數字化技術在口腔正畸臨床中的應用
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【摘要】快速發(fā)展的數字化技術使正畸病例資料采集、臨床診斷設計與治療過程更為準確、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與數字化牙模型的制作使正畸醫(yī)生采集到精準可視化的病例資料。同時，隨著影像學和計算機技術的發(fā)展，在正畸病例診斷設計過程中，醫(yī)生可進行三維頭影測量獲取三維信息，并構建三維軟硬組織結構，全面對牙齒、頜骨及顱面進行三維觀測。從獲取數字化全牙列信息到計算機輔助設計，再到計算機輔助制造等過程讓無托槽隱形矯治技術成為數字化技術與口腔正畸結合的最好體現(xiàn)之一。此外，基于個性化而制作的固定矯治器也開始在正畸臨床中廣泛使用。本文就目前數字化技術在正畸臨床中的應用進行述評，期望正畸醫(yī)生在臨床中理性看待和合理使用數字化技術，讓越來越多有正畸需求的患者從中獲益。
【關鍵詞】數字化技術；正畸；正畸診斷與設計；三維頭影測量；計算機輔助設計與輔助制作；舌側矯治；隱形矯治；唇側矯治
1數字化技術在病例資料采集中的應用
1.1三維顏面成像
隨著人們對美觀要求日益提高，對于多數患者而言，正畸矯治的首要目的是美觀。主訴的轉變要求醫(yī)生從制定方案時就更加注重軟組織形態(tài)輪廓。然而利用面相和二維的X線片評估患者軟組織的方法具有一定的局限性。隨著數字化技術的發(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對軟組織進行重建和三維測量［1］。莫爾云紋法具有成本低、非介入性等優(yōu)點，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地，易增加運動偽影；立體攝影為非介入性測量方法，具有安全無創(chuàng)、拍攝迅速、無運動偽影等優(yōu)點，但對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)?，F(xiàn)三維攝影測量（digi⁃tal3dimensionalphotogrammetry，3DMD）系統(tǒng)應用較為廣泛。治療前進行三維攝影，3DMD可評估治療前的軟組織狀態(tài)，并展示治療后的軟組織移動范圍，治療中和治療結束進行3DMD拍攝，可做療效對比評價。其便于數據存儲和查詢，可對歸檔的圖像進行后續(xù)的反復分析，提高了測量速度和精度［1⁃3］。三維顏面成像技術可用于：與正常值對比，發(fā)現(xiàn)患者的三維異常數值；采集治療前、治療中及治療后的三維軟組織數據，比較正畸過程中的顏面變化；與其他來源的硬組織數據整合，形成包含軟、硬組織的完整三維顱面模型，從而用于診療設計或醫(yī)患溝通。盡管三維顏面技術有諸多好處，但其技術不成熟、價格昂貴、對設備要求高等特點限制了臨床中的應用。
1.2數字化牙模型
牙模型是患者口內結構及咬合關系的復制，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、易丟失且耗費存儲空間等缺點?，F(xiàn)具有精確性、便利性及可重復性的數字化牙頜模型在臨床得到了廣泛的應用。數字化模型的獲取方式有多種。近幾年口內掃描作為一個新技術，以其優(yōu)越性正迅速發(fā)展［4］?？趦葤呙柰ㄟ^儀器直接獲取患者口腔內信息，并通過連接網絡直接將信息傳輸至矯治設計公司進行相對應的加工、診斷、設計，并生產虛擬排牙動畫，使醫(yī)生和患者更直觀地了解矯治流程?？趦葤呙璞苊饬瞬牧系淖冃螌е碌恼`差，精度較高，同時省去了取模及郵寄等繁瑣步驟，使整個過程更方便，且節(jié)省時間、有利于遠程會診，已越來越多地應用于正畸臨床［5⁃6］。
2數字化技術在正畸診斷設計中的應用
2.1三維頭影測量
