3D打印在口腔醫(yī)學(xué)各學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

文/郝心儀，王守立，榮超

3D打印又稱增材制造(AM),是一種以三維(3D)模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,制造具有多級(jí)結(jié)構(gòu)或復(fù)雜幾何形狀產(chǎn)品的技術(shù)。作為一種快速發(fā)展且極具潛力的新型成型技術(shù),3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)、航天、汽車和食品領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。盡管3D打印技術(shù)應(yīng)用范圍很廣,但是目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用較多[1]。本綜述主要介紹了3D打印技術(shù)口腔醫(yī)學(xué)各學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后,對(duì)3D打印技術(shù)在口腔教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)做出總結(jié)和展望。

1 口腔影像診斷學(xué)

口腔影像診斷學(xué)作為口腔醫(yī)學(xué)和影像學(xué)的交叉學(xué)科，對(duì)學(xué)生的口腔解剖基礎(chǔ)和使用拍片設(shè)備的能力都提出了很高要求。就根尖片、片等的拍片教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，大多數(shù)學(xué)校采用的是醫(yī)院實(shí)習(xí)時(shí)請(qǐng)患者或者是學(xué)生作為示教對(duì)象演示教學(xué)的。但是這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在以下缺陷：（1）同學(xué)們可能因?yàn)椴幌胧艿筋~外的X線射線照射而不愿作為示教對(duì)象，這就使得同學(xué)們觀摩學(xué)習(xí)的次數(shù)有限，不能在反復(fù)觀察和調(diào)整中逐漸熟練操作技術(shù)；（2）在實(shí)際操作中，由于不同學(xué)生的張口程度不同，使得同學(xué)們的觀察角度和范圍受到不同程度上的限制；（3）許多帶教老師雖然多兼任臨床醫(yī)生，但一些拍攝時(shí)片子擺放的位置和角度可能大多為經(jīng)驗(yàn)之談或者僅憑記憶，如果沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的、可以清楚完整顯示露的口腔模型做示范，也可能因?yàn)椴荒茏屚瑢W(xué)們看到準(zhǔn)確位置而使教學(xué)效果大打折扣。這些缺陷都會(huì)使得同學(xué)們對(duì)設(shè)備的使用原理和操作技巧不熟悉，對(duì)拍片過(guò)程記憶不深刻，進(jìn)一步導(dǎo)致讀片的困難和誤差。而3D打印的頭顱模型已經(jīng)在臨床教學(xué)中體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，如果能夠?qū)鹘y(tǒng)的真人示范和3D打印模型演示相結(jié)合，就可以得到更好的效果。

韋健等[2]將3D打印頭顱模型用于口腔放射科X線根尖片教學(xué)中并觀察效果。對(duì)照組經(jīng)口腔放射科帶教老師實(shí)操演示，進(jìn)行根尖片分角線投照拍攝方法的教學(xué)。3D打印教學(xué)組在對(duì)照組基礎(chǔ)上增加3D打印模型的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)比兩組志愿者1周內(nèi)所拍攝的上頜磨牙區(qū)根尖片并進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3D打印教學(xué)組拍片成功率為高于對(duì)照組。艾松濤等[3]以上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象,觀察組采用3D打印教學(xué)模具聯(lián)合PPT完成醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)理論授課,對(duì)照組僅采用傳統(tǒng)PPT授課。課后進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量問(wèn)卷并組織理論考試。教學(xué)質(zhì)量問(wèn)卷顯示3D打印教學(xué)模具聯(lián)合PPT授課提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,滿足了多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)要求,取得了滿意的效果。觀察組學(xué)生理論平均考試成績(jī)高于對(duì)照組。

2 口腔解剖生理學(xué)

