阶段教学可能促进学习者适应；整合听觉提示可减少视觉需求；增强模拟现实性（特别是触觉和患者定位）能更好地复制临床场景。这些改进将提升学习体验并促进系统在牙科教育中的接受度和可持续性。

然而，研究存在一些局限：仅评估短期效应，长期保留不确定；传感器校准的技术问题可能影响追踪准确性；手部定位在VR中的保真度不足（如手指稳定问题）；聚焦牙科学生和刮治程序，可能无法代表更复杂任务或有经验从业者。未来研究应纳入纵向评估、提高运动追踪可靠性，并扩展模拟程序范围。人工智能（AI）集成可进一步 enhance VR-RET系统，实现智能场景适应、自动错误检测和预测分析，以个性化培训轨迹，改善模拟现实性并减少指导教师工作量。

总之，这项研究突出了VR-RET作为有效教育工具的潜力，通过提供模拟程序中的即时、客观反馈，培养人体工学意识和自我矫正习惯，这些可转移到真实临床环境，最终支持从业者长期健康和表现。这对于解决牙科教育中长期存在的人体工学教育 gap 具有重要意义，并为预防MSDs提供了创新性数字化解决方案。