隨著影像學和計算機技術的發(fā)展，醫(yī)生可通過錐形束CT（conebeamCT，CBCT）進行三維頭影測量獲取三維信息，并構建三維軟硬組織結構，在計算機上使用相關軟件進行線距、角度、比例等指標的分析。三維頭影測量一般使用3～4個解剖標志點確定測量平面，且測量的角度為三維面角，與傳統(tǒng)方法略有不同。三維頭影測量可分別測量顱骨兩側數據，無扭曲放大，且可測量面積、體積以及線距和角度等測量的精度高，從而更有利于醫(yī)師全面地分析牙齒、頜骨及顱面進行三維觀測［7⁃9］。但是，三維頭影測量目前對于面角的測量以及參考系的建立仍是難點，有待進一步研究［10⁃11］。2.1.1埋伏牙埋伏牙可引起錯畸形、牙根吸收、感染等病理情況，嚴重影響了正常顱頜面發(fā)育?，F(xiàn)臨床多采用CBCT對埋伏牙進行三維信息的獲取：埋伏牙的數目、形態(tài)、大小，與鄰牙及鄰近組織的位置關系，牙根吸收程度，周圍囊腫及骨組織的厚度。根據CBCT觀察與測量結果制定治療方案，如埋伏牙開窗暴露部位，牽引方向及牽引力大小等，規(guī)避治療風險［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，臉型變長等畸形。而正畸臨床中上頜快速擴弓與正頜手術等治療方法可能改變氣道大小。CBCT的應用讓正畸醫(yī)生在三維方向對氣道進行分析，實現(xiàn)了鼻咽、口咽、喉咽的體積、截面積、容積等數據的測算，更好地對呼吸因素進行診治，正確評價正畸對氣道造成的影響［12，14］。2.1.3顳下頜關節(jié)正畸與顳下頜關節(jié)的關系越來越受到重視，正畸醫(yī)生利用CBCT影像獲取顳下頜關節(jié)的三維信息，準確觀測關節(jié)情況，輔助正畸診斷設計［15］。隨著數字化技術發(fā)展，目前部分軟件可實現(xiàn)記錄下頜運動并將下頜運動與顱頜面數字化模型整合，從而在計算機上重現(xiàn)下頜運動情況并同時觀察關節(jié)在運動中的變化［12］。
2.2計算機輔助設計
在正畸診斷設計中，有時為觀測預期矯治效果而進行排牙實驗，即在模型上進行牙齒的重新定位。但是傳統(tǒng)的排牙實驗存在操作步驟繁瑣、精度不足，缺少對牙根的定位等諸多缺點。隨著數字化模型技術的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了更準確、更有利于觀測的計算機模擬排牙技術［16］。計算機模擬排牙避免了傳統(tǒng)排牙的復雜步驟，且利用包含牙冠、牙根及頜骨信息的數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，使排牙更符合個體解剖生理特征［17］。數字化技術在正畸⁃正頜聯(lián)合治療、唇腭裂治療等手術輔助設計方面也有著廣泛的應用。以正頜手術為例，數字化正頜外科包含資料收集、數據處理、計算機輔助手術規(guī)劃與模擬、三維打印與板處理、正頜外科手術實施、手術效果反饋與資料回收、多方核查與記錄等步驟［18］。數字化技術的應用將手術治療成為快速、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數字化技術在隱形矯治中的應用
無托槽隱形矯治技術是數字化技術與口腔正畸相結合的最好體現(xiàn)之一。自1997年Align公司推出Invisalign無托槽隱形矯治器以來，伴隨著數字化技術的不斷發(fā)展，無托槽隱形矯治適應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字化技術帶來的福利［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。直接法采取口內直接掃描，目前主要的口內掃描儀有iTero（Cadent，美國），Trios（3Shape，丹麥），LavaCOS（3MESPE，美國），CEREC（Sirona，德國），Emodel（GeoDigm，美國），IOSFastscan（IOSTechnologies，美國）等。以Invisalign公司的iTero為例，醫(yī)生將口內掃描儀的光學掃描探頭伸入患者口內直接對牙齒、粘膜等軟硬組織進行掃描，實時獲取患者三維牙數字化模型，簡便高效而精準［20⁃21］，且iTero2代讓口內掃描從最初的口內間斷掃描轉為連續(xù)掃描，熟練的醫(yī)生數分鐘即可完成口內掃描，縮短了掃描操作的耗時，提高了患者的就診體驗。研究顯示，多種口內掃描儀均能獲取精確的三維牙基本信息［22］。通過隱形矯治，運用計算機輔助設計/輔助制造（CAD/CAM）模擬排牙，可預見矯治效果，且隱形矯治能夠實現(xiàn)數字化模擬排牙所預設的前牙轉矩［23］。但是，現(xiàn)階段數字化技術與隱形矯治的結合有待完善，在臨床中，有時牙齒可能并不會完全按照虛擬排牙軟件設計的方向移動，造成牙齒實際移動位置與目標位置出現(xiàn)偏差，必要時重新進行口內掃描和設計［24］。
