牙体形态雕刻教学中的一种数字化评估方法

熊 洁 杨艳艳 何 露 刘 畅

（1.广州医科大学附属口腔医院；2.首都医科大学附属北京口腔医院）

在日常口腔治疗过程中，口腔医生常常需要运用不同的材料和技术在狭小的口腔内手工恢复牙齿的外形和功能，因此围绕牙齿形态、功能的治疗是口腔治疗的主要内容。口腔临床学科是一个理论与实践结合较强的学科，在口腔教学中，为了加强对理论知识的理解，可开设一系列的口腔手工技能操作训练课程。牙体雕刻技术课程是口腔工艺技术专业的一门核心基础课程，并在不断地进行改革。在牙齿雕刻训练中，将雕刻技法与个性化牙体形态特征相结合，可进一步加深学生对单个牙齿形态的理解、掌握。但是由于个体差异及技术因素，对于空间想象力较差的学生，经常出现雕刻不足或雕刻过多的现象，这个过程需要教师进行反复的指导和纠错，因而会耗费较多的课堂时间，且效果并不是很好。一套标准的教学流程和评价标准可以直观地展示差异，给予学生合理的指导和评价，辅助提高牙体形态雕刻的教学质量。近年来，多种过程评估性的数字化口腔教学系统被广泛应用于口腔医学教学中，并取得了良好的效果，但多以牙体预备的评判为主，偶见牙体形态雕刻评估系统。在牙体形态雕刻教学过程中，笔者团队利用现有的3shape2000扫描仪扫描标准模型及学生的牙体雕刻作品，分别作为标准及测试件，从3shape dental design软件导入Geomagic Qualify软件进行形态及细节分析比对，可以实现客观、精确的评估效果，进一步提高牙体雕刻教学工作的客观性和准确性。

一、材料与方法

（一）材料

蜡块、仓式口腔模型扫描仪（3shape2000，丹麦）、扫描喷粉、格式转换软件（Delcam Exchange，德国）、检测软件（Geomagic Qualify，美国）。

（二）评估方法

1.学生（已完成口腔解剖生理实习课、口腔修复课间实习课）按照《口腔解剖生理学》（人民卫生出版社第五版）实习大纲要求的牙体形态数据，使用蜡块雕刻牙体形态，并统一在模型雕刻范围和底座的分界面定位三个点，便于软件设定坐标系进行比对。收集学生作品和标准作品，使用扫描粉均匀喷射于模型表面。从3shape design软件建立订单，模型放入3shape2000仓式扫描仪仓内，自动完成扫描（图1）。

图1 牙体雕刻模型喷粉、扫描

2.保存订单，导出DCM格式的扫描影像。将所有DCM格式文件导入Delcam Exchange软件完成格式转换为stl格式文件（图2）。将标准模型的文件和一名待测评学生模型的stl文件导入Geomagic Qualify软件。

图2 导入Delcam Exchange软件完成格式转换

3.可选用n点注册或1点注册功能。将标准模型与学生模型两个文件配为一组，可使用最佳拟合对齐功能，进一步将两者对齐，此时软件自动将作品重叠，重合度高的部位显示为迷彩特征，不重合处即可直观显示。使用3D分析功能测试与标准模型文件差距值，将不重合的程度量化。软件自动根据差距值用不同色彩渲染模型文件。

4.设定实体模型为测试组，点云为标准组，测量测试组到标准组点云的距离。设定数值为正，颜色偏红，表明该部分标准组高于测试组；颜色偏绿，数值趋向于0，即表明该部分重合程度较高；数值为负时，颜色偏蓝，表明该部分标准组低于测试组。对应数值较大，说明该区差距较大。超出最大设定范围即为灰色（图3）。设定最小偏差单位，设定上下限，调整评判标准，有较高的自由度及灵活性。

