牙體形態雕刻教學中的一種數字化評估方法

熊 潔 楊艷艷 何 露 劉 暢

（1.廣州醫科大學附屬口腔醫院；2.首都醫科大學附屬北京口腔醫院）

在日常口腔治療過程中，口腔醫生常常需要運用不同的材料和技術在狹小的口腔內手工恢復牙齒的外形和功能，因此圍繞牙齒形態、功能的治療是口腔治療的主要內容。口腔臨床學科是一個理論與實踐結合較強的學科，在口腔教學中，為了加強對理論知識的理解，可開設一系列的口腔手工技能操作訓練課程。牙體雕刻技術課程是口腔工藝技術專業的一門核心基礎課程，并在不斷地進行改革。在牙齒雕刻訓練中，將雕刻技法與個性化牙體形態特征相結合，可進一步加深學生對單個牙齒形態的理解、掌握。但是由于個體差異及技術因素，對于空間想象力較差的學生，經常出現雕刻不足或雕刻過多的現象，這個過程需要教師進行反復的指導和糾錯，因而會耗費較多的課堂時間，且效果并不是很好。一套標準的教學流程和評價標準可以直觀地展示差異，給予學生合理的指導和評價，輔助提高牙體形態雕刻的教學質量。近年來，多種過程評估性的數字化口腔教學系統被廣泛應用于口腔醫學教學中，并取得了良好的效果，但多以牙體預備的評判為主，偶見牙體形態雕刻評估系統。在牙體形態雕刻教學過程中，筆者團隊利用現有的3shape2000掃描儀掃描標準模型及學生的牙體雕刻作品，分別作為標準及測試件，從3shape dental design軟件導入Geomagic Qualify軟件進行形態及細節分析比對，可以實現客觀、精確的評估效果，進一步提高牙體雕刻教學工作的客觀性和準確性。

一、材料與方法

（一）材料

蠟塊、倉式口腔模型掃描儀（3shape2000，丹麥）、掃描噴粉、格式轉換軟件（Delcam Exchange，德國）、檢測軟件（Geomagic Qualify，美國）。

（二）評估方法

1.學生（已完成口腔解剖生理實習課、口腔修復課間實習課）按照《口腔解剖生理學》（人民衛生出版社第五版）實習大綱要求的牙體形態數據，使用蠟塊雕刻牙體形態，并統一在模型雕刻范圍和底座的分界面定位三個點，便于軟件設定坐標系進行比對。收集學生作品和標準作品，使用掃描粉均勻噴射于模型表面。從3shape design軟件建立訂單，模型放入3shape2000倉式掃描儀倉內，自動完成掃描（圖1）。

圖1 牙體雕刻模型噴粉、掃描

2.保存訂單，導出DCM格式的掃描影像。將所有DCM格式文件導入Delcam Exchange軟件完成格式轉換為stl格式文件（圖2）。將標準模型的文件和一名待測評學生模型的stl文件導入Geomagic Qualify軟件。

圖2 導入Delcam Exchange軟件完成格式轉換

3.可選用n點注冊或1點注冊功能。將標準模型與學生模型兩個文件配為一組，可使用最佳擬合對齊功能，進一步將兩者對齊，此時軟件自動將作品重疊，重合度高的部位顯示為迷彩特征，不重合處即可直觀顯示。使用3D分析功能測試與標準模型文件差距值，將不重合的程度量化。軟件自動根據差距值用不同色彩渲染模型文件。

4.設定實體模型為測試組，點云為標準組，測量測試組到標準組點云的距離。設定數值為正，顏色偏紅，表明該部分標準組高于測試組；顏色偏綠，數值趨向于0，即表明該部分重合程度較高；數值為負時，顏色偏藍，表明該部分標準組低于測試組。對應數值較大，說明該區差距較大。超出最大設定范圍即為灰色（圖3）。設定最小偏差單位，設定上下限，調整評判標準，有較高的自由度及靈活性。

