仿真颌骨模型结合牙种植手术导板在口腔种植教学中的应用

赵雪竹，唐志辉，许卫华，邹立东，吴敏节，李良忠

北京大学口腔医院:1第二门诊部；2第三门诊部，北京 100101



仿真颌骨模型结合牙种植手术导板在口腔种植教学中的应用

赵雪竹1，唐志辉1，许卫华2，邹立东1，吴敏节1，李良忠1

北京大学口腔医院:1第二门诊部；2第三门诊部，北京 100101

目的 探索建立制作仿真颌骨模型的方法，为口腔种植的临床教学提供帮助。方法通过3D打印技术打印仿真颌骨模型。在对学生进行传统模式教学之后，利用仿真颌骨模型进一步开展种植教学，让学生在该模型上进行诊断、手术设计及预手术练习，并制作手术导板。结果 100%的学生认为对患者真实骨情况的展示，仿真颌骨模型比CT图像更直观。学生需要在仿真颌骨模型上进行2～5次预手术练习方能找到满意的种植位置。结论 通过应用3D打印技术，可以制作仿真颌骨模型，结合手术导板可帮助医学生完成从理论学习到实际操作的跨越，具有较好的教学前景。

仿真颌骨模型；3D打印；种植手术导板；口腔种植教学

在口腔医学领域，种植牙以其美观、咀嚼效率高、修复效果稳定等特点，已成为缺牙患者的首选修复方式。种植钉因需要被锚入患者的骨组织，因而在种植手术之前，对患者骨条件的充分了解和认识是手术成功与否的关键因素。但由于先天发育、性别、年龄等多方面因素的影响，不同患者在缺牙区的骨量各不相同，甚至可以说千差万别，需要医师在术前评估患者的骨量，以选择不同直径、长度的种植钉。此外，口腔颌面部解剖结构较为复杂，颌骨内常走行着重要的血管神经分支和鼻窦等结构，因而医师在植入种植钉时，需充分认识并注意规避这些结构，否则可能造成神经麻痹、鼻窦穿孔或致命性血肿等不良后果。因此，种植牙对口腔医师的专业知识及临床技能要求较高。传统的口腔医学教育模式包括课堂知识传授、图片展示及见习等教学手段，医学生仅能通过文字描述或二维图像想象患者颌骨的真实外形。此外，口腔结构由于唇部组织的遮挡，属于非开放性的术区，患者体位及张口度等因素的影响，均会遮挡学生在见习手术时的视野，也影响了学生对患者骨条件的充分认识。这些因素使得医学生往往需要较长的过程才能成为一名合格的种植医师。该研究将根据患者CT影像数据经3D打印技术而制造的仿真颌骨模型引入口腔种植教学过程，更加直观地向学生展示患者的骨条件，结合手术导板的制作，帮助医学生实现从理论学习到实践操作的跨越。

1　仿真颌骨模型结合种植手术导板在口腔种植教学中的应用

1.1仿真颌骨模型的制作

选择口内单牙缺牙、有种植意向的患者共11例作为教学病例。使用体层摄影（computed tomography，CT）机（DCTPRO-46；VATECH，京畿道，韩国）对每位患者颌面部进行CT扫描。将CT数据导入Mimics 16.0软件（Materialise，勒芬，比利时）中进行三维重建，形成反映患者颌骨形态的数字化三维模型。另取患者的石膏模型，通过激光扫描技术对石膏模型的牙列及粘膜形态进行扫描，形成反映患者牙列及黏膜形态的三维数字模型。将上述两种三维数字模型导入Geomagic Studio软件（Geomagic，北卡罗纳，美国），利用软件的对齐功能，将两个数字模型进行配准，形成既能显示颌骨，又能显示牙列准确信息的新的数字模型。之后利用3D快速成型打印机（EDEN260；Objet Geometries，雷霍沃特，以色列），通过3D打印技术，将数字化的模型打印为实体的与人体1∶1比例的仿真颌骨模型（如图1所示）。

