数字化技术在口腔正畸临床中的应用

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【摘要】快速发展的数字化技术使正畸病例资料采集、临床诊断设计与治疗过程更为准确、全面、便捷和安全，提高了正畸医师临床工作效率。安全无创、拍摄迅速的三维颜面成像技术与数字化牙模型的制作使正畸医生采集到精准可视化的病例资料。同时，随着影像学和计算机技术的发展，在正畸病例诊断设计过程中，医生可进行三维头影测量获取三维信息，并构建三维软硬组织结构，全面对牙齿、颌骨及颅面进行三维观测。从获取数字化全牙列信息到计算机辅助设计，再到计算机辅助制造等过程让无托槽隐形矫治技术成为数字化技术与口腔正畸结合的最好体现之一。此外，基于个性化而制作的固定矫治器也开始在正畸临床中广泛使用。本文就目前数字化技术在正畸临床中的应用进行述评，期望正畸医生在临床中理性看待和合理使用数字化技术，让越来越多有正畸需求的患者从中获益。

【关键词】数字化技术；正畸；正畸诊断与设计；三维头影测量；计算机辅助设计与辅助制作；舌侧矫治；隐形矫治；唇侧矫治

1数字化技术在病例资料采集中的应用

1.1三维颜面成像

随着人们对美观要求日益提高，对于多数患者而言，正畸矫治的首要目的是美观。主诉的转变要求医生从制定方案时就更加注重软组织形态轮廓。然而利用面相和二维的X线片评估患者软组织的方法具有一定的局限性。随着数字化技术的发展，目前可采用莫尔云纹、三维激光颜面扫描、立体摄影、激光三维扫描等技术对软组织进行重建和三维测量［1］。莫尔云纹法具有成本低、非介入性等优点，但其面部重建不够直观且灵敏度较低；激光扫描精度高，立体重构快捷逼真，但其易伤害眼睛，只捕捉表面形貌而无法观察软组织质地，易增加运动伪影；立体摄影为非介入性测量方法，具有安全无创、拍摄迅速、无运动伪影等优点，但对平滑部位的匹配存在问题；激光三维扫描安全、快速，但容易出现盲区。现三维摄影测量（digi⁃tal3dimensionalphotogrammetry，3DMD）系统应用较为广泛。治疗前进行三维摄影，3DMD可评估治疗前的软组织状态，并展示治疗后的软组织移动范围，治疗中和治疗结束进行3DMD拍摄，可做疗效对比评价。其便于数据存储和查询，可对归档的图像进行后续的反复分析，提高了测量速度和精度［1⁃3］。三维颜面成像技术可用于：与正常值对比，发现患者的三维异常数值；采集治疗前、治疗中及治疗后的三维软组织数据，比较正畸过程中的颜面变化；与其他来源的硬组织数据整合，形成包含软、硬组织的完整三维颅面模型，从而用于诊疗设计或医患沟通。尽管三维颜面技术有诸多好处，但其技术不成熟、价格昂贵、对设备要求高等特点限制了临床中的应用。

1.2数字化牙模型

牙模型是患者口内结构及咬合关系的复制，在正畸临床中起着重要作用。目前最常用的是石膏模型，但存在易磨损、易丢失且耗费存储空间等缺点。现具有精确性、便利性及可重复性的数字化牙颌模型在临床得到了广泛的应用。数字化模型的获取方式有多种。近几年口内扫描作为一个新技术，以其优越性正迅速发展［4］。口内扫描通过仪器直接获取患者口腔内信息，并通过连接网络直接将信息传输至矫治设计公司进行相对应的加工、诊断、设计，并生产虚拟排牙动画，使医生和患者更直观地了解矫治流程。口内扫描避免了材料的变形导致的误差，精度较高，同时省去了取模及邮寄等繁琐步骤，使整个过程更方便，且节省时间、有利于远程会诊，已越来越多地应用于正畸临床［5⁃6］。