口腔解剖生理學(xué)以研究口腔、頭頸、頜面部等部位的正常解剖結(jié)構(gòu)和功能為主,是解剖學(xué)中的口腔分支學(xué)科和口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科。該課程不僅旨在通過(guò)讓同學(xué)們熟練、準(zhǔn)確、清晰地掌握各個(gè)重點(diǎn)解剖結(jié)構(gòu)的位置、走行，為日后的臨床工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，更希望同學(xué)們能夠領(lǐng)會(huì)“功能是由結(jié)構(gòu)決定的”這一觀點(diǎn)的內(nèi)涵，運(yùn)用邏輯推理和理論與臨床相結(jié)合的觀點(diǎn)，在更深、更實(shí)用的層次把握各結(jié)構(gòu)的生理功能和臨床意義。就教學(xué)和學(xué)習(xí)方法而言，一方面，口腔解剖生理學(xué)與全身解剖學(xué)一樣，需要經(jīng)過(guò)實(shí)際標(biāo)本的反復(fù)觀察、辨認(rèn)加深印象；另一方面，口腔解剖生理學(xué)中還會(huì)涉及各顆牙齒的牙體和牙髓形態(tài)以及顱面部肌肉、血管、神經(jīng)等多個(gè)精細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察。由于解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且分布密集，牙齒形態(tài)和重要血管、神經(jīng)的走行情況變異較多，所以對(duì)教學(xué)使用標(biāo)本的完整程度和多樣性提出了更高層的要求。目前大多數(shù)高校的實(shí)習(xí)課上所用的教具多兼有人工制作模型和實(shí)體標(biāo)本，但是人工制作的模型質(zhì)量參差不齊，在比例和長(zhǎng)度的精確度上也有待考量。而就實(shí)體標(biāo)本而言，由于大眾對(duì)于尸體捐贈(zèng)并用于醫(yī)學(xué)研究的接受率普遍較低，尤其是尸頭這一敏感部位，受到傳統(tǒng)觀念和社會(huì)風(fēng)俗的影響，更使得其來(lái)源進(jìn)一步受到限制。另外，標(biāo)本不易保存、容易損壞，并且可能因?yàn)樘幚聿划?dāng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺失破壞或不易辨認(rèn)。由于以上種種限制因素，導(dǎo)致教學(xué)效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期，學(xué)生們對(duì)于所學(xué)得知識(shí)也是一知半解，理解和掌握不到位，沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)目的[4]。所以目前，通過(guò)3D打印豐富標(biāo)本來(lái)源、增加實(shí)驗(yàn)課課時(shí)數(shù)量等方法都被各大高校列入教學(xué)改革的措施之列。3D打印還具有可以自行調(diào)節(jié)參數(shù)，選擇材料，設(shè)計(jì)形狀等優(yōu)勢(shì)，這都是傳統(tǒng)技術(shù)制作出的模型所無(wú)法比擬的。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展完善,以上的問(wèn)題得以改善或解決。

周芹等[5]利用錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描(CBCT)影像和3D打印技術(shù)，打印頭顱骨骨骼模型，用以解決頭顱骨尸體標(biāo)本短缺的問(wèn)題，幫助學(xué)生對(duì)頭顱骨骼解剖形態(tài)的認(rèn)識(shí)和理解，方便學(xué)生理解掌握口腔解剖結(jié)構(gòu)，提高口腔局部解剖學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。張穎等[4]將3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔解剖生理學(xué)教學(xué),即3D打印恒牙、乳牙牙體模型模塊,教師通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生辨認(rèn)學(xué)習(xí)牙體解剖形態(tài)和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu),完成牙體模型的模塊拼裝,幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)恒牙及乳牙的解剖特征及生理功能。張勉等[6]對(duì)觀察組學(xué)員采用既有的網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行理論課程和石膏牙雕刻實(shí)習(xí)教學(xué),同時(shí)配發(fā)全套14顆3D打印模型牙。對(duì)比不配發(fā)3D打印模型牙的對(duì)照組,觀察組學(xué)員石膏牙雕刻考核成績(jī)高于對(duì)照組學(xué)員。觀察組學(xué)員問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示,有95.7%的學(xué)員認(rèn)為3D打印模型牙對(duì)于牙齒形態(tài)特征掌握和石膏牙雕刻有較大幫助。張海英等[7]用錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描(CBCT)影像和3D打印技術(shù),打印離體牙模型和頭顱骨骼模型,可滿足學(xué)生對(duì)牙體解剖解剖形態(tài)、根管系統(tǒng)形態(tài)和頭顱骨骼解剖形態(tài)的認(rèn)識(shí)。

3 口腔頜面外科學(xué)

