作者：白玉興首都醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院正畸科
一、三維數(shù)字化技術在正畸檢查及診斷中的應用
1．三維頭影測量分析：
X線頭影測量是正畸檢查診斷和科學研究的重要手段，而其由于重疊、扭曲、變形和不規(guī)則放大等缺點，可影響測量結果的準確性。錐形束CT輻射量較傳統(tǒng)CT小、無扭曲、放大和重疊，基于錐形束CT圖像進行三維頭影測量可精確反映顱面部結構的三維關系。傳統(tǒng)頭影測量有頭顱定位儀及自然頭位等成熟的體系幫助建立坐標系，獲得水平及矢狀面參照系，而錐形束CT三維重建圖像缺乏定位坐標體系。三維測量中，原有二維測量中的角度多轉化為面角，面角如何解讀目前還不成熟。新的三維測量坐標系統(tǒng)應包括坐標原點、基準平面、測量標志點、三維參考平面和測量項目等。梁舒然等探討了錐形束CT三維圖像中標志點定位的可重復性和可靠性，從39個常用骨性和牙性標志點中篩選出可靠性高的三維標志點30個，并以此為基礎，最終篩選出32項可靠性高的測量項目，包括SNA角、SNB角、ANB角、Y軸角、頜凸角、面角、下頜平面角和Wits值等。通過這些測量項目，可進行上下頜骨和牙齒矢狀、冠狀和垂直向測量，為三維頭影測量分析標準的建立提供依據(jù)。值得注意的是，用錐形束CT行三維頭影測量分析時，較多測量項目的含義與二維頭影測量不同。如Wits值既包含上下頜骨矢狀向關系，同時也包含冠狀向關系。下頜平面角既體現(xiàn)下頜平面垂直向傾斜角度，同時也體現(xiàn)下頜骨下緣與正中矢狀面的角度。因此，同一測量項目在三維和二維頭影測量中的差異，尚待深入研究。
2．數(shù)字化牙頜模型：
牙頜模型對正畸檢查和診斷有重要作用，目前最常用的是石膏模型，但石膏模型存在易磨損、易丟失、物理存儲空間大等缺點。牙頜模型三維數(shù)字化技術是指通過特定的三維掃描設備和三維重建算法，獲取牙頜表面或石膏模型表面一系列離散點的空間三維坐標數(shù)據(jù)，在此基礎上進行數(shù)據(jù)處理和曲面重建，獲得一個接近原型、包含形狀信息的三維數(shù)字化牙頜模型。牙頜模型數(shù)字化的方法有激光掃描、CT圖像重構、接觸式三坐標測量儀以及層析法。其中層析法最常用，其一次可處理多個牙頜模型，并僅在準備切削試件時需要人工干預，切削加工和掃描過程可自動完成，自動化程度較高。圖像重建過程已有成熟的算法支持，獲取的數(shù)字化三維牙頜模型能真實反映口腔內(nèi)微小的解剖結構，精度較高，且大批量生產(chǎn)成本較低。但層析掃描法耗時長，屬于破壞性掃描，其精度取決于每次切削的厚度，獲取數(shù)據(jù)的過程有破壞性，一旦掃描完成原始模型不復存在，單個模型的掃描成本較高。而且硅橡膠印模材料性能的差異、取印模時操作者技術熟練程度的差異，印模寄送時的損壞變形等因素，均可影響層析掃描后數(shù)字化牙頜模型的精確度。近年，隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，出現(xiàn)了口內(nèi)直接掃描技術，避免了傳統(tǒng)手工取模對患者造成的不適感以及印模材料的不準確性，并透過內(nèi)建的無線設備將文件傳輸至隱形矯治設計公司進行后續(xù)加工處理。省略了取印模以及印模寄送等相對繁瑣的步驟，使操作簡單、方便、快捷；直接從患者口內(nèi)獲得牙頜三維信息，避免了模型變形導致的數(shù)字化牙頜模型準確度降低等缺點，是一種新型的牙頜模型數(shù)字化方法。口內(nèi)直接掃描獲取數(shù)字化模型是一種非侵入式的牙頜模型獲取方法，提高了模型測量的速度和精度，獲得的數(shù)字化模型便于存儲，不占用空間。數(shù)字化模型方便傳輸，有利于遠程會診，同時可模擬正畸牙移動，進行個性化矯治器設計。
3．三維顏面成像技術：