2数字化技术在正畸诊断设计中的应用

2.1三维头影测量

随着影像学和计算机技术的发展，医生可通过锥形束CT（conebeamCT，CBCT）进行三维头影测量获取三维信息，并构建三维软硬组织结构，在计算机上使用相关软件进行线距、角度、比例等指标的分析。三维头影测量一般使用3～4个解剖标志点确定测量平面，且测量的角度为三维面角，与传统方法略有不同。三维头影测量可分别测量颅骨两侧数据，无扭曲放大，且可测量面积、体积以及线距和角度等测量的精度高，从而更有利于医师全面地分析牙齿、颌骨及颅面进行三维观测［7⁃9］。但是，三维头影测量目前对于面角的测量以及参考系的建立仍是难点，有待进一步研究［10⁃11］。2.1.1埋伏牙埋伏牙可引起错畸形、牙根吸收、感染等病理情况，严重影响了正常颅颌面发育。现临床多采用CBCT对埋伏牙进行三维信息的获取：埋伏牙的数目、形态、大小，与邻牙及邻近组织的位置关系，牙根吸收程度，周围囊肿及骨组织的厚度。根据CBCT观察与测量结果制定治疗方案，如埋伏牙开窗暴露部位，牵引方向及牵引力大小等，规避治疗风险［12⁃13］。2.1.2气道分析呼吸因素可影响颅颌面的发育，口呼吸通常可造成上前牙前突、上牙弓狭窄、唇肌松弛、开唇露齿、唇外翻、下颌及舌位下降，脸型变长等畸形。而正畸临床中上颌快速扩弓与正颌手术等治疗方法可能改变气道大小。CBCT的应用让正畸医生在三维方向对气道进行分析，实现了鼻咽、口咽、喉咽的体积、截面积、容积等数据的测算，更好地对呼吸因素进行诊治，正确评价正畸对气道造成的影响［12，14］。2.1.3颞下颌关节正畸与颞下颌关节的关系越来越受到重视，正畸医生利用CBCT影像获取颞下颌关节的三维信息，准确观测关节情况，辅助正畸诊断设计［15］。随着数字化技术发展，目前部分软件可实现记录下颌运动并将下颌运动与颅颌面数字化模型整合，从而在计算机上重现下颌运动情况并同时观察关节在运动中的变化［12］。

2.2计算机辅助设计

在正畸诊断设计中，有时为观测预期矫治效果而进行排牙实验，即在模型上进行牙齿的重新定位。但是传统的排牙实验存在操作步骤繁琐、精度不足，缺少对牙根的定位等诸多缺点。随着数字化模型技术的发展，近年来出现了更准确、更有利于观测的计算机模拟排牙技术［16］。计算机模拟排牙避免了传统排牙的复杂步骤，且利用包含牙冠、牙根及颌骨信息的数字化模型能在较大程度上解决以往排牙中存在的问题，避免发生骨开窗、骨开裂，使排牙更符合个体解剖生理特征［17］。数字化技术在正畸⁃正颌联合治疗、唇腭裂治疗等手术辅助设计方面也有着广泛的应用。以正颌手术为例，数字化正颌外科包含资料收集、数据处理、计算机辅助手术规划与模拟、三维打印与板处理、正颌外科手术实施、手术效果反馈与资料回收、多方核查与记录等步骤［18］。数字化技术的应用将手术治疗成为快速、精确且便于医患沟通的治疗方法，获越来越多正畸—正颌医生的青睐。

3数字化技术在隐形矫治中的应用

无托槽隐形矫治技术是数字化技术与口腔正畸相结合的最好体现之一。自1997年Align公司推出Invisalign无托槽隐形矫治器以来，伴随着数字化技术的不断发展，无托槽隐形矫治适应症从低难度的轻中度拥挤不齐到高难度拔牙、重度深覆等病例，让越来越多的患者享受到了数字化技术带来的福利［19］。无托槽隐形矫治首先需通过间接法或直接法获取患者的三维数字化牙模型。间接法即用硅橡胶印模获取患者的全牙列信息。直接法采取口内直接扫描，目前主要的口内扫描仪有iTero（Cadent，美国），Trios（3Shape，丹麦），LavaCOS（3MESPE，美国），CEREC（Sirona，德国），Emodel（GeoDigm，美国），IOSFastscan（IOSTechnologies，美国）等。以Invisalign公司的iTero为例，医生将口内扫描仪的光学扫描探头伸入患者口内直接对牙齿、粘膜等软硬组织进行扫描，实时获取患者三维牙数字化模型，简便高效而精准［20⁃21］，且iTero2代让口内扫描从最初的口内间断扫描转为连续扫描，熟练的医生数分钟即可完成口内扫描，缩短了扫描操作的耗时，提高了患者的就诊体验。研究显示，多种口内扫描仪均能获取精确的三维牙基本信息［22］。通过隐形矫治，运用计算机辅助设计/辅助制造（CAD/CAM）模拟排牙，可预见矫治效果，且隐形矫治能够实现数字化模拟排牙所预设的前牙转矩［23］。但是，现阶段数字化技术与隐形矫治的结合有待完善，在临床中，有时牙齿可能并不会完全按照虚拟排牙软件设计的方向移动，造成牙齿实际移动位置与目标位置出现偏差，必要时重新进行口内扫描和设计［24］。

