數(shù)字化三維設(shè)計與模擬系統(tǒng)在正頜外科教學實踐中的應(yīng)用

何錦泉 樸正國 歐陽可雄 黃珞 陳倫秋 閆璟 周麗斌

【摘要】目的：探討數(shù)字化三維設(shè)計與模擬系統(tǒng)在正頜外科教學中的應(yīng)用。方法：運用數(shù)字化三維設(shè)計與模擬教學法給以口腔醫(yī)學專業(yè)講授口腔頜面部正頜外科課程并且用問卷調(diào)查的形式獲得學生對此方法的反應(yīng)。結(jié)果：問卷結(jié)果顯示30名學生中，27名學生（90% ）贊成計算機輔助外科應(yīng)用于正額外科的教學實踐，93.3%的學生認為計算機輔助外科模擬手術(shù)對正額外科手術(shù)的理解非常或比較有幫助。86.7%的學生認為通過手術(shù)模擬后對Le Fort 1型截骨、上頜骨前徙術(shù)和雙側(cè)下升升支矢狀骨劈開、下頜骨后退術(shù)的手術(shù)設(shè)計達到了很好或較好的掌握。結(jié)論：數(shù)字化三維設(shè)計與模擬系統(tǒng)在正頜外科教學中的應(yīng)用可以提高教學效果。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化 三維設(shè)計 正頜外科 教學實踐

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）06-0074-02

牙頜面畸形是指因頜骨發(fā)育異常引起的頜骨的體積、形態(tài)以及上下頜骨之間及其與顱面其他骨骼之間的關(guān)系異常，和隨之伴頜、牙關(guān)系及口頜系統(tǒng)功能異常與顏面形態(tài)異常。正頜手術(shù)目的在于矯正錯位牙，調(diào)整不協(xié)調(diào)的牙弓與牙頜關(guān)系，排除牙頜干擾，排齊牙列，消除牙的代償性傾斜，以使術(shù)中能將切開骨段順利的移動至設(shè)計的矯正位置，并建立良好的牙頜關(guān)系。由于頜骨具有較復雜的三維立體結(jié)構(gòu)，并且正頜外科的骨切開線的設(shè)計具有多種形式，因此在臨床教學中學生往往難以透徹的理解正頜外科手術(shù)。

數(shù)字化三維設(shè)計與模擬手術(shù)是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將各種醫(yī)學影像數(shù)據(jù)導入計算機中，建立一個數(shù)字模型，醫(yī)師在虛擬環(huán)境中進行手術(shù)設(shè)計與模擬，并引導實際手術(shù)過程的一種新興技術(shù)。目前利用計算機技術(shù)將牙頜面畸形患者的CBCT 數(shù)據(jù)以DICOM 標準格式導入，并與患者的牙列三維掃描圖像進行融合，重建顱頜面三維模型，通過相關(guān)軟件在虛擬環(huán)境中進行三維頭影測量分析以及虛擬截骨和移動，在計算機上完成正頜手術(shù)的模擬。

本研究將通過數(shù)字化三維設(shè)計與模擬系統(tǒng)對上下頜骨進行虛擬的切割和移動，使正頜手術(shù)在計算機三維圖像中得以模擬實施，并將之應(yīng)用于正頜外科本科生的教學實踐中，目的在于探討此教學模式的可行性并評價其應(yīng)用效果。

一、資料與方法

選取臨床上最常見的上頜骨發(fā)育不足伴下頜骨發(fā)育過度的牙頜面畸形病例作為教學實踐病例?；颊咝蠧BCT掃描檢查，將掃描獲得的斷面圖像保存為DICOM 格式，然后將數(shù)據(jù)導入Mimics 三維建模軟件，運用Threshold、Floodfill 等功能，分別重建出不同類型的三維解剖模型。在計算機上對上下頜骨進行虛擬的切割和移動，模擬實施Le Fort I 型截骨和雙側(cè)下頜升支垂直截骨術(shù)，使上頜骨前移下頜骨后退。

二、教學實踐和問卷調(diào)查

本研究選取了30名口腔醫(yī)學本科學生志愿者參加，其中男性12名，女性18名，所有參與的學生學生首先參加牙頜面畸形的常規(guī)教學講授，然后在計算機上完成手術(shù)模擬，通過問卷調(diào)查的形式獲得研究結(jié)果。問卷內(nèi)容包括計算機虛擬手術(shù)對理解正頜外科手術(shù)的幫助，對正頜手術(shù)的掌握程度，和對該模式應(yīng)用于教學實踐的態(tài)度，每項調(diào)查內(nèi)容按5級進行評分。