图3 模型数据分析

5.选取关键点，如颊面、舌面颈缘线中点、各牙尖尖点、各轴面外形高点，目的为衡量牙体形态和接触区位置。根据以上关键点差距值取平均值，将其绝对值取平均值，作为评价学生实验模型的标准。

二、讨论

传统的牙体雕刻教学过程中，通常是由教师根据学生的牙体雕刻结果提出修改意见后，学生再根据教师的指导继续进行牙体雕刻。这种教学模式虽然速度快，但往往难以全程指导学生操作，不仅教学效率低下，而且由于教师评判的主观性较强，难以客观地评价学生的牙体形态雕刻结果。

而在学生方面，存在以下几个问题：（1）观察力不足。由于学生存在个体差异，在实际教学过程中，往往有一些学生因为观察力不足，无法第一时间准确把握牙体解剖形态特征，也无法找到自己牙体雕刻作品中的问题。通过数字化测量评估方法，将学生作品与标准作品的差异定量表达，将细微部分放大呈现，可视化的方式能丰富学生对牙体形态细节的认识，使学生对标准形态建立深刻认识。（2）建立三维空间的认知能力有限。牙体是立体结构，而教材用图只能以二维形式展现，往往只有颌面、唇颊面、邻面的剖面图，导致部分学生对牙体形态的理解生硬片面，对牙体轴面的交界过渡处无法建立三维空间认知。通过该方法，直接将标准件与测试件的三维形态进行比较，可以从各个角度进行观察对比，学生也可直观地获得视觉感受。（3）动手能力不足。动手能力需要长期锻炼，需要精准认识到不足之处，通过高效的学习方法来提高。该方法作为一种教学手段，可以使学生发现问题、纠正问题，从而实现正向循环。

随着数字化在口腔界的应用日渐广泛，一些数字化评估方法也逐渐产生，现有如日本日进公司的牙体雕刻评价系统（扫描仪+软件）、中国迪凯尔公司的数字化口腔教学评估系统（仿真头模设备+软件）等。使用专用设备评估需要购买该公司硬件，或需要购买该公司专用软件配合使用，开放性较低，且价格不菲。此外，评判标准受到软件功能限制。现有商业软件往往以整体重合度作为直接结果进行评判，但不同层级的学生需求不同，对于口腔医学专业的学生来说，更需要充分了解牙体形态特征，应允许一定程度的个性化存在，通过对偏差值的设定，对测试作品与标准作品的偏差有一定的自由调节范围，避免简单地以整体重合度作为评判结果。

本方法作为一种牙齿雕刻的数字化教学评价方法的尝试，具有如下特点：（1）客观、精确。数字化计算测试模型与标准模型间的差值，将各处误差量化显示，减少了人为主观因素，标准统一，提高了精确性和恒定性，节省教师工作时间，使评估流程更加客观、公正，同时学生可根据标准自主练习改进，激发学生的学习兴趣，培养寻找问题、解决问题的能力。（2）硬件设备要求不高。该方法只需要仓式口腔模型扫描仪以及Geomagic Qualify软件，不需要特定商业系统设备，可达到一定精度（0.015mm），可以设置标准模型，调整测量关键特征点，设置自由、灵活。（3）直观的教学体验。利用传统教学方法，学生对牙体形态感受不深。新的教学方法通过不同颜色直观地展示差异的大小及范围，给学生直观、立体的感受，提高学生对于牙齿外形比例关系、牙齿生理解剖特征的掌握，从各个角度量化分析与标准模型之间的细微差距，使学生获得清晰而直观的认识，以进一步提高实习操作水平。（4）易于传播推广。可以轻松建立标准模型数据库，统一每一届学生的教学内容和标准，同时保存学生实习作品的数据，进行同一学生或每一届学生之间的教学效果评价和反馈。

综上所述，该方法能够客观、精准地评价学生的牙体雕刻作品，帮助解决学生学习过程中面临的困难，帮助学生建立准确的三维认知，同时有益于减轻教学压力，提高教学效率。