三維互動(dòng)模型在牙體窩洞分類教學(xué)的應(yīng)用

薛超然，胡祥翔，任 杰，盧 褀，柳 茜，項(xiàng) 濤，譚 靜，賴春霞

(四川大學(xué) a.華西口腔醫(yī)院 口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.華西口腔醫(yī)學(xué)院國家級口腔醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心；c.實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，成都 610041)

·軟件開發(fā)與應(yīng)用·

三維互動(dòng)模型在牙體窩洞分類教學(xué)的應(yīng)用

薛超然a，胡祥翔a，任 杰a，盧 褀a，柳 茜b，項(xiàng) 濤b，譚 靜b，賴春霞c

(四川大學(xué) a.華西口腔醫(yī)院 口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.華西口腔醫(yī)學(xué)院國家級口腔醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心；c.實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，成都 610041)

基于三維模型制作軟件及前期調(diào)查結(jié)果，自主開發(fā)制作應(yīng)用于牙體牙髓病學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的口腔醫(yī)學(xué)G. V. Black窩洞分類三維互動(dòng)教學(xué)模型。該教學(xué)模型分為“授課模型”文件與“測驗(yàn)?zāi)Ｐ汀蔽募?，具有三維瀏覽、標(biāo)注交流等多種功能。實(shí)驗(yàn)表明，該類三維技術(shù)運(yùn)用于口腔醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有直觀、清晰、互動(dòng)性強(qiáng)、無損耗、一次投入能長期使用等特點(diǎn)，可以進(jìn)一步拓展其運(yùn)用的廣度與深度。

三維互動(dòng)；口腔醫(yī)學(xué)；窩洞分類；教育

當(dāng)代牙科材料與技術(shù)發(fā)展迅猛，人們對牙體窩洞分類有了各種新的定義，但掌握G. V. Black基于齲損發(fā)生部位的牙體窩洞分類法則[1]仍是目前口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)與重點(diǎn)。傳統(tǒng)的窩洞分類教學(xué)一般通過文字描述或模型展示，受到文字不直觀、模型易損、數(shù)量有限、占據(jù)空間、種類單一、缺乏互動(dòng)等諸多限制。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維模型已被廣泛運(yùn)用于口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中，如Gergo Mitov等人關(guān)于MorphoDent的教學(xué)評價(jià)[2]，Julijana Vuchkova等人關(guān)于三維模型可視化軟件在口腔影像學(xué)中應(yīng)用的研究[3]，以及Danielle Mowery等人所介紹的Tooth Atlas 3D軟件[4]，均展示出三維數(shù)字模型在彌補(bǔ)傳統(tǒng)示教模型不足以及輔助口腔醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)教學(xué)方面的巨大潛力。

盡管目前市面上的口腔醫(yī)學(xué)三維模型軟件種類繁多，在國外已有眾多院校使用，但其多針對口腔正常解剖生理結(jié)構(gòu)，在疾病治療等方面涉足相對較少，例如G. V. Black窩洞分類三維模型?；诖?，我們希望自行制作G. V. Black窩洞分類定位三維互動(dòng)模型，彌補(bǔ)該類三維模型的空缺，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提升牙體牙髓實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 用戶需求調(diào)查

通過訪談式調(diào)查，了解四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院已參與口腔內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課的本科生、研究生及相關(guān)教師對于三維牙體窩洞互動(dòng)分類模型的需求及期望。

1.2 原始牙體三維模型搭建

我們參照《口腔解剖生理學(xué)》(第7版)[5]，使用3D STUDIO MAX 2010和Maya搭建右側(cè)下頜第一恒磨牙三維原始模型，并對模型進(jìn)行蒙皮，其中，“授課模型”蒙皮效果為：牙合面、頰面及舌面點(diǎn)隙裂溝區(qū)域涂為黃色，代表I類洞；近中面、遠(yuǎn)中面涂為紅色，代表II類洞；頰、舌面頸1/3涂為藍(lán)色，代表V類洞?！皽y驗(yàn)?zāi)Ｐ汀眲t未進(jìn)行蒙皮。最后，轉(zhuǎn)化文件為U3D格式。

1.3 互動(dòng)教學(xué)模型制作

利用Adobe Acrobat分別將1.2中“授課模型”與“測試模型”添加至便攜文件格式(portable document format，PDF)的“授課模型”文件與“測驗(yàn)?zāi)Ｐ汀蔽募ξ募M(jìn)行編輯，添加相關(guān)文字、圖片、三維模型注釋等，以便授課或測試使用。

