數字化導板技術在口腔種植臨床教學中的應用

伍穎穎，周 豐，向 琳，熊 毅

(1.口腔疾病研究國家重點實驗室/國家口腔疾病臨床研究中心，四川 成都 610041；2.四川大學華西口腔醫(yī)院種植科，四川 成都 610041)

隨著計算機技術的快速發(fā)展，數字化技術與口腔種植技術廣泛結合，建立起了在口腔錐形束CT(Cone-beamed computed tomography，CBCT)和口內掃描儀獲得的三維圖像基礎上，利用Simplant、GuideMia和3shape Implant Studio等種植導板設計軟件制作種植導板或者全程使用數字化導航引導精確種植的數字化種植技術，相比于自由手種植取得了更加精確的種植效果[1-3]。

口腔種植學作為口腔修復學的一部分，對學生臨床能力的訓練提出了很高要求。臨床教學不僅包括臨床見習實習，也包括臨床技能的實驗課程，以及研究生階段的專業(yè)教育，規(guī)培生的科室輪轉等。在諸多臨床技能中，數字化種植技術日益成為關注的熱點。如今國外的種植學教育正將數字化種植技術作為重要內容引入教學，2013年已有74.5%的美國口腔院校配備手術導板用于教學，另有25%的院校使用數字化種植設計軟件培訓學生[4]。國內也有相關研究報道使用數字化種植技術進行課程改革，并收獲了一定的效果[5-6]。本文就將數字化導板技術引入臨床教學，構建術前診斷-方案設計-手術操作-術后評估的臨床實踐能力的教學閉環(huán)這一舉措的可能性與重要性作一闡述。

1 臨床教學的積極作用

口腔種植技術對術者手部技能和操作經驗要求較高。但口腔種植學課程授課模式仍以教師講授PPT和課本內容為主，導致學生缺乏對手術周結構和操作流程直觀、系統(tǒng)的認識，出現初上臨床時手忙腳亂的現象。因此，設置與理論課程同步進行的實踐課程，對提高教學效果有重要意義。除了操作技能外,臨床教學的積極作用也體現在提高醫(yī)學生人文素養(yǎng)和能力上。湘雅醫(yī)學院將團隊精神、醫(yī)學倫理和創(chuàng)新精神列為實習階段培養(yǎng)的六大目標的一部分，取得了一定效果[7]。

現如今我國種植學教育以畢業(yè)后教育(含研究生教育和繼續(xù)教育)為主，與國外大學較長學制和不同教學模式培養(yǎng)出的研究生相比，我國研究生年齡小，循證思維欠缺，自主精神較差[8]。隨著種植治療普及度和安全性大大提高，目前美國口腔院校對于種植學科教育的認識已經從“教不教”轉變?yōu)椤敖淌裁础盵4]。此舉積極意義在于院校內開展的種植臨床教學訓練在專業(yè)醫(yī)生指導下更為安全高效，雖然此舉會造成病人的疑慮和沖擊醫(yī)院的專業(yè)水平，但這也促進了口腔院校提高學生臨床能力和改革課程設置[9]。

2 種植臨床教學存在的問題

2.1 頜骨仿真種植模型作用單一，局限性大

雖然頜骨仿真種植模型在初期醫(yī)學生學習時對于鍛煉操作能力，幫助理解理論知識等有不可替代的作用，但依然存在較大的局限性。首先，頜骨仿真模型操作流程較為單一，沒有涉及術前影像學診斷，計劃設計等重要內容，無法反映臨床工作全貌；其次，頜骨仿真模型上的操作評估一般按照頰舌向、近遠中向和深度的定位準確度來評估，評分標準較為簡單和片面。

此外，頜骨仿真種植模型很難反映出當下種植技術的前沿領域。隨著數字化種植技術的普及，影像結果從二維走向三維，治療過程從自由手走向計算機引導種植。雖然頜骨模型進行自由手種植練習是種植專業(yè)的基礎訓練，但如果僅此而已將導致醫(yī)學生對種植學科前沿領域缺乏了解，對于提高學生專業(yè)興趣和擴寬學科視野幫助不大，甚至為將來邁向臨床一線工作造成阻礙。

因此，對于當下種植實踐教學采用的模型選擇，往往僅起到對醫(yī)學生基礎能力鍛煉的作用，很少涉及術前診斷和計劃設計等環(huán)節(jié)，與臨床環(huán)境差異較大，也與當下種植學科發(fā)展趨勢脫節(jié)。隨著3D打印技術、CAD/CAM技術的蓬勃發(fā)展，采用新的教學模型和方法勢在必行。

