數字化口內掃描和三維模型分析技術在口腔臨床教學中的應用

聶萍 姜寧 朱妍菲 楊秩 劉加強 朱敏

近年來，數字化口腔醫學技術已成為口腔醫學發展的趨勢之一，數字化技術的引入將改變口腔醫學傳統的診療、教學和科研模式[1]。目前，計算機三維數字化技術在口腔醫學領域的應用涉及資料收集、診斷分析、計算機輔助設計和制作等多個方面。其中，數字化口內掃描和三維模型分析技術已逐步成為口腔醫生臨床診療的有效工具[2-3]。正頜外科學是口腔醫學中理論性和實踐性極強的一門交叉學科[4]，在正頜正畸聯合治療理論知識的授課方面，以往的臨床教學中，教師多采用傳統教學模式，即對藻酸鹽制取的石膏牙模型進行診斷分析[5]，學生缺乏對數字化牙頜模型的三維立體空間感知認識，使得后續對正頜正畸聯合治療計劃的設計無法充分領會。如何整合傳統和數字化技術教學資源，并發揮我科數字化三維設計學科平臺優勢，從而增強口腔醫學生實踐應用能力的培養，以提高臨床教學效果，是我們致力于研究的課題。

本研究旨在將數字化口內掃描和三維模型分析技術應用于口腔醫學本科生的臨床教學中，通過考察學生牙頜模型分析的準確度及問卷調查評估臨床授課效果，為今后數字化虛擬仿真教學平臺的構建及整合課程教學模式的改革提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取上海交通大學口腔醫學院2016級口腔臨床醫學專業本科學生40人為研究對象，隨機分為A、B兩組，每組各20人。A組進行數字化口內掃描和三維模型分析教學，B組進行傳統藻酸鹽印模制取和石膏模型分析教學。

1.2 研究方法

1.2.1 數字化模型與傳統模型分析測量的準確度比較

A組：先由教師采用iTero Element口內掃描儀(Align Technology公司，美國)對受試志愿者進行口內掃描獲取三維數字模型，并利用OrthoCAD(Cadent，美國)分析軟件示范教學三維數字化模型測量分析(圖1)。B組：先由教師示范傳統藻酸鹽印模制取及灌注石膏模型步驟，利用游標卡尺對石膏模型進行手動測量分析示范教學(圖2)。在明確操作步驟和方法后，兩組學生分別進行實操練習，并記錄各組模型分析測量數據，包括牙弓長度、牙弓寬度、前牙覆及覆蓋、Spee曲線曲度、牙列擁擠度以及Bolton指數等測量結果。選擇一名從事口腔臨床教學工作10年以上的教師，分別對同一數字化模型和傳統石膏模型進行相應的分析測量，每個模型測量3次，取平均值作為基準值。將每位學生的測量數據與教師基準值相減，取其絕對值作為測量差值以評估模型分析測量的準確度。隨后兩組學生交換示范教學和實操內容。

圖1 數字化牙模型的測量分析Fig. 1 Measurement and analysis of digital dental model

圖2 牙石膏模型的手動測量分析Fig. 2 Manual measurement and analysis of dental plaster model

1.2.2 兩種不同教學模式的評價

所有學生分別對兩種教學模式進行評分，并采用問卷調查形式分析學生對兩種教學模式的評價。學生根據自己對不同教學模式的體驗進行評分，0分為最低分，10分為最高分。基于自身的學習體會及感想，分別就兩種教學模式的優缺點進行多項選擇評價。

1.3 數據處理和統計學分析

2 結果

數字化與傳統教學的模型分析測量準確度結果顯示，在牙弓長度、牙弓寬度、前牙覆及覆蓋的測量結果上兩組無明顯差異(P>0.05)，而在Spee曲線曲度、牙列擁擠度和Bolton指數測量項目上，與教師測量的基準值相比，數字化教學模式的測量差值小于傳統教學模式，差異有統計學意義(P<0.05)，表明在口腔臨床教學中，數字化技術的應用能提高學生對模型分析測量方法的掌握程度，且測量準確度高于傳統教學模式。

表1 兩種教學方式的模型分析測量準確度比較Table 1 Comparison of model analysis and measurement accuracy of two teaching methods

