數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移方法的研究進(jìn)展*

王宇軒 許桐楷 姜 婷

頜位指下頜骨相對于上頜骨或顱骨的位置關(guān)系，根據(jù)下頜位置的變化可產(chǎn)生不同的頜位，常見的如最大牙尖交錯(cuò)位、后退接觸位、下頜姿勢位和肌接觸位等［1］。人體結(jié)構(gòu)和下頜運(yùn)動的復(fù)雜性決定了頜位實(shí)際上是變化多樣的三維關(guān)系。為描述方便，通常分為垂直向和水平向兩個(gè)方向的關(guān)系，頜位在垂直向常以垂直距離表示，通常取鼻底至頦底的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行測量，也反映了面下1/3的高度；在水平向常以最大牙尖交錯(cuò)位、正中關(guān)系位、前伸對刃位、側(cè)方位等表示。在臨床治療中，頜位關(guān)系一般指天然牙或未來的修復(fù)體位于最大牙尖交錯(cuò)位時(shí)下頜相對于上頜的位置關(guān)系，頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移是修復(fù)治療的重要步驟，是將人體實(shí)際存在的頜位關(guān)系精確轉(zhuǎn)移到固定石膏模型的機(jī)械架上或者數(shù)字化虛擬架上。其中，面弓轉(zhuǎn)移上架的操作轉(zhuǎn)移的是上頜和顳下頜關(guān)節(jié)的關(guān)系，咬合關(guān)系記錄轉(zhuǎn)移的是上下頜之間的咬合接觸關(guān)系。

1.上下頜間位置關(guān)系的數(shù)字化轉(zhuǎn)移方法

通常，在患者處于最大牙尖交錯(cuò)位時(shí)，即使有牙齒缺失，上下頜牙弓只要分別在左、右前磨牙區(qū)和左、右磨牙區(qū)有三處及以上的咬合接觸，則石膏模型上的咬合接觸也是穩(wěn)定的，咬合關(guān)系的恢復(fù)只需將石膏模型直接對合即可。而當(dāng)口內(nèi)咬合接觸減小到只有兩個(gè)區(qū)域或兩個(gè)以下區(qū)域時(shí)，石膏模型處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，需要通過咬合記錄材料的媒介獲得穩(wěn)定位置關(guān)系。數(shù)字化模型的匹配也是如此，獲取上下頜間位置關(guān)系的數(shù)字化手段主要采用三維掃描技術(shù)。咬合穩(wěn)定時(shí)，使用三維掃描得到的數(shù)字化模型可以在軟件中通過算法配準(zhǔn)而直接匹配咬合關(guān)系。但是當(dāng)患者處于咬合不穩(wěn)定狀態(tài)或者病理性咬合狀態(tài)，在臨床治療中首先需要重新確定適宜的頜位，然后再進(jìn)行頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移。例如進(jìn)行升高咬合的咬合重建時(shí)，需要借助墊或暫時(shí)修復(fù)體獲得新的較為穩(wěn)定的頜間關(guān)系。在轉(zhuǎn)移無牙頜患者的頜位關(guān)系時(shí)，需要以托、過渡義齒等方式作為媒介轉(zhuǎn)移上下頜位關(guān)系［4］。目前國內(nèi)外尚無足夠的研究說明這些情況下進(jìn)行數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移的成熟方法。

數(shù)字化上下頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移的方法可以根據(jù)三維掃描方法的不同，分為模型掃描和口內(nèi)掃描兩種方式。

1.1 模型掃描 模型掃描是在口外采集數(shù)字化牙列模型的方法，對傳統(tǒng)石膏模型進(jìn)行三維激光掃描后進(jìn)行數(shù)字化處理，形成STL格式的數(shù)字化牙頜模型。研究顯示單頜模型的掃描平均誤差為0.14mm，經(jīng)過驗(yàn)證可以滿足臨床需要［5］。

