周 源,胡江天

(昆明醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院正畸科，昆明 650000)

1 三維數(shù)字化技術(shù)在診斷中的應(yīng)用

Moshiri等[7]研究發(fā)現(xiàn)從CBCT截取的側(cè)位片較傳統(tǒng)的二維頭顱側(cè)位片在線距測量上有較高的精確性。有學(xué)者認(rèn)為采用CBCT影像對牙、頜、面結(jié)構(gòu)進(jìn)行的測量具有重復(fù)性，與傳統(tǒng)的二維頭影測量相比，具有更高的精確性和準(zhǔn)確性[8]。

傳統(tǒng)2D頭影測量與CBCT-3D測量及CBCT-2D測量結(jié)果之間存在一定的差異[9]，但三維測量體系正處于初級階段，定點及測量方法仍不完善，利用從CBCT截取的側(cè)位片可以實現(xiàn)一個良好的過渡。從CBCT截取的側(cè)位片雖然也是二維影像資料，但是由CBCT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化而來的頭顱側(cè)位片，可以調(diào)整片子的對比度、明暗度、色彩度及渲染等效果，提高了定點和測量的精確性，特別是顱底點、眶點、耳點、前鼻棘點、下頜角點、上齒槽座點，切牙點及磨牙根尖點等[10]。頭顱CT掃描數(shù)據(jù)通過Mimics、InVivoDental、Dolphin imaging等軟件進(jìn)行三維重建，在虛擬、可自由旋轉(zhuǎn)的三維頭顱上進(jìn)行定點、測量、切割、拼接與分析[8]。研究表明，從CBCT截取的側(cè)位片測量的可重復(fù)性優(yōu)于CBCT三維測量和傳統(tǒng)X線頭顱側(cè)位片二維測量[11]。

三維頭影測量標(biāo)志點的定位和測量與傳統(tǒng)的二維頭影及通過CBCT轉(zhuǎn)化而來的頭顱側(cè)位片相比更加可靠。三維成像可以更好地反映頭顱面的真實形態(tài)，避免二維影像帶來的誤差。但是不同的定點和測量平面在CBCT與從CBCT截取的側(cè)位片測量中的可重復(fù)性、精確性和便捷性存在差異[9]。有學(xué)者進(jìn)行對比研究認(rèn)為CBCT-3D頭影測量方法可靠性更高[12]。但目前三維頭影測量仍處于初級階段，對于定點及測量方法無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只有通過大量的臨床實踐，制訂出一套科學(xué)的、完善的測量體系才能使頭影測量由傳統(tǒng)的二維時代向數(shù)字化的三維時代飛躍。

1.2可視化診斷性分析 可視治療目標(biāo)(visual treatment objective，VTO)是Ricketts于1957年提出的治療目標(biāo)描圖預(yù)測法[13]。其理論基礎(chǔ)是Ricketts頭影測量分析法。

有學(xué)者認(rèn)為基于計算機(jī)輔助的VTO預(yù)測結(jié)果與治療后硬組織的測量值基本一致，其對硬組織變化的預(yù)測是可信的[17]。Peterman等[18]回顧性研究得出結(jié)論，VTO軟件可模擬正頜手術(shù)患者的手術(shù)方式，制訂治療計劃，但不建議用于制訂治療計劃時測量范圍小于1 mm的精確移動。對于雙頜手術(shù)的病例對下唇的預(yù)測最不準(zhǔn)確。Toepel-Sievers等[19]研究表明對于2年和5年兩個預(yù)后期，VTO對于上頜前傾位置的預(yù)測、上頜骨生長、下頜前后位置、下頜骨的旋轉(zhuǎn)、下頜骨和上頜骨的基本位置關(guān)系配置和垂直顱面發(fā)育較準(zhǔn)確，但對咬合關(guān)系的預(yù)測或軟組織預(yù)測準(zhǔn)確性差。