图1　3D打印的仿真颌骨模型

1.2利用仿真颌骨模型进行口腔种植教学

选择9位青年住院医师作为教学对象。所有医师均毕业于北京大学口腔医学院，在校期间曾接受过传统的口腔种植学理论学习，均见习过种植手术病例5～10例，但未亲自主刀过种植手术。学生可自带病例，也可由教师提供典型病例，共收集教学病例11例。

首先，教师以传统的教学方式，以口头讲解、幻灯的方式，讲解口腔种植的基本理论，包括诊断、治疗设计原则、手术程序，等。然后，向学生展示教学病例，以患者的病历、临床照片、石膏模型的方式，让学生初步了解患者的缺牙位置、缺牙间隙等解剖条件。之后，让学生对患者的CT进行读片。学生在CT的二维断层图像上测量缺牙区的骨厚度、高度，并观察毗邻的重要解剖结构（如神经束、重要血管分支、鼻窦，等）的位置、走行，让学生想象患者真实的骨情况。

之后，拿出对应每个患者的仿真颌骨模型。让学生从不同角度认真观察模型所展示的骨条件。包括直观地观察模型在缺牙区的骨高度、骨厚度。必要时，学生可用专用探针或卡尺在仿真颌骨模型上进行测量（如图2所示）。展开以问题为中心的学习，学生根据骨条件，提出拟植入的种植钉的直径、长度，进行讨论，并向教师提出讨论结果。另外，学生可直观观察并指出仿真颌骨模型中潜在的解剖结构位置。例如:图3展示为与上后牙毗邻的上颌窦结构，图4展示为与上前牙邻近的切牙管结构。学生在设计种植钉被植入的位置及角度时，需有意地规避这些结构，防止对血管神经束或鼻窦黏膜的损伤。

图2　学生以卡尺在模型上测量缺牙区的骨量

图3　仿真颌骨模型可清晰显示上颌窦结构（箭头所示）图4 仿真颌骨模型可清晰显示切牙管结构（箭头所示）

在仿真颌骨模型上进行预手术。学生按照之前讨论的设计方案，在颌骨模型上进行钻孔练习（如图5所示）。钻孔后，与术前设计比较。然后请教师进行评价，提出改进意见，以便在患者口内进行真正的手术操作时加以注意。如对钻孔位置不满意，可用普通牙科树脂将原钻孔填充，重新模拟钻孔，直至满意为止。钻孔位置满意后，在钻孔内模拟植入种植钉（如图6所示）。

（二）建立全州基础信息及养殖基础数据 按照农业部的安排及几次会议精神，于2007年4月就开始收集全州养殖基础数据。州、县动物卫生监督机构通过动物耳标门户网站建立完善州、县、乡、村的机构、人员等基础信息数据。目前全州已有1个州级、13个县（市）级（包括县级卫生监督分设单位及合设机构）、134个乡录入了机构、人员等基础信息。年出栏1 000头的15个规模养猪场，也在县级建立了备案信息，并按月将数据信息上报中央数据库。

图5　在模型上进行预手术，练习钻孔图6 在模型上模拟植入种植钉一枚

此外，也可在仿真颌骨模型上预先制作手术导板。学生按照术前设计的方案，在模型上钻孔的位置插入导向杆，按照导向杆的方向制作手术导板（如图7所示）。在对患者进行实操的阶段，学生可利用导板，更加精确地控制钻孔的方向和位置，保证患者的治疗安全。

图7　在模型上制作手术导板

针对使用仿真颌骨模型进行教学的方式对学生的反应进行调查。调查的内容包括:对使用这种教学方式的必要性认识；仿真颌骨模型是否能真实反映患者的骨情况；在模型上进行预手术是否对手术实操中精确植入种植钉有帮助；在此学习过程中遇到的困难及有何改进意见（教学流程如图8所示）。

图8　教学流程图

2　结果

所有9（9/9）位学生均完成了对11例（11/11）教学病例的诊断、设计及种植手术。共制作仿真颌骨模型11个，进行预手术11例，在模型上完成手术导板8（8/11）个。有8例手术（8/11）以学生为主刀，以教师为助手而完成；3例手术（3/11）以教师主刀，学生作为助手。