2.2 “以理論為中心，以授課為主體”的帶教模式

由于醫(yī)學生臨床實踐技能不足，理論知識不夠扎實，同時醫(yī)院接診壓力較大，導致實習階段學生上手操作少，甚至多為“圍觀式教學”。因此，大多數帶教教師依然以講授理論課程為主，輔以臨床知識和案例。這導致實習內容和課堂教學有較大的重合。同時，當帶教教師臨床任務壓力較大時，很難兼顧臨床見習帶教工作，以致帶教效果大打折扣。

2.3 種植科患者對診療過程及治療效果期望值較高

口腔種植專業(yè)誕生較晚，在中國普及度日益增高，收費相比之下較為昂貴；此外種植修復技術敏感性較強，對患者口腔美學和功能具有較大的影響，因此患者對于醫(yī)生的專業(yè)素養(yǎng)和治療效果普遍期望較大，這就要求口腔種植醫(yī)生既應具有高超的診療能力，又應具備較強的醫(yī)患溝通能力。因此，各大口腔院校應注重對學生專業(yè)能力和人文素養(yǎng)的共同培養(yǎng)。

然而，相比于美國許多知名大學設置醫(yī)學心理學、醫(yī)學倫理學和醫(yī)學法學等相關課程為醫(yī)學生必修課程[10]，我國關于醫(yī)學生人文素養(yǎng)的培養(yǎng)關注較少，加上目前我國高校學生在進入大學前大多經歷了大量的應試訓練，養(yǎng)成了牢固的應試思維，對實習和實踐課程重視程度不足，導致醫(yī)學生對實踐類課程和臨床工作有輕視和畏難情緒，最終淪為“走過場”。

綜上所述，隨著社會經濟水平的不斷進步，選擇種植修復的患者逐漸增多，要求逐漸提高，高效培養(yǎng)種植人才的方法亟須探索創(chuàng)新。醫(yī)院對于優(yōu)秀種植人才的急迫要求與醫(yī)療技術前所未有的快速革新與傳統(tǒng)的臨床教學模式間同樣存在矛盾?？谇环N植學作為實踐性極強的學科，從理論到臨床躍升的關鍵一步即為臨床教學過程。因此，未來的臨床教學應兼顧臨床真實性與保證患者安全和滿意度，同時隨著數字化技術的快速發(fā)展，臨床教育也應與時俱進，與當前數字化種植技術接軌。

3 數字化導板技術介紹

種植外科技術的主要目標包括三個方面：正確的種植體三維位置，重建軟硬組織缺損和手術安全性(麻醉安全、防止誤吞誤吸和避免損傷解剖結構)[11]。其中，獲得正確的種植體三維位置是獲得理想修復效果、維持軟硬組織的穩(wěn)定和修復結構穩(wěn)定的必要條件。

由于自由手種植與術者的判斷和手感等主觀因素有關，術者可能會在種植位點、深度和軸向上出現較大的偏差，而數字化導板技術則可將術前修復診斷、3D影像診斷和手術規(guī)劃的信息整合入術中，甚至可以利用導板軟件進行術前的模擬植入，極大地提高了種植手術的安全性和精確度，大大降低了不翻瓣手術的風險[12]。因此，數字化種植導板的設計和制作需要多種設備和軟件系統(tǒng)協(xié)作。目前術前多使用CBCT和口內掃描儀評估缺牙位點、骨量、骨形態(tài)、相關解剖位點和導板覆蓋區(qū)域的軟硬組織形態(tài)。種植導板設計軟件是精確種植的關鍵。目前市面上軟件種類繁多，有國外的Simplant、GuideMia和3shape Implant Studio等，國內也有彩立方和六維牙種植等軟件。

除了提高手術的精準度與安全性之外，準確的三維位置和充分的術前規(guī)劃使以往主要追求種植體穩(wěn)固的“以外科為導向”的原則逐漸轉變?yōu)樽非蠡謴涂谇还δ芎兔缹W效果的“以修復為導向”的治療原則?！耙孕迯蜑閷颉钡闹委熢瓌t對牙合學乃至面部美學等提出了很高要求，傳統(tǒng)的修復工藝依靠采集面部和口內照片等二維影像來進行美學和功能上的設計，拍攝效果取決于拍攝者的工作經驗，并且采集過程耗時長，制作蠟型誤差較大。目前通過數字化技術，可以獲得面部掃描和口內掃描的數據，制作數字化模型反映唇齒關系和面部特征，進行虛擬排牙和種植體設計，從而制作導板或蠟型[13]。相比于傳統(tǒng)修復工藝，數字化技術大大降低了技術敏感性，將種植修復的效果提升到了新的階段。

