牙體形態(tài)雕刻教學(xué)中的一種數(shù)字化評(píng)估方法

熊 潔 楊艷艷 何 露 劉 暢

（1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院）

在日常口腔治療過程中，口腔醫(yī)生常常需要運(yùn)用不同的材料和技術(shù)在狹小的口腔內(nèi)手工恢復(fù)牙齒的外形和功能，因此圍繞牙齒形態(tài)、功能的治療是口腔治療的主要內(nèi)容?？谇慌R床學(xué)科是一個(gè)理論與實(shí)踐結(jié)合較強(qiáng)的學(xué)科，在口腔教學(xué)中，為了加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解，可開設(shè)一系列的口腔手工技能操作訓(xùn)練課程。牙體雕刻技術(shù)課程是口腔工藝技術(shù)專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程，并在不斷地進(jìn)行改革。在牙齒雕刻訓(xùn)練中，將雕刻技法與個(gè)性化牙體形態(tài)特征相結(jié)合，可進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)單個(gè)牙齒形態(tài)的理解、掌握。但是由于個(gè)體差異及技術(shù)因素，對(duì)于空間想象力較差的學(xué)生，經(jīng)常出現(xiàn)雕刻不足或雕刻過多的現(xiàn)象，這個(gè)過程需要教師進(jìn)行反復(fù)的指導(dǎo)和糾錯(cuò)，因而會(huì)耗費(fèi)較多的課堂時(shí)間，且效果并不是很好。一套標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)流程和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以直觀地展示差異，給予學(xué)生合理的指導(dǎo)和評(píng)價(jià)，輔助提高牙體形態(tài)雕刻的教學(xué)質(zhì)量。近年來，多種過程評(píng)估性的數(shù)字化口腔教學(xué)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)教學(xué)中，并取得了良好的效果，但多以牙體預(yù)備的評(píng)判為主，偶見牙體形態(tài)雕刻評(píng)估系統(tǒng)。在牙體形態(tài)雕刻教學(xué)過程中，筆者團(tuán)隊(duì)利用現(xiàn)有的3shape2000掃描儀掃描標(biāo)準(zhǔn)模型及學(xué)生的牙體雕刻作品，分別作為標(biāo)準(zhǔn)及測試件，從3shape dental design軟件導(dǎo)入Geomagic Qualify軟件進(jìn)行形態(tài)及細(xì)節(jié)分析比對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)客觀、精確的評(píng)估效果，進(jìn)一步提高牙體雕刻教學(xué)工作的客觀性和準(zhǔn)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(zhuǎn)換軟件（Delcam Exchange，德國）、檢測軟件（Geomagic Qualify，美國）。

（二）評(píng)估方法

1.學(xué)生（已完成口腔解剖生理實(shí)習(xí)課、口腔修復(fù)課間實(shí)習(xí)課）按照《口腔解剖生理學(xué)》（人民衛(wèi)生出版社第五版）實(shí)習(xí)大綱要求的牙體形態(tài)數(shù)據(jù)，使用蠟塊雕刻牙體形態(tài)，并統(tǒng)一在模型雕刻范圍和底座的分界面定位三個(gè)點(diǎn)，便于軟件設(shè)定坐標(biāo)系進(jìn)行比對(duì)。收集學(xué)生作品和標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)，自動(dòng)完成掃描（圖1）。

圖1 牙體雕刻模型噴粉、掃描

2.保存訂單，導(dǎo)出DCM格式的掃描影像。將所有DCM格式文件導(dǎo)入Delcam Exchange軟件完成格式轉(zhuǎn)換為stl格式文件（圖2）。將標(biāo)準(zhǔn)模型的文件和一名待測評(píng)學(xué)生模型的stl文件導(dǎo)入Geomagic Qualify軟件。

圖2 導(dǎo)入Delcam Exchange軟件完成格式轉(zhuǎn)換

3.可選用n點(diǎn)注冊(cè)或1點(diǎn)注冊(cè)功能。將標(biāo)準(zhǔn)模型與學(xué)生模型兩個(gè)文件配為一組，可使用最佳擬合對(duì)齊功能，進(jìn)一步將兩者對(duì)齊，此時(shí)軟件自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)模型文件差距值，將不重合的程度量化。軟件自動(dòng)根據(jù)差距值用不同色彩渲染模型文件。

4.設(shè)定實(shí)體模型為測試組，點(diǎn)云為標(biāo)準(zhǔn)組，測量測試組到標(biāo)準(zhǔn)組點(diǎn)云的距離。設(shè)定數(shù)值為正，顏色偏紅，表明該部分標(biāo)準(zhǔn)組高于測試組；顏色偏綠，數(shù)值趨向于0，即表明該部分重合程度較高；數(shù)值為負(fù)時(shí)，顏色偏藍(lán)，表明該部分標(biāo)準(zhǔn)組低于測試組。對(duì)應(yīng)數(shù)值較大，說明該區(qū)差距較大。超出最大設(shè)定范圍即為灰色（圖3）。設(shè)定最小偏差單位，設(shè)定上下限，調(diào)整評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，有較高的自由度及靈活性。

圖3 模型數(shù)據(jù)分析

5.選取關(guān)鍵點(diǎn)，如頰面、舌面頸緣線中點(diǎn)、各牙尖尖點(diǎn)、各軸面外形高點(diǎn)，目的為衡量牙體形態(tài)和接觸區(qū)位置。根據(jù)以上關(guān)鍵點(diǎn)差距值取平均值，將其絕對(duì)值取平均值，作為評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)。

