數(shù)字化技術(shù)在口腔正畸臨床中的應(yīng)用

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【摘要】快速發(fā)展的數(shù)字化技術(shù)使正畸病例資料采集、臨床診斷設(shè)計(jì)與治療過程更為準(zhǔn)確、全面、便捷和安全，提高了正畸醫(yī)師臨床工作效率。安全無創(chuàng)、拍攝迅速的三維顏面成像技術(shù)與數(shù)字化牙模型的制作使正畸醫(yī)生采集到精準(zhǔn)可視化的病例資料。同時(shí)，隨著影像學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在正畸病例診斷設(shè)計(jì)過程中，醫(yī)生可進(jìn)行三維頭影測(cè)量獲取三維信息，并構(gòu)建三維軟硬組織結(jié)構(gòu)，全面對(duì)牙齒、頜骨及顱面進(jìn)行三維觀測(cè)。從獲取數(shù)字化全牙列信息到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，再到計(jì)算機(jī)輔助制造等過程讓無托槽隱形矯治技術(shù)成為數(shù)字化技術(shù)與口腔正畸結(jié)合的最好體現(xiàn)之一。此外，基于個(gè)性化而制作的固定矯治器也開始在正畸臨床中廣泛使用。本文就目前數(shù)字化技術(shù)在正畸臨床中的應(yīng)用進(jìn)行述評(píng)，期望正畸醫(yī)生在臨床中理性看待和合理使用數(shù)字化技術(shù)，讓越來越多有正畸需求的患者從中獲益。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化技術(shù)；正畸；正畸診斷與設(shè)計(jì)；三維頭影測(cè)量；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制作；舌側(cè)矯治；隱形矯治；唇側(cè)矯治

1數(shù)字化技術(shù)在病例資料采集中的應(yīng)用

1.1三維顏面成像

隨著人們對(duì)美觀要求日益提高，對(duì)于多數(shù)患者而言，正畸矯治的首要目的是美觀。主訴的轉(zhuǎn)變要求醫(yī)生從制定方案時(shí)就更加注重軟組織形態(tài)輪廓。然而利用面相和二維的X線片評(píng)估患者軟組織的方法具有一定的局限性。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，目前可采用莫爾云紋、三維激光顏面掃描、立體攝影、激光三維掃描等技術(shù)對(duì)軟組織進(jìn)行重建和三維測(cè)量［1］。莫爾云紋法具有成本低、非介入性等優(yōu)點(diǎn)，但其面部重建不夠直觀且靈敏度較低；激光掃描精度高，立體重構(gòu)快捷逼真，但其易傷害眼睛，只捕捉表面形貌而無法觀察軟組織質(zhì)地，易增加運(yùn)動(dòng)偽影；立體攝影為非介入性測(cè)量方法，具有安全無創(chuàng)、拍攝迅速、無運(yùn)動(dòng)偽影等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)平滑部位的匹配存在問題；激光三維掃描安全、快速，但容易出現(xiàn)盲區(qū)。現(xiàn)三維攝影測(cè)量（digi⁃tal3dimensionalphotogrammetry，3DMD）系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛。治療前進(jìn)行三維攝影，3DMD可評(píng)估治療前的軟組織狀態(tài)，并展示治療后的軟組織移動(dòng)范圍，治療中和治療結(jié)束進(jìn)行3DMD拍攝，可做療效對(duì)比評(píng)價(jià)。其便于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢，可對(duì)歸檔的圖像進(jìn)行后續(xù)的反復(fù)分析，提高了測(cè)量速度和精度［1⁃3］。三維顏面成像技術(shù)可用于：與正常值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)患者的三維異常數(shù)值；采集治療前、治療中及治療后的三維軟組織數(shù)據(jù)，比較正畸過程中的顏面變化；與其他來源的硬組織數(shù)據(jù)整合，形成包含軟、硬組織的完整三維顱面模型，從而用于診療設(shè)計(jì)或醫(yī)患溝通。盡管三維顏面技術(shù)有諸多好處，但其技術(shù)不成熟、價(jià)格昂貴、對(duì)設(shè)備要求高等特點(diǎn)限制了臨床中的應(yīng)用。

