三维(3D)数字化解剖模型在口腔解剖生理学教学中的应用

刘典伟，王彬晨，曲伟栋，徐大朋，于 涛

(1．滨州医学院附属烟台口腔医院口腔颌面外科；2.滨州医学院口腔医学院，山东 烟台 264000)

口腔解剖生理学是口腔医学生专业基础课之一，因头颈部解剖结构复杂，内容繁多，使口腔解剖生理学知识难以理解，尤其是解剖结构三维方向的理解。传统解剖教学主要采用图片、模型展示等方式讲解[1]。图片讲解学生无法深刻理解三维结构，模型示教虽可对三维结构有具体的认知，但仅限于模型表面的结构，对深层次的理解仍较欠缺，需多个模型，成本较高。随着计算机软件技术的发展，3D技术在各学科领域中逐渐被应用，将该技术应用于解剖教学，可以更好地展示三维方向的解剖结构，拓展学生思维空间，同时学生参与3D数字化解剖模型的制作，更能激发学习兴趣，提高学习的主动性和学习效率[2-3]。本研究的3D数字化解剖模型是将临床CBCT扫描数据导入到MIMICS软件中，通过阈值选取、擦除等编辑方式建立3D数字化模型，导出STL格式，可在电脑或便携设备上查看，以获得更好的教学效果。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取滨州医学院2021年1-7月学期的口腔医学本科学生 151人作为研究对象，按班级分为研究组(76 人)和对照组(75 人)。研究组学生上学期的平均成绩为81.90±6.11分；对照组学生上学期的平均成绩为81.45±5.18分。研究组和对照组的平均成绩无统计学差异(P>0.05)。 纳入标准：正常在校学生。排除标准：①研究期间未能完成调查问卷和随堂测验及期末考试者；②研究期间中途退出或休学者；③既往患有精神心理疾病者。

3D数字化下颌骨解剖模型：选取无下颌骨病变的成年人口腔CBCT影像数据，导入MIMICS软件中，通过阈值选取、擦除等编辑方式建立3D数字化下颌骨模型，导出STL格式的该数字化模型，可在教室电脑和学生的便携设备(手机或平板电脑)查看和再次编辑。

1.2 方法

1.2.1 教学内容

按照滨州医学院教学大纲要求，由口腔解剖生理学教研室的同一位讲师讲授《口腔解剖生理学》(人民卫生出版社，第8版，何三纲主编)第四章第一节中的下颌骨解剖部分，研究组和对照组分开授课。

研究组：采用 3D数字化下颌骨模型进行多方位立体展示及讲解。具体如下：首先，由授课教师通过播放 PPT向研究组学生讲解相应知识点；然后将预先制作完成的3D数字化下颌骨模型在课堂展示。先由教师从不同角度，对下颌骨结构进行展示和讲解，然后学生下载到自己的便携式设备(手机或平板电脑)上，进行查看或再次编辑。

对照组：采用传统的教学方法，即静态图片与幻灯片结合的形式进行教学，授课教师通过播放 PPT 和挂图、普通模型向对照组学生讲解下颌骨解剖知识。

1.2.2 问卷调查

授课结束后，采用问卷调查表(自制)评价两种教学方法的课堂情境和课堂效果。问卷调查表分为：①课堂情境评价，包括学习兴趣(10分)、学习动机(10分)、课堂气氛活跃度(10分)、师生互动(10分)、课堂总体评价(10分)；②课堂效果评价，包括知识掌握程度(10分)、学习效率(10分)、对下次课的期待(10分)、课程与未来临床的衔接度(10分)、总体效果评价(10分)。采用打分形式进行评价，每个评价项目0～10分。

1.2.3 教学效果评价

采用随堂测验和期末考试两种方式，分别评价两种教学方法对短时记忆和长时记忆的影响效果。设计考试题目包括填空题(4空4分)、识图题(1图，6题6分)，共10分。其中随堂测验题在课堂结束前10分钟进行考试，分数进行统计学分析。期末考试题则在期末试卷中加入本实验设计好的关于下颌骨解剖的考题，并单独进行分数统计。汇总研究组和对照组学生的考试成绩并全面分析。

