3D打印颌骨模型用于根尖手术教学的探索与实践

［摘 要］ 探讨3D打印颌骨模型应用于口腔根尖手术教学中的效果。将参与根尖手术教学的104名学生随机分成两组，进行对比教学。在第一课时教学时，第一组、第二组均采用传统教学法，包括知识点讲解、病例分析、锥形束CT检查等。在第二课时教学时，第一组以观看根尖手术教学视频进行学习，第二组将3D打印颌骨模型引入教学进行操作学习。分别对两组学生每学时后的教学情况进行问卷调查，评估3D打印颌骨模型用于根尖手术教学的效果。两种教学方法对于根尖病变的病因、病理改变、症状等基础知识的理解效果相当（p＞0.05），但3D打印颌骨模型教学对于根尖手术流程、操作方法、空间形态掌握、教学生动性更有优势（p＜0.05），引入3D颌骨模型的教学模式在学习根尖手术相关实操方面效率更高，更易引起学生的学习兴趣（p＜0.05）。3D打印颌骨模型教学方法，有利于让学生以更真实的视角，理解和掌握根尖手术的操作流程与要点。

［关键词］ 数字化教学；根尖手术；口腔医学

［基金项目］ 2022年度广州市校（院）联合资助项目基础与应用基础研究项目“口腔生物医学师生创新研究平台建设”（202201020203）；2019年度广州医科大学校级教育科学规划课题“3D打印颌骨模型用于根尖手术教学的探索与实践”（广医大发〔2019〕178号-32）

［作者简介］ 祁文婷（1987—），女，宁夏银川人，硕士，广州医科大学口腔医学院·附属口腔医院·广东省口腔组织修复与重建工程技术研究中心主治医师，主要从事牙体牙髓病学及数字化口腔医学研究；杨雪超（1976—），男，湖北宜昌人，博士，广州医科大学口腔医学院·附属口腔医院·广东省口腔组织修复与重建工程技术研究中心教授（通信作者），主要从事口腔生物医学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）36-0102-07 ［收稿日期］ 2023-08-25

近年来，随着新材料、新仪器的发展，根管治疗的成功率已显著提高，但由于根管系统的复杂性，即使进行了充分的根管清理与消毒，根管治疗仍有可能失败。根尖手术是将根管治疗与口腔颌面外科结合，以治疗患牙根尖周疾病的方法，其目的是去除根尖周病变组织，为根尖提供一个良好的生理环境，以利于根尖周病变的愈合和组织再生［1-2］。根尖手术为牙保存治疗提供了新方法，随着光学显微镜、超声工作尖、动态导航系统、3D打印技术等新设备、新技术的应用，根尖手术向更加精准化、微创化、可视化的方向发展，实现了根尖手术成功率的显著提高。

对于根尖周病损范围相对较小，唇及颊侧骨皮质完整的患牙，术区需要去骨后所暴露的位置、方向、大小、深度和形状等影响着根尖区的定位，而根尖病损区的精准定位和去骨一直是显微根尖手术的重点和难点［3-4］。手术过程中要面对根尖周组织复杂的结构，并要确保对术区周围重要的组织结构及神经血管进行有效保护，因此对操作者的技术和经验提出了更高的要求。

目前，牙体牙髓手术操作类教学仍以观看视频为主，属于仅向大脑输入视频影像信息，由于缺乏真实操作中触碰肌肉、骨骼、切割等实感信息，没有让学生大脑接收到有关手术的完整信息。在教学中，学生参与性不强，缺乏实践机会，手术技能无法得到提升，待到真实临床情境操作中，大脑需要输出所学信息时，由于缺乏实操的触感，遇到相关问题时大脑无法给予正确反馈，从而导致学生操作层层受阻，进一步造成学生胆怯而惧怕实际操作。所以，视频教学对于操作类手术有一定局限性，目前亟待引入一款合适的根尖手术相关教学模型，帮助学生解决上述问题。

3D打印技术是将真实世界的患者影像学锥形束CT（CBCT），通过数字软件建立3D模型，后用可以读取3D模型信息的3D打印机按照1∶1比例，用有黏性的3D打印材料逐层叠加而建立的立体模型［5-7］。3D打印技术目前已在牙体牙髓显微根尖手术的临床治疗中开展，包括个性化手术导板的制作以及上、下颌骨缺损仿真模型的制作等［8-10］。应用3D打印实体模型进行模拟手术，学生在实体模型上进行去骨、倒预备和倒充填等操作的练习，可直观地进行操作，模拟手术入路，熟悉操作流程，实体感强，可以帮助我们设计和实施更有效的教学方法和策略，培养学生的专业能力，为他们未来的临床实践做好准备。本研究通过引入3D打印颌骨模型的教学方法，评估其在根尖手术的实验课教学中的作用，为提高学生实际临床操作能力找到合适的教学方式。