1.2數(shù)字化牙模型

牙模型是患者口內(nèi)結(jié)構(gòu)及咬合關(guān)系的復(fù)制，在正畸臨床中起著重要作用。目前最常用的是石膏模型，但存在易磨損、易丟失且耗費(fèi)存儲(chǔ)空間等缺點(diǎn)?，F(xiàn)具有精確性、便利性及可重復(fù)性的數(shù)字化牙頜模型在臨床得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化模型的獲取方式有多種。近幾年口內(nèi)掃描作為一個(gè)新技術(shù)，以其優(yōu)越性正迅速發(fā)展［4］?？趦?nèi)掃描通過儀器直接獲取患者口腔內(nèi)信息，并通過連接網(wǎng)絡(luò)直接將信息傳輸至矯治設(shè)計(jì)公司進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的加工、診斷、設(shè)計(jì)，并生產(chǎn)虛擬排牙動(dòng)畫，使醫(yī)生和患者更直觀地了解矯治流程?？趦?nèi)掃描避免了材料的變形導(dǎo)致的誤差，精度較高，同時(shí)省去了取模及郵寄等繁瑣步驟，使整個(gè)過程更方便，且節(jié)省時(shí)間、有利于遠(yuǎn)程會(huì)診，已越來越多地應(yīng)用于正畸臨床［5⁃6］。

2數(shù)字化技術(shù)在正畸診斷設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1三維頭影測(cè)量

隨著影像學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)生可通過錐形束CT（conebeamCT，CBCT）進(jìn)行三維頭影測(cè)量獲取三維信息，并構(gòu)建三維軟硬組織結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)上使用相關(guān)軟件進(jìn)行線距、角度、比例等指標(biāo)的分析。三維頭影測(cè)量一般使用3～4個(gè)解剖標(biāo)志點(diǎn)確定測(cè)量平面，且測(cè)量的角度為三維面角，與傳統(tǒng)方法略有不同。三維頭影測(cè)量可分別測(cè)量顱骨兩側(cè)數(shù)據(jù)，無扭曲放大，且可測(cè)量面積、體積以及線距和角度等測(cè)量的精度高，從而更有利于醫(yī)師全面地分析牙齒、頜骨及顱面進(jìn)行三維觀測(cè)［7⁃9］。但是，三維頭影測(cè)量目前對(duì)于面角的測(cè)量以及參考系的建立仍是難點(diǎn)，有待進(jìn)一步研究［10⁃11］。2.1.1埋伏牙埋伏牙可引起錯(cuò)畸形、牙根吸收、感染等病理情況，嚴(yán)重影響了正常顱頜面發(fā)育?，F(xiàn)臨床多采用CBCT對(duì)埋伏牙進(jìn)行三維信息的獲取：埋伏牙的數(shù)目、形態(tài)、大小，與鄰牙及鄰近組織的位置關(guān)系，牙根吸收程度，周圍囊腫及骨組織的厚度。根據(jù)CBCT觀察與測(cè)量結(jié)果制定治療方案，如埋伏牙開窗暴露部位，牽引方向及牽引力大小等，規(guī)避治療風(fēng)險(xiǎn)［12⁃13］。2.1.2氣道分析呼吸因素可影響顱頜面的發(fā)育，口呼吸通?？稍斐缮锨把狼巴?、上牙弓狹窄、唇肌松弛、開唇露齒、唇外翻、下頜及舌位下降，臉型變長(zhǎng)等畸形。而正畸臨床中上頜快速擴(kuò)弓與正頜手術(shù)等治療方法可能改變氣道大小。CBCT的應(yīng)用讓正畸醫(yī)生在三維方向?qū)獾肋M(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了鼻咽、口咽、喉咽的體積、截面積、容積等數(shù)據(jù)的測(cè)算，更好地對(duì)呼吸因素進(jìn)行診治，正確評(píng)價(jià)正畸對(duì)氣道造成的影響［12，14］。2.1.3顳下頜關(guān)節(jié)正畸與顳下頜關(guān)節(jié)的關(guān)系越來越受到重視，正畸醫(yī)生利用CBCT影像獲取顳下頜關(guān)節(jié)的三維信息，準(zhǔn)確觀測(cè)關(guān)節(jié)情況，輔助正畸診斷設(shè)計(jì)［15］。隨著數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，目前部分軟件可實(shí)現(xiàn)記錄下頜運(yùn)動(dòng)并將下頜運(yùn)動(dòng)與顱頜面數(shù)字化模型整合，從而在計(jì)算機(jī)上重現(xiàn)下頜運(yùn)動(dòng)情況并同時(shí)觀察關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)中的變化［12］。

