3D打印頜骨模型用于根尖手術教學的探索與實踐

［摘 要］ 探討3D打印頜骨模型應用于口腔根尖手術教學中的效果。將參與根尖手術教學的104名學生隨機分成兩組，進行對比教學。在第一課時教學時，第一組、第二組均采用傳統教學法，包括知識點講解、病例分析、錐形束CT檢查等。在第二課時教學時，第一組以觀看根尖手術教學視頻進行學習，第二組將3D打印頜骨模型引入教學進行操作學習。分別對兩組學生每學時后的教學情況進行問卷調查，評估3D打印頜骨模型用于根尖手術教學的效果。兩種教學方法對于根尖病變的病因、病理改變、癥狀等基礎知識的理解效果相當（p＞0.05），但3D打印頜骨模型教學對于根尖手術流程、操作方法、空間形態掌握、教學生動性更有優勢（p＜0.05），引入3D頜骨模型的教學模式在學習根尖手術相關實操方面效率更高，更易引起學生的學習興趣（p＜0.05）。3D打印頜骨模型教學方法，有利于讓學生以更真實的視角，理解和掌握根尖手術的操作流程與要點。

［關鍵詞］ 數字化教學；根尖手術；口腔醫學

［基金項目］ 2022年度廣州市校（院）聯合資助項目基礎與應用基礎研究項目“口腔生物醫學師生創新研究平臺建設”（202201020203）；2019年度廣州醫科大學校級教育科學規劃課題“3D打印頜骨模型用于根尖手術教學的探索與實踐”（廣醫大發〔2019〕178號-32）

［作者簡介］ 祁文婷（1987—），女，寧夏銀川人，碩士，廣州醫科大學口腔醫學院·附屬口腔醫院·廣東省口腔組織修復與重建工程技術研究中心主治醫師，主要從事牙體牙髓病學及數字化口腔醫學研究；楊雪超（1976—），男，湖北宜昌人，博士，廣州醫科大學口腔醫學院·附屬口腔醫院·廣東省口腔組織修復與重建工程技術研究中心教授（通信作者），主要從事口腔生物醫學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）36-0102-07 ［收稿日期］ 2023-08-25

近年來，隨著新材料、新儀器的發展，根管治療的成功率已顯著提高，但由于根管系統的復雜性，即使進行了充分的根管清理與消毒，根管治療仍有可能失敗。根尖手術是將根管治療與口腔頜面外科結合，以治療患牙根尖周疾病的方法，其目的是去除根尖周病變組織，為根尖提供一個良好的生理環境，以利于根尖周病變的愈合和組織再生［1-2］。根尖手術為牙保存治療提供了新方法，隨著光學顯微鏡、超聲工作尖、動態導航系統、3D打印技術等新設備、新技術的應用，根尖手術向更加精準化、微創化、可視化的方向發展，實現了根尖手術成功率的顯著提高。

對于根尖周病損范圍相對較小，唇及頰側骨皮質完整的患牙，術區需要去骨后所暴露的位置、方向、大小、深度和形狀等影響著根尖區的定位，而根尖病損區的精準定位和去骨一直是顯微根尖手術的重點和難點［3-4］。手術過程中要面對根尖周組織復雜的結構，并要確保對術區周圍重要的組織結構及神經血管進行有效保護，因此對操作者的技術和經驗提出了更高的要求。

目前，牙體牙髓手術操作類教學仍以觀看視頻為主，屬于僅向大腦輸入視頻影像信息，由于缺乏真實操作中觸碰肌肉、骨骼、切割等實感信息，沒有讓學生大腦接收到有關手術的完整信息。在教學中，學生參與性不強，缺乏實踐機會，手術技能無法得到提升，待到真實臨床情境操作中，大腦需要輸出所學信息時，由于缺乏實操的觸感，遇到相關問題時大腦無法給予正確反饋，從而導致學生操作層層受阻，進一步造成學生膽怯而懼怕實際操作。所以，視頻教學對于操作類手術有一定局限性，目前亟待引入一款合適的根尖手術相關教學模型，幫助學生解決上述問題。