圖3 模型數據分析

5.選取關鍵點，如頰面、舌面頸緣線中點、各牙尖尖點、各軸面外形高點，目的為衡量牙體形態和接觸區位置。根據以上關鍵點差距值取平均值，將其絕對值取平均值，作為評價學生實驗模型的標準。

二、討論

傳統的牙體雕刻教學過程中，通常是由教師根據學生的牙體雕刻結果提出修改意見后，學生再根據教師的指導繼續進行牙體雕刻。這種教學模式雖然速度快，但往往難以全程指導學生操作，不僅教學效率低下，而且由于教師評判的主觀性較強，難以客觀地評價學生的牙體形態雕刻結果。

而在學生方面，存在以下幾個問題：（1）觀察力不足。由于學生存在個體差異，在實際教學過程中，往往有一些學生因為觀察力不足，無法第一時間準確把握牙體解剖形態特征，也無法找到自己牙體雕刻作品中的問題。通過數字化測量評估方法，將學生作品與標準作品的差異定量表達，將細微部分放大呈現，可視化的方式能豐富學生對牙體形態細節的認識，使學生對標準形態建立深刻認識。（2）建立三維空間的認知能力有限。牙體是立體結構，而教材用圖只能以二維形式展現，往往只有頜面、唇頰面、鄰面的剖面圖，導致部分學生對牙體形態的理解生硬片面，對牙體軸面的交界過渡處無法建立三維空間認知。通過該方法，直接將標準件與測試件的三維形態進行比較，可以從各個角度進行觀察對比，學生也可直觀地獲得視覺感受。（3）動手能力不足。動手能力需要長期鍛煉，需要精準認識到不足之處，通過高效的學習方法來提高。該方法作為一種教學手段，可以使學生發現問題、糾正問題，從而實現正向循環。

隨著數字化在口腔界的應用日漸廣泛，一些數字化評估方法也逐漸產生，現有如日本日進公司的牙體雕刻評價系統（掃描儀+軟件）、中國迪凱爾公司的數字化口腔教學評估系統（仿真頭模設備+軟件）等。使用專用設備評估需要購買該公司硬件，或需要購買該公司專用軟件配合使用，開放性較低，且價格不菲。此外，評判標準受到軟件功能限制。現有商業軟件往往以整體重合度作為直接結果進行評判，但不同層級的學生需求不同，對于口腔醫學專業的學生來說，更需要充分了解牙體形態特征，應允許一定程度的個性化存在，通過對偏差值的設定，對測試作品與標準作品的偏差有一定的自由調節范圍，避免簡單地以整體重合度作為評判結果。

本方法作為一種牙齒雕刻的數字化教學評價方法的嘗試，具有如下特點：（1）客觀、精確。數字化計算測試模型與標準模型間的差值，將各處誤差量化顯示，減少了人為主觀因素，標準統一，提高了精確性和恒定性，節省教師工作時間，使評估流程更加客觀、公正，同時學生可根據標準自主練習改進，激發學生的學習興趣，培養尋找問題、解決問題的能力。（2）硬件設備要求不高。該方法只需要倉式口腔模型掃描儀以及Geomagic Qualify軟件，不需要特定商業系統設備，可達到一定精度（0.015mm），可以設置標準模型，調整測量關鍵特征點，設置自由、靈活。（3）直觀的教學體驗。利用傳統教學方法，學生對牙體形態感受不深。新的教學方法通過不同顏色直觀地展示差異的大小及范圍，給學生直觀、立體的感受，提高學生對于牙齒外形比例關系、牙齒生理解剖特征的掌握，從各個角度量化分析與標準模型之間的細微差距，使學生獲得清晰而直觀的認識，以進一步提高實習操作水平。（4）易于傳播推廣。可以輕松建立標準模型數據庫，統一每一屆學生的教學內容和標準，同時保存學生實習作品的數據，進行同一學生或每一屆學生之間的教學效果評價和反饋。

綜上所述，該方法能夠客觀、精準地評價學生的牙體雕刻作品，幫助解決學生學習過程中面臨的困難，幫助學生建立準確的三維認知，同時有益于減輕教學壓力，提高教學效率。