三維數(shù)字化技術(shù)在牙體雕刻教學(xué)中的應(yīng)用

劉羲歐，方明

遼寧省鐵嶺衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院口腔實(shí)訓(xùn)中心，遼寧省鐵嶺112000

三維數(shù)字化技術(shù)在牙體雕刻教學(xué)中的應(yīng)用

劉羲歐，方明

遼寧省鐵嶺衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院口腔實(shí)訓(xùn)中心，遼寧省鐵嶺112000

目的探討三維數(shù)字化技術(shù)在牙齒雕刻教學(xué)中的應(yīng)用。方法利用三維掃描儀掃描石膏牙模型和學(xué)生的雕刻模型，利用數(shù)字圖形軟件評(píng)價(jià)結(jié)果，輔助教學(xué)。結(jié)果將學(xué)生的雕刻結(jié)果經(jīng)三維掃描儀掃入電腦，然后與電腦中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以精確反映出學(xué)生作品在雕刻方面的不足，讓學(xué)生的改正更加有的放矢。結(jié)論在牙雕教學(xué)中引入三維掃描技術(shù)將學(xué)生的作品做數(shù)字化處理后通過與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字模型的對(duì)比可以更精確地反映出學(xué)生作品的誤差，并且這種誤差可以在電腦上精確地體現(xiàn)并打印出來，通過這種教學(xué)方式，不但使學(xué)生在教學(xué)過程中更加精確地體會(huì)牙齒的形態(tài)，還可以在教學(xué)評(píng)價(jià)中，減少主觀性因素。

數(shù)字化石膏牙牙冠；三維數(shù)字化技術(shù)；牙體雕刻

牙體解剖與雕刻技術(shù)是口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，而其實(shí)訓(xùn)課牙體的雕刻更是口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)課中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，以往的教學(xué)中大都采用圖片、視頻和老師手工展示雕牙的方式和方法，但在雕牙的過程中和最后的評(píng)價(jià)過程中，由于雕刻技術(shù)的主觀隨意性較大，在教學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)尺度無法準(zhǔn)確地量化出來，導(dǎo)致部分學(xué)生在牙體的雕刻技術(shù)課上，始終無法準(zhǔn)確地掌握牙體的形態(tài)和特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)三維技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是隨著近年來齒雕技術(shù)在國內(nèi)的快速傳播，很多院校都有了自己的齒雕系統(tǒng)。本文嘗試運(yùn)用齒雕系統(tǒng)中的三維掃描儀，引入牙雕實(shí)踐的教學(xué)中來，通過事先對(duì)牙雕課程的模型進(jìn)行三維掃描建檔，建立一個(gè)以大綱為標(biāo)準(zhǔn)的牙齒雕刻標(biāo)準(zhǔn)模型庫，將需要雕刻的牙齒模型經(jīng)過三維掃描儀的采集變成數(shù)字化的牙齒模型。在牙雕實(shí)訓(xùn)課程中，對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行批量的掃描對(duì)比，從而精確地反映出學(xué)生作品與真實(shí)模型之間的差異，并加以量化，使學(xué)生更加準(zhǔn)確的掌握牙齒的形態(tài)，并且在牙雕課程的教學(xué)評(píng)價(jià)中，減少主觀性的因素，更好更準(zhǔn)確地反映出學(xué)生作品對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的掌握程度。

1 資料與方法

1.1 一般資料

3 shape D710三維掃描儀，快掃時(shí)間＜25 s,雙攝像頭，1.3M像素，精確度到20 μm，支持多代型同時(shí)掃描；要掃描的超硬石膏1：1牙模型。軟件：3shape dental system專業(yè)版，3D MAX2012版。

1.2 方法

①首先將標(biāo)準(zhǔn)牙體模型固定于掃描版上，代型的掃描會(huì)自動(dòng)進(jìn)行。通過無障礙的攝像頭角度，超敏銳的聚焦和最佳的機(jī)械運(yùn)動(dòng)精確度可取得最大的掃描精確度。

②將在3 shape dental system中掃描出的文件稍加修正輸出為標(biāo)準(zhǔn).stl格式文件。STL文件格式是由3D SYSTEM公司于1988年制訂的一個(gè)接口協(xié)議，是一種為快速原型制造技術(shù)服務(wù)的三維圖形文件格式。STL文件由多個(gè)三角形面片的定義組成，每個(gè)三角形面片的定義包括三角形各個(gè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)及三角形面片的法矢量，是一種用許多空間三角形小平面來逼近原CAD實(shí)體的數(shù)據(jù)模型。不同精度時(shí)有不同的三角形網(wǎng)格劃分。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常簡單，而且與CAD系統(tǒng)無關(guān)，已經(jīng)成為國內(nèi)外齒雕系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)輸出文件（如圖1）。

③將標(biāo)準(zhǔn).stl文件導(dǎo)入3D MAX2012中另存。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)模型STL文件

④教學(xué)或測試時(shí)，將學(xué)生雕刻的牙齒模型放入3shape掃描儀，并固定于多代型掃描版上，一次可掃描5～6個(gè)模型。

⑤重復(fù)上述2、3步驟，依次導(dǎo)入學(xué)生模型到3DMAX2012軟件。

⑥學(xué)生模型全部導(dǎo)入完畢，在3DMAX2012中利用批處理依次與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比，定義模型的笛卡爾坐標(biāo)，并以灰度值比較差異的大小，最終輸出近中面、遠(yuǎn)中面、頰面、舌面和（牙合）面的二維比較圖。利用灰度值的大小，即可得知當(dāng)前模型與標(biāo)準(zhǔn)模型的差異。