2 結(jié)果

制作完成的G. V. Black窩洞分類三維互動(dòng)“授課模型”文件與“測驗(yàn)?zāi)Ｐ汀蔽募?，如圖1所示。其中，“授課模型”文件分為前后兩頁：第一頁為G.V. Black關(guān)于窩洞分類知識點(diǎn)的回顧，包含二維圖片和文字說明；第二頁左側(cè)為“授課模型”(按照G. V. Black窩洞分類法則著色后的右側(cè)下頜第一恒磨牙三維窩洞分類模型)，并利用軟件中的“添加3D注釋”功能在模型上添加窩洞位置標(biāo)示，頁面右側(cè)為模型使用方法介紹。而“測驗(yàn)?zāi)Ｐ汀蔽募H一頁，頁面中央為“測試模型”(純色的右側(cè)下頜第一恒磨牙三維模型)，用戶可利用“添加3D注釋”在模型表面任意位置標(biāo)示作為考察點(diǎn)，以便考試使用。

G. V. Black窩洞分類三維互動(dòng)模型的功能包括：

1)三維瀏覽。用戶可對兩種文件中的三維模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放等操作，以方便觀察。

2)標(biāo)注交流。用戶可在模型上各位置進(jìn)行標(biāo)注，并添加文字說明。其實(shí)際意義為：對“測試模型”文件而言，教師可利用Adobe Reader軟件自行在考試前對三維模型表面任意位置進(jìn)行標(biāo)注，并錄入相關(guān)問題。例如：對牙體牙合面近中邊緣嵴標(biāo)注，并附帶“請問該處齲損應(yīng)制備G. V. Black窩洞分類中何類，該類窩洞的制備特點(diǎn)是什么”等問題；考試中，通過點(diǎn)擊“標(biāo)注列表”中預(yù)先設(shè)置的問題進(jìn)行考察，而模型會(huì)根據(jù)所選標(biāo)注位置自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、縮放以適應(yīng)學(xué)生觀察，具有較強(qiáng)的用戶體驗(yàn)。對“授課模型”而言，學(xué)生可將相關(guān)提問標(biāo)注于三維模型表面任意位置，并利用標(biāo)注文件導(dǎo)入、導(dǎo)出功能實(shí)現(xiàn)標(biāo)注交流，增加互動(dòng)。

3)相關(guān)知識回顧。可添加窩洞分類法則文字及圖片甚至視頻等文件，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生思維。

圖1 G. V. Black窩洞分類定位三維互動(dòng)模型

3 討論

3.1 模型設(shè)計(jì)思路

在傳統(tǒng)授課中，我們利用等比例放大且制備有窩洞的牙體實(shí)體模型輔助教學(xué)，盡管其能在一定程度上加強(qiáng)學(xué)生對窩洞的理解，但由于模型間可區(qū)分度不高，尤其是后牙，學(xué)生易將鄰牙合面洞與頰牙合面洞等雙面洞混淆，誤判其均為二類洞，而又將后牙鄰面的單面洞錯(cuò)判為一類洞。為改變這種現(xiàn)狀，我們曾利用分區(qū)著色的紙盒代表牙齒，以增強(qiáng)傳統(tǒng)模型間的區(qū)分度，使其更加直觀，利于學(xué)生理解和記憶。盡管如此，這些模型仍然存在著模型易損、數(shù)量有限、占據(jù)空間、種類單一、缺乏互動(dòng)的局限。于是，我們將當(dāng)前熱門的三維技術(shù)應(yīng)用于窩洞模型，一方面，建立多用途的牙體原始模型，即可通過對其加工，供各類牙體相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程使用；另一方面，進(jìn)一步制作教學(xué)文件，融入牙體分區(qū)著色的思想，利用Adobe Reader作為瀏覽系統(tǒng)，完成G. V. Black窩洞分類定位三維互動(dòng)模型，同時(shí)配備相應(yīng)“測驗(yàn)?zāi)Ｐ汀蔽募?，利用瀏覽系統(tǒng)本身的功能，完善教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)三維瀏覽、標(biāo)注交流、相關(guān)知識回顧等教學(xué)功能。

3.2 關(guān)于現(xiàn)有三維模型醫(yī)學(xué)教學(xué)軟件的改進(jìn)

經(jīng)過前期研究以及對相關(guān)文獻(xiàn)的回顧，我們認(rèn)為對現(xiàn)有基于三維模型的醫(yī)學(xué)數(shù)字化教學(xué)軟件應(yīng)有以下四個(gè)方面的改進(jìn)：

1)變被動(dòng)接受為主動(dòng)探究。增加在完整器官模型上自行設(shè)計(jì)制作目的模型的功能，并增加評價(jià)功能，讓使用者通過自己的思考與探究對所學(xué)習(xí)的知識有更深入的理解。