1例患者出现了种植术后种植体脱落的现象，可能与该患者的夜磨牙习惯有关，教师对该患者进行了复种。其余患者种植钉均稳定。现所有患者均顺利完成种植修复，未发生种植体周围炎及其他严重并发症。

100%的学生（9/9）认为观察仿真颌骨模型对直观认识患者的骨外形及毗邻解剖结构很有帮助，100%的学生（9/9）认为对患者真实骨情况的展示，仿真颌骨模型比CT影像更直观。78%的学生（7/9）认为仿真颌骨模型与在手术中观察到的患者实际骨情况完全一致；22%（2/9）的学生则认为略有出入，但认为仍对术前掌握患者骨形态有较大帮助。

所有学生（9/9）均认为在仿真颌骨模型上能独立完成对种植体长度、直径的选择，主要的难点在于对种植深度、位置、角度的掌控。往往不能一次就找到最佳的钻孔位置。但均可以通过2～5次的钻孔演练，在教师的指导下，最终找到最佳的钻孔位置，并将种植钉模拟植入到理想的位置。这也说明，在真正的手术实操进行之前，在模型上进行预手术很有必要。此外，89%的学生（8/9）认为，通过对仿真颌骨模型上的种植钻孔位置的记忆，对在患者口内实操过程中找到理想的钻孔位置有较大帮助。

遇到的困难:44%（4/9）的学生认为制作仿真颌骨模型和进行预手术练习相对耗时，制作周期一般为1～2周，增加了患者等待手术的时间。另有11%学生（1/ 9）提出，仿真颌骨模型仅能提供患者的骨情况，但不能提供牙龈的信息，无法在该模型上进行切口及翻瓣的练习。

3　讨论

3.1仿真颌骨模型使学生直观认识患者的骨形态

传统的口腔教学模式中，主要采用石膏模型及术前CT向学生展示患者的情况。但石膏模型仅能提供缺牙区包括黏膜厚度在内的信息，而对覆盖在黏膜下方的骨的形态，无法直观地观察。CT图像仅能在二维断层图像上进行骨量的测量，学生必须通过自己的想象对患者的骨条件进行认识。况且，再完美的图像，也不如手里有一个真实的模型更直观。学生可以360°的观察缺牙区的骨形态，并且可以在模型上直接进行测量。该研究中的9位学生均表示仿真颌骨模型能够较直观地展现患者骨量信息，并认为直观程度优于CT图像；78%的学生认为颌骨形态与术中看到的患者真实颌骨情况一致。

另外，人体颌面部结构较为复杂，且存在一定变异。种植手术区常紧邻下齿槽神经、颏神经袢、上颌窦、切牙管等结构，而这些结构均隐匿于颌骨内部，增加了种植手术的潜在危险。缺乏实战经验的医学生需要对患者的解剖结构做好充分的判断，才能避免或降低手术风险。仿真颌骨模型由于源自患者的CT数据，可以真实比例展现颌骨内潜在的解剖结构。另外，打印仿真颌骨模型的材料MED610是一种具有透明特质的树脂材料，其本身的透明特质使得潜在于颌骨内部的解剖结构可以直观地展现给学生，这是传统的石膏模型无法比拟的。

3.2有助于学生在术前模拟、练习种植手术，增加手术可预期性

仿真颌骨模型可作为学生模拟、练习种植手术的载体。学生在真正实施种植手术之前，可先在仿真颌骨模型上练习钻孔和种植钉的植入，逼真地模拟整个手术过程。该教学流程不仅让学生熟悉了手术的各个环节，也体验了钻孔时的手感。另外，在模型上模拟植入种植钉之后，学生可通过观察植钉的位置和方向，检验先前的设计是否存在缺陷，若存在缺陷，可在教师的指导下及时调整，以避免对患者造成不可逆的影响。所有学生均认为，对种植钉的方向、深度及位置的控制是练习的难点，即使是简单的单牙缺牙病例，也需要2～5次的反复练习才能最终找到理想的植入位置，这更体现了在模型上进行预手术的必要性。