正畸治療過程中，患者的軟組織變化一直是正畸醫(yī)師關注的熱點。隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，三維顏面成像技術已應用于面部軟組織重建和三維測量中。目前常用的三維顏面成像技術包括三維激光顏面掃描、立體攝影、結構光三維掃描技術等。非接觸式三維激光掃描技術通過發(fā)射激光，照射至被測物體表面產(chǎn)生光的漫反射，反射光由傳感器接收，通過三角測量原理，計算出到被掃描物體的距離，并轉化為三維坐標數(shù)據(jù)；通過旋轉被測物體，獲取物體表面的全部信息；通過軟件拼接掃描數(shù)據(jù)，得到物體表面的三維點云數(shù)據(jù)；通過三維重建真實客觀地反映面部三維形態(tài)，并進行三維幾何測量，實現(xiàn)定量分析。三維顏面成像技術可獲取健康人群的顏面部軟組織信息，形成標準化數(shù)據(jù)庫，從而發(fā)現(xiàn)個體差異；同時，也可以獲取患者治療各階段的三維軟組織面像，并進行三維重疊分析，明確患者治療各階段的軟組織變化。另外，可以將患者三維軟、硬組織和三維牙頜模型進行數(shù)字化整合，形成虛擬患者，用于制定正畸治療方案，并有利于醫(yī)患溝通。
4．牙槽骨的評估：
5．顳下頜關節(jié)（temporomandibular joint，TMJ）的評估：
TMJ是下頜骨的生長發(fā)育中心，其隨生長發(fā)育而改建和生長，從而促進下頜骨和面部的生長發(fā)育。錐形束CT提供三維的圖像信息，使得對治療前后的評價效果更直觀準確，可直觀評價髁突形態(tài)和位置的變化。錐形束CT為縱向評價下頜骨髁突生長變化提供了有效而安全的檢測手段。同時，錐形束CT可幫助醫(yī)師準確評估關節(jié)形態(tài)、移位以及骨皮質狀況，規(guī)避治療風險，指導治療設計。錐形束CT可準確顯示TMJ硬組織結構，但不能顯示關節(jié)盤等軟組織結構，因此建議用于明確存在骨性問題的評估，如關節(jié)不對稱、關節(jié)移位、骨質破壞等。MRI可準確顯示關節(jié)盤等軟組織結構，但不能清晰顯示硬組織結構。錐形束CT與MRI結合分析可完整反映TMJ狀況。
6．埋伏牙評估：
埋伏牙是人體牙頜系統(tǒng)中較常見的發(fā)育異常，包括阻生牙和多生牙。傳統(tǒng)X線檢查無法提供埋伏牙形狀、方向、位置和毗鄰關系的準確信息。醫(yī)師只能綜合多張X線片進行觀察比較，結果主觀性較強。埋伏牙的治療包括手術拔除、正畸牽引、自體牙移植和手術暴露后待其自然萌出，正確的治療計劃應建立在明確診斷的基礎上。錐形束CT可為臨床醫(yī)師提供阻生牙部位的三維圖像信息，如阻生牙位置、與鄰近神經(jīng)等結構的關系以及牙根是否彎曲、牙齒覆蓋的骨量等信息，輔助臨床醫(yī)師確定開窗部位以及牽引方式。錐形束CT可明確診斷：①埋伏牙數(shù)目、形態(tài)、大??；②埋伏牙長軸方向；③埋伏牙與鄰牙的關系；④牙根吸收情況；⑤埋伏牙與上頜竇或下頜神經(jīng)管的位置關系；⑥埋伏牙在頜骨中的位置與表面骨壁厚度。可視化的三維圖像便于正畸醫(yī)師與外科醫(yī)師溝通，更利于患者理解病情及治療全程，從而積極配合。
7．頸椎骨齡分析：
正畸治療的對象主要是生長發(fā)育期兒童，正確預測兒童的生長方向、時間和生長量對正畸治療有重要意義。因此，正畸醫(yī)師對青春發(fā)育期的正確預測尤其重要。研究發(fā)現(xiàn)，年齡、身高、體質量、牙齡和第二性征均不是評估生長發(fā)育的最佳指標。多數(shù)學者認為，骨齡是預測青春發(fā)育期較準確的評價指標，并提出了多種評價方法。傳統(tǒng)觀點認為手腕骨骨齡與生長高峰期高度相關，是判斷骨齡的最佳指標，近年眾多學者開始關注頸椎骨齡與生長發(fā)育的關系。與手腕骨相比，頸椎骨化中心較少，但生長發(fā)育變化明顯，與顱面關系更密切，且頸椎形態(tài)在頭顱側位X線片中即可見，避免了加照手腕骨X線片的二次放射傷害，并減少了患者的經(jīng)濟支出。Chen等利用錐形束CT行頸椎三維測量，觀察頸椎三維大小和形態(tài)的變化規(guī)律，確定三維視圖上可靠性高的頸椎標志點和相關測量項目，初步建立了一種三維頸椎測量方法，具有重要的臨床指導和研究意義。
二、三維數(shù)字化技術在口腔正畸治療設計中的應用
1．支抗種植體導板的輔助治療設計：