二、討論

傳統(tǒng)的牙體雕刻教學(xué)過程中，通常是由教師根據(jù)學(xué)生的牙體雕刻結(jié)果提出修改意見后，學(xué)生再根據(jù)教師的指導(dǎo)繼續(xù)進(jìn)行牙體雕刻。這種教學(xué)模式雖然速度快，但往往難以全程指導(dǎo)學(xué)生操作，不僅教學(xué)效率低下，而且由于教師評(píng)判的主觀性較強(qiáng)，難以客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的牙體形態(tài)雕刻結(jié)果。

而在學(xué)生方面，存在以下幾個(gè)問題：（1）觀察力不足。由于學(xué)生存在個(gè)體差異，在實(shí)際教學(xué)過程中，往往有一些學(xué)生因?yàn)橛^察力不足，無法第一時(shí)間準(zhǔn)確把握牙體解剖形態(tài)特征，也無法找到自己牙體雕刻作品中的問題。通過數(shù)字化測量評(píng)估方法，將學(xué)生作品與標(biāo)準(zhǔn)作品的差異定量表達(dá)，將細(xì)微部分放大呈現(xiàn)，可視化的方式能豐富學(xué)生對(duì)牙體形態(tài)細(xì)節(jié)的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生對(duì)標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)建立深刻認(rèn)識(shí)。（2）建立三維空間的認(rèn)知能力有限。牙體是立體結(jié)構(gòu)，而教材用圖只能以二維形式展現(xiàn)，往往只有頜面、唇頰面、鄰面的剖面圖，導(dǎo)致部分學(xué)生對(duì)牙體形態(tài)的理解生硬片面，對(duì)牙體軸面的交界過渡處無法建立三維空間認(rèn)知。通過該方法，直接將標(biāo)準(zhǔn)件與測試件的三維形態(tài)進(jìn)行比較，可以從各個(gè)角度進(jìn)行觀察對(duì)比，學(xué)生也可直觀地獲得視覺感受。（3）動(dòng)手能力不足。動(dòng)手能力需要長期鍛煉，需要精準(zhǔn)認(rèn)識(shí)到不足之處，通過高效的學(xué)習(xí)方法來提高。該方法作為一種教學(xué)手段，可以使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、糾正問題，從而實(shí)現(xiàn)正向循環(huán)。

隨著數(shù)字化在口腔界的應(yīng)用日漸廣泛，一些數(shù)字化評(píng)估方法也逐漸產(chǎn)生，現(xiàn)有如日本日進(jìn)公司的牙體雕刻評(píng)價(jià)系統(tǒng)（掃描儀+軟件）、中國迪凱爾公司的數(shù)字化口腔教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)（仿真頭模設(shè)備+軟件）等。使用專用設(shè)備評(píng)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(jià)格不菲。此外，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)受到軟件功能限制?，F(xiàn)有商業(yè)軟件往往以整體重合度作為直接結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，但不同層級(jí)的學(xué)生需求不同，對(duì)于口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，更需要充分了解牙體形態(tài)特征，應(yīng)允許一定程度的個(gè)性化存在，通過對(duì)偏差值的設(shè)定，對(duì)測試作品與標(biāo)準(zhǔn)作品的偏差有一定的自由調(diào)節(jié)范圍，避免簡單地以整體重合度作為評(píng)判結(jié)果。

本方法作為一種牙齒雕刻的數(shù)字化教學(xué)評(píng)價(jià)方法的嘗試，具有如下特點(diǎn)：（1）客觀、精確。數(shù)字化計(jì)算測試模型與標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，提高了精確性和恒定性，節(jié)省教師工作時(shí)間，使評(píng)估流程更加客觀、公正，同時(shí)學(xué)生可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)自主練習(xí)改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)尋找問題、解決問題的能力。（2）硬件設(shè)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(yè)系統(tǒng)設(shè)備，可達(dá)到一定精度（0.015mm），可以設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)模型，調(diào)整測量關(guān)鍵特征點(diǎn)，設(shè)置自由、靈活。（3）直觀的教學(xué)體驗(yàn)。利用傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生對(duì)牙體形態(tài)感受不深。新的教學(xué)方法通過不同顏色直觀地展示差異的大小及范圍，給學(xué)生直觀、立體的感受，提高學(xué)生對(duì)于牙齒外形比例關(guān)系、牙齒生理解剖特征的掌握，從各個(gè)角度量化分析與標(biāo)準(zhǔn)模型之間的細(xì)微差距，使學(xué)生獲得清晰而直觀的認(rèn)識(shí)，以進(jìn)一步提高實(shí)習(xí)操作水平。（4）易于傳播推廣?？梢暂p松建立標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一每一屆學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)保存學(xué)生實(shí)習(xí)作品的數(shù)據(jù)，進(jìn)行同一學(xué)生或每一屆學(xué)生之間的教學(xué)效果評(píng)價(jià)和反饋。

綜上所述，該方法能夠客觀、精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)學(xué)生的牙體雕刻作品，幫助解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中面臨的困難，幫助學(xué)生建立準(zhǔn)確的三維認(rèn)知，同時(shí)有益于減輕教學(xué)壓力，提高教學(xué)效率。