三维数字化技术在牙体雕刻教学中的应用

三维数字化技术在牙体雕刻教学中的应用

目的探讨三维数字化技术在牙齿雕刻教学中的应用。方法利用三维扫描仪扫描石膏牙模型和学生的雕刻模型，利用数字图形软件评价结果，辅助教学。结果将学生的雕刻结果经三维扫描仪扫入电脑，然后与电脑中的标准数据进行对比，可以精确反映出学生作品在雕刻方面的不足，让学生的改正更加有的放矢。结论在牙雕教学中引入三维扫描技术将学生的作品做数字化处理后通过与标准化数字模型的对比可以更精确地反映出学生作品的误差，并且这种误差可以在电脑上精确地体现并打印出来，通过这种教学方式，不但使学生在教学过程中更加精确地体会牙齿的形态，还可以在教学评价中，减少主观性因素。

标签：数字化石膏牙牙冠；三维数字化技术；牙体雕刻

牙体解剖与雕刻技术是口腔医学技术专业学生的专业基础课之一，而其实训课牙体的雕刻更是口腔医学技术专业实训课中的重点和难点，以往的教学中大都采用图片、视频和老师手工展示雕牙的方式和方法，但在雕牙的过程中和最后的评价过程中，由于雕刻技术的主观随意性较大，在教学中的标准尺度无法准确地量化出来，导致部分学生在牙体的雕刻技术课上，始终无法准确地掌握牙体的形态和特点。随着计算机三维技术的飞速发展，特别是随着近年来齿雕技术在国内的快速传播，很多院校都有了自己的齿雕系统。本文尝试运用齿雕系统中的三维扫描仪，引入牙雕实践的教学中来，通过事先对牙雕课程的模型进行三维扫描建档，建立一个以大纲为标准的牙齿雕刻标准模型库，将需要雕刻的牙齿模型经过三维扫描仪的采集变成数字化的牙齿模型。在牙雕实训课程中，对学生的作品进行批量的扫描对比，从而精确地反映出学生作品与真实模型之间的差异，并加以量化，使学生更加准确的掌握牙齿的形态，并且在牙雕课程的教学评价中，减少主观性的因素，更好更准确地反映出学生作品对标准模型的掌握程度。

1 资料与方法

1.1一般资料

3 shape D710三维扫描仪，快扫时间<25 s ，双摄像头，1.3M像素，精确度到20 μm，支持多代型同时扫描；要扫描的超硬石膏1：1牙模型。软件：3shape dental system 专业版，3D MAX2012版。

1.2 方法

①首先将标准牙体模型固定于扫描版上，代型的扫描会自动进行。通过无障碍的摄像头角度，超敏锐的聚焦和最佳的机械运动精确度可取得最大的扫描精确度。

②将在3 shape dental system 中扫描出的文件稍加修正输出为标准.stl格式文件。STL 文件格式是由3D SYSTEM 公司于1988 年制订的一个接口协议，

是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量，是一种用许多空间三角形小平面来逼近原CAD实体的数据模型。不同精度时有不同的三角形网格划分。其数据结构非常简单，而且与CAD 系统无关，已经成为国内外齿雕系统的标准输出文件（如图1）。

③将标准.stl文件导入3D MAX2012 中另存。

④教学或测试时，将学生雕刻的牙齿模型放入3shape扫描仪，并固定于多代型扫描版上，一次可扫描5～6个模型。

⑤重复上述2、3步骤，依次导入学生模型到3DMAX2012软件。

⑥学生模型全部导入完毕，在3DMAX2012中利用批处理依次与标准模型进行对比，定义模型的笛卡尔坐标，并以灰度值比较差异的大小，最终输出近中面、远中面、颊面、舌面和（牙合）面的二维比较图。利用灰度值的大小，即可得知当前模型与标准模型的差异。

2 结果

利用比较法找出学生的雕刻模型与标准模型之间的差异，并打印生成近中面、远中面、颊面、舌面和（牙合）面的二维比较图，并用不同的灰度值表示差异度的大小。可直观准确的指导学生的牙体雕刻技术，并可以与标模的五面相似度的均值作为学生作品的评定标准。

3 结论

牙体解剖与雕刻技术是口腔医学技术专业学生的专业基础课，许多高职院校的教学方法仍然沿用许多年前的教育方法，内容枯燥，教师教得辛苦，学生不好掌握；随着国家信息化进程的发展，信息化和数字化技术已经广泛应用于口腔临床的各个学科之中，信息化对教学部门的渗入也越来越深入。随着三维激光扫描技术的应用愈加广泛，越来越多的院校都已配置不同的齿雕系统，不过虽然各种齿雕系统五花八门，但都不过以两大组件为核心，一为三维激光扫描系统；一为数字化机床雕刻系统。由于现实中一方面齿雕系统价格不菲，另一方面各院校的加工任务并不会如加工厂一样繁重。在这种情况下，充分发挥高校的科研能力，充分挖掘设备的潜力，使之更好地服务于教学，应用于教学之中，是广大高职院校的教学人员应该考虑的问题，本文本着这一思想，挖掘了三维扫描仪的潜力，拓展了三维数字化在实践教学中的应用，并且可以增加学生的兴趣，更好地培养学生的独立思考能力和观察能力，而不是过度依赖教师进行修改。

本文中所使用的扫描仪精度在25 μm左右；单次扫描时间小于25 s，并可做多个代型同时扫描，而不用人工干预。正常的3shape扫描系统在扫描完医生修整的代型后，要在数据库中匹配相应的牙冠，并经颌面咬合、颈部修整后输出。而我们需要的是对标准模型的准确复原，然后建立标准模型的数据库。实际上，

将学生模型与标准模型进行对比只是数据库的基本工作。如果在此基础上，对标准模型数据库进行加工，将其数字化处理，将各种解剖标志与机器可识别语言一一对应，则当学生模型导入时即可由机器自动识别与标准模型的差异，而不用如目前一样，将其对准坐标后，由重合度，用手工来判断与标准模型间的差异。

由国内吕培军教授等开发的标准牙冠数字化模型已经进行了数据库化的处理，但由于与我们实际使用的标准模型间的尺寸存在差异，所以本次的标准化模型的三维图像由我们自己扫描生成，如果能够建立全国的统一、权威的标准化数字系统数据库，当可省略许多的重复工作。

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（收稿日期：2015-01-05）