數字化三維設計與模擬系統在正頜外科教學實踐中的應用

何錦泉 樸正國 歐陽可雄 黃珞 陳倫秋 閆璟 周麗斌

【摘要】目的：探討數字化三維設計與模擬系統在正頜外科教學中的應用。方法：運用數字化三維設計與模擬教學法給以口腔醫學專業講授口腔頜面部正頜外科課程并且用問卷調查的形式獲得學生對此方法的反應。結果：問卷結果顯示30名學生中，27名學生（90% ）贊成計算機輔助外科應用于正額外科的教學實踐，93.3%的學生認為計算機輔助外科模擬手術對正額外科手術的理解非?；虮容^有幫助。86.7%的學生認為通過手術模擬后對Le Fort 1型截骨、上頜骨前徙術和雙側下升升支矢狀骨劈開、下頜骨后退術的手術設計達到了很好或較好的掌握。結論：數字化三維設計與模擬系統在正頜外科教學中的應用可以提高教學效果。

【關鍵詞】數字化 三維設計 正頜外科 教學實踐

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）06-0074-02

牙頜面畸形是指因頜骨發育異常引起的頜骨的體積、形態以及上下頜骨之間及其與顱面其他骨骼之間的關系異常，和隨之伴頜、牙關系及口頜系統功能異常與顏面形態異常。正頜手術目的在于矯正錯位牙，調整不協調的牙弓與牙頜關系，排除牙頜干擾，排齊牙列，消除牙的代償性傾斜，以使術中能將切開骨段順利的移動至設計的矯正位置，并建立良好的牙頜關系。由于頜骨具有較復雜的三維立體結構，并且正頜外科的骨切開線的設計具有多種形式，因此在臨床教學中學生往往難以透徹的理解正頜外科手術。

數字化三維設計與模擬手術是利用虛擬現實技術將各種醫學影像數據導入計算機中，建立一個數字模型，醫師在虛擬環境中進行手術設計與模擬，并引導實際手術過程的一種新興技術。目前利用計算機技術將牙頜面畸形患者的CBCT 數據以DICOM 標準格式導入，并與患者的牙列三維掃描圖像進行融合，重建顱頜面三維模型，通過相關軟件在虛擬環境中進行三維頭影測量分析以及虛擬截骨和移動，在計算機上完成正頜手術的模擬。

本研究將通過數字化三維設計與模擬系統對上下頜骨進行虛擬的切割和移動，使正頜手術在計算機三維圖像中得以模擬實施，并將之應用于正頜外科本科生的教學實踐中，目的在于探討此教學模式的可行性并評價其應用效果。

一、資料與方法

選取臨床上最常見的上頜骨發育不足伴下頜骨發育過度的牙頜面畸形病例作為教學實踐病例。患者行CBCT掃描檢查，將掃描獲得的斷面圖像保存為DICOM 格式，然后將數據導入Mimics 三維建模軟件，運用Threshold、Floodfill 等功能，分別重建出不同類型的三維解剖模型。在計算機上對上下頜骨進行虛擬的切割和移動，模擬實施Le Fort I 型截骨和雙側下頜升支垂直截骨術，使上頜骨前移下頜骨后退。

二、教學實踐和問卷調查

本研究選取了30名口腔醫學本科學生志愿者參加，其中男性12名，女性18名，所有參與的學生學生首先參加牙頜面畸形的常規教學講授，然后在計算機上完成手術模擬，通過問卷調查的形式獲得研究結果。問卷內容包括計算機虛擬手術對理解正頜外科手術的幫助，對正頜手術的掌握程度，和對該模式應用于教學實踐的態度，每項調查內容按5級進行評分。

三、結果

結果問卷結果顯示30名學生中，27名學生（90% ）贊成計算機輔助外科應用于正額外科的教學實踐，93.3%的學生認為計算機輔助外科模擬手術對正額外科手術的理解非?；虮容^有幫助。86.7%的學生認為通過手術模擬后對Le Fort 1型截骨、上頜骨前徙術和雙側下升升支矢狀骨劈開、下頜骨后退術的手術設計達到了很好或較好的掌握。所有受試者都對計算機輔助外科表現出很高的熱情，并建議將這一模式在口腔醫學的教學實踐中進行推廣。

四、討論

近年來，隨著計算機技術和數字醫學的飛速發展，越來越多的新興技術被應用于外科領域。虛擬手術是利用計算機技術將各種醫學影像數據導入計算機中，建立一個數字模型，在虛擬環境中進行手術設計與模擬，并引導實際手術過程的一種新興技術[1]。利用計算機技術將牙頜面畸形患者的螺旋CT 與牙列三維掃描圖像進行融合，重建患者顱頜面三維模型，通過相關軟件在虛擬環境中進行三維頭影測量分析以及虛擬截骨和移動，構建了頜骨畸形的正頜手術三維模擬及虛擬操作系統[2]，數字化三維正頜手術設計與模擬系統應用于本科生教學優點如下。

1.直觀易懂。學生可以從各個角度觀察上下頜骨的解剖結構，模擬各種截骨線，以及各種截骨線可能會損傷的重要結構，在三維方向上移動截骨塊，使學習內容變得直觀、感性、生動有趣，學生更深入的了解對正頜外科手術有更深入的了解。

2.提高學生的學習興趣。數字三維正頜外科手術設計與模擬系統教學使學生可以在計算機上完成正頜外科各種操作，如截骨線設計、重要的神經血管和解剖標志的回避等3。和陳傳統幻燈片教學相比，該方法不僅提高了學生的興趣，通過互動，也使教學內容更加生動。

3.縮短教學時間。數字化三維設計與模擬系統可以實現快速的截骨和移動，學生可以了解正頜外科手術操作骨塊的移動對面型的影響，并且短時間內對頜骨畸形的分類和治療方法有全面的了解。

綜上所述，將數字化三維正頜手術設計與模擬系統引入到本科生的教學中是對本科生培養方式的一種有效改進，有益于本科生對正頜外科學的理解，使得本科生教學工作朝著更科學合理的方向發展，值得推廣。

參考文獻：

[1]蔡卜磊，任榮，申亮亮. 數字化三維正頜手術設計與模擬系統在本科生教學中的應用[J].牙體牙髓牙周病學雜志，2017，27（7）：422-425.

[2]姚志濤，買買提吐遜·吐爾地，阿地力·莫明.3D打印成型技術在新疆口腔頜面部創傷雙語教學中的應用[J].繼續醫學教育，2014 ，28 （9）：107-110.

[3]阮敏，季彤，張陳平.3D 打印技術在口腔頜面-頭頸腫瘤外科教學中的應用[J].上?？谇会t學，2016 ，25（6）：762-765.