口腔患者3D數字化牙頜模型數據庫的臨床應用△

周 微 劉 陽 謝 春 魏 波 譚青云 胡 敏

(深圳市龍華區人民醫院口腔科 深圳 518109)

隨著口腔臨床中數字化的檢查方法和CAD/CAM的快速發展，各種3D數字化的技術逐步融入臨床實際中，CBCT可以對頜骨、牙硬組織、以及口腔各種結構清晰重建，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系。種植牙過程中，可以設計手術方案、導航、以及后期冠橋的制作；正畸治療中，了解牙量與骨量關系、治療中壓根移動情況[1]。常規的牙頜模型也可以實現數字化方法的存放，不僅可以節約空間，便于管理，還可以精準保存咬合關系。因此我們對各種數字化方法建立3D數字化牙頜模型進行研究，形成3D數字化的模型數據庫，逐步適用于口腔臨床中應用，發揮其獨特的優勢。

1 口腔三維數字化模型的重建

錐形束CT(cone beam CT，CBCT)，是對物體投射錐形x線束，由多個連續的二維數據堆積而成。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Mimics14.0軟件處理后，待成像物體的所有二維數據被整合拼接，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。

三維激光掃描儀掃描，對于正畸或者修復治療中的石膏模型，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，形成表面區域的精細的結構點云圖，通過GeoMagic Studio v 12.0軟件進行三維數字化模型的重構。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，重復性非常高。Geomagic Studio軟件可以把多邊形網絡和三維掃描的數據資料轉化為三維數字化模型，并且可以輸出各種行業標準格式，主要包括STL、IGES、STEP和CAD等格式，可以為CAD/CAM提供直接應用的數據格式，便于進行3D打印的開展。

CEREC口內掃描系統，采用此系統下的口內掃描設備，通過口內的光學掃描探頭，對口腔各個區域進行完整掃描，包括牙、缺失部分、口腔軟組織、相鄰的結構進行清晰掃描，在系統環境下，在椅旁就直接生成三維數字化模型，可以直接進行CAD/CAM，直接可以進行冠、嵌體等修復體制作和完成，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，并記錄咬合關系，每次復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。每次復診對階段治療三維數字化進行分析測量，觀察牙、牙列、牙根移動與治療計劃關系，進展監控正畸治療的整個過程，每次三維數字化模型均保存數據庫中。修復病例采用CEREC口內掃描系統，進行全冠、嵌體等修復體椅旁即可制作。種植病例病例進行CBCT的數據采集，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構之間關系，保證手術安全性。數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、隨訪效果進行統計分析。

3 治療結果

三維數字化模型的重建，CBCT資料、三維激光掃描儀、CEREC口內掃描系統3種方法均可以得到三維數字化實體模型，均可以達到臨床應用的標準。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字化模型。CEREC口內掃描系統可以準確獲取口腔內壁和牙體的三維數字化模型，可以直接進行椅旁CAD/CAM。

3種方法獲取的三維數字化模型，可以相互融合、拼接、比對。所有的數字化模型保存格式統一，便于保存、測量、分析、輸出3D打印等。所有的三維數字化模型保存形成數據庫，形成病例資料數據庫，應用于治療、病例隨訪與分析、遠程醫療、臨床教學等。

表1

正畸組修復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，治療結果無明顯差異性。說明對于三維數字化的模型，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，有利于醫患之間的合作，同時數字化的數據庫便于建立有效的隨訪系統。

4 討論

3D數字化牙頜模型順應了數字化時代的發展，CT、MRI、以及超聲均已進入數字化檢查，已經可以獨立重建3D數字化模型，用于臨床的診斷與治療[2]。多種學科聯合發展，廣泛應用于多個行業的激光掃描也在口腔中顯示獨特的優勢，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，如頜骨重建已經應用到臨床病例中[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字化模型，清楚顯示牙的解剖形態特點，根冠比例，牙列的排列特點，上下頜牙的牙頜關系，上下頜骨的解剖特點，上下頜骨的位置關系，牙在頜骨中排列與走行。調節灰度值，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數字化實體模型，也可以準確記錄上下頜牙列的咬合關系，方便記錄正畸過程實際的咬合關系的變化，也可以方便檢測牙根在正畸過程中的移動，避免出現骨裂或者骨窗等問題，也可以減小CBCT的檢查次數，減少經濟負擔與放射性影響。

CBCT圖像的三維重建在種植中有著獨特的優勢，可以對于種植體進行有效的選擇，避免損失上頜竇、下頜神經管等解剖結構，也可以直接進行手術中的導航，增加了手術的安全性，加快了手術，促進了病人進行醫患之間溝通。CEREC口內掃描系統已經應用于臨床中，非常方便快捷制作修復體，同時可以建立相應病例的3D數字化模型的數據庫。

3D數字化的牙頜模型，對于疑難病例，可以進行上級醫院的遠程會診，特別病例資料分析，甚至可以進行病例資料的交流學習，也可以網絡臨床教學，手術模擬操作，便于提高臨床醫生的技術水平。3D數字化的模型也可以開展新的診療技術手段，發展前沿的科研用于臨床轉化，有效快速提高臨床新技術。

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