人類恒牙的三維數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

（浙江大學醫學院附屬第一醫院口腔正畸科 浙江 杭州 310000）

隨著無托槽隱形矯治和數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，技師往往會從數據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字化模型，為無托槽隱形矯治和數字化間接粘接技術的開發提供方法學基礎。

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 數據采集 三維激光掃描儀（D900，3shape，精度0.01mm）采集數據。

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

1.2 方法

1.2.1 數據采集 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顆牙齒的數字化過程，數據保存為.STL格式。

圖1 以UR4為例，兩次掃描牙冠和牙根數據，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口頜面協調六要素指導下，排列三維數字化牙齒模型。

1.2.2 不同弓形的最終位置排列 根據構建的牙齒模型，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）圖為患者初始狀態牙齒（b）圖為患者排齊后的牙齒模型及對應的標準數字化模型

2.結果

本項研究通過將實物標準的牙齒模型進行掃描，獲得帶有牙根的數字化三維牙齒模型，在計算機中存儲了32顆恒牙的形態數據。根據人類常見的尖圓、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

數字化技術的飛速發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，但傳統的石膏模型手工排牙方法過于復雜，臨床常規看展困難。數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勢[7]。數字化排牙最常參考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字化模型根據Andrews正常牙合六項標準，構建帶有牙根信息的人類恒牙的數字化模型，并且自動生成了牙體長軸，再對數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定性，更接近理想正常牙合。