3D功能模型在口腔正畸中的應用現狀與研究進展*

劉超，陳夢珊，姜杉，白明海

（1.湖南中醫藥大學，湖南 長沙410208；2.長沙市口腔醫院 正畸科，湖南 長沙410004）

與傳統正畸治療方法相比，數字化診療可以進行疾病診斷與制定治療方案，有助于提高治療的有效性和安全性。不同于傳統石膏模型，3D 功能模型是通過口內直接掃描、口外激光掃描、層析掃描、CT 掃描等數字化印模技術獲得的數字化模型，為分析、診斷、設計提供三維模型，是數字化診療的基礎，是當今口腔正畸醫生關注的焦點[1]。

1 數字化建檔

傳統的正畸數據存儲是利用石膏模型，但是其儲存占用大量空間，并且取用困難、易磨損變形。隨著計算機云存儲技術的發展，未來3D 功能模型可以通過網絡建立數字化檔案，隨時隨地存取、修改[2]。3D 功能模型建檔開放存儲、不易破損、節省空間、信息交流方便、方便長久保存[3]。并且數字化建檔能夠促進醫患溝通平臺、醫技溝通平臺的建立，方便進行正畸流行病學的調查及正畸科研實驗[4]。肖峰[5]認為Bolton 指數和Pont 指數因種族、性別等不同而有差異。LANTERI 等[6]通過回顧性研究100 例隱形矯治患者，運用3D 功能模型進行分析測量，探討隱形矯治在大樣本中的療效。近年來，越來越多的掃描軟件系統如Lava COS、Trios、iTero 等，使用開放格式存儲數字模型文件，兼容第三方軟件，加快了3D 功能模型的數字化建檔[7]。但是其存儲格式和傳輸方式等相關信息仍未形成國際化標準，難以實現大數據庫的建立，阻礙了3D 功能模型的數字化建檔?？谇徽麛底只n的實施將推動數字化口腔正畸學的發展，提高口腔正畸診療水平，促進溝通，實現高質量正畸醫療資源的共享[8]。

2 三維診斷及治療方案的輔助設計

通過3D 功能模型可以查看模型的各個斷層、牙齒形態、牙弓形態及口腔解剖結構。除常見的寬度、長度、角度測量，在3D 功能模型上還可以做到體積、面積、點對點、點對平面、平面對平面的測量[9]。利用3D 功能模型可以迅速地分割牙列，在多視角下準確地實現3D 數字化排牙。利用3D 功能模型可對比不同模擬排牙方案的療效，選取最佳的治療計劃。LEUNG 等[10]通過測量39 例患者正畸治療前后的數字模型和石膏模型的PAR 和ICON 指數，得出數字模型能夠替代傳統模型評價正畸治療的結論。KO 等[11]對比16 位正畸醫師在臨床中使用數字模型和石膏模型設計得到的治療計劃，同樣認為3D 功能模型能夠替代傳統模型制定治療計劃。3D 功能模型通過計算機可實現數字化微笑設計[12]，該設計可以直觀、快速地展現整體療效。數字面部掃描中集成微笑設計和使用口腔內掃描儀進行三維診斷可跟蹤輔助醫生設計治療方案，高度契合臨床實踐，降低溝通矛盾[13]。

3 正畸矯治中的應用

3.1 無托槽隱形矯治中的應用

近年來，無托槽隱形矯治因其舒適、美觀的理念得到快速發展。TAMER 等[14]通過回顧文獻發現27 種無托槽隱形矯治系統都在應用計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術與數字3D 功能模型，其中Invisalign 系統更是充分利用數字技術成為最常用的隱形矯治系統。傳統無托槽隱形矯治又叫正位器，是切割石膏模型、熱壓成型加工矯治器[15]。不同于傳統技術，現代無托槽隱形矯治器的加工是利用計算機輔助設計系統與3D 功能模型模擬矯治方案的步驟，然后將所有步驟對應的功能模型通過快速成型技術加工成無托槽隱形矯治器，此加工過程更加精準、高效[16]。趙祥等[17]、CHARALAMPAKIS 等[18]及CARUSO 等[19]應用相似的研究方法，利用3D 功能模型測量牙齒的垂直、水平和旋轉運動，并利用3D 功能模型評估擴弓的效率，證明了在隱形矯治的患者中3D 功能模型不但能對隱形矯治進行三維方向的測量，還能對其進行療效評估。

