人類恒牙的三維數(shù)字化建模及標準位置排列

劉彭若峰 沈佳威 李娟 翁露茜 林軍

（浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院口腔正畸科 浙江 杭州 310000）

隨著無托槽隱形矯治和數(shù)字化間接粘接在全球市場的流行[1-4]，相應的廠商和品牌越來越多。在目前流行的排牙軟件中，技師往往會從數(shù)據(jù)庫中選擇一個牙弓曲線模板作為新患者的弓絲曲線，輔助技師進行排牙。弓絲曲線是二維的，而牙齒模型都是三維網(wǎng)格模型，因此使用二維弓絲曲線并不夠直觀。本研究通過構建帶有牙根信息的人類恒牙的數(shù)字化模型，為無托槽隱形矯治和數(shù)字化間接粘接技術的開發(fā)提供方法學基礎。

1.材料和方法

1.1 研究資料和儀器

1.1.1 研究對象 選擇用于口腔修復學教學的標準牙齒模型，與真實人類模型比例為1:1。

1.1.2 數(shù)據(jù)采集 三維激光掃描儀（D900，3shape，精度0.01mm）采集數(shù)據(jù)。

1.1.3 軟件 采用杭州美齊科技有限公司自主研發(fā)的MQStudio 2.0。

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)采集 準備32顆人類標準牙齒教學模型。對于某一顆牙齒，分別固定于前述三維激光掃描儀配套的專用掃描底座上，第一次掃描當前牙齒的牙冠部分，第二次掃描當前牙齒的牙根部分（如圖1所示），并在同一坐標系下選擇不在同一個平面上的超過4個特征點完成配準，融合生成最終的牙齒模型。重復操作，完成32顆牙齒的數(shù)字化過程，數(shù)據(jù)保存為.STL格式。

圖1 以UR4為例，兩次掃描牙冠和牙根數(shù)據(jù)，并配準融合生成最后牙齒模型

使用杭州美齊科技有限公司自主研發(fā)的MQStudio軟件，對32顆牙齒分別進行局部坐標系定軸，包括重心位置和三個互相垂直的坐標軸。然后，通過旋轉操作和平移操作，在Andrews口頜面協(xié)調(diào)六要素指導下，排列三維數(shù)字化牙齒模型。

1.2.2 不同弓形的最終位置排列 根據(jù)構建的牙齒模型，按照三種弓形（尖圓形、方圓形和卵圓形）對牙齒進行移動，獲得理想牙合情況下的三維牙齒模型。（如圖2所示）

圖2 按卵圓形弓形排列的三維數(shù)字化模型

1.2.3 實際應用舉例 在實際排牙中，排牙者在選擇好合適的弓形后，選擇對應的理想牙合情況下的三維牙齒模型，在雙視圖模式下進行排列牙齒。

以常見的卵圓形弓形為例，選擇無托槽隱形拔牙矯治的一例患者，如圖3所示。

圖3 （a）圖為患者初始狀態(tài)牙齒（b）圖為患者排齊后的牙齒模型及對應的標準數(shù)字化模型

2.結果

本項研究通過將實物標準的牙齒模型進行掃描，獲得帶有牙根的數(shù)字化三維牙齒模型，在計算機中存儲了32顆恒牙的形態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)人類常見的尖圓、方圓和卵圓形的牙弓類型，參考Andrews六要素構建對應牙弓類型的三維數(shù)字化排列牙齒模型。相對于目前利用二維牙弓弓絲曲線作為排牙參考，本研究結果作為牙齒排列參考，具有更好的直觀性和便捷性，提高了技師排牙的效率。

3.討論

數(shù)字化技術的飛速發(fā)展使計算機輔助的正畸治療日新月異，唇側固定矯治的間接粘結、舌側矯治以及無托槽隱形矯治技術都需要使用精確的數(shù)字化診斷性排牙技術[5-6]。診斷性排牙又稱預測性排牙，由Kesling[10]于1956年提出，對指導正畸治療及有效控制支抗較重要，但傳統(tǒng)的石膏模型手工排牙方法過于復雜，臨床常規(guī)看展困難。數(shù)字化排牙技術具有精確度高、便于保存、高效便捷、可視化和可操作性高等優(yōu)勢[7]。數(shù)字化排牙最常參考Andrews正常牙合六項標準，但在實際應用中，無論技師的排牙還是醫(yī)生排牙，都缺乏直觀的量化指標，易受排牙者主觀因素的影響，所以即使同一個病例，不同的排牙者甚至同一個排牙者，每次排牙的結果差異性較大。劉筠等學者[8]利用計算機軟件完成模型排列，托槽定位，設計制作轉移托盤等制作程序，但并未提到詳細的排牙流程。侯瑜琳等學者[9]描述將牙根納入診斷性排牙過程進行診斷設計，而本文描述的利用真實牙根作為參考可以較好地輔助臨床排牙。

本項研究所建立的數(shù)字化模型根據(jù)Andrews正常牙合六項標準，構建帶有牙根信息的人類恒牙的數(shù)字化模型，并且自動生成了牙體長軸，再對數(shù)字化模型按照弓形為尖圓、方圓和卵圓形進行排列，讓技師和醫(yī)生在排牙時，無論計算機排牙還是石膏手工排牙，都可以獲得直觀的參考標準，可以讓技師排牙標準化，降低排牙的結果差異性，使排牙方案具有更高的穩(wěn)定性，更接近理想正常牙合。