4數字化技術在固定矯治中應用
4.1唇側矯治
隨著矯治技術的發(fā)展和數字化技術的崛起，基于個性化而制作的矯治器應運而生。目前固定矯治中，選擇唇側矯治的患者依然占據絕大部分。但是，針對唇側的數字化個性化矯治主要集中在個性化虛擬排牙、精確定位的托槽粘接和弓絲成形方面。以Ormco公司的Insignia系統(tǒng)為例，獲取患者的三維數字化牙模型后把每顆牙齒根據重要的解剖及咬合標志點分成單獨的圖形元件，再根據數據庫形成匹配的虛擬牙根形態(tài)，協(xié)助醫(yī)生評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)生可根據患者牙情況進行精細調整，該軟件提供調整后對側牙咬合變化的反饋，細化到咬合的深度、牙尖接觸的位點和牙齦邊緣的變化等。根據最終方案應用3D數字化打印技術生產出個性化的轉移托盤模版，實現(xiàn)托槽準確定位與粘接。Penning等［25］對應用唇側DamonQ托槽粘接系統(tǒng)和使用Insignia粘接系統(tǒng)的180名患者進行各項指標對比，發(fā)現(xiàn)兩組矯治時間和療效無顯著差異，但Insignia粘接系統(tǒng)托槽的脫落率和復診次數卻較高，說明此類矯治系統(tǒng)還有待進一步完善。國內一項新的研究結合逆向工程技術與Pro/E三維軟件，設計并初步制作了與患者牙齒唇側面高度匹配的個性化托槽基座模型和控制力可調式裝置，該新型托槽可滿足結構的力學性能要求且與牙齒唇側形狀匹配性好。相信隨著數字化技術的發(fā)展，未來將會有更多針對唇側的定制托槽面世［26］。
4.2舌側矯治
舌側矯治技術出現(xiàn)于20世紀70年代，雖然其隱蔽性較好，但由于設計和操作相對復雜，并未在中國廣泛使用［27］。1999年，Wiechmann將［28］CAD/CAM技術應用于舌側托槽的設計、生產和加工，同時使用機械手彎制弓絲，使矯治過程變得簡單而個性化。2005年，數字化、個性化的舌側矯治系統(tǒng)Incognito問世，實現(xiàn)了根據牙體情況調節(jié)托槽形態(tài)，使底板完全適應牙面，真正為每一顆牙齒量身定做。設計完成的托槽數據由3D打印機打印蠟型，經過包埋、拋光等得到個性化托槽，配合個性化轉移托盤和弓絲。但目前由于對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據，經反求技術（鏡像方法）轉化成牙齒計算機輔助設計模型，確定方案后用選區(qū)激光熔化快速成型技術3D打印設備制造個性化舌側托槽。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，精度和力學性能均達到使用要求，且臨床效果優(yōu)于傳統(tǒng)舌側正畸托槽。Brown等［29］驗證了CAD/CAM定制式舌側矯治技術能夠顯著縮短矯治時間，因其個性化的托槽設計和精準定位實現(xiàn)了牙齒的精準快速移動。關于對比唇舌側矯治系統(tǒng)的矯治效果研究發(fā)現(xiàn)，唇側矯治系統(tǒng)在直立傾斜牙齒的效果優(yōu)于舌側矯治系統(tǒng)［30］。然而，還有研究證明舌側矯治系統(tǒng)能實現(xiàn)個性化矯治目標，并且減少托槽粘接面的脫礦［31］。
5數字化技術在正畸臨床應用中的展望
在當今數字化技術飛速發(fā)展的時代，任何口腔正畸新技術的出現(xiàn)和發(fā)展都包含數字化技術的因素。不僅患者對數字化矯治技術的知曉度不斷增加，正畸醫(yī)師也熱情高漲，其所帶來的社會效益日趨顯現(xiàn)。數字化技術引領的矯治技術代表著當代正畸技術的新潮流和新方向。與此同時，這些數字化矯治技術還是一種有待改進和完善、不斷發(fā)展中的技術，正畸醫(yī)生在臨床中應結合實際情況，理性地看待和合理應用數字化技術，并對其進行大樣本臨床研究深入探索，加強溝通和交流，共同建立一套規(guī)范、健康、完整的口腔正畸數字化診療流程，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)科大學附屬北京口腔醫(yī)院正畸科