種植體支抗已成為重要的正畸支抗形式，但由于植入部位骨量有限，植入方向和操作不當?shù)葐栴}，種植體植入可能損傷牙根，影響治療效果，因此植入部位和骨量是種植體成功的關鍵。為增加種植體植入的準確性，有學者在植入?yún)^(qū)牙鄰間隙插入銅絲等阻射標志物，用三維外科引導裝置、三維放攝照像外科引導裝置降低種植體鉆孔和植入時的軌道偏差。然而，以上裝置均在X線片的基礎上制作，將二維信息傳遞至三維植入?yún)^(qū)，可能存在偏差。計算機輔助設計與輔助制作（computer aided design and computer aided manufacutre，CAD/CAM）技術目前已用于牙種植體導板的設計和制作，為增加正畸種植體植入的準確性，有學者利用牙種植體導板系統(tǒng)進行正畸種植體導板設計與制作，但存在導板制作過程復雜、成本高等問題；而且利用目前商業(yè)化牙種植體導板的制作方法與流程，無法準確模擬正畸種植體植入并解決導板的充足固位與植入時充分引導的問題。近期，國內(nèi)學者利用錐形束CT和3D打印技術設計并制作出微螺釘種植體導板。首先，應用錐形束CT不同斷面圖像對上下頜牙根間植入位置的骨量進行測量，確定植入位置的安全區(qū)間，指導種植體植入。然后，用錐形束CT數(shù)據(jù)三維重建，利用快速成形技術制作正畸種植體導板，提高種植體植入的精度和安全性。
2．3D打印鈦板前方牽引的輔助治療設計：
3．無托槽隱形矯治技術：
無托槽隱形矯治技術是將計算機圖像處理和輔助設計技術、快速成形技術應用于口腔正畸領域的產(chǎn)物。該技術從出現(xiàn)至今，在技術手段、材料方法和臨床應用等方面均取得了顯著的成就。無托槽隱形矯治技術中的關鍵步驟是三維數(shù)字化牙頜模型的獲取、軟件設計虛擬牙移動及無托槽隱形矯治器的生產(chǎn)制作。隨著數(shù)字化技術的飛速發(fā)展，在無托槽隱形矯治技術診斷與設計中，具有不同功能的設計與加工軟件均使無托槽隱形矯治技術在可操作性、設計精度、工作效率、可視化程度等各方面不斷升級與提高。無托槽隱形矯治技術的出現(xiàn)順應了人們追求美觀、舒適、健康的現(xiàn)代治療觀念。雖然目前該技術的使用仍有一定的局限性，但隨著三維數(shù)字化技術的發(fā)展，以及專用于制作隱形矯治器的熱壓膜材料的研制，必將會使越來越多的正畸人群受益。
4．個性化舌側矯治技術：
個性化舌側矯治器是應用CAD/CAM技術數(shù)字化模擬排牙后，在計算機上三維建模完成個性化舌側托槽設計。托槽底板形態(tài)與各牙舌側面完全吻合，精密鑄造托槽。機械手完成弓絲的精確成形，克服了傳統(tǒng)舌側矯治器的局限性。近年，我國學者利用數(shù)字化三維重建技術進行國產(chǎn)個性化舌側矯治器的研究，并應用于臨床，獲得較好的效果。隨著成年正畸患者的不斷增加，患者對矯治器的隱蔽性和舒適性的要求越來越高。無托槽隱形矯治技術雖然一定程度上滿足了部分患者的需要，但由于材料和軟件等方面的原因，尚不能滿足所有正畸患者的需要。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，并未在我國廣泛使用。隨著數(shù)字化技術的不斷發(fā)展，數(shù)字化模擬排牙取代了手工排牙，機械手彎制弓絲取代了人工彎制弓絲，并且個性化舌側托槽與牙齒舌側面完全吻合，這些變化和發(fā)展均大大降低了舌側矯治技術的操作難度，同時增加了患者的舒適度，推動了舌側矯治技術的發(fā)展及應用，滿足了患者的需求。
三、三維數(shù)字化技術應用中的問題和展望
三維數(shù)字化技術已在口腔正畸領域中廣泛用于檢查診斷、臨床治療和療效評估等方面，極大提高了診療的精確性，但同時也存在問題，尤其是錐形束CT的安全性問題。對患者行錐形束CT檢查前，必須考慮輻射風險。建議對存在牙槽骨和牙根吸收風險以及關節(jié)問題的患者，考慮拍攝錐形束CT。而對埋伏牙和正頜患者，建議常規(guī)拍攝錐形束CT。隨著各種減少輻射手段的發(fā)展，錐形束CT的輻射劑量將進一步降低。同時，隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，醫(yī)師可根據(jù)臨床需要自由定義視野大小和形狀，實現(xiàn)不同區(qū)域的隨機自由選擇。醫(yī)師還可根據(jù)臨床需要自由定義拍攝區(qū)域的分辨率，如普通區(qū)域低分辨率、重點區(qū)域高分辨率等。
來源：中華口腔醫(yī)學雜志2016年第51卷第6期