3D打印技術是將真實世界的患者影像學錐形束CT（CBCT），通過數字軟件建立3D模型，后用可以讀取3D模型信息的3D打印機按照1∶1比例，用有黏性的3D打印材料逐層疊加而建立的立體模型［5-7］。3D打印技術目前已在牙體牙髓顯微根尖手術的臨床治療中開展，包括個性化手術導板的制作以及上、下頜骨缺損仿真模型的制作等［8-10］。應用3D打印實體模型進行模擬手術，學生在實體模型上進行去骨、倒預備和倒充填等操作的練習，可直觀地進行操作，模擬手術入路，熟悉操作流程，實體感強，可以幫助我們設計和實施更有效的教學方法和策略，培養學生的專業能力，為他們未來的臨床實踐做好準備。本研究通過引入3D打印頜骨模型的教學方法，評估其在根尖手術的實驗課教學中的作用，為提高學生實際臨床操作能力找到合適的教學方式。

一、材料與方法

（一）材料、軟件與設備

錐形束CT（Kavo，德國），3D樹脂打印機（3DSystem 3510HB，美國），重建頜骨模型軟件Mimics 21.0（Materialise， 比利時），種植導板設計軟件（Simplant，比利時），醫學圖像重建軟件（iCATVision，德國），3D樹脂打印材料（3DSystem，美國）。

（二）病例選擇及檢查診斷

本研究數據來源于廣州醫科大學附屬口腔醫院，選擇1例需行根尖手術的患者，經患者知情同意后用于臨床教學。

患者基本情況：女，31歲，因2個月左右下頜前牙自覺咀嚼不適就診。檢查發現31、41舌側有牙色充填物，31、32、41有輕微叩痛，不松動、捫診無不適，牙髓電活力測試無反應，牙齦正常。X線片提示31、41根管內充填物影像，根管三維充填欠密合，根尖周可見低密度影（圖1d）。CT示31、32、41根尖13 mm×12 mm×12 mm根尖低密度影，邊界清晰，有高密度射線包繞（圖1 a-c），診斷為31、32、41慢性根尖周炎。31、41重行根管治療，32因牙髓壞死行根管治療后，隨訪三個月觀察根尖暗影未見明顯縮小（圖1e），建議患者行根尖手術治療，患者知情同意，經廣州醫科大學附屬口腔醫院倫理委員會批準（批號：KY2019065），術前告知患者詳細的手術步驟、注意事項與風險等，簽署知情同意書，對該患者實施臨床治療。

（三）研究方法

對患者進行口腔頜面CBCT（Kavo，德國）檢查從而獲得頜面骨骼斷層圖像，將圖像另存為DICOM格式并導入至三維重建軟件Mimics 21.0中，通過軟件中的“Threshold、Region Grow、Edit Masks”功能，重建出頜骨三維模型，在模型中應包括病變累及部位（圖2），將重建好的模型保存為STL格式，利用3D樹脂打印機（3DSystem 3510HB，美國）對樹脂材料按照1∶1打印出三維實物模型（圖3a）。

將紅蠟片加熱融化后，滴入模型內對應的根尖骨質缺損部分以模擬囊壁。使用超硬石膏加自來水攪拌后，注入磨具，待石膏模型徹底干透后取出，制作完成教學模型（圖3b-d），將制作好的教學模型安裝到仿頭模上即可供學生實驗課使用（圖4）。通過對比兩組的課堂滿意度，評價評估數字化輔助教學模式的效果。教師演示根尖手術具體操作方法后，學生在制作好的數字化模型上完成根尖切除、倒充填等操作。