早期的轉(zhuǎn)移方法需要先分別掃描上、下頜石膏模型，再三維掃描臨床制取的咬合記錄，匹配上、下頜牙列數(shù)字化模型與咬合記錄的對應(yīng)區(qū)域，確定上下頜之間的相對位置關(guān)系。有研究顯示，如此獲得的數(shù)字化模型上的咬合接觸點(diǎn)與使用10μm金屬咬合紙口內(nèi)確定的咬合接觸點(diǎn)對比，兩者的一致性為0.85±0.15［6］。此方法需要對咬合記錄材料整體進(jìn)行掃描，咬合接觸面必須完整清晰才能精確配準(zhǔn)上下頜牙列。由于掃描過程繁瑣，且咬合記錄材料容易形變，故未能得到廣泛應(yīng)用，近年來使用此方法的研究也在逐漸減少。

目前較為常用的方法不需要借助咬合記錄，只需先分別掃描上、下頜石膏模型，再掃描咬合狀態(tài)下牙列模型的唇頰面，將上、下頜數(shù)字化模型的唇頰面與咬合狀態(tài)下的唇頰面對應(yīng)區(qū)域進(jìn)行配準(zhǔn)，即可確定上下頜間關(guān)系。Wriedt等［7］使用這種方法配準(zhǔn)上下頜全牙列模型，精度可達(dá)37±28μm。這一方法步驟簡單，易于操作，精確度能夠滿足臨床需要，是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移方法，但其精度仍受掃描儀品牌等因素的影響。李虹等［8］對比了三種商品化牙頜模型掃描儀的三維重建精度，三種掃描儀的平均精度為0.11±0.38mm，但它們之間的測量誤差有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明不同模型掃描儀的精度之間存在一定差異。另外，掃描咬合時(shí)固定模型的方法［9］、上下頜配準(zhǔn)使用的軟件［10］等均會在一定程度上對精度產(chǎn)生影響。

1.2 口內(nèi)掃描 口內(nèi)掃描與模型掃描不同，不需要依靠傳統(tǒng)印模技術(shù)制備石膏模型。將掃描設(shè)備置于患者口內(nèi)，對其口腔軟硬組織直接進(jìn)行掃描，即可獲取數(shù)字化牙列模型。與模型掃描方法相似，先使用掃描儀分別在口內(nèi)掃描上下頜牙列，然后讓患者咬合至最大牙尖交錯(cuò)位，對咬合狀態(tài)下的頰側(cè)牙列進(jìn)行掃描，通過頰側(cè)咬合數(shù)據(jù)對上下頜數(shù)字化模型進(jìn)行配準(zhǔn)，確定上下頜間關(guān)系。Solaberrieta等［11,12］發(fā)現(xiàn)使用雙側(cè)后牙頰側(cè)掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)得到的上下頜間關(guān)系精確度高，并且兩側(cè)后牙頰側(cè)掃描區(qū)段的相對距離越遠(yuǎn)，其結(jié)果越精確。現(xiàn)在的口內(nèi)掃描儀也均采用雙側(cè)后牙區(qū)頰側(cè)掃描的方法確定頜間關(guān)系。

最近也有研究通過拍攝全牙列大視野CBCT，把三維重建的CBCT牙列模型與口內(nèi)掃描得到的上下頜數(shù)字化模型進(jìn)行配準(zhǔn)［13］。此方法在后文還將進(jìn)一步介紹，其優(yōu)點(diǎn)是精確度高，并且可以同時(shí)轉(zhuǎn)移牙列和雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)的位置關(guān)系。

2.數(shù)字化顱頜位置關(guān)系轉(zhuǎn)移的方法

在獲取了上下頜牙列之間的相對位置關(guān)系后，還需要對上頜牙列相對于雙側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)的位置關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)移。對于有牙頜患者（包括有或無穩(wěn)定咬合的情況），數(shù)字化頜間關(guān)系轉(zhuǎn)移已經(jīng)可以確定下頜與上頜的位置關(guān)系，只要再確定上頜與顳下頜關(guān)節(jié)的位置關(guān)系，便可以實(shí)現(xiàn)完整的頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移。但對于無牙頜患者，下頜與上頜之間的關(guān)系難以直接確定，因此通常要一并轉(zhuǎn)移咬合垂直距離、正中關(guān)系位平面等信息，使用的方法也與有牙頜患者不同?，F(xiàn)有的方法同樣可分為模型掃描和口內(nèi)掃描兩種。