三、結(jié)果

結(jié)果問卷結(jié)果顯示30名學生中，27名學生（90% ）贊成計算機輔助外科應(yīng)用于正額外科的教學實踐，93.3%的學生認為計算機輔助外科模擬手術(shù)對正額外科手術(shù)的理解非?；虮容^有幫助。86.7%的學生認為通過手術(shù)模擬后對Le Fort 1型截骨、上頜骨前徙術(shù)和雙側(cè)下升升支矢狀骨劈開、下頜骨后退術(shù)的手術(shù)設(shè)計達到了很好或較好的掌握。所有受試者都對計算機輔助外科表現(xiàn)出很高的熱情，并建議將這一模式在口腔醫(yī)學的教學實踐中進行推廣。

四、討論

近年來，隨著計算機技術(shù)和數(shù)字醫(yī)學的飛速發(fā)展，越來越多的新興技術(shù)被應(yīng)用于外科領(lǐng)域。虛擬手術(shù)是利用計算機技術(shù)將各種醫(yī)學影像數(shù)據(jù)導入計算機中，建立一個數(shù)字模型，在虛擬環(huán)境中進行手術(shù)設(shè)計與模擬，并引導實際手術(shù)過程的一種新興技術(shù)[1]。利用計算機技術(shù)將牙頜面畸形患者的螺旋CT 與牙列三維掃描圖像進行融合，重建患者顱頜面三維模型，通過相關(guān)軟件在虛擬環(huán)境中進行三維頭影測量分析以及虛擬截骨和移動，構(gòu)建了頜骨畸形的正頜手術(shù)三維模擬及虛擬操作系統(tǒng)[2]，數(shù)字化三維正頜手術(shù)設(shè)計與模擬系統(tǒng)應(yīng)用于本科生教學優(yōu)點如下。

1.直觀易懂。學生可以從各個角度觀察上下頜骨的解剖結(jié)構(gòu)，模擬各種截骨線，以及各種截骨線可能會損傷的重要結(jié)構(gòu)，在三維方向上移動截骨塊，使學習內(nèi)容變得直觀、感性、生動有趣，學生更深入的了解對正頜外科手術(shù)有更深入的了解。

2.提高學生的學習興趣。數(shù)字三維正頜外科手術(shù)設(shè)計與模擬系統(tǒng)教學使學生可以在計算機上完成正頜外科各種操作，如截骨線設(shè)計、重要的神經(jīng)血管和解剖標志的回避等3。和陳傳統(tǒng)幻燈片教學相比，該方法不僅提高了學生的興趣，通過互動，也使教學內(nèi)容更加生動。

3.縮短教學時間。數(shù)字化三維設(shè)計與模擬系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速的截骨和移動，學生可以了解正頜外科手術(shù)操作骨塊的移動對面型的影響，并且短時間內(nèi)對頜骨畸形的分類和治療方法有全面的了解。

綜上所述，將數(shù)字化三維正頜手術(shù)設(shè)計與模擬系統(tǒng)引入到本科生的教學中是對本科生培養(yǎng)方式的一種有效改進，有益于本科生對正頜外科學的理解，使得本科生教學工作朝著更科學合理的方向發(fā)展，值得推廣。

參考文獻：

[1]蔡卜磊，任榮，申亮亮. 數(shù)字化三維正頜手術(shù)設(shè)計與模擬系統(tǒng)在本科生教學中的應(yīng)用[J].牙體牙髓牙周病學雜志，2017，27（7）：422-425.

[2]姚志濤，買買提吐遜·吐爾地，阿地力·莫明.3D打印成型技術(shù)在新疆口腔頜面部創(chuàng)傷雙語教學中的應(yīng)用[J].繼續(xù)醫(yī)學教育，2014 ，28 （9）：107-110.

[3]阮敏，季彤，張陳平.3D 打印技術(shù)在口腔頜面-頭頸腫瘤外科教學中的應(yīng)用[J].上海口腔醫(yī)學，2016 ，25（6）：762-765.