然而在目前的本科課程設計中，課程內容相互獨立，缺少整合各方面知識的平臺。因此，如果以種植導板設計軟件為平臺，以面掃數據和CBCT等影像學資料為案例，配合3D打印技術制作相應模型和導板供學生動手實操，使醫(yī)學生能夠轉化理論為實踐，領會“以修復為導向”的設計理念，把握種植學科前沿發(fā)展，對指導學生未來深入學習、臨床實踐和科研訓練都大有裨益。

4 數字化導板技術在臨床教學中的應用

數字化導板技術因其種植體擺放的精確性和手術操作的安全性，日益成為許多種植修復的首選，具有十分可觀的應用前景。同時，在其手術規(guī)劃過程中，將以往二維的影像結果轉化為三維的立體顯示，克服了書本內容抽象晦澀的缺點。通過讓醫(yī)學生提前接觸數字化種植技術，既有利于學生對種植技術前沿領域的體驗感悟，也有利于學生理解吸收種植學的理論知識，在一定程度還原臨床工作場景，形成術前診斷-方案設計-手術操作-術后評估的教學閉環(huán)。

4.1 模擬術前診斷：以種植導板設計軟件為平臺展現模擬患者的影像學信息

種植體準確的三維位置有賴于完善的影像學結果。大多數導板設計軟件都需要使用放射線導板和雙掃描法獲取CBCT結果，并結合口內掃描儀獲得表面形態(tài)三維圖像，最后通過軟件平臺整合，以幫助術者進行術前診斷和手術規(guī)劃[14]。

在軟件顯示界面，系統(tǒng)可以標記出例如下牙槽神經和血管等重要解剖結構的位點，從而為種植體植入留出安全距離。在這個過程中，帶教教師可以結合臨床病例，講解種植術中重要的解剖生理結構，通過此過程，醫(yī)學生既加深了關于解剖生理知識的理論學習，又提升了對影像學等診斷結果的判讀能力。

此外，該階段也可以配合基于問題的教學方法(Problem-based Learning, PBL)模式開展，把學生分為小組，模擬病人的主訴查體等，將基本信息配合軟件影像學結果提供給各小組，旨在提升醫(yī)學生團結合作，自主學習，診斷推理的能力。PBL配合種植導板設計軟件，一方面補全了種植導板設計軟件無法提供患者全科診斷的信息和反映患者人文關懷需要的缺點，使模擬診斷環(huán)節(jié)更加真實；另一方面，PBL易使自學能力較差的學生產生畏難情緒，而種植導板設計軟件標記明確，降低了難度，同時相比于枯燥的文字描述更能激起學生的學習興趣。尤其在線上教學模式中，將PBL應用于口腔專業(yè)本科生教學取得了較好的效果，學生課程滿意度有所提高[15]。因此，PBL與種植導板設計軟件相輔相成，配合使用有助于提升模擬診斷環(huán)節(jié)的教學效果。

4.2 虛擬方案設計：種植導板設計軟件有利于醫(yī)學生學習種植體的組成和基本操作步驟

種植導板設計軟件可以在影像圖像上模擬進行種植體植入。以3shape Implant Studio為例，將CBCT和口內掃描的結果結合，設計手術方案，進行模擬排牙，制作虛擬牙冠；接著根據臨近解剖特點，選擇合適的種植體、種植位點，以及種植體的長度和角度，完成模擬種植的過程[16]。

在以上過程中，帶教教師通過臨床病例的演示，使學生可以更直觀地了解種植技術的流程，并且可以在操作過程中穿插對實際手術要求的講述。甚至學生可以下載軟件安裝至自己的電腦設備上，進行課后的復習體驗。首先，導板設計軟件提供了現成的教案和素材，大大減輕了帶教教師備課的負擔；其次，可以讓醫(yī)學生接觸臨床前沿技術，激發(fā)專業(yè)興趣；最后，也有助于加深醫(yī)學生對課本知識的印象，對種植技術的理解從平面的書本知識走向三維的系統(tǒng)架構。

