數字化虛擬口腔教學系統在口腔修復實驗教學中的應用與探索

李家++史翠平++林開利++蘇儉生

摘 要：目的 探討數字化虛擬教學系統在口腔修復實驗教學中的可行性與效果。方法 應用虛擬口腔教學系統（Computerized Dental Simulator，CDS）結合CAD/CAM技術完成牙體預備及修復體制作的全程數字化教學，并與傳統教學方式相比較，通過課后作業及調查問卷的方法，評價數字化教學的效果。結果 確立了固定義齒數字化教學流程。與傳統教學方式相比較，數字化教學提高了學生的課堂作業成績，P<0.05。問卷調查結果顯示，該教學系統提高了學生的學習興趣，加深了對基礎理論的理解與記憶，且能較好地指導學生的臨床前實訓操作。結論 數字化虛擬口腔教學系統改善了口腔修復學部分實驗教學效果，如何更好地開展數字化教學，仍需深入探討。

關鍵詞：口腔修復學 口腔醫學教學 虛擬口腔教學 CAD/CAM

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0175-02

口腔修復學是一門理論性、實踐性較強的口腔臨床科學，近年來，隨著計算機技術、數字化義齒加工技術的迅猛發展，已經開辟了全新的口腔修復治療模式，推動口腔修復治療向著更加精確、簡便、高效、高仿真和有效恢復生理功能的方向發展，數字化技術已經成為未來口腔醫學的發展方向之一。在口腔醫學本科生教學階段利用數字化手段開展數字化實踐教學，是順應新時期下教學發展和完善教學內容的必然趨勢。研究人員應用虛擬口腔教學系統（Computerized Dental Simulator，CDS-100）結合CAD/CAM技術對口腔修復學實驗教學進行教學改革，實現冠橋修復體從牙體預備—印模制取—修復設計—義齒制作的全程數字化教學，對數字化教學系統在口腔修復固定義齒實踐教學中的應用進行了初步探索。

1 數字化虛擬口腔教學系統在固定義齒實驗教學中的應用

1.1 固定義齒全程數字化教學的教學過程

研究人員根據固定義齒的臨床制作過程，將數字化教學內容分解為以下兩個步驟。

1.1.1 牙體預備的數字化教學與評估

登錄CDS-100系統后，首先進行課程選擇，在牙位選擇及定位校正后，系統顯示手機、車針、基牙預備狀態的同步3D影像，即可模擬臨床環境開始牙體預備，在牙體預備過程中可進行車針的選擇及更換。通過與系統預設的牙體預備標準相對比，學生可實時對牙體預備準確性進行過程評估。操作完成后，CDS-100可對操作過程和操作結果進行分數評估，該系統還具備過程的存儲記錄及回放功能，有助于學生復習操作過程，提高實驗室教學質量。

1.1.2 數字化印模制備、義齒設計與加工

牙體預備完成后，研究人員使用KaVo掃描系統（ARCTICA Autoscan）掃描工作及對頜模型，制備數字化印模，利用KaVo multiCAD設計軟件對修復體進行3維設計，該系統能通過易于操作的菜單導航引導初學者完成修復體設計，設計流程包括：確定邊緣線—就位道設計—內冠設計—雕刻解剖形態。設計完成后，使用CAM系統（ARCTICA Engine）五軸向研磨儀切削加工修復體，最后在結晶爐內燒結完成氧化鋯全瓷修復體。

1.2 數字化教學效果評估

為評估數字化虛擬口腔教學系統在固定義齒實驗教學中的應用效果，選取應用數字化教學的同濟大學口腔醫學院2013級本科生為研究組，對照組為傳統教學方法的2012級本科學生，對課堂作業成績進行了比較分析，研究組的課堂作業成績（92.28±2.56）明顯高于對照組成績（89.56±2.02），P<0.05。對采用數字化教學的2013級學生還就以下方面進行了問卷調查：課程是否提高了學習興趣及主動性、是否加深了對基礎理論的理解、實驗結果評價的客觀性、系統即時監控實驗操作過程及引導作用、是否喜歡數字化教學模式。其中，100%的學生表示喜歡這種教學模式，認為數字化教學能激發學習潛力，提高了學生解決問題的能力；95%的學生認為通過數字化3D虛擬技術，加深了對理論知識的理解與記憶；90%的學生認為數字化教學系統能客觀評價實驗結果；87%的學生對系統的即時監控、評估及引導作用表示滿意。