1.3氣道分析 現(xiàn)代成像工具能夠評估咽上部空間的結(jié)構(gòu)和功能靜態(tài)和動態(tài)變化，用于成像的主要方式包括鼻咽鏡、聲反射、透視、X線頭影測量、多層螺旋CT和磁共振成像，但存在低分辨率、高成本、可視性差等缺點。隨著三維影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，上氣道的三維影像得于重建[20]。目前主要是通過Simplant、Mimics[21]、InVivoDental[22]、Dolphin imaging[23]等軟件進(jìn)行三維重建，應(yīng)用三維重建軟件在三維圖像上確定組織結(jié)構(gòu)，在具體的解剖結(jié)構(gòu)上精確定點，定點完成后，三維重建軟件可以自動識別軟硬組織，實現(xiàn)角度、線距、體積及面積的測量。根據(jù)測量重建出舌體及氣道的三維影像[24-25]。該方法常被應(yīng)用于阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的分析、診斷與治療，并可以評價患病的嚴(yán)重程度及正頜手術(shù)術(shù)后對上氣道的影響和治療效果[26-27]。大部分學(xué)者認(rèn)為使用Dolphin3D[28]、InVivoDental[29-30]、Mimics[31]和OnDemand3D等三維重建軟件，以CBCT數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對氣道進(jìn)行的三維測量分析與傳統(tǒng)二維X線片測量進(jìn)行對比，三維測量具有測量方法簡便直觀、測量項目豐富以及測量數(shù)據(jù)精確等優(yōu)勢。但目前研究中，由于各學(xué)者研究目標(biāo)和研究對象不一，尚無統(tǒng)一的三維測量標(biāo)準(zhǔn)。故也無法對各種測量方法及各種三維重建軟件的性能進(jìn)行對比分析。

2 三維數(shù)字化技術(shù)在輔助治療中的應(yīng)用

2.1正頜手術(shù)的設(shè)計及模擬 數(shù)字化正頜外科是利用醫(yī)學(xué)影像及模型外科技術(shù)來診治牙頜面畸形[32]。1931年Broadbent[33]首次提出了頭影測量分析，這一輔助診斷設(shè)計方法逐漸成為正頜手術(shù)的“金標(biāo)準(zhǔn)”。1986年，Mankovich等[34]首次以三維重建技術(shù)為支撐、虛擬頭顱為基礎(chǔ)，輔助制造出了贗復(fù)體并應(yīng)用于頜面部的缺損修復(fù)。隨著數(shù)字化模型、三維重建軟件、激光掃描、三維攝像等技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助制造更廣泛地應(yīng)用于顱頜面外科。1987年，Hemmy[35]首次在頜面外科領(lǐng)域中應(yīng)用三維重建技術(shù)。傳統(tǒng)的正頜手術(shù)方案的制訂需要幾個步驟，這些步驟不可避免地會引入不可糾正的錯誤并導(dǎo)致最終結(jié)果不精確。正頜手術(shù)醫(yī)師通過三維數(shù)字化模型與CBCT整合，完全實現(xiàn)計算機(jī)化的手術(shù)模擬和術(shù)前正畸方案的制訂。

計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)是數(shù)字化外科的核心。通過將CBCT數(shù)據(jù)導(dǎo)入SurgiCase、Magic RP等三維重建軟件。通過三維重建軟件進(jìn)行上下頜骨的虛擬切割與移動，可以提高正頜手術(shù)的精確性和效率，減少術(shù)后并發(fā)癥。

隨著計算機(jī)信息技術(shù)和三維重建技術(shù)的發(fā)展，正頜手術(shù)已成為治療牙頜面畸形的最有效手段[36]。在三維解剖結(jié)構(gòu)上進(jìn)行精確的定點、測量、分割,使牙、頜、顱骨通過三維重建軟件進(jìn)行重建，以制訂出最合理的手術(shù)方案。但對于頜面部缺損的患者，如何恢復(fù)理想的面部結(jié)構(gòu)和咬合關(guān)系仍較困難[37]。通過Mimics、Dolphin imaging等三維重建軟件對虛擬的三維頭顱模型進(jìn)行分析、測量、切割及重疊，實現(xiàn)了術(shù)前手術(shù)方案的制訂、模擬及修改[38]，使術(shù)者通過模擬手術(shù)過程，規(guī)避術(shù)中可能存在的風(fēng)險，增加手術(shù)的精確性，縮短手術(shù)時間[39]，減少術(shù)中及術(shù)后并發(fā)癥[40]。有研究報道，三維數(shù)字化技術(shù)制作的手術(shù)導(dǎo)板在術(shù)中及術(shù)后取得了令人滿意的效果[41-42]。實時導(dǎo)航是目前正在發(fā)展的集自動化、智能化、可視化一體的新技術(shù)，是正頜手術(shù)導(dǎo)航未來的研究方向。