2.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

在正畸診斷設(shè)計(jì)中，有時(shí)為觀測(cè)預(yù)期矯治效果而進(jìn)行排牙實(shí)驗(yàn)，即在模型上進(jìn)行牙齒的重新定位。但是傳統(tǒng)的排牙實(shí)驗(yàn)存在操作步驟繁瑣、精度不足，缺少對(duì)牙根的定位等諸多缺點(diǎn)。隨著數(shù)字化模型技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了更準(zhǔn)確、更有利于觀測(cè)的計(jì)算機(jī)模擬排牙技術(shù)［16］。計(jì)算機(jī)模擬排牙避免了傳統(tǒng)排牙的復(fù)雜步驟，且利用包含牙冠、牙根及頜骨信息的數(shù)字化模型能在較大程度上解決以往排牙中存在的問題，避免發(fā)生骨開窗、骨開裂，使排牙更符合個(gè)體解剖生理特征［17］。數(shù)字化技術(shù)在正畸⁃正頜聯(lián)合治療、唇腭裂治療等手術(shù)輔助設(shè)計(jì)方面也有著廣泛的應(yīng)用。以正頜手術(shù)為例，數(shù)字化正頜外科包含資料收集、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃與模擬、三維打印與板處理、正頜外科手術(shù)實(shí)施、手術(shù)效果反饋與資料回收、多方核查與記錄等步驟［18］。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用將手術(shù)治療成為快速、精確且便于醫(yī)患溝通的治療方法，獲越來越多正畸—正頜醫(yī)生的青睞。

3數(shù)字化技術(shù)在隱形矯治中的應(yīng)用

無托槽隱形矯治技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)與口腔正畸相結(jié)合的最好體現(xiàn)之一。自1997年Align公司推出Invisalign無托槽隱形矯治器以來，伴隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，無托槽隱形矯治適應(yīng)癥從低難度的輕中度擁擠不齊到高難度拔牙、重度深覆等病例，讓越來越多的患者享受到了數(shù)字化技術(shù)帶來的福利［19］。無托槽隱形矯治首先需通過間接法或直接法獲取患者的三維數(shù)字化牙模型。間接法即用硅橡膠印模獲取患者的全牙列信息。直接法采取口內(nèi)直接掃描，目前主要的口內(nèi)掃描儀有iTero（Cadent，美國(guó)），Trios（3Shape，丹麥），LavaCOS（3MESPE，美國(guó)），CEREC（Sirona，德國(guó)），Emodel（GeoDigm，美國(guó)），IOSFastscan（IOSTechnologies，美國(guó)）等。以Invisalign公司的iTero為例，醫(yī)生將口內(nèi)掃描儀的光學(xué)掃描探頭伸入患者口內(nèi)直接對(duì)牙齒、粘膜等軟硬組織進(jìn)行掃描，實(shí)時(shí)獲取患者三維牙數(shù)字化模型，簡(jiǎn)便高效而精準(zhǔn)［20⁃21］，且iTero2代讓口內(nèi)掃描從最初的口內(nèi)間斷掃描轉(zhuǎn)為連續(xù)掃描，熟練的醫(yī)生數(shù)分鐘即可完成口內(nèi)掃描，縮短了掃描操作的耗時(shí)，提高了患者的就診體驗(yàn)。研究顯示，多種口內(nèi)掃描儀均能獲取精確的三維牙基本信息［22］。通過隱形矯治，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/輔助制造（CAD/CAM）模擬排牙，可預(yù)見矯治效果，且隱形矯治能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化模擬排牙所預(yù)設(shè)的前牙轉(zhuǎn)矩［23］。但是，現(xiàn)階段數(shù)字化技術(shù)與隱形矯治的結(jié)合有待完善，在臨床中，有時(shí)牙齒可能并不會(huì)完全按照虛擬排牙軟件設(shè)計(jì)的方向移動(dòng)，造成牙齒實(shí)際移動(dòng)位置與目標(biāo)位置出現(xiàn)偏差，必要時(shí)重新進(jìn)行口內(nèi)掃描和設(shè)計(jì)［24］。

4數(shù)字化技術(shù)在固定矯治中應(yīng)用

4.1唇側(cè)矯治

隨著矯治技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化技術(shù)的崛起，基于個(gè)性化而制作的矯治器應(yīng)運(yùn)而生。目前固定矯治中，選擇唇側(cè)矯治的患者依然占據(jù)絕大部分。但是，針對(duì)唇側(cè)的數(shù)字化個(gè)性化矯治主要集中在個(gè)性化虛擬排牙、精確定位的托槽粘接和弓絲成形方面。以O(shè)rmco公司的Insignia系統(tǒng)為例，獲取患者的三維數(shù)字化牙模型后把每顆牙齒根據(jù)重要的解剖及咬合標(biāo)志點(diǎn)分成單獨(dú)的圖形元件，再根據(jù)數(shù)據(jù)庫形成匹配的虛擬牙根形態(tài)，協(xié)助醫(yī)生評(píng)估合適的牙根排列形態(tài)和空間，并生成最佳咬合接觸狀態(tài)的位置。醫(yī)生可根據(jù)患者牙情況進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，該軟件提供調(diào)整后對(duì)側(cè)牙咬合變化的反饋，細(xì)化到咬合的深度、牙尖接觸的位點(diǎn)和牙齦邊緣的變化等。根據(jù)最終方案應(yīng)用3D數(shù)字化打印技術(shù)生產(chǎn)出個(gè)性化的轉(zhuǎn)移托盤模版，實(shí)現(xiàn)托槽準(zhǔn)確定位與粘接。Penning等［25］對(duì)應(yīng)用唇側(cè)DamonQ托槽粘接系統(tǒng)和使用Insignia粘接系統(tǒng)的180名患者進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩組矯治時(shí)間和療效無顯著差異，但I(xiàn)nsignia粘接系統(tǒng)托槽的脫落率和復(fù)診次數(shù)卻較高，說明此類矯治系統(tǒng)還有待進(jìn)一步完善。國(guó)內(nèi)一項(xiàng)新的研究結(jié)合逆向工程技術(shù)與Pro/E三維軟件，設(shè)計(jì)并初步制作了與患者牙齒唇側(cè)面高度匹配的個(gè)性化托槽基座模型和控制力可調(diào)式裝置，該新型托槽可滿足結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求且與牙齒唇側(cè)形狀匹配性好。相信隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，未來將會(huì)有更多針對(duì)唇側(cè)的定制托槽面世［26］。