一、材料与方法

（一）材料、软件与设备

锥形束CT（Kavo，德国），3D树脂打印机（3DSystem 3510HB，美国），重建颌骨模型软件Mimics 21.0（Materialise， 比利时），种植导板设计软件（Simplant，比利时），医学图像重建软件（iCATVision，德国），3D树脂打印材料（3DSystem，美国）。

（二）病例选择及检查诊断

本研究数据来源于广州医科大学附属口腔医院，选择1例需行根尖手术的患者，经患者知情同意后用于临床教学。

患者基本情况：女，31岁，因2个月左右下颌前牙自觉咀嚼不适就诊。检查发现31、41舌侧有牙色充填物，31、32、41有轻微叩痛，不松动、扪诊无不适，牙髓电活力测试无反应，牙龈正常。X线片提示31、41根管内充填物影像，根管三维充填欠密合，根尖周可见低密度影（图1d）。CT示31、32、41根尖13 mm×12 mm×12 mm根尖低密度影，边界清晰，有高密度射线包绕（图1 a-c），诊断为31、32、41慢性根尖周炎。31、41重行根管治疗，32因牙髓坏死行根管治疗后，随访三个月观察根尖暗影未见明显缩小（图1e），建议患者行根尖手术治疗，患者知情同意，经广州医科大学附属口腔医院伦理委员会批准（批号：KY2019065），术前告知患者详细的手术步骤、注意事项与风险等，签署知情同意书，对该患者实施临床治疗。

（三）研究方法

对患者进行口腔颌面CBCT（Kavo，德国）检查从而获得颌面骨骼断层图像，将图像另存为DICOM格式并导入至三维重建软件Mimics 21.0中，通过软件中的“Threshold、Region Grow、Edit Masks”功能，重建出颌骨三维模型，在模型中应包括病变累及部位（图2），将重建好的模型保存为STL格式，利用3D树脂打印机（3DSystem 3510HB，美国）对树脂材料按照1∶1打印出三维实物模型（图3a）。

将红蜡片加热融化后，滴入模型内对应的根尖骨质缺损部分以模拟囊壁。使用超硬石膏加自来水搅拌后，注入磨具，待石膏模型彻底干透后取出，制作完成教学模型（图3b-d），将制作好的教学模型安装到仿头模上即可供学生实验课使用（图4）。通过对比两组的课堂满意度，评价评估数字化辅助教学模式的效果。教师演示根尖手术具体操作方法后，学生在制作好的数字化模型上完成根尖切除、倒充填等操作。

（四）临床教学与评价方法

将参与临床教学的104名学生随机分成两组，分别由同一名带教教师进行2学时的学习，其中第一课时学习阶段，第一组、第二组学生在该教师的指导下首先进行教材相关知识点、病例临床表现及CBCT检查等传统教学方式，完成第一学时课程教学。其次，每组学生进行问卷调查，课间休息10分钟后进行第二课时教学，该教师对第一组学生以观看操作视频为手段，进行根尖手术操作教学。第二组学生利用3D打印教具对该组学生进一步教学后，完成第二学时课程。最后，两组学生再次进行问卷调查，两次问卷调查内容均一致，均使用10分制回答（10分为完全掌握，0分为尚未掌握），问卷内容如下。

Ｑ1：通过本课程的学习，你认为自己是否能掌握正常根尖周疾病病因、病理改变及患者症状、体征？

Ｑ2：通过本课程的学习，你认为自己是否能正确掌握根尖手术的适应证范围？

Ｑ3：通过本课程的学习，你认为自己是否能准确地记忆根尖周病变的部位、病损范围及毗邻结构的变化？

Ｑ4：通过本课程的学习，你认为自己是否能把握正确的手术时机？

Ｑ5：通过本课程的学习，你认为自己是否能清楚记忆整个手术流程和手术要点？

Ｑ6：通过本课程的学习，你认为自己能够独立完成根尖手术吗？

Ｑ7：你是否认为本课程内容新颖，可以激发兴趣，并提高学习效率？

Ｑ8：你认为本课程内容直观生动吗，是否将较难以理解的概念变简单？

本问卷设置的问题中，Q1～Q2主要调查学生对根尖手术相关知识点的掌握情况，Q3～Q6主要调查的内容跟根尖手术时机和手术操作掌握程度有关，Q7—Q8主要目的是对教学效果的评价。

