數字化頜位關系轉移方法的研究進展*

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系，根據下頜位置的變化可產生不同的頜位，常見的如最大牙尖交錯位、后退接觸位、下頜姿勢位和肌接觸位等［1］。人體結構和下頜運動的復雜性決定了頜位實際上是變化多樣的三維關系。為描述方便，通常分為垂直向和水平向兩個方向的關系，頜位在垂直向常以垂直距離表示，通常取鼻底至頦底的標志點進行測量，也反映了面下1/3的高度；在水平向常以最大牙尖交錯位、正中關系位、前伸對刃位、側方位等表示。在臨床治療中，頜位關系一般指天然牙或未來的修復體位于最大牙尖交錯位時下頜相對于上頜的位置關系，頜位關系轉移是修復治療的重要步驟，是將人體實際存在的頜位關系精確轉移到固定石膏模型的機械架上或者數字化虛擬架上。其中，面弓轉移上架的操作轉移的是上頜和顳下頜關節的關系，咬合關系記錄轉移的是上下頜之間的咬合接觸關系。

1.上下頜間位置關系的數字化轉移方法

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

數字化上下頜位關系轉移的方法可以根據三維掃描方法的不同，分為模型掃描和口內掃描兩種方式。

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

早期的轉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、下頜牙列數字化模型與咬合記錄的對應區域，確定上下頜之間的相對位置關系。有研究顯示，如此獲得的數字化模型上的咬合接觸點與使用10μm金屬咬合紙口內確定的咬合接觸點對比，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行掃描，咬合接觸面必須完整清晰才能精確配準上下頜牙列。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，再掃描咬合狀態下牙列模型的唇頰面，將上、下頜數字化模型的唇頰面與咬合狀態下的唇頰面對應區域進行配準，即可確定上下頜間關系。Wriedt等［7］使用這種方法配準上下頜全牙列模型，精度可達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，是目前應用最廣泛的數字化頜位關系轉移方法，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計學差異，說明不同模型掃描儀的精度之間存在一定差異。另外，掃描咬合時固定模型的方法［9］、上下頜配準使用的軟件［10］等均會在一定程度上對精度產生影響。

1.2 口內掃描 口內掃描與模型掃描不同，不需要依靠傳統印模技術制備石膏模型。將掃描設備置于患者口內，對其口腔軟硬組織直接進行掃描，即可獲取數字化牙列模型。與模型掃描方法相似，先使用掃描儀分別在口內掃描上下頜牙列，然后讓患者咬合至最大牙尖交錯位，對咬合狀態下的頰側牙列進行掃描，通過頰側咬合數據對上下頜數字化模型進行配準，確定上下頜間關系。Solaberrieta等［11,12］發現使用雙側后牙頰側掃描數據配準得到的上下頜間關系精確度高，并且兩側后牙頰側掃描區段的相對距離越遠，其結果越精確。現在的口內掃描儀也均采用雙側后牙區頰側掃描的方法確定頜間關系。

最近也有研究通過拍攝全牙列大視野CBCT，把三維重建的CBCT牙列模型與口內掃描得到的上下頜數字化模型進行配準［13］。此方法在后文還將進一步介紹，其優點是精確度高，并且可以同時轉移牙列和雙側顳下頜關節的位置關系。

2.數字化顱頜位置關系轉移的方法

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

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

2.2 口內掃描 不借助傳統的頜位關系轉移方法，完全數字化轉移上頜與顳下頜關節的關系的方法目前尚不成熟。現有的研究普遍應用了面部掃描、CBCT等其他技術手段對平面、鉸鏈軸等信息進行確定，同時結合口內掃描頰側咬合數據確定上下頜間關系，即可實現不依賴傳統的印模制取、面弓轉移上架技術而進行頜位關系轉移。由于這類方法實現了完全數字化的操作流程，因此在部分文獻中也被稱為“直接數字化轉移法”［14］。目前文獻報道的方法有以下幾種。

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

除此之外，還有一些研究使用了其他技術手段確定頜位關系。Petre等［23］利用Exocad系統中背景圖像的功能，導入患者正側面數碼照片，將口內掃描得到的上下頜數字化模型分別從正、側面與照片重合以確定頜位關系。由于這一方法所受影響因素較多，其精度還需進一步驗證。Lepidi等將三維重建的CBCT影像轉換為STL格式，把口內掃描的牙列模型與CBCT的重建模型配準，同時確定上下頜的相對位置關系以及上頜與顳下頜關節之間的位置關系。該方法可以適應不同的數字化架系統，研究顯示其精確度好于傳統的經驗式面弓。但此方法需要較大的CBCT照射視野，根據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的修復治療，因此限制了其臨床應用的范圍［13］。

3.評價和展望

雖然目前已有不少數字化頜位關系轉移方法的研究，但現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］，使用架配套轉移臺進行整體模型掃描的方法已經市場化，精度基本可以滿足臨床需要，但它并沒有脫離傳統的印模制取、模型翻制、面弓轉移上架的方法，流程較為繁瑣，并且無法規避傳統操作流程中材料形變等不可控的誤差。

口內掃描技術使用更加簡便，避免了傳統制取模型操作帶來的誤差，而且可以完成全數字化操作流程，但此方法并未得到廣泛的應用。首先，口內掃描的使用成本較高，且尚未有成熟的基于口內掃描的數字化頜位關系轉移流程得到廣泛認可。其次，目前口內掃描儀的平均精度可達20μm［26,27］，但有許多因素會對最終精度產生影響。蘇庭舒等人［28］的研究顯示，口內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牙弓時的精度符合臨床要求。一般認為，對于較小范圍的口內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，在理想情況下口內掃描全牙列的精度與模型掃描沒有顯著區別，部分指標甚至優于模型掃描［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個品牌口內掃描儀的三維準確性，發現三者在牙弓間各位點距離以及整體偏差上都有著顯著區別。從咬合接觸的方面來評價，程明軒等［33］對口內掃描和模型掃描精度的對比研究顯示，口內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個品牌的口內掃描儀頰側掃描獲取上下頜間關系的精度進行分析，全牙列咬合接觸面積均與模型掃描組無顯著區別。因此，使用口內掃描進行數字化頜位關系轉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，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，關于數字化頜位關系轉移的研究大多數針對的是患者有穩定咬合的情況。對于自身無穩定咬合或需重建咬合的患者，如何數字化轉移上下頜間關系尚無研究提及。若使用面弓轉移上架確定頜間關系和顱頜關系，再進行模型掃描，則難以避免操作過程中的各種誤差。對于這種情況，國內外尚無相關文獻和病例報道，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，精確的數字化咬合設計和預調能夠大幅提高修復效率和精確度，獲得更好的修復效果，而準確地對頜位關系進行數字化轉移則是實現這一目標的前提。因此數字化頜位關系轉移的研究不僅需要提高精度和簡化流程，探索能夠應用于咬合不穩定患者的數字化頜位關系轉移方法更是進一步研究的重要方向。