4.2舌側(cè)矯治

舌側(cè)矯治技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，雖然其隱蔽性較好，但由于設(shè)計(jì)和操作相對(duì)復(fù)雜，并未在中國(guó)廣泛使用［27］。1999年，Wiechmann將［28］CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用于舌側(cè)托槽的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和加工，同時(shí)使用機(jī)械手彎制弓絲，使矯治過程變得簡(jiǎn)單而個(gè)性化。2005年，數(shù)字化、個(gè)性化的舌側(cè)矯治系統(tǒng)Incognito問世，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)牙體情況調(diào)節(jié)托槽形態(tài)，使底板完全適應(yīng)牙面，真正為每一顆牙齒量身定做。設(shè)計(jì)完成的托槽數(shù)據(jù)由3D打印機(jī)打印蠟型，經(jīng)過包埋、拋光等得到個(gè)性化托槽，配合個(gè)性化轉(zhuǎn)移托盤和弓絲。但目前由于對(duì)槽溝精度和拋光程度要求較高，3D打印成本較高等原因尚未出現(xiàn)直接打印生產(chǎn)金屬正畸托槽的成熟商品?，F(xiàn)有臨床醫(yī)生通過CT或非接觸式激光掃描采集牙模型數(shù)據(jù)，經(jīng)反求技術(shù)（鏡像方法）轉(zhuǎn)化成牙齒計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型，確定方案后用選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)3D打印設(shè)備制造個(gè)性化舌側(cè)托槽。該方法原理為使不銹鋼粉末逐層熔化、堆積最終成型，在水平軸和z軸方向上，底板的制作誤差分別小于0.01mm和0.1mm，精度和力學(xué)性能均達(dá)到使用要求，且臨床效果優(yōu)于傳統(tǒng)舌側(cè)正畸托槽。Brown等［29］驗(yàn)證了CAD/CAM定制式舌側(cè)矯治技術(shù)能夠顯著縮短矯治時(shí)間，因其個(gè)性化的托槽設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)定位實(shí)現(xiàn)了牙齒的精準(zhǔn)快速移動(dòng)。關(guān)于對(duì)比唇舌側(cè)矯治系統(tǒng)的矯治效果研究發(fā)現(xiàn)，唇側(cè)矯治系統(tǒng)在直立傾斜牙齒的效果優(yōu)于舌側(cè)矯治系統(tǒng)［30］。然而，還有研究證明舌側(cè)矯治系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化矯治目標(biāo)，并且減少托槽粘接面的脫礦［31］。

5數(shù)字化技術(shù)在正畸臨床應(yīng)用中的展望

在當(dāng)今數(shù)字化技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，任何口腔正畸新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展都包含數(shù)字化技術(shù)的因素。不僅患者對(duì)數(shù)字化矯治技術(shù)的知曉度不斷增加，正畸醫(yī)師也熱情高漲，其所帶來的社會(huì)效益日趨顯現(xiàn)。數(shù)字化技術(shù)引領(lǐng)的矯治技術(shù)代表著當(dāng)代正畸技術(shù)的新潮流和新方向。與此同時(shí)，這些數(shù)字化矯治技術(shù)還是一種有待改進(jìn)和完善、不斷發(fā)展中的技術(shù)，正畸醫(yī)生在臨床中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，理性地看待和合理應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行大樣本臨床研究深入探索，加強(qiáng)溝通和交流，共同建立一套規(guī)范、健康、完整的口腔正畸數(shù)字化診療流程，讓越來越多有正畸需求的人群從中獲益。

作者：厲松 蘇茹甘 單位：首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院正畸科