数字化口内扫描和三维模型分析技术在口腔临床教学中的应用

聂萍 姜宁 朱妍菲 杨秩 刘加强 朱敏

近年来，数字化口腔医学技术已成为口腔医学发展的趋势之一，数字化技术的引入将改变口腔医学传统的诊疗、教学和科研模式[1]。目前，计算机三维数字化技术在口腔医学领域的应用涉及资料收集、诊断分析、计算机辅助设计和制作等多个方面。其中，数字化口内扫描和三维模型分析技术已逐步成为口腔医生临床诊疗的有效工具[2-3]。正颌外科学是口腔医学中理论性和实践性极强的一门交叉学科[4]，在正颌正畸联合治疗理论知识的授课方面，以往的临床教学中，教师多采用传统教学模式，即对藻酸盐制取的石膏牙模型进行诊断分析[5]，学生缺乏对数字化牙颌模型的三维立体空间感知认识，使得后续对正颌正畸联合治疗计划的设计无法充分领会。如何整合传统和数字化技术教学资源，并发挥我科数字化三维设计学科平台优势，从而增强口腔医学生实践应用能力的培养，以提高临床教学效果，是我们致力于研究的课题。

本研究旨在将数字化口内扫描和三维模型分析技术应用于口腔医学本科生的临床教学中，通过考察学生牙颌模型分析的准确度及问卷调查评估临床授课效果，为今后数字化虚拟仿真教学平台的构建及整合课程教学模式的改革提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取上海交通大学口腔医学院2016级口腔临床医学专业本科学生40人为研究对象，随机分为A、B两组，每组各20人。A组进行数字化口内扫描和三维模型分析教学，B组进行传统藻酸盐印模制取和石膏模型分析教学。

1.2 研究方法

1.2.1 数字化模型与传统模型分析测量的准确度比较

A组：先由教师采用iTero Element口内扫描仪(Align Technology公司，美国)对受试志愿者进行口内扫描获取三维数字模型，并利用OrthoCAD(Cadent，美国)分析软件示范教学三维数字化模型测量分析(图1)。B组：先由教师示范传统藻酸盐印模制取及灌注石膏模型步骤，利用游标卡尺对石膏模型进行手动测量分析示范教学(图2)。在明确操作步骤和方法后，两组学生分别进行实操练习，并记录各组模型分析测量数据，包括牙弓长度、牙弓宽度、前牙覆及覆盖、Spee曲线曲度、牙列拥挤度以及Bolton指数等测量结果。选择一名从事口腔临床教学工作10年以上的教师，分别对同一数字化模型和传统石膏模型进行相应的分析测量，每个模型测量3次，取平均值作为基准值。将每位学生的测量数据与教师基准值相减，取其绝对值作为测量差值以评估模型分析测量的准确度。随后两组学生交换示范教学和实操内容。

图1 数字化牙模型的测量分析Fig. 1 Measurement and analysis of digital dental model

图2 牙石膏模型的手动测量分析Fig. 2 Manual measurement and analysis of dental plaster model

1.2.2 两种不同教学模式的评价

所有学生分别对两种教学模式进行评分，并采用问卷调查形式分析学生对两种教学模式的评价。学生根据自己对不同教学模式的体验进行评分，0分为最低分，10分为最高分。基于自身的学习体会及感想，分别就两种教学模式的优缺点进行多项选择评价。

1.3 数据处理和统计学分析

2 结果

数字化与传统教学的模型分析测量准确度结果显示，在牙弓长度、牙弓宽度、前牙覆及覆盖的测量结果上两组无明显差异(P>0.05)，而在Spee曲线曲度、牙列拥挤度和Bolton指数测量项目上，与教师测量的基准值相比，数字化教学模式的测量差值小于传统教学模式，差异有统计学意义(P<0.05)，表明在口腔临床教学中，数字化技术的应用能提高学生对模型分析测量方法的掌握程度，且测量准确度高于传统教学模式。

表1 两种教学方式的模型分析测量准确度比较Table 1 Comparison of model analysis and measurement accuracy of two teaching methods