（四）臨床教學與評價方法

將參與臨床教學的104名學生隨機分成兩組，分別由同一名帶教教師進行2學時的學習，其中第一課時學習階段，第一組、第二組學生在該教師的指導下首先進行教材相關知識點、病例臨床表現及CBCT檢查等傳統教學方式，完成第一學時課程教學。其次，每組學生進行問卷調查，課間休息10分鐘后進行第二課時教學，該教師對第一組學生以觀看操作視頻為手段，進行根尖手術操作教學。第二組學生利用3D打印教具對該組學生進一步教學后，完成第二學時課程。最后，兩組學生再次進行問卷調查，兩次問卷調查內容均一致，均使用10分制回答（10分為完全掌握，0分為尚未掌握），問卷內容如下。

Ｑ1：通過本課程的學習，你認為自己是否能掌握正常根尖周疾病病因、病理改變及患者癥狀、體征？

Ｑ2：通過本課程的學習，你認為自己是否能正確掌握根尖手術的適應證范圍？

Ｑ3：通過本課程的學習，你認為自己是否能準確地記憶根尖周病變的部位、病損范圍及毗鄰結構的變化？

Ｑ4：通過本課程的學習，你認為自己是否能把握正確的手術時機？

Ｑ5：通過本課程的學習，你認為自己是否能清楚記憶整個手術流程和手術要點？

Ｑ6：通過本課程的學習，你認為自己能夠獨立完成根尖手術嗎？

Ｑ7：你是否認為本課程內容新穎，可以激發興趣，并提高學習效率？

Ｑ8：你認為本課程內容直觀生動嗎，是否將較難以理解的概念變簡單？

本問卷設置的問題中，Q1～Q2主要調查學生對根尖手術相關知識點的掌握情況，Q3～Q6主要調查的內容跟根尖手術時機和手術操作掌握程度有關，Q7—Q8主要目的是對教學效果的評價。

（五）統計學分析

采用SPSS22.0進行統計學分析，計量資料符合正態分布，采用均值±標準差（x±s）表示，組內比較采用配對樣本t檢驗，組間比較采用獨立樣本t檢驗。

二、結果

組內分析結果顯示：第一組學生僅Q1、Q2兩次問卷評分分數相當，Q3～Q8評分分數第二次問卷評分結果高于第一次（p＜0.05）（見表1）。與第一組情況不同，第二組學生Q1～Q8問卷評分結果第二次問卷評分均高于第一次（p＜0.05）（見表2）。

組間分析結果顯示：（１）第一課時結束后，第一組學生Q1～Q8得分與第二組相當（p＞0.05）（見表3）；（2）在第二課時結束后，雖然Q1、Q2得分相當，但是Q3～Q8評分分數，第二組的學生高于第一組（p＜0.05）（見表4）。

三、討論

牙體牙髓病學具有操作性、實踐性強的特點，口腔醫學生不僅要把臨床醫學知識轉化為實踐操作能力，還對實踐操作能力有苛刻的要求——大多數技術都要求精確到1 mm以內，這對整個過程極其具有挑戰性［11-12］。目前，對于根尖手術的課程教學，傳統教學仍是主要的教學方法，通常由教師使用PPT講授理論知識并觀看操作視頻學習根尖手術的操作，傳統教學以教師為主體、以講授和觀看為主要手段，學生實操機會極其有限，這也導致學生到臨床后，面對根尖手術通常表現出懼怕操作的心理特征［13-14］。隨著牙體牙髓診療研究的進步，根尖外科治療從理念、技術、材料和方法方面迭代更新，新的器械設備和新材料不斷用于教學中［15-18］。本研究引入3D打印實體模型進行模擬手術，旨在探討3D打印引入根尖手術的教學效果。