3.3术前在仿真颌骨模型上制作手术导板，可帮助学生在手术实操过程中增加手术的准确性，减小因经验不足而造成的人为误差

据De Bruyn H（2008年）对欧洲学院的研究显示，只有5%的学院允许学生作为种植手术的主刀［6］。医学生缺乏种植手术主刀经验的原因，主要是由于种植手术的高风险，初学者常因经验不足或手感欠佳而给患者带来不可逆的损伤。该研究中学生往往需要在仿真颌骨模型上练习2～5次钻孔，才能最终找到理想的钻孔位置，而如何将在模型上找到的理想钻孔位置最终实现在患者的口内，导板是良好的媒介。在仿真颌骨模型上制作导板，并以导板为导向，可增加手术的准确性及可控性，对患者而言更加安全可靠。该研究中，除一例患者出现种植体脱落以外（存在夜磨牙习惯），其余患者均顺利完成修复，未出现严重并发症。

3.4利用颌骨仿真模型进行种植教学的局限性

仿真颌骨模型仅能体现患者骨的信息，而不能体现粘膜的形态及性质，医学生无法进行切口、翻瓣及缝合的练习。教师可在颌骨模型上灌注人工牙龈以模拟天然牙龈，或令医学生在动物模型上另行练习。

总之，将仿真颌骨模型结合种植手术导板应用于口腔种植的教学，可让学生更直观地了解患者的骨形态。在仿真颌骨模型上进行预手术，能较逼真地模拟真实患者，帮助学生实现从体外模型到患者实体的转换，增加医学生作为主刀进行种植手术的安全性，具有较好的教学应用前景。但同时，教师需根据仿真颌骨模型的特点合理安排教学流程，并与其他教学方式交叉并行，以更好地适应种植教学的需求。

［1］李曙明，李萌，杨益民，等.3D打印及计算机辅助技术在骨科临床教学中的应用探讨［J］.中国医学教育技术，2015，29（2）：191-193

［2］赵波，刘颖，邱晓文，等.3D打印技术在脊柱外科手术教学和训练中的应用［J］.中国医学教育技术，2015，29（5）：547-549

［3］管吉，杨树欣，管叶，等.3D打印技术在医疗领域的研究进展［J］.中国医疗设备，2014，29（4）：71-72

［4］王彩梅，张卫平，李志疆.3D打印在医疗器械领域的应用［J］.生物骨科材料与临床研究，2013，10（6）：26-28

［5］熊小青，冯晓宁.三维打印快速原型机技术分析［J］.铸造技术，2006（12）：18

［6］De Bruyn H，Koole S，Mattheos N，et al.A survey on undergraduate implant dentistry education in Europe［J］.Eur JDent Edu，2009，13（Suppl 1）：3-9

Application of emu lational jaw model
and implant surgery template in implant dentistry education

Zhao Xuezhu1，Tang Zhihui1，Xu Weihua2，Zou Lidong1，Wu Minjie1，Li Liangzhong11The Second Dental Center；2The Third Dental Center，Stomatology Hospital of Peking University，Beijing 100101，China

Objective To establish amethod ofmaking emulational jaw models as assistant tools in implant dentistry education.M ethods Emulational jaw models were fabricated by 3D printing technology.After traditional teaching methods，emulational jaw models were used to help studentsmake diagnosis，design operation and simulate operation.Surgical templates then were also fabricated on the emulational jaw models，which would guide the implant insertion surgery more precisely and safely. Resu lts All of the students thought that emulational jaw models could display the morphology of jaw bonemore intuitively than CT.Generally，after two to five simulation exercises on the 3D models，young doctors could finally insert implants in a satisfactory position.Conclusion We canmake emulational jaw modelswith 3D printing technology，which can help students achieve the leap from preclinical teaching to clinical practicemore smoothly.Therefore，it has promising future in teaching.

emulational jaw model；3D printing；implant surgery template；implant dentistry education

R-058；G642.0

A

1004-5287（2016）03-0313-04

10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201603022