學生對數字化和傳統教學模式的體驗評分結果分別為(8.95±0.65)分和(7.52±0.56)分，差異有統計學意義(P<0.05)。對A、B兩組進行匿名問卷調查，共發放調查問卷40份，回收有效問卷40份。問卷調查結果顯示，學生認為數字化教學模式“生動新穎有趣”(95.5%)、 “精確性及可重復性好”(75%)、 “有利于理論知識的掌握”(78.5%)、“有助于提高操作技能”(88%)、“有助于增強對牙頜面畸形病例的分析理解”(80.5%)。與傳統教學方式相比，87.5%的學生更喜歡數字化教學模式，認為口腔數字化技術實驗課程的設置有助于提高三維模型分析閱讀能力，希望今后繼續開展。

3 討論

3.1 口腔正頜正畸臨床教學中引入數字化教學模式的必要性

傳統的正頜正畸臨床教學方法是應用X線頭影測量、石膏模型測量、一般輔助檢查等，向學生講授牙齒、牙弓、頜骨、面部軟組織各個結構的相互關系，進一步揭示牙頜面畸形的病因和機制，從而作出診斷并制訂治療方案[3]。但口腔正畸和正頜外科學研究的是具有顱頜面三維立體結構的牙頜面畸形患者，傳統的二維檢查方法由于放大、變形、重疊等問題，會使某些解剖結構的定位和測量缺乏準確性，導致學生在學習過程中出現困難，已經不能滿足現代口腔醫學教學的要求[6]。數字化技術和計算機技術的飛速發展為口腔疾病的診療、研究、教學開辟了迥異于傳統的思路和模式[7]。在口腔醫學整合課程教學的改革中，數字化技術臨床教學資源的整合和利用對于目前口腔醫學教學環境來說是一個必然要求[3]。三維數字化技術具有精確度高、真實反映三維形態、高效便捷、可視化和可操作性等優勢，已在口腔各專業領域中得到廣泛應用，極大地提高了診療的精確性和直觀性[8]。因此，將三維數字化技術應用于口腔臨床教學中，不僅可以彌補傳統教學模式的不足，通過三維立體動態的教學模式，增加臨床教學的趣味性，激發學生的學習積極性，并且對提高口腔醫學生數字化思維及三維模型分析閱讀能力有較好的促進作用。

3.2 在口腔正頜正畸的臨床教學中采用數字化教學模式的優勢

在傳統的臨床教學中，采用分規或游標卡尺手動測量方法得到每個牙冠寬度、牙弓必需間隙和牙弓可用間隙，從而計算牙列的擁擠度和Bolton指數。從實驗結果來看，因受到測量工具和石膏模型的限制容易產生明顯誤差，如遇到鄰牙接觸緊密時，學生不能準確確定鄰牙的分界點，從而導致測量結果偏差。而在數字化模型上進行擁擠度分析時，學生可以不受模型和測量工具的限制，測量分析軟件呈現的多角度視圖能幫助學生更加準確地定點，并且可在三維空間內無阻擋地進行測量，從而加強了學生對于中重度擁擠復雜病例的測量分析能力[9]。

此外，在口腔正頜正畸的理論教學中，要讓學生掌握牙頜面畸形的形成機制、診斷及治療方案的制訂，教學過程中需要清楚闡明牙頜面畸形患者的牙、骨骼和軟組織之間的關系，以及術前、術后正畸治療和正頜手術中牙、骨骼和軟組織的移動改建過程。這些都涉及空間和時間的四維因素，需要具備一定的抽象思維能力。數字化教學模式的優勢在于，不僅能有效降低傳統教學模式中的測量誤差，多維角度地進行觀察測量，并且可以從二維空間拓展到三維空間，從靜態拓展到動態[10]。例如利用iTero Element數字化口內掃描儀的軟件平臺，可實現模擬排牙試驗，其具有方便快速、無損、可重復性好的優點，能即刻初步模擬正畸治療的牙移動過程或正頜手術的咬合跳躍移動。而且排牙過程會形成演示動畫，使學生對牙齒移動有更加深刻的理解。利用此數字化虛擬仿真軟件和大數據平臺，初步模擬動態排牙過程，變抽象為具體，降低了教學的難度，增加了學生對難點知識的理解和興趣，有助于激發學生的學習積極性和主動性，從而提高了臨床教學的效果[9]。

綜上所述，本研究結果表明在口腔正頜正畸臨床教學中引入數字化口內掃描和三維模型分析技術獲得了較好的教學效果，并獲得學生的好評。隨著三維數字化技術在口腔專業領域的不斷發展，在傳統教學中融合三維數字化教學模式是口腔臨床和教學實踐努力的方向，亦是實現口腔臨床教學效果全面提升的有效方式。