4数字化技术在固定矫治中应用

4.1唇侧矫治

随着矫治技术的发展和数字化技术的崛起，基于个性化而制作的矫治器应运而生。目前固定矫治中，选择唇侧矫治的患者依然占据绝大部分。但是，针对唇侧的数字化个性化矫治主要集中在个性化虚拟排牙、精确定位的托槽粘接和弓丝成形方面。以Ormco公司的Insignia系统为例，获取患者的三维数字化牙模型后把每颗牙齿根据重要的解剖及咬合标志点分成单独的图形元件，再根据数据库形成匹配的虚拟牙根形态，协助医生评估合适的牙根排列形态和空间，并生成最佳咬合接触状态的位置。医生可根据患者牙情况进行精细调整，该软件提供调整后对侧牙咬合变化的反馈，细化到咬合的深度、牙尖接触的位点和牙龈边缘的变化等。根据最终方案应用3D数字化打印技术生产出个性化的转移托盘模版，实现托槽准确定位与粘接。Penning等［25］对应用唇侧DamonQ托槽粘接系统和使用Insignia粘接系统的180名患者进行各项指标对比，发现两组矫治时间和疗效无显著差异，但Insignia粘接系统托槽的脱落率和复诊次数却较高，说明此类矫治系统还有待进一步完善。国内一项新的研究结合逆向工程技术与Pro/E三维软件，设计并初步制作了与患者牙齿唇侧面高度匹配的个性化托槽基座模型和控制力可调式装置，该新型托槽可满足结构的力学性能要求且与牙齿唇侧形状匹配性好。相信随着数字化技术的发展，未来将会有更多针对唇侧的定制托槽面世［26］。

4.2舌侧矫治

舌侧矫治技术出现于20世纪70年代，虽然其隐蔽性较好，但由于设计和操作相对复杂，并未在中国广泛使用［27］。1999年，Wiechmann将［28］CAD/CAM技术应用于舌侧托槽的设计、生产和加工，同时使用机械手弯制弓丝，使矫治过程变得简单而个性化。2005年，数字化、个性化的舌侧矫治系统Incognito问世，实现了根据牙体情况调节托槽形态，使底板完全适应牙面，真正为每一颗牙齿量身定做。设计完成的托槽数据由3D打印机打印蜡型，经过包埋、抛光等得到个性化托槽，配合个性化转移托盘和弓丝。但目前由于对槽沟精度和抛光程度要求较高，3D打印成本较高等原因尚未出现直接打印生产金属正畸托槽的成熟商品。现有临床医生通过CT或非接触式激光扫描采集牙模型数据，经反求技术（镜像方法）转化成牙齿计算机辅助设计模型，确定方案后用选区激光熔化快速成型技术3D打印设备制造个性化舌侧托槽。该方法原理为使不锈钢粉末逐层熔化、堆积最终成型，在水平轴和z轴方向上，底板的制作误差分别小于0.01mm和0.1mm，精度和力学性能均达到使用要求，且临床效果优于传统舌侧正畸托槽。Brown等［29］验证了CAD/CAM定制式舌侧矫治技术能够显著缩短矫治时间，因其个性化的托槽设计和精准定位实现了牙齿的精准快速移动。关于对比唇舌侧矫治系统的矫治效果研究发现，唇侧矫治系统在直立倾斜牙齿的效果优于舌侧矫治系统［30］。然而，还有研究证明舌侧矫治系统能实现个性化矫治目标，并且减少托槽粘接面的脱矿［31］。

5数字化技术在正畸临床应用中的展望

在当今数字化技术飞速发展的时代，任何口腔正畸新技术的出现和发展都包含数字化技术的因素。不仅患者对数字化矫治技术的知晓度不断增加，正畸医师也热情高涨，其所带来的社会效益日趋显现。数字化技术引领的矫治技术代表着当代正畸技术的新潮流和新方向。与此同时，这些数字化矫治技术还是一种有待改进和完善、不断发展中的技术，正畸医生在临床中应结合实际情况，理性地看待和合理应用数字化技术，并对其进行大样本临床研究深入探索，加强沟通和交流，共同建立一套规范、健康、完整的口腔正畸数字化诊疗流程，让越来越多有正畸需求的人群从中获益。

作者：厉松 苏茹甘 单位：首都医科大学附属北京口腔医院正畸科