1.2.4 统计学方法

2 结果

2.1 研究对象

表1 上学期平均成绩

2.2 课堂情境评价

表2 课堂情境评价

2.3 课堂效果评价

表3 课堂效果评价

2.4 教学效果评价

表4 教学效果评价

3 讨论

口腔解剖生理学是研究口腔、颅、面、颈诸部位的正常形态结构、功能活动规律及其临床应用特点为主要内容的学科[4]。该学科课程教学目的是让口腔医学生对复杂的口腔、颅、面、颈部解剖结构有准确的认知，同时该课程也是学生培养临床诊疗思维和操作技能的基础。该区域解剖结构及空间关系复杂，往往使学生难以理解，所以其教学的关键在于帮助学生建立解剖立体空间结构的思维模型，使其了解不同结构之间的空间关系。传统的解剖学教学主要依赖课本文字、解剖图谱、教学模具以及尸体标本等。模型及尸体标本虽然可以帮助学生理解解剖结构的三维方向的形态，但是获取难度较大，并且不能满足随时获取学习的需求。学生在接触尸体标本前，主要依靠文字和图片进行想象，难以形成具体的三维方向结构的认知。因此在接触尸体标本时，往往思路不清，导致手忙脚乱，破坏标本后又不能准确掌握解剖结构，很难达到理想的学习效果。尸体标本获取成本较高，而且解剖过程是不可逆的，对外部结构解剖破坏后，不能再重复获得。仓促地实施尸体解剖会浪费珍贵的尸体标本资源，这也给解剖教学工作带来一定的困境[5]。本研究在口腔解剖生理学理论课中引入3D数字化下颌骨解剖模型，在尸体解剖实验课之前，帮助学生更好的理解下颌骨的解剖结构，以达到事半功倍的效果。

随着计算机技术的发展与普及，数字化信息已进入人类生活的各个领域，3D数字化技术作为21世纪的一项重要新技术，已融入娱乐、军事、医疗及教育等诸多领域。3D数字化模型是利用三维动画软件，按照真实物体的形状、尺寸建立的模型及场景。3D数字化模型具有信息的可塑性、立体性、真实性、可重复性等优点[6-8]，将其引入教学有利于激发学生的学习兴趣，教学效果提高显著[9].

在本研究中，口腔医学生对3D数字化下颌骨解剖模型辅助教学的接受度普遍较高，学生在学习兴趣、课堂气氛、对下次课的期待、与临床衔接5个方面的评价均高于传统教学组。3D数字化下颌骨解剖模型使学生更加清晰、明了的了解下颌骨的解剖结构，而且学生可以任意角度的转动及移动数字化模型，增加学生的学习兴趣，课堂氛围也更好。针对本科学生不易理解的三维方向解剖结构的教学难点，3D数字化解剖模型使解剖结构形象且直观，演示灵活多样，提高了学生的学习兴趣和积极性，避免了抽象乏味感，也可以克服文字阅读的枯燥及畏难情绪，充分发挥了学生学习的积极性。

3D数字化模型是利用临床真实影像数据制作而成，并且同时制作多个数字化模型提供给学生用来比较和分析，每个模型各有其特点，更贴近于临床实际。因此在临床衔接程度的评价研究组也高于对照组。相比市场上单一的平均化的数字化模型，利用临床真实影像数据制作的个性化3D数字化解剖模型能使学生更深入的理解人体解剖结构，这一点也体现在对该知识点长时记忆的评估上。

本研究采用随堂测验和期末考试的方法检测对知识的掌握程度，两种检测结果也是对短时记忆和长时记忆情况的评估[10]。本研究表明，两种教学方式在短时记忆评估中无明显差异。但长时记忆的评估中，研究组表现出更好的结果，表明采用3D数字化解剖模型更有利于学生理解各结构间的三维形态和相互关系，在理解的基础上编码个人的知识架构[10]，使教学和学习效果表现更佳。

3D数字化解剖模型的应用使口腔解剖生理学的教学模式变得更加合理化、科学化及精准化。学生对课堂情境及课堂效果评价更高，同时也更有利于学生理解记忆。数字化解剖模型亦可3D打印成实体模型应用于教学，其效果与本研究结论一致[11]。然而打印成本较高，随着手机、平板电脑等便携设备在大学生中的普及，直接在便携设备上使用数字化模型，使学习更加方便且成本低廉。同时随着虚拟现实 (Virtual Reality，VR) 技术的发展及逐渐普及，3D数字化模型与VR技术结合，使3D视野更加真实，亦取得较好的教学效果[3,12-16]。

目前本研究仅在口腔解剖生理学下颌骨章节的理论课中开展，取得良好的教学效果。陈佳敏等[17]在牙体解剖章节开展类似的研究，与本研究结果基本一致。依此类推，3D数字化解剖模型可以较好地辅助解剖教学，尤其在骨、牙等硬组织解剖教学中，有较好的实践效果，有继续研究及推广应用的前景。

综上所述，口腔医学生对3D数字化解剖模型辅助教学有较好的接受度。该教学方法能够有效地激发口腔医学生的学习兴趣，课堂气氛良好，学生对下次课的期待程度高，同时可有效地与临床衔接，并且更有利于构筑学生长时记忆的知识架构，值的推广。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明刘典伟、王彬晨设计并实施实验、撰写论文；徐大朋、于涛辅助收集及整理数据；曲伟栋提出实验和论文思路，及对论文进行审阅。