CBCT三维重建资料在影像专业口腔科学教学中的应用

张晓娟，桑金华，王敏娜，龙 翔，廖湘凌

首都医科大学附属北京潞河医院，北京 101149

CBCT三维重建资料在影像专业口腔科学教学中的应用

张晓娟，桑金华，王敏娜，龙 翔，廖湘凌

首都医科大学附属北京潞河医院，北京 101149

目的 在有限的课时内尽可能使学生掌握口腔科学的基础知识。方法 随机选取一临床患者CBCT影像资料，用mimics三维重建软件进行牙齿及颌骨的重建，将重建后动态三维立体模型应用于2015级影像专业口腔科学的教学中，结合传统的医学二维图像，使学生能更轻松地掌握口腔颌面部的正常解剖结构和异常的X线表现，将期末成绩与2014级影像专业学生对比，并通过问卷调查了解学生的学习效果及教学效果。结果 两组理论成绩2015级明显高于2014级，问卷调查显示学生对常见口腔疾病的掌握情况2015级明显优于2014级学生，教学效果良好。结论 通过将三维重建的CBCT资料和传统的教学方法相结合，学生对口腔科正常解剖结构及异常病基本掌握，为以后从事口腔放射工作打下了基础，达到了教学目的。

三维重建；口腔科学；教学

口腔科学是整个医学的一部分，是影像专业本科的一门专业必修课，主要研究牙体、牙周及颌面软、硬组织的疾病，以及这些疾病与全身疾病的关系，并对其进行预防和治疗的一门临床学科。由于目前我国还没有专门的口腔影像专业，因此，一部分影像专业的学生毕业后会从事专门的口腔放射工作，这就需要口腔专业的相关知识，因此口腔科学的教学就显得尤为重要。针对影像专业而言，口腔科学的教学目的主要是通过课程的教学，使学生全面了解口腔颌面部的解剖结构及X线的诊断特点、口腔颌面部的投照技术及正常X线表现以及口腔颌面部的常见病，等。为了使学生在有限的学时内掌握相应的口腔知识，提高教学质量，达到理想的教学效果，为学生提供从事口腔放射工作所必需的口腔基础知识，笔者在传统教学方法基础上，考虑到影像专业的性质，从CBCT图像入手，将三维重建技术应用到口腔科学的教学中，对提高学生的学习兴趣和学习效果起到了良好的促进作用。

1 三维重建资料的获得

锥形束CT（cone beam CT，CBCT）主要用于口腔颌面部的检查，它与传统的螺旋CT相比具有图像精确、扫描速度快、剂量小、伪影少等优点［1-3］，目前在口腔临床上已广泛使用。笔者分别选取该院临床患者正常的CBCT图像和伴有龋病、牙周病、阻生牙、多生牙等牙齿病变的CBCT图像进行三维重建，具体如下：

1.1 正常数据图像

将未见明显异常的CBCT图像以DICOM格式导入Mimics三维重建软件，根据颌骨和牙齿的性质选择适当的阈值，分别重建出牙齿及上下颌骨［4］及重要的解剖结构（如髁状突、喙突等），以不同的颜色进行标记。

1.2 病理数据图像

将带有缺损的龋坏牙齿、牙周病、各种类型的阻生牙及多生牙等常见口腔疾病的CBCT图像导入Mimics软件，根据定位的有病变的牙齿位置，利用菜单中的crop project命令选择病变区域，三维重建龋坏的牙齿、阻生牙及多生牙等个别牙齿的模型及伴有牙周病变的全口牙齿模型，这些模型分别用不同的颜色显示，以示区分。

在重建过程中录制视频资料，以便在教学中播放，目的是让学生掌握相应的重建方法，方便课后复习及学习。

2 传统教学资料的获得

传统教学法是指教师通过系统、细致的讲解，使学生掌握大量知识的教学方法。教学资料的获得以教材的插图、挂图、断层标本为主，用多媒体教学方式向学生展示，这些资料共同特点均为二维资料。

3 三维重建资料在口腔科学教学中的应用

按照教学大纲要求，将传统的教学模式与三维重建资料相结合，360°全方位立体向学生展示颅颌面部的正常解剖结构，了解牙齿的组成、排列及功能作用，以及牙齿在颌骨内的位置关系，再结合口腔临床，讲解临床上常见的疾病，以及其在X线片上的表现。

3.1 针对正常解剖结构

①对于上颌骨的一体四突，用不同颜色分别重建出与之相接的额骨、颧骨及两侧上颌骨，通过分步显示再整合，使学生真正理解一体四突的由来。利用颜色的刺激达到使学生记住解剖结构的目的。