4.3 模擬手術操作與術后評估：結合3D打印技術，在頜骨模型上完成種植操作

利用3D打印技術，在口內掃描和導板設計軟件結果的基礎上打印頜骨模型和導板，學生在模型上按照自己設計的導板進行手術操作，完成種植預備，檢查窩洞預備的位置、深度和軸向，最后按照導板就位穩(wěn)定性、鉆針壓板的工具選擇、備洞情況、降溫情況、引導器選擇和植體植入等角度進行評分[5]。

相比于傳統(tǒng)的自由手實踐教學而言，利用數字化技術可以提高醫(yī)學生初次種植的精度和成功率，同時3D打印技術得出的頜骨模型更加貼合臨床真實病例，使學生對臨床工作能夠產生更加深刻的認識。此外，數字化技術的應用克服了以往教師評估主觀性較大的缺點，每個學生操作產生的失誤可以通過導板設計軟件和影像結果直觀、準確地反映出來，滿足個性化教學的要求。

5 討論

近年來數字化醫(yī)療技術發(fā)展快速，借助5G的東風，數字化種植技術必然成為未來行業(yè)的主流。并且為了良好的種植效果，數字化技術帶來的精確性和可預測性將會為更多的患者所接受。因此，我國口腔醫(yī)學本科教育也應呼應時代的發(fā)展，與行業(yè)前沿接軌。

然而，我國醫(yī)學院校的資源相比于學生數量來說依然短缺，許多臨床醫(yī)學生在最后學年的臨床實習之前接觸臨床的機會較少。數字化技術和設備需要的前期投入較大，目前國內人均醫(yī)療資源依然不足，臨床一線將數字化種植設備和數據分配給教學依然有困難。因此，未來可以在種植導板設計軟件的基礎上，利用其數據庫和算法，設計出更加適應教學、并重虛擬操作和理論知識的學生學習軟件。如今各大口腔院校大多設置有虛擬教學中心，已有院校應用Simodont系統(tǒng)培訓學生預備金屬烤瓷冠和牙髓切除術并取得了良好的效果[17]。因此，開發(fā)教學用種植設計軟件，對于激發(fā)學生學習興趣，提高教學效果大有幫助。

然而，虛擬教學系統(tǒng)并不能取代臨床教學過程。臨床教學不僅起到鞏固理論知識，訓練臨床思維能力的作用，而且也是提升人文素養(yǎng)，培養(yǎng)專業(yè)興趣的重要手段。將數字化導板設計系統(tǒng)應用于臨床教學，除了可以減輕帶教教師教學壓力，提高教學效果之外，也可以作為PBL、病案討論和翻轉課堂等多種創(chuàng)新教學模式的補充手段，提高教學效果，擴展學生知識面。

更重要的是，種植導板設計軟件因其強大的整合診斷信息能力、準確的計劃設計能力以及廣闊的發(fā)展前景，圍繞種植導板設計軟件構建自術前診斷，到計劃設計和手術操作，最后評估術后效果的臨床教學閉環(huán)，有助于全面培養(yǎng)學生的臨床能力和全科思維能力。圍繞這一平臺，未來可以結合3D打印技術、CAD/CAM技術制作模型供實踐課程操作，或配合面掃系統(tǒng)等培養(yǎng)“以修復為導向”的種植思維和美學知識，或配合PBL全面促進醫(yī)學生循證思維的養(yǎng)成和人文素養(yǎng)的提高，從而進一步地以臨床實習為過渡階段，構建涵蓋虛擬教學的理論技能訓練階段和崗前培訓階段的臨床實踐培養(yǎng)體系。該體系以臨床思維能力的培養(yǎng)為線索，以數字化技術和緊扣前沿技術為特色，同時兼顧人文素養(yǎng)和全科思維能力的養(yǎng)成，從而形成具有中國時代特色的醫(yī)療人才實踐培養(yǎng)模式。

綜上所述，臨床教學是優(yōu)秀醫(yī)學生培養(yǎng)不可或缺的一環(huán)，將臨床常用的數字化導板設計軟件用于口腔種植學的臨床教學過程中，搭建術前診斷-方案設計-手術操作-術后評估的臨床實踐能力的教學閉環(huán)，對于提高臨床教學效果乃至形成數字化實踐教育的新模式具有深遠的意義。