通過三維數(shù)字化技術(shù)，應(yīng)用三維數(shù)字化軟件對需要進(jìn)行正頜手術(shù)的患者在虛擬的三維頭顱上進(jìn)行定點測量分析、模擬上下頜骨的移動，預(yù)想術(shù)中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥，并最終根據(jù)分析結(jié)果制訂出精度較高的手術(shù)導(dǎo)板應(yīng)用于臨床，增加了術(shù)中頜骨吻合的精確性和術(shù)后頜骨固定的穩(wěn)定性，減少了術(shù)后畸形、術(shù)后復(fù)發(fā)等并發(fā)癥[43]。

2.2數(shù)字化模型 在口腔正畸學(xué)中，石膏模型是三維牙頜記錄和診斷的基礎(chǔ)。牙科模型提供了關(guān)于牙齒的近遠(yuǎn)中徑，牙弓長度差異，牙齒不對稱和三維牙弓關(guān)系的大量信息。常規(guī)使用模型分析是診斷及制訂治療計劃的關(guān)鍵。通過模型分析可以了解潛在的治療目標(biāo)，如獲得所需間隙是通過拔牙、領(lǐng)面去釉、擴(kuò)弓或推磨牙向后等一種或多種方法而得到。目前臨床上常用的是石膏模型存在存儲空間大、易磨損、易丟失等缺點[44]。直到1999年OrthoCad(Cadent,Carlstadt,NJ,USA)商業(yè)引入數(shù)字化模型[45]。數(shù)字記錄存儲有以下優(yōu)點：易于訪問，需要的存儲空間小以及通過互聯(lián)網(wǎng)與其他專業(yè)人員進(jìn)行資源共享；隨著數(shù)字化三維技術(shù)和相關(guān)正畸軟件的發(fā)生發(fā)展，正畸醫(yī)師可以通過數(shù)字化模型檢查牙弓和牙關(guān)系；在虛擬模型上，從不同視角觀察三維模型可以更好地評估上頜骨和下頜弓之間的橫向關(guān)系；數(shù)字模型還具有允許“虛擬處理”和“虛擬設(shè)置”的優(yōu)勢，而且可以直接使用數(shù)字化模型生產(chǎn)多種矯治器，如固定器、擴(kuò)展器和透明固定器等；數(shù)字化模型可縮短臨床時間，降低成本。隨后口內(nèi)掃描儀的出現(xiàn)可更加便捷、快速地從患者口內(nèi)獲得牙頜的三維信息。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)使用表面激光掃描儀獲得的數(shù)字模型對于牙弓寬和長度的測量是可靠的[46]。Anh等[47]報道，從臨床角度分析，無論牙齒不規(guī)則程度如何，口內(nèi)掃描儀都具有高度的準(zhǔn)確性。但掃描序列和掃描程序的仔細(xì)程度對最終結(jié)果的精確度影響較大，特別是對于牙弓后部的掃描可能與掃描技術(shù)和難度有關(guān)。有學(xué)者將iTero、CEREC AC、Lava COS三種掃描儀與傳統(tǒng)印膜技術(shù)進(jìn)行比較[48]，表明數(shù)字化模型測量的有效性和精確性均高于傳統(tǒng)印膜技術(shù)[49-50]，獲得的數(shù)字化模型便于提取及存儲，有利于遠(yuǎn)程會診，模擬正畸牙移動[51]，個性化矯治器的設(shè)計、間接粘接和隱形矯治等方面。

在口腔正畸矯治中，數(shù)字模型作為傳統(tǒng)石膏模型的替代品正在獲得越來越多的認(rèn)可。與傳統(tǒng)模型相比，數(shù)字模型的線性和角度測量的有效性，測量的效率和易用性等正隨著三維數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展而變得更有優(yōu)勢。但目前應(yīng)用于數(shù)字化模型的掃描方法和掃描軟件各異，并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。掃描而成的數(shù)字化模型雖然是三維的，但只能以二維的形式展現(xiàn)出來。實現(xiàn)完全的三維數(shù)字化模型還有待信息技術(shù)及相關(guān)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

3 展 望