口腔患者3D數(shù)字化牙頜模型數(shù)據(jù)庫的臨床應(yīng)用△

周 微 劉 陽 謝 春 魏 波 譚青云 胡 敏

(深圳市龍華區(qū)人民醫(yī)院口腔科 深圳 518109)

隨著口腔臨床中數(shù)字化的檢查方法和CAD/CAM的快速發(fā)展，各種3D數(shù)字化的技術(shù)逐步融入臨床實際中，CBCT可以對頜骨、牙硬組織、以及口腔各種結(jié)構(gòu)清晰重建，形成三維立體化模型，可以真實展示牙、頜骨、甚至頜面部軟組織的位置關(guān)系。種植牙過程中，可以設(shè)計手術(shù)方案、導(dǎo)航、以及后期冠橋的制作；正畸治療中，了解牙量與骨量關(guān)系、治療中壓根移動情況[1]。常規(guī)的牙頜模型也可以實現(xiàn)數(shù)字化方法的存放，不僅可以節(jié)約空間，便于管理，還可以精準保存咬合關(guān)系。因此我們對各種數(shù)字化方法建立3D數(shù)字化牙頜模型進行研究，形成3D數(shù)字化的模型數(shù)據(jù)庫，逐步適用于口腔臨床中應(yīng)用，發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。

1 口腔三維數(shù)字化模型的重建

錐形束CT(cone beam CT，CBCT)，是對物體投射錐形x線束，由多個連續(xù)的二維數(shù)據(jù)堆積而成。按照灰度值的不同，分離出牙、頜骨、頜面部軟組織等斷層的解剖圖像，經(jīng)Mimics14.0軟件處理后，待成像物體的所有二維數(shù)據(jù)被整合拼接，最終得到完整的三維影像。通過這種方法可以得出單個牙、牙列、頜骨、頜面部的三維數(shù)字化模型。在臨床中，由于CBCT的分辨率高、輻射低、偽像少，因此得到3D數(shù)字化模型更加清晰真實，可以用于臨床實際中，但由于有輻射性，盡量減少使用次數(shù)。

三維激光掃描儀掃描，對于正畸或者修復(fù)治療中的石膏模型，主要是通過利用視覺標記原理，在掃描儀過程中，記錄空間的6個自由度，形成表面區(qū)域的精細的結(jié)構(gòu)點云圖，通過GeoMagic Studio v 12.0軟件進行三維數(shù)字化模型的重構(gòu)。三維激光掃描，激光的方向性很好，準確記錄的是角位移和線位移，精度很高，可以進行直接測量計算，重復(fù)性非常高。Geomagic Studio軟件可以把多邊形網(wǎng)絡(luò)和三維掃描的數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字化模型，并且可以輸出各種行業(yè)標準格式，主要包括STL、IGES、STEP和CAD等格式，可以為CAD/CAM提供直接應(yīng)用的數(shù)據(jù)格式，便于進行3D打印的開展。

CEREC口內(nèi)掃描系統(tǒng)，采用此系統(tǒng)下的口內(nèi)掃描設(shè)備，通過口內(nèi)的光學(xué)掃描探頭，對口腔各個區(qū)域進行完整掃描，包括牙、缺失部分、口腔軟組織、相鄰的結(jié)構(gòu)進行清晰掃描，在系統(tǒng)環(huán)境下，在椅旁就直接生成三維數(shù)字化模型，可以直接進行CAD/CAM，直接可以進行冠、嵌體等修復(fù)體制作和完成，直接方便患者，精密準確。

2 臨床病例診療

選取2017年1月～12月的260例患者，年齡18歲～62歲；男性145例，女性115例；正畸病例78例，修復(fù)病例121例，種植病例61例。正畸病例初診CBCT掃描，面部外形和石膏模型三維激光掃描，并記錄咬合關(guān)系，每次復(fù)診模型均進行三維激光掃描，CBCT資料重建的模型和三維激光掃描重建的模型進行融合。每次復(fù)診對階段治療三維數(shù)字化進行分析測量，觀察牙、牙列、牙根移動與治療計劃關(guān)系，進展監(jiān)控正畸治療的整個過程，每次三維數(shù)字化模型均保存數(shù)據(jù)庫中。修復(fù)病例采用CEREC口內(nèi)掃描系統(tǒng)，進行全冠、嵌體等修復(fù)體椅旁即可制作。種植病例病例進行CBCT的數(shù)據(jù)采集，在軟件中進行三維重建，分析種植體選取與個體化的解剖結(jié)構(gòu)之間關(guān)系，保證手術(shù)安全性。數(shù)字化記錄整個治療的流程。對照組選取2016年1月～12月的260例患者，年齡16歲～63歲；男性137例，女性123例；正畸病例72例，修復(fù)病例113例，種植病例65例。同種治療的病例，治療方案基本相同，治療過程中沒有三維數(shù)字化重建過程。2組病例中，對治療時間、治療效果、隨訪效果進行統(tǒng)計分析。