2)讓學(xué)生更加了解自己。增加學(xué)習(xí)效果評價(jià)功能。通過內(nèi)置及互聯(lián)網(wǎng)共享的小測試以及思考題等方式，讓學(xué)生了解自己對于目標(biāo)知識的掌握水平及薄弱環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步有針對性地學(xué)習(xí)，加深鞏固所學(xué)知識。

3)學(xué)而時(shí)習(xí)之。增加復(fù)習(xí)功能。利用艾賓浩斯遺忘曲線科學(xué)規(guī)劃復(fù)習(xí)時(shí)間，并加入提醒功能，使學(xué)生對所學(xué)知識能夠不斷重溫，不斷鞏固，達(dá)到增強(qiáng)記憶的目的。

4)獨(dú)樂樂不如眾樂樂。增加分享功能。利用互聯(lián)網(wǎng)分享的便利性，讓所有使用者共享自己的學(xué)習(xí)心得、學(xué)習(xí)筆記，并利用后臺處理來收集學(xué)生的易錯(cuò)知識點(diǎn)等(匿名)，不斷對題庫進(jìn)行更新，匯聚大家智慧，共同進(jìn)步。

3.3 激發(fā)參與模型開發(fā)師生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

本模型的研發(fā)借助國家級大學(xué)生科研創(chuàng)新計(jì)劃，通過教師啟發(fā)指導(dǎo)，學(xué)生具體設(shè)計(jì)實(shí)施，大大激發(fā)了參與學(xué)生的積極性和創(chuàng)造力。課題組主動(dòng)聯(lián)系三維建模專業(yè)技術(shù)人員，利用所學(xué)專業(yè)知識和數(shù)據(jù)檢索能力，完善現(xiàn)有模型和軟件，成為培養(yǎng)創(chuàng)新型口腔醫(yī)學(xué)人才的又一途徑。

4 結(jié)束語

三維技術(shù)運(yùn)用于口腔醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有直觀、清晰、互動(dòng)性強(qiáng)、無損耗、一次投入能長期使用等特點(diǎn)。該模型的開發(fā)是對G. V. Black窩洞分類教學(xué)的積極嘗試，讓我們看到了三維技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景，順應(yīng)了目前培養(yǎng)創(chuàng)新人才和教材數(shù)字化、立體化的發(fā)展方向。但將其更好地運(yùn)用于教學(xué)，拓展其運(yùn)用廣度與深度，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的交流與共享，尋找更加有效的互動(dòng)教學(xué)功能，仍需進(jìn)一步探索。

[1]Black G V. Operative dentistry[M]. Chicago: Medico-Dental Publishing Company, 1955.

[2] Mitov G, Dillschneider T, Abed M R, et al. Introducing and evaluating MorphoDent, a Web-based learning program in dental morphology[J]. Journal of Dental Education, 2010, 74(10): 1133-1139.

[3] Vuchkova J, Maybury T S, Farah C S. Testing the educational potential of 3D visualization software in oral radiographic interpretation[J]. Journal of Dental Education, 2011, 75(11): 1417-1425.

[4] Mowery D, Clayton M, Hu J, et al. Tooth atlas 3D, version 6.3.0[J]. Journal of Dental Education, 2010, 74(11): 1261-1264.

[5] 王美青.口腔解剖生理學(xué)[M].7版.北京：人民衛(wèi)生出版社, 2012：42.

Application of Three-dimensional Interactive Model in Education of Classification on Tooth Cavity

XUE Chaorana，HU Xiangxianga，REN Jiea，LU Qia，LIU Qianb，XIANG Taob，TAN Jingb，LAI Chunxiac

(a.State Key Laboratory of Oral Diseases, West China Hospital of Stomatology；b. National Stomatological Demonstration
Central Lab of West China School；c. Laboratory and Equitment Management, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

The purpose of the project is to develop the three-dimensional interactive model of G.V. Black’s classifications of tooth cavity on the basis of 3D software and results of preliminary investigation on user requirement, and put it into the teaching of endodontic experiment class. The files of 3D-based interactive models for teaching and test have been made, and have several major functions, such as 3D browsing, annotation co mmunication. The application of 3D technique in experiment class of stomatology has the advantages of explicitness, clear-explained, strong, none-attrition, invested once for long-term use, and we can expand the breadth and depth of it in the future.

3D interactive；stomatology；classification of tooth cavity;education

2014-07-10；修改日期: 2015-03-19

2013年國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(201310610083)。

薛超然(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：口腔醫(yī)學(xué)。

柳 茜(1972-)，女，碩士，副教授，研究方向：牙體牙髓病學(xué),口腔醫(yī)學(xué)教育。

TP317.4；G642.0；R78

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.021