目前，在口腔頜面外科理論和操作的教學(xué)中，學(xué)生自主閱讀教科書、圖譜及課外資料和教師多媒體教學(xué)仍是主流方法，并以實(shí)習(xí)課上老師用標(biāo)本示范解剖和操作方法作為輔助。此外，學(xué)生還可以通過(guò)電子設(shè)備上一些可以顯示解剖結(jié)構(gòu)的軟件以及相配套的AR技術(shù)加深對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的理解。盡管如此，由于各種圖譜和圖示等二維圖片無(wú)法帶給學(xué)生立體直觀的感受，使得一些空間想象能力較薄弱的學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感到困難吃力，且教學(xué)老師可以搜集到的案例圖片也受到教師個(gè)人醫(yī)技水平、圖片來(lái)源、醫(yī)院所接收患者的疾病種類和疾病嚴(yán)重程度等多因素的制約，導(dǎo)致圖片與教科書文字內(nèi)容很難做到一一對(duì)應(yīng)，無(wú)形中使學(xué)生在初次學(xué)習(xí)知識(shí)時(shí)留下較大盲區(qū)。此外，如果教師分享的圖片資料無(wú)法精確清晰地展示正常及病變后的人體解剖結(jié)構(gòu)，甚至?xí)`導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生留下基本認(rèn)知上的錯(cuò)誤。而3D打印技術(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)制作個(gè)性化的標(biāo)本，最大限度上滿足教學(xué)需求。3D打印制作的標(biāo)本不僅有較高的精確性，而且可以根據(jù)需要做放大和縮小，從多個(gè)維度展示標(biāo)本，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)手段的不足[8]。

阮敏等[9]指出，隨著3D打印技術(shù)的日益成熟及其在各行業(yè)領(lǐng)域極具潛力的革命性應(yīng)用,如何將3D打印技術(shù)引入臨床醫(yī)學(xué)教育是當(dāng)前醫(yī)學(xué)教育的一個(gè)重要課題。口腔頜面-頭頸腫瘤外科教學(xué)內(nèi)容繁多復(fù)雜、教學(xué)難度大,教學(xué)過(guò)程中存在學(xué)生理解記憶效果差、實(shí)踐操作能力培訓(xùn)不足等問(wèn)題。為克服傳統(tǒng)教學(xué)的缺點(diǎn),可嘗試將3D打印輔助教學(xué)模式引入口腔頜面-頭頸腫瘤外科教學(xué)實(shí)踐,提高口腔頜面-頭頸腫瘤外科的教學(xué)質(zhì)量及解決臨床實(shí)際問(wèn)題的能力,促進(jìn)口腔頜面-頭頸腫瘤外科技能型及創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。黃立等[10]在口腔頜面外科骨性疾病臨床教學(xué)中，對(duì)照組采取傳統(tǒng)教學(xué)模式,觀察組結(jié)合3D打印模型建立的臨床病例教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué),授課結(jié)束后采用同一考核標(biāo)準(zhǔn)從理論和技能2個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核,并用調(diào)查問(wèn)卷評(píng)估學(xué)習(xí)效果。結(jié)果顯示觀察組臨床考核成績(jī)?yōu)楹驼{(diào)查問(wèn)卷成績(jī)均高于對(duì)照組。李學(xué)盛;等[11]探討3D打印頜骨技術(shù)在口腔頜面外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用，3D組采用3D打印技術(shù)制作頜骨模型進(jìn)行教學(xué),傳統(tǒng)組采用傳統(tǒng)教學(xué)方法,完成臨床帶教任務(wù)后,采用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行客觀考核和主觀評(píng)估,結(jié)果顯示在傳統(tǒng)考試(理論)方法比較中,3D組更有優(yōu)勢(shì);在教學(xué)效果評(píng)價(jià)方面,相對(duì)于傳統(tǒng)組,3D組的住院規(guī)陪醫(yī)師更認(rèn)同3D打印模型的教學(xué)模式,可顯著提高教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)能力。陳鵬等[12]利用頜骨數(shù)字化三維可視重建及3D打印技術(shù)制備模型，進(jìn)行上下頜骨缺損重建的臨床教學(xué)。結(jié)果學(xué)生對(duì)上下頜骨缺損的解剖特點(diǎn)和修復(fù)重建方法有了更直觀的認(rèn)識(shí)，通過(guò)模擬手術(shù)操作，對(duì)頜骨缺損的手術(shù)修復(fù)方法、要點(diǎn)及咬合功能重建有了更深認(rèn)識(shí)。

使用3D打印模型，可以幫助學(xué)生扎實(shí)地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容,培養(yǎng)臨床思維和實(shí)踐操作能力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和自信,在較好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是臨床教學(xué)改革的重要手段，值得推廣應(yīng)用。但是目前3D打印仍然存在成本高、對(duì)操作技術(shù)和原理掌握程度的要求較高等限制普及的因素，而且在技術(shù)和材料方面仍有較大的進(jìn)步空間?？偠灾?，就目前的教學(xué)環(huán)境和科技發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，距離未來(lái)3D打印能夠廣泛地應(yīng)用于口腔科以及其他各科室的臨床教學(xué)仍有相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離要走，還需要醫(yī)學(xué)、教育學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科長(zhǎng)時(shí)間的共同努力。