3 治療結(jié)果

三維數(shù)字化模型的重建，CBCT資料、三維激光掃描儀、CEREC口內(nèi)掃描系統(tǒng)3種方法均可以得到三維數(shù)字化實體模型，均可以達到臨床應(yīng)用的標準。CBCT資料不僅可以得到牙、頜骨、以及口腔頜面部的軟硬組織的三維數(shù)字化模型，三維激光掃描儀僅可以得到頜面部軟組織或者石膏模型的三維數(shù)字化模型。CEREC口內(nèi)掃描系統(tǒng)可以準確獲取口腔內(nèi)壁和牙體的三維數(shù)字化模型，可以直接進行椅旁CAD/CAM。

3種方法獲取的三維數(shù)字化模型，可以相互融合、拼接、比對。所有的數(shù)字化模型保存格式統(tǒng)一，便于保存、測量、分析、輸出3D打印等。所有的三維數(shù)字化模型保存形成數(shù)據(jù)庫，形成病例資料數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用于治療、病例隨訪與分析、遠程醫(yī)療、臨床教學(xué)等。

表1

正畸組修復(fù)組種植組治療組對照組治療組對照組治療組對照組平均治療時間(h)0.751.01.01.51.92.3治療效果99%95%99%97%100%97%隨診效果100%96%100%95%99%94%

對于兩組病例的平均治療時間、治療效果、與隨訪效果進行分析，診療時間有明顯的差異性，隨訪效果有明顯差異性，治療結(jié)果無明顯差異性。說明對于三維數(shù)字化的模型，可以更加方便臨床治療，明顯縮短臨床操作時間，可以加深病人對病情的理解，有利于醫(yī)患之間的合作，同時數(shù)字化的數(shù)據(jù)庫便于建立有效的隨訪系統(tǒng)。

4 討論

3D數(shù)字化牙頜模型順應(yīng)了數(shù)字化時代的發(fā)展，CT、MRI、以及超聲均已進入數(shù)字化檢查，已經(jīng)可以獨立重建3D數(shù)字化模型，用于臨床的診斷與治療[2]。多種學(xué)科聯(lián)合發(fā)展，廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)的激光掃描也在口腔中顯示獨特的優(yōu)勢，特別是面部軟組織的重建于測量中，不僅可以測量，還可以進行容積計算，便于CAD/CAM，甚至可以直接進行3D打印，如頜骨重建已經(jīng)應(yīng)用到臨床病例中[3～4]。

本研究中，CBCT圖像重建出單個牙、牙列、頜骨、以及頜面部軟組織的三維數(shù)字化模型，清楚顯示牙的解剖形態(tài)特點，根冠比例，牙列的排列特點，上下頜牙的牙頜關(guān)系，上下頜骨的解剖特點，上下頜骨的位置關(guān)系，牙在頜骨中排列與走行。調(diào)節(jié)灰度值，也可以重建頜面部軟組織的解剖外形。三維激光掃描儀可以準確掃描石膏牙模型，面部的輪廓外形，重建出3D數(shù)字化實體模型，也可以準確記錄上下頜牙列的咬合關(guān)系，方便記錄正畸過程實際的咬合關(guān)系的變化，也可以方便檢測牙根在正畸過程中的移動，避免出現(xiàn)骨裂或者骨窗等問題，也可以減小CBCT的檢查次數(shù)，減少經(jīng)濟負擔(dān)與放射性影響。

CBCT圖像的三維重建在種植中有著獨特的優(yōu)勢，可以對于種植體進行有效的選擇，避免損失上頜竇、下頜神經(jīng)管等解剖結(jié)構(gòu)，也可以直接進行手術(shù)中的導(dǎo)航，增加了手術(shù)的安全性，加快了手術(shù)，促進了病人進行醫(yī)患之間溝通。CEREC口內(nèi)掃描系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于臨床中，非常方便快捷制作修復(fù)體，同時可以建立相應(yīng)病例的3D數(shù)字化模型的數(shù)據(jù)庫。

3D數(shù)字化的牙頜模型，對于疑難病例，可以進行上級醫(yī)院的遠程會診，特別病例資料分析，甚至可以進行病例資料的交流學(xué)習(xí)，也可以網(wǎng)絡(luò)臨床教學(xué)，手術(shù)模擬操作，便于提高臨床醫(yī)生的技術(shù)水平。3D數(shù)字化的模型也可以開展新的診療技術(shù)手段，發(fā)展前沿的科研用于臨床轉(zhuǎn)化，有效快速提高臨床新技術(shù)。

隨著3D數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，診療的精準化不斷提高，要求臨床醫(yī)生逐步提高數(shù)字化的技術(shù)，也要提高臨床的解剖和疾病發(fā)展認識水平，準備克服數(shù)字化高度精準和手工操作之間的精度匹配，是3D數(shù)字化技術(shù)在臨床有更大發(fā)展。