從上述結果可以看出，3D打印頜骨模型引入根尖手術的實驗教學方法和傳統教學方法均可以讓學生完成根尖手術的基本學習，但在解剖及實操的學習過程中，3D打印頜骨模型引入根尖手術的實驗教學方法優于傳統教學方法，包括：（1）3D打印1∶1的復刻真實病例，可以幫助學生直觀地觀察到病損周邊解剖學結構、病損組織結構毗鄰變化、系統周邊神經血管分布，并且可以在模型上進行翻瓣、去骨、倒充填等技術的實操，幫助學生從理論學習向實操進行跨越。（2）引入3D頜骨模型能有助于學生對手術操作的掌握，建立學生的信心，便于學生日后臨床實戰階段更易上手。（3）3D頜骨模型教學形式新穎，易激發學生的學習興趣，提高學習效率。但對于基本概念的講述，如適應證、適應人群、病理改變等，傳統教學方法已將基本概念系統描述，知識點進行統一歸納，幫助學生加深在理論層面上的理解。故引入3D頜骨模型教學在創立空間思維和操作層面幫助學生對根尖手術的學習，提高學生的學習效率和自信心。

3D頜骨模型教學的優勢是將真實臨床情境反映在教學模型上，所有的臨床教學資料都是源自真實的臨床案例，并且1∶1打印還原病例標本，讓原本實習階段才有機會體驗的真實案例和實操，提前到課堂上進行實踐學習，讓學生感知真實臨床情境下的操作狀態，手眼結合，真正掌握根尖手術的實際操作，激發學生的學習熱情，幫助學生在實際工作中建立信心［19-21］。3D打印頜骨模型輔助教學雖然可以提高學生的臨床實操能力和興趣愛好，但仍有問題亟待解決：目前3D打印材料具有局限性，打印出的實物模型硬度與觸感與人體的實際組織尚有一定差距，操作時不能完全感知到根尖手術過程中的反饋，如觸覺和力量等操作感受。同時，3D打印實體模型雖然可以通過精準建模和打印還原口腔組織的解剖結構，但無法模擬手術中動態血流和組織彈性，因此需要不斷探尋更接近實際操作的原材料［22］。此外，3D打印技術作為一項新技術，需要額外購買3D打印材料及相關設計軟件，且3D打印材料成本較高，廣泛應用于教學會對學校造成較大的成本壓力。

目前，3D打印技術已經廣泛應用于口腔臨床教學中，包括牙體牙髓、頜面外科、種植、修復等，尤其多見于口腔頜面外科。但受限于打印材料價格和材料仿真程度限制，3D打印教學在牙體牙髓顯微根尖手術教學領域中還處于起步階段，相信隨著材料學及人工智能掃描建模等技術的不斷發展，其應用將會更加廣泛和便捷。

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Exploration and Practice of 3D Printed Jawbone Model for Apical Surgery Teaching

QI Wen-ting， CHEN Xie， HUANG Li-shan， YANG Xue-chao

（School and Hospital of Stomatology， Guangdong Engineering Research Center of Oral Restoration and Reconstruction， Guangzhou Medical University， Guangzhou， Guangdong 510182， China）

Abstract： To explore the effect of 3D printed jawbone model applying into clinical teaching about apical surgery， 104 students were randomly divided into two groups for comparative teaching. In the first class， traditional teaching methods were used in both the first and second groups， including basic knowledge explanation， case analysis， CBCT examination， etc. In the second class， the first group learned by watching a teaching video of apical surgery， while the second group introduced 3D printed jawbone models into the teaching for operational learning， a questionnaire survey of the teaching effect of two groups of students after each class hour was used to evaluate the effectiveness of 3D printed jaw models for teaching apical surgery. The questionnaire showed that the two teaching methods had similar understanding effects on the etiology， pathological changes， symptoms and other basic knowledge of apical lesions （pgt;0.05）， but 3D printed jaw model teaching had more advantages in understanding the surgery process， operating methods， spatial morphology， and teaching students mobility （plt;0.05）. The introduction of 3D jaw model teaching mode was more efficient in learning practical operations related to apical surgery and more likely to arouse students’ interest in learning （plt;0.05）. The teaching method of 3D printing jaw bone models is beneficial for students to understand and master the operational process and key points of apical surgery from a more realistic perspective.

Key words： digital teaching; apical surgery; oral medicine