②颞下颌关节（temporomandibular joint，TMJ）是面部非常复杂的关节，对关节的前后斜面、关节结节等的讲解学生很难分清楚，通过对CBCT图像的三维重建，360°全方位地对不同的部位可以分步展示，再配合CBCT对关节的不同剖面显示，有助于学生更好地掌握TMJ的解剖形态。有了扎实的解剖知识作基础，对理解颞下颌关节紊乱病有很大帮助。

3.2 针对异常病变结构

①龋病是临床发病率最高的口腔疾病，也是教学重点。通过对患有龋病牙齿的三维重建和正常牙齿的解剖对比，学生可以清楚地看到病变牙齿的缺损情况，很容易通过CBCT影像诊断出来。

②智齿阻生在口腔临床比较常见，也是临床教学的重点。对于低位、中位、高位、近中阻生智齿，分别用不同颜色重建出各种类型的智齿与相邻牙的三维模型，通过三维模型可以清晰地展示智齿与相邻牙的关系，便于讲解智齿的类型，更有助于学生理解和掌握，同时为临床医师拔除智齿提供帮助。这种直观教学方式可方便学生理解，简化教学过程。

③牙周病也是临床常见的口腔疾病。CBCT图像经三维重建后可以直观地看到牙槽骨骨量，通过展示正常的牙齿及颌骨的三维重建模型，并和牙周患者的三维重建模型进行对比，可使学生清楚地看到患者牙槽骨的变化，对牙周病的理解更为具体，也方便教师讲解，为牙周病的诊断和治疗提供依据。

④CBCT三维重建模型在埋伏牙的检查和诊断方面也具有优势，它可以帮助医师准确评估埋伏牙的状态［5］、与邻牙的关系及可能存在的牙根吸收，等。因埋伏牙在颌骨内，传统的二维图像很难讲解清楚，将CBCT三维重建资料应用到埋伏牙的检查和诊断教学中，学生可以通过三维图像更直观、方便、准确地对埋伏牙进行诊断，为口腔临床的诊疗提供帮助。

总之，经三维重建后的模型可以更直观地向学生展示口腔颌面部正常解剖结构及异常病变，对影像专业而言，更能直接了解口腔临床疾病的特点，掌握其在X线下的表现，为以后的口腔放射工作打下基础。

4 结果

为了了解新教学方法的教学效果，对2015级学生（45人）与采用传统教学方法的2014级学生（48人）的期末成绩进行对比，两组的考试内容一致。同时对学生的学习效果和教学效果分别进行问卷调查，共发放调查问卷93份，回收93份，回收率100%。调查内容包括对异常病变的掌握情况，以及增加学习兴趣、加深知识理解、增强自主学习能力、教学满意度等方面。

4.1 期末成绩对比

将2015级学生与采用传统教学法教学的2014级学生的期末考试成绩对比，2015级期末成绩明显高于2014级学生，差异有统计学意义（如表1所示）。

表1 2015级学生与2014级学生期末成绩比较

4.2 调查问卷结果

4.2.1 对学生学习效果调查 对异常病变分别按掌握、基本掌握、了解及未掌握四个等级进行评分，分值分别为4、3、2、1。结果显示，2015级学生对疾病的掌握情况明显优于2014级学生（P＜0.05），差异具有统计学意义（如表2所示）。

表2 应用CBCT对异常病变结构的学习效果统计

4.2.2 针对教学效果调查 通过对增加学习兴趣、加深知识理解、增强自主学习能力及教学满意度方面进行调查，按好、较好、一般、差四个级别进行评分，分值为4、3、2、1。结果表明，无论从增加学习兴趣、加深知识理解，自主学习能力及教学满意度等方面2015级学生都明显高于2014级学生（P＜0.05），差异有统计学意义（如表3所示）。

表3 CBCT教学法教学效果统计

5 讨论

5.1 三维重建模型在口腔科学教学中的优势

传统的教学方式采用教材插图、挂图、断层标本进行学习，以多媒体教学的方式向学生展示，这些资料都是二维资料，而人体为三维结构，学生在学习过程中需要经过空间转换才能完成对解剖结构的认识，这就需要学生有很强的空间思维能力，有些结构教师很难通过二维图像向学生讲解清楚，这些教学方式过于枯燥，很难提起学生的学习兴趣。而与二维图像相比，三维重建图像具有较好的直观性，解剖结构的空间位置一目了然［6］，而且通过重建后的模型对不同的解剖结构附加了不同的颜色显示，这种视觉上的刺激更能吸引学生、方便学生化整为零地学习系统结构，提高学生的学习兴趣。它既可优化教师的教学过程，还可帮助学生直观地理解并记忆各种解剖结构，变抽象概念为形象生动的三维动画。教师可以用简单的动态变化过程帮助学生理解复杂的影像特征，配合CBCT的三维图像，从各个不同的角度让学生更充分地学习和理解正常的解剖结构及其异常病变，充分调动学生自主学习和探索知识的积极性，提高了学生课堂参与的主动性。