對于無牙頜患者，目前國際上也出現(xiàn)了已商品化的全口義齒CAD/CAM系統(tǒng)，其使用方法與操作流程有所不同，但本質(zhì)也是對臨床制取的石膏模型以及頜位記錄進(jìn)行三維掃描，完成數(shù)字化轉(zhuǎn)移。AvaDent系統(tǒng)［16］使用Anatomic Measuring Device(AMD）裝置記錄頜位關(guān)系，該裝置上有一體化的哥特式弓描記裝置，可以記錄垂直距離、正中關(guān)系位平面等信息，將該裝置與上下頜終印模進(jìn)行3D掃描，即可完成頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移。Dentca系統(tǒng)［17］與AvaDent相似，使用Dental專用托盤在患者口內(nèi)制取功能性印模后，在Dental托盤上安裝哥特式弓描記裝置記錄患者的正中關(guān)系位，隨后整體進(jìn)行掃描完成轉(zhuǎn)移。3Shape系統(tǒng)借助于“三合一”的印模咬合板同時(shí)制取無牙頜患者的終印模和頜位關(guān)系，同樣通過三維掃描完成頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移。

2.2 口內(nèi)掃描 不借助傳統(tǒng)的頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移方法，完全數(shù)字化轉(zhuǎn)移上頜與顳下頜關(guān)節(jié)的關(guān)系的方法目前尚不成熟。現(xiàn)有的研究普遍應(yīng)用了面部掃描、CBCT等其他技術(shù)手段對平面、鉸鏈軸等信息進(jìn)行確定，同時(shí)結(jié)合口內(nèi)掃描頰側(cè)咬合數(shù)據(jù)確定上下頜間關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)不依賴傳統(tǒng)的印模制取、面弓轉(zhuǎn)移上架技術(shù)而進(jìn)行頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移。由于這類方法實(shí)現(xiàn)了完全數(shù)字化的操作流程，因此在部分文獻(xiàn)中也被稱為“直接數(shù)字化轉(zhuǎn)移法”［14］。目前文獻(xiàn)報(bào)道的方法有以下幾種。

Solaberrieta等［18］通過記錄一個(gè)剛性支架上6個(gè)參考點(diǎn)（2個(gè)髁點(diǎn)，1個(gè)眶下點(diǎn)，和3個(gè)位于前后牙咬合面上的點(diǎn)）的位置關(guān)系，將3個(gè)咬合點(diǎn)確定的平面以及上頜數(shù)字化模型一起轉(zhuǎn)移到虛擬架上，即可確定上頜牙列與顳下頜關(guān)節(jié)的關(guān)系。結(jié)合口內(nèi)對咬合狀態(tài)下牙冠頰側(cè)的掃描獲取上下頜間關(guān)系，即可完成數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移。和使用傳統(tǒng)面弓轉(zhuǎn)移上架的模型相比這一方法的誤差為0.75±0.46mm［19］。該學(xué)者后來使用三維面部重建技術(shù)改進(jìn)了這一方法［20］，直接在三維面部模型上確定特征點(diǎn)，避免了支架的使用，使整個(gè)過程更加簡化。但Ury等人［14］的研究顯示，使用轉(zhuǎn)移臺進(jìn)行模型掃描的頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移方法，其精度要好于Solaberrieta等人的口內(nèi)掃描方法［18］。Lam等人［21,22］應(yīng)用面部掃描技術(shù)獲得面部軟組織的數(shù)字化模型，使用自制的托盤擬合數(shù)字化牙列模型與面部軟組織模型，即可確定上頜牙列與顳下頜關(guān)節(jié)的關(guān)系。再在口內(nèi)掃描咬合狀態(tài)的頰側(cè)位置確定上下頜間關(guān)系，并結(jié)合自然頭位理論確定面部軟組織模型的空間位置，即可完成數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移。

除此之外，還有一些研究使用了其他技術(shù)手段確定頜位關(guān)系。Petre等［23］利用Exocad系統(tǒng)中背景圖像的功能，導(dǎo)入患者正側(cè)面數(shù)碼照片，將口內(nèi)掃描得到的上下頜數(shù)字化模型分別從正、側(cè)面與照片重合以確定頜位關(guān)系。由于這一方法所受影響因素較多，其精度還需進(jìn)一步驗(yàn)證。Lepidi等將三維重建的CBCT影像轉(zhuǎn)換為STL格式，把口內(nèi)掃描的牙列模型與CBCT的重建模型配準(zhǔn)，同時(shí)確定上下頜的相對位置關(guān)系以及上頜與顳下頜關(guān)節(jié)之間的位置關(guān)系。該方法可以適應(yīng)不同的數(shù)字化架系統(tǒng)，研究顯示其精確度好于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)式面弓。但此方法需要較大的CBCT照射視野，根據(jù)ALARA（as low as reasonably achievable，輻射照射劑量盡可能少）原則，此種照射劑量不適用于常規(guī)的修復(fù)治療，因此限制了其臨床應(yīng)用的范圍［13］。