2 結(jié)果

利用比較法找出學(xué)生的雕刻模型與標(biāo)準(zhǔn)模型之間的差異，并打印生成近中面、遠(yuǎn)中面、頰面、舌面和（牙合）面的二維比較圖，并用不同的灰度值表示差異度的大小。可直觀準(zhǔn)確的指導(dǎo)學(xué)生的牙體雕刻技術(shù)，并可以與標(biāo)模的五面相似度的均值作為學(xué)生作品的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

牙體解剖與雕刻技術(shù)是口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，許多高職院校的教學(xué)方法仍然沿用許多年前的教育方法，內(nèi)容枯燥，教師教得辛苦，學(xué)生不好掌握；隨著國家信息化進(jìn)程的發(fā)展，信息化和數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于口腔臨床的各個(gè)學(xué)科之中，信息化對(duì)教學(xué)部門的滲入也越來越深入。隨著三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，越來越多的院校都已配置不同的齒雕系統(tǒng)，不過雖然各種齒雕系統(tǒng)五花八門，但都不過以兩大組件為核心，一為三維激光掃描系統(tǒng)；一為數(shù)字化機(jī)床雕刻系統(tǒng)。由于現(xiàn)實(shí)中一方面齒雕系統(tǒng)價(jià)格不菲，另一方面各院校的加工任務(wù)并不會(huì)如加工廠一樣繁重。在這種情況下，充分發(fā)揮高校的科研能力，充分挖掘設(shè)備的潛力，使之更好地服務(wù)于教學(xué)，應(yīng)用于教學(xué)之中，是廣大高職院校的教學(xué)人員應(yīng)該考慮的問題，本文本著這一思想，挖掘了三維掃描儀的潛力，拓展了三維數(shù)字化在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，并且可以增加學(xué)生的興趣，更好地培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和觀察能力，而不是過度依賴教師進(jìn)行修改。

本文中所使用的掃描儀精度在25 μm左右；單次掃描時(shí)間小于25 s，并可做多個(gè)代型同時(shí)掃描，而不用人工干預(yù)。正常的3shape掃描系統(tǒng)在掃描完醫(yī)生修整的代型后，要在數(shù)據(jù)庫中匹配相應(yīng)的牙冠，并經(jīng)頜面咬合、頸部修整后輸出。而我們需要的是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的準(zhǔn)確復(fù)原，然后建立標(biāo)準(zhǔn)模型的數(shù)據(jù)庫。實(shí)際上，將學(xué)生模型與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比只是數(shù)據(jù)庫的基本工作。如果在此基礎(chǔ)上，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加工，將其數(shù)字化處理，將各種解剖標(biāo)志與機(jī)器可識(shí)別語言一一對(duì)應(yīng)，則當(dāng)學(xué)生模型導(dǎo)入時(shí)即可由機(jī)器自動(dòng)識(shí)別與標(biāo)準(zhǔn)模型的差異，而不用如目前一樣，將其對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)后，由重合度，用手工來判斷與標(biāo)準(zhǔn)模型間的差異。

由國內(nèi)呂培軍教授等開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)牙冠數(shù)字化模型已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫化的處理，但由于與我們實(shí)際使用的標(biāo)準(zhǔn)模型間的尺寸存在差異，所以本次的標(biāo)準(zhǔn)化模型的三維圖像由我們自己掃描生成，如果能夠建立全國的統(tǒng)一、權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，當(dāng)可省略許多的重復(fù)工作。

[1]呂培軍.國產(chǎn)口腔修復(fù)CAD-CAM系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].中華口腔醫(yī)學(xué)雜志2002，37（5）：367-370.

[2]鄒波.標(biāo)準(zhǔn)牙冠計(jì)算機(jī)三維圖形的重建及其空間幾何變換的研究[J].實(shí)用口腔醫(yī)學(xué)雜志，2002，18（6）：553-556.

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[4]于書娟，汪大林.三維激光掃描技術(shù)建立附著體義齒的三維數(shù)字化模型[J].臨床口腔醫(yī)學(xué)雜志，2005，21（3）：160.

[5]宋雅麗.義齒CAD關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)[D].天津大學(xué)，2006.

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[7]馬兆峰，宋應(yīng)亮，馬惠卿，等.激光三維立體掃描模型牙及其準(zhǔn)確性驗(yàn)證[J];中國美容醫(yī)學(xué);2006（1）：97.

[8]程筱勝，安濤，廖文和，等.基于3DS MAX的標(biāo)準(zhǔn)牙冠數(shù)據(jù)庫的建立[J]生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2009，26（4）：51.

The Application of 3D Digital Technology in Teaching of Tooth Carving

LIU Xi-ou，AANG Ming
Oral training center of tieling Hygience training school tieling Liaoning 112000 China

ObjectivePurpose Discuss 3 d engraving teaching the application of digital technology in the teeth.MethodsUsing 3 d scanning dental plaster model and carving model of students，Using digital graphics software evaluation results，Auxiliary teaching.ResultsWill the results of the student's carving 3 d scanner into acomputer，And then compared with standard data in a computer，Can accurately reflect the student work in carving the shortfalls，Let the students correct more targeted.ConclusionIn the introduction of 3 d scanning technology will.chinese teaching students to do the works of digital processing after compared with standardized digital model can more precisely reflect the error of the student work，And this error can be accurately reflected on the computer and print it out，Through this way of teaching，Not only make students in the teaching process more accurately understand the shape of the teeth，Also in the evaluation of teaching，Reduce subjective factors.

Digital plaster developing crowns；3 d digital technology；Tooth carving

R-0

A

1672-5654（2015）03（c）-0051-02

2015-01-05）

劉羲歐（1988-），女，遼寧開原人，滿族，本科，教師，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：CAD-CAM。