2 討論

2.1 數字化實驗教學的可行性與優越性

牙體預備作為最重要的一項口腔修復學教學內容，其教學手段已經從早期的“圍觀式”教學過渡到仿真頭顱模型系統教學，仿真頭顱模型系統雖然提高了修復學教學質量，但在操作技能培訓中的標準化、實時反饋及客觀評價功能上仍有不足。CDS是專門為口腔醫學生臨床訓練所設計的虛擬教學設備，由空間定位系統、互動式模擬實境系統、教學評分系統和三維虛擬技術組成。該系統軟件可用于口腔修復學、口腔內科學及口腔種植學的實驗教學，如冠橋預備、窩洞制備、開髓術、種植手術導航等。Urbankova等[1]研究發現，CDS訓練有助于識別需要教學干預的學生，CDS早期訓練不僅能顯著提高學生的臨床操作技能，而且能節省教師的教學時間。研究人員應用數字化口腔虛擬教學系統（CDS-100）開展了全程數字化固定義齒修復的教學實踐，發現CDS-100系統在牙體預備教學中的優點主要有：（1）教學過程標準化；（2）實時評估和反饋；（3）操作過程可記錄、存儲及回放；（4）三維示教和引導。

CAD/CAM技術在修復領域的應用主要涉及固定義齒、全口義齒、可摘局部義齒幾個部分。可摘局部義齒及全口義齒的數字化修復仍處于實驗研究階段，尚未在臨床推廣，而固定義齒的CAD/CAM制作已經取得了較好的臨床修復效果。有學者[2]報道，椅旁CAD/CAM系統制作的修復體，5年成功率為97%，10年成功率達90%以上。因此，先行開展固定義齒修復的全程數字化實驗室教學，培養學生數字化修復臨床技能，積累教師的數字化教學經驗，有較強的現實意義。筆者學院為滿足數字化教學需要，已購置1套KaVo Everest 系統，該系統是一個集數字化信息采集、數字化設計及制作為一體的CAD/CAM系統，能夠用于全瓷修復體的嵌體、貼面、全冠、冠橋基底冠或支架的加工和設計。研究人員將CDS-100與CAD/CAM系統相結合，實現冠橋修復體從牙體預備—印模制取—修復設計—義齒制作的全程數字化教學，改善了傳統實驗教學模式，提高了學生的課堂作業成績。

2.2 數字化教學結合PBL教學法的優越性

PBL（Problem-Based Learning）教學方法是以問題為導向的教學方法，是基于現實世界的以學生為中心的先進教學模式，PBL實驗教學法適合應用于數字化教學系統中。3D數字化虛擬教學不僅能創建一個清晰、立體的教學環境，幫助學生對修復抽象理論的理解，而且能對教學內容進行即時反饋及實時評估，進而激發學生的學習興趣，提高學生自主學習能力。Schwindling等[3]學者比較了常規觀看教學視頻與小組實踐CAD/CAM模塊軟件的教學效果，結果顯示CAD/CAM組對知識掌握情況明顯好于常規組，利用CAD軟件制作單冠，更有利于學生對數字化義齒設計知識的掌握。筆者在教學中利用CDS-100&CAD的圖像處理系統，將牙體預備及義齒設計的過程轉化為數字化圖像，學生通過電腦屏幕直觀、逼真地看到牙體的預備及冠設計過程，并且可以利用軟件工具進行基牙軸壁角度、就位道方向、肩臺寬度等的測量，從而對牙體預備標準有了深刻認識。利用3D虛擬技術的實時評估功能，學生可以隨時將自己的操作細節與標準數字化模型比對，不需要依賴教師的指導，學生就能對操作過程中的錯誤環節進行自我改進，從而提高了學生的自我評價及自主學習能力。數字化教學模式符合PBL 實驗教學法的教學特點，學生在完成教學過程中，及時發現并提出新的問題，可返回到問題的初始狀態，教學的重點及難點在反復循環之后得到理解和鞏固。

目前，3D虛擬教學還不能夠完全替代傳統教學模式及教學內容，數字化教學只是一種先進的教學手段。隨著教學理念的更新與數字化醫學的發展，如何將先進的教學理念與數字化教學手段相結合，保證口腔醫學畢業生滿足現代醫學模式的要求，仍需深入探討。總之，以學生為中心，積極開展數字化教學實踐，提高學生的科學素養和臨床能力，是口腔修復學實驗教學改革的重要內容。

參考文獻

[1] Urbankova A.Impact of computerized dental simulation training on preclinical operative dentistry examination scores[J].Dent Educ， 2010，74（4）：402-409.

[2] Fasbinder DJ.Clinical performance of chairside CAD/CAM restorations[J].Am Dent Assoc，2006（137）：22-31.

[3] Schwindling FS，Deisenhofer UK，Porsche M， et al.Establishing CAD/CAM in Preclinical Dental Education：Evaluation of a Hands-On Module[J].Dent Educ，2015，79（10）：1215-1221.