3.評價(jià)和展望

雖然目前已有不少數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移方法的研究，但現(xiàn)有方法均存在不同程度的不足。模型掃描方法比較成熟，對單頜模型的掃描精度較高［25］，使用架配套轉(zhuǎn)移臺進(jìn)行整體模型掃描的方法已經(jīng)市場化，精度基本可以滿足臨床需要，但它并沒有脫離傳統(tǒng)的印模制取、模型翻制、面弓轉(zhuǎn)移上架的方法，流程較為繁瑣，并且無法規(guī)避傳統(tǒng)操作流程中材料形變等不可控的誤差。

口內(nèi)掃描技術(shù)使用更加簡便，避免了傳統(tǒng)制取模型操作帶來的誤差，而且可以完成全數(shù)字化操作流程，但此方法并未得到廣泛的應(yīng)用。首先，口內(nèi)掃描的使用成本較高，且尚未有成熟的基于口內(nèi)掃描的數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移流程得到廣泛認(rèn)可。其次，目前口內(nèi)掃描儀的平均精度可達(dá)20μm［26,27］，但有許多因素會對最終精度產(chǎn)生影響。蘇庭舒等人［28］的研究顯示，口內(nèi)掃描的精度隨著牙弓掃描范圍增大而降低，在掃描范圍小于半個(gè)牙弓時(shí)的精度符合臨床要求。一般認(rèn)為，對于較小范圍的口內(nèi)掃描的精度可以保證，但對于較大范圍的掃描其精度會隨之下降［29］。但最近也有研究顯示，在理想情況下口內(nèi)掃描全牙列的精度與模型掃描沒有顯著區(qū)別，部分指標(biāo)甚至優(yōu)于模型掃描［30］。此外例如掃描儀的型號、操作者的熟練程度等［31］都會影響其精度，Wong等［32］比較了3個(gè)品牌口內(nèi)掃描儀的三維準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)三者在牙弓間各位點(diǎn)距離以及整體偏差上都有著顯著區(qū)別。從咬合接觸的方面來評價(jià)，程明軒等［33］對口內(nèi)掃描和模型掃描精度的對比研究顯示，口內(nèi)掃描反映的咬合接觸程度較模型掃描更為緊密；陳思涵等［34］對3個(gè)品牌的口內(nèi)掃描儀頰側(cè)掃描獲取上下頜間關(guān)系的精度進(jìn)行分析，全牙列咬合接觸面積均與模型掃描組無顯著區(qū)別。因此，使用口內(nèi)掃描進(jìn)行數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移的精度是否能滿足臨床需求還需要更多的臨床研究證實(shí)，如何排除其他因素影響，提高其精確性和可靠性是下一步研究的方向。

此外，關(guān)于數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移的研究大多數(shù)針對的是患者有穩(wěn)定咬合的情況。對于自身無穩(wěn)定咬合或需重建咬合的患者，如何數(shù)字化轉(zhuǎn)移上下頜間關(guān)系尚無研究提及。若使用面弓轉(zhuǎn)移上架確定頜間關(guān)系和顱頜關(guān)系，再進(jìn)行模型掃描，則難以避免操作過程中的各種誤差。對于這種情況，國內(nèi)外尚無相關(guān)文獻(xiàn)和病例報(bào)道，其精度是否能滿足臨床要求也尚不明確。對于需要咬合重建的患者，精確的數(shù)字化咬合設(shè)計(jì)和預(yù)調(diào)能夠大幅提高修復(fù)效率和精確度，獲得更好的修復(fù)效果，而準(zhǔn)確地對頜位關(guān)系進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)移則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提。因此數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移的研究不僅需要提高精度和簡化流程，探索能夠應(yīng)用于咬合不穩(wěn)定患者的數(shù)字化頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移方法更是進(jìn)一步研究的重要方向。