（五）统计学分析

采用SPSS22.0进行统计学分析，计量资料符合正态分布，采用均值±标准差（x±s）表示，组内比较采用配对样本t检验，组间比较采用独立样本t检验。

二、结果

组内分析结果显示：第一组学生仅Q1、Q2两次问卷评分分数相当，Q3～Q8评分分数第二次问卷评分结果高于第一次（p＜0.05）（见表1）。与第一组情况不同，第二组学生Q1～Q8问卷评分结果第二次问卷评分均高于第一次（p＜0.05）（见表2）。

组间分析结果显示：（１）第一课时结束后，第一组学生Q1～Q8得分与第二组相当（p＞0.05）（见表3）；（2）在第二课时结束后，虽然Q1、Q2得分相当，但是Q3～Q8评分分数，第二组的学生高于第一组（p＜0.05）（见表4）。

三、讨论

牙体牙髓病学具有操作性、实践性强的特点，口腔医学生不仅要把临床医学知识转化为实践操作能力，还对实践操作能力有苛刻的要求——大多数技术都要求精确到1 mm以内，这对整个过程极其具有挑战性［11-12］。目前，对于根尖手术的课程教学，传统教学仍是主要的教学方法，通常由教师使用PPT讲授理论知识并观看操作视频学习根尖手术的操作，传统教学以教师为主体、以讲授和观看为主要手段，学生实操机会极其有限，这也导致学生到临床后，面对根尖手术通常表现出惧怕操作的心理特征［13-14］。随着牙体牙髓诊疗研究的进步，根尖外科治疗从理念、技术、材料和方法方面迭代更新，新的器械设备和新材料不断用于教学中［15-18］。本研究引入3D打印实体模型进行模拟手术，旨在探讨3D打印引入根尖手术的教学效果。

从上述结果可以看出，3D打印颌骨模型引入根尖手术的实验教学方法和传统教学方法均可以让学生完成根尖手术的基本学习，但在解剖及实操的学习过程中，3D打印颌骨模型引入根尖手术的实验教学方法优于传统教学方法，包括：（1）3D打印1∶1的复刻真实病例，可以帮助学生直观地观察到病损周边解剖学结构、病损组织结构毗邻变化、系统周边神经血管分布，并且可以在模型上进行翻瓣、去骨、倒充填等技术的实操，帮助学生从理论学习向实操进行跨越。（2）引入3D颌骨模型能有助于学生对手术操作的掌握，建立学生的信心，便于学生日后临床实战阶段更易上手。（3）3D颌骨模型教学形式新颖，易激发学生的学习兴趣，提高学习效率。但对于基本概念的讲述，如适应证、适应人群、病理改变等，传统教学方法已将基本概念系统描述，知识点进行统一归纳，帮助学生加深在理论层面上的理解。故引入3D颌骨模型教学在创立空间思维和操作层面帮助学生对根尖手术的学习，提高学生的学习效率和自信心。

3D颌骨模型教学的优势是将真实临床情境反映在教学模型上，所有的临床教学资料都是源自真实的临床案例，并且1∶1打印还原病例标本，让原本实习阶段才有机会体验的真实案例和实操，提前到课堂上进行实践学习，让学生感知真实临床情境下的操作状态，手眼结合，真正掌握根尖手术的实际操作，激发学生的学习热情，帮助学生在实际工作中建立信心［19-21］。3D打印颌骨模型辅助教学虽然可以提高学生的临床实操能力和兴趣爱好，但仍有问题亟待解决：目前3D打印材料具有局限性，打印出的实物模型硬度与触感与人体的实际组织尚有一定差距，操作时不能完全感知到根尖手术过程中的反馈，如触觉和力量等操作感受。同时，3D打印实体模型虽然可以通过精准建模和打印还原口腔组织的解剖结构，但无法模拟手术中动态血流和组织弹性，因此需要不断探寻更接近实际操作的原材料［22］。此外，3D打印技术作为一项新技术，需要额外购买3D打印材料及相关设计软件，且3D打印材料成本较高，广泛应用于教学会对学校造成较大的成本压力。