学生对数字化和传统教学模式的体验评分结果分别为(8.95±0.65)分和(7.52±0.56)分，差异有统计学意义(P<0.05)。对A、B两组进行匿名问卷调查，共发放调查问卷40份，回收有效问卷40份。问卷调查结果显示，学生认为数字化教学模式“生动新颖有趣”(95.5%)、 “精确性及可重复性好”(75%)、 “有利于理论知识的掌握”(78.5%)、“有助于提高操作技能”(88%)、“有助于增强对牙颌面畸形病例的分析理解”(80.5%)。与传统教学方式相比，87.5%的学生更喜欢数字化教学模式，认为口腔数字化技术实验课程的设置有助于提高三维模型分析阅读能力，希望今后继续开展。

3 讨论

3.1 口腔正颌正畸临床教学中引入数字化教学模式的必要性

传统的正颌正畸临床教学方法是应用X线头影测量、石膏模型测量、一般辅助检查等，向学生讲授牙齿、牙弓、颌骨、面部软组织各个结构的相互关系，进一步揭示牙颌面畸形的病因和机制，从而作出诊断并制订治疗方案[3]。但口腔正畸和正颌外科学研究的是具有颅颌面三维立体结构的牙颌面畸形患者，传统的二维检查方法由于放大、变形、重叠等问题，会使某些解剖结构的定位和测量缺乏准确性，导致学生在学习过程中出现困难，已经不能满足现代口腔医学教学的要求[6]。数字化技术和计算机技术的飞速发展为口腔疾病的诊疗、研究、教学开辟了迥异于传统的思路和模式[7]。在口腔医学整合课程教学的改革中，数字化技术临床教学资源的整合和利用对于目前口腔医学教学环境来说是一个必然要求[3]。三维数字化技术具有精确度高、真实反映三维形态、高效便捷、可视化和可操作性等优势，已在口腔各专业领域中得到广泛应用，极大地提高了诊疗的精确性和直观性[8]。因此，将三维数字化技术应用于口腔临床教学中，不仅可以弥补传统教学模式的不足，通过三维立体动态的教学模式，增加临床教学的趣味性，激发学生的学习积极性，并且对提高口腔医学生数字化思维及三维模型分析阅读能力有较好的促进作用。

3.2 在口腔正颌正畸的临床教学中采用数字化教学模式的优势

在传统的临床教学中，采用分规或游标卡尺手动测量方法得到每个牙冠宽度、牙弓必需间隙和牙弓可用间隙，从而计算牙列的拥挤度和Bolton指数。从实验结果来看，因受到测量工具和石膏模型的限制容易产生明显误差，如遇到邻牙接触紧密时，学生不能准确确定邻牙的分界点，从而导致测量结果偏差。而在数字化模型上进行拥挤度分析时，学生可以不受模型和测量工具的限制，测量分析软件呈现的多角度视图能帮助学生更加准确地定点，并且可在三维空间内无阻挡地进行测量，从而加强了学生对于中重度拥挤复杂病例的测量分析能力[9]。

此外，在口腔正颌正畸的理论教学中，要让学生掌握牙颌面畸形的形成机制、诊断及治疗方案的制订，教学过程中需要清楚阐明牙颌面畸形患者的牙、骨骼和软组织之间的关系，以及术前、术后正畸治疗和正颌手术中牙、骨骼和软组织的移动改建过程。这些都涉及空间和时间的四维因素，需要具备一定的抽象思维能力。数字化教学模式的优势在于，不仅能有效降低传统教学模式中的测量误差，多维角度地进行观察测量，并且可以从二维空间拓展到三维空间，从静态拓展到动态[10]。例如利用iTero Element数字化口内扫描仪的软件平台，可实现模拟排牙试验，其具有方便快速、无损、可重复性好的优点，能即刻初步模拟正畸治疗的牙移动过程或正颌手术的咬合跳跃移动。而且排牙过程会形成演示动画，使学生对牙齿移动有更加深刻的理解。利用此数字化虚拟仿真软件和大数据平台，初步模拟动态排牙过程，变抽象为具体，降低了教学的难度，增加了学生对难点知识的理解和兴趣，有助于激发学生的学习积极性和主动性，从而提高了临床教学的效果[9]。

综上所述，本研究结果表明在口腔正颌正畸临床教学中引入数字化口内扫描和三维模型分析技术获得了较好的教学效果，并获得学生的好评。随着三维数字化技术在口腔专业领域的不断发展，在传统教学中融合三维数字化教学模式是口腔临床和教学实践努力的方向，亦是实现口腔临床教学效果全面提升的有效方式。