三维可视化模型随着数字化影像技术的不断进步，会越来越多地应用于教学与科研中。学生通过三维重建，不仅可以更好地掌握正常的解剖结构，牙齿的形态特点，增强学习的趣味性，而且掌握了三维重建方法，不受学习时间和学习进度的限制，自主地进行其他学科（如影像解剖学、影像诊断学，等）相关知识的学习，更好地理解人体的正常解剖结构及异常病变，为其他学科的学习奠定基础，从而满足个性化学习的需求。

5.2 三维重建模型在口腔教学中的不足

三维重建模型在口腔科学的教学中有着明显的优势［7-8］，但是也存在着不足之处。例如：前期工作量巨大；图像分割的工作需要人工干预，效率低等［6］。因为，CBCT图像对于软组织的显示分界并不清晰，在重建过程中很难分割清楚，因此对于肌肉、筋膜等软组织的重建效果欠佳［9］，故多用于硬组织的重建。因此，在教学中三维重建技术还需要配合传统的教学手段，如挂图，多媒体教学及人体标本等，取长补短，充分发挥各自的优势，以达到教学目的。

5.3 三维重建教学方法对学生学习主动性的影响

口腔科学这门课程对影像专业学生而言是抽象而陌生的，在临床其他课程的教学中很少涉及口腔知识，将三维重建教学资料引入到口腔科学教学后，将抽象的理论知识转化为具体、生动的课堂学习，对影像专业学生的学习非常有利。从课堂教学中学生的表现和问卷调查结果显示，学生对该教学方法兴趣浓厚，掌握该方法后，不仅可以学习口腔科因教学课时的限制无法详细讲解的相关章节知识，还可以自学其他专业自己感兴趣的相关知识，增强对知识的理解，不受教学进度的限制，从而增强了学生学习的主动性。兴趣是最好的教师，掌握了三维重建方法，就掌握了一把学习相关知识的钥匙，对学生今后的学习大有裨益。

总之，任何一种教学方法都有它的优点与不足，但通过将三维重建资料引入口腔科学的教学后，学生对口腔科学的学习兴趣增加了，学生学习的主动性增强，大多数学生对口腔的常见疾病已基本掌握，为毕业后从事口腔科的影像工作打下坚实的基础。将三维重建引入口腔科学教学中对提高教学质量及提高学生学习的主动性也起到了积极的促进作用。

［1］Suomalainen A，Koskinen SK.Cone beam computed tomography and its clinical applications［J］.Duodecim，2013，129（10）：1037-1043

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［6］王娟，李敏达，夏建国，等.CT图像数据集在影像解剖教学中的应用［J］.中国现代医学杂志，2013，23（1）：105-107

［7］张宁，王红梅，厉松，等.三维数字化技术在口腔正畸教学中的应用［J］.北京口腔医学，2016，24（4）：231-232

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［9］陈胜华，谭建国，彭田红，等.三维重建技术在解剖教学中的应用［J］.基础医学教育，2011，13（3）：291-292

App lication of CBCT three-dimensional reconstruction data in teaching of oralmedicine for medical imaging specialty

Zhang Xiaojuan，Sang Jinhua，Wang Minna，Long Xiang，Liao Xiangling
Luhe Hospital，Capital Medical University，Beijing 101149，China

Objective Tomake studentsmaster the basic knowledge of oralmedicine asmuch as possible in the limited class time.M ethods We selected a clinical patient＇s CBCT image data randomly and reconstructed the teeth and jaws by using 3D reconstruction software.We applied the reconstructed three-dimensional dynamic model to teach oralmedicine for imaging specialty of grade 2015.By combining with the traditional 2D medical images，we enabled the students to more easily grasp the normal anatomic structure ofmaxillofacial region and abnormal X-ray manifestations.The students＇final exam scoreswere compared with those of grade 2014，and the students＇learning outcome and teaching effectivenesswere investigated by questionnaire.Results The theory test scores of grade 2015 were significantly higher than those of grade 2014.The questionnaire results showed that common oral diseases weremastered better by grade 2015 students than grade 2014 ones.The teaching effectiveness was very good.Conclusion Through combining CBCT data of 3D reconstruction with the traditional 2D medical images，students canmaster the normal anatomic structure ofmaxillofacial region and abnormal changes.It has laid foundation for their future oral radiation work and achieved the teaching objective.

three-dimensional reconstruction；oralmedicine；teaching

G434；G642.0

：A

：1004-5287（2017）04-0437-04

：10.13566／j.cnki.cmet.cn61-1317／g4.201704021

2016-12-22

张晓娟（1980-），女，黑龙江肇东人，主治医师，硕士，主要研究方向：数字化三维重建及有限元分析。

廖湘凌（1968-），女，四川泸州人，主任医师，博士，主要研究方向：种植相关基础研究。电话：010-69543901-6711；E-mail：lhyylxl＠163.com