3.2 唇、舌側固定矯治中的應用

數字化技術使得正畸治療得到快速發展，3D功能模型廣泛應用于間接粘接及個性化矯治器的制作。間接粘接能夠精準定位托槽且縮短了臨床椅旁時間，3D 功能模型指導制作最終咬合定位托槽及間接粘接托盤省時、省力，并且避免了模型轉移產生的誤差。BROWN 等[20]對比直接/間接粘接傳統自鎖托槽與個性化自鎖托槽，通過評估治療結果，發現使用3D 功能模型通過計算機輔助設計與制造的個性化托槽明顯縮短了臨床治療時間。3D 功能模型虛擬排牙以及3D 打印的發展為托槽間接粘接及個性化矯治器制作提供了可能。其中德國的Incognito 舌側矯治器、韓國的Orapix 舌側矯治器及美國的Insignia 唇側矯治器在個性化矯治系統中具有代表性，將錐形線束CT（CBCT）的根骨關系融入3D 功能模型形成虛擬牙根，將醫師的矯治方案通過托槽定位和個性化弓絲實現[21]。van der MEER 等[22]通過口內掃描儀獲取自愿者的口內3D 功能模型后，應用3D 打印與彎曲機器人生產了保持器和擴弓器并進行了測試、評估，證明了3D 功能模型可以替代石膏模型應用于口腔正畸矯治器的制作。利用3D 功能模型及3D 打印技術生產個性化矯治器不但提高臨床效率而且實現“精準醫療”的理念。

3.3 正頜外科

在正畸-正頜聯合治療術前可利用3D 功能模型建立數字化排牙和模擬模型，提高矯治設計的效率和準確性[23]。通過虛擬化治療篩選最佳的治療方案，可使正畸矯治及頜面外科手術更精準[24]。SCHNEIDER 等[25]通過對比21 例接受雙頜正頜手術的患者，發現利用3D 功能模型技術聯合虛擬手術計劃并制作導板進行手術導航的患者較傳統正頜模型外科手術的患者明顯縮短了手術時間并增加了手術的準確性。3D 打印的發展使3D 功能模型能夠精確再現牙頜面部解剖結構，并且在術中準確定位、療效即刻反饋、手術導板導航等方面應用廣泛[26]。BADIALI 等[27]前瞻性納入22 例正畸-正頜聯合治療患者，評估不同手術夾板療效，認為利用3D 功能模型等數字化技術制作的手術導板和個性化鈦板要優于傳統固定鈦板。3D 功能模型技術轉換了傳統模型在外科中的繁雜操作流程，使正頜術前、術后軟硬組織的改變更加可視化，并在正頜手術微創、低風險的同時獲得最佳治療結果，因此，使得正畸正頜聯合治療更加精準，從而取得理想的療效[28-29]。

4 正畸材料設備方面的應用

3D 功能模型通過計算機輔助設計與快速成型制造技術制作正畸材料和設備。利用3D 功能模型技術，將模型記錄成數字格式文件，通過3D 打印制作咬合導板、個性化托盤、托槽定位器、正畸移動加速器、保持器等[30]。蔡鳴等[31]對比12 例利用三維打印手術導板與傳統咬合導板正畸正頜治療患者，認為利用3D 模型制作的數字化咬合導板能夠提高手術精度。GRüNHEID 等[32]將136 個石膏模型上的托槽通過導板粘接在患者口內，通過對比前后CBCT 定位數據，認為利用3D 功能模型制作的間接粘接導板能夠精確定位托槽位置。TAVARES等[33]在37 個下半口石膏模型和3D 數字化功能模型上測量牙弓長度、寬度等，發現從數字模型獲得的紙質打印圖像準確率較高，證明了3D 功能模型可以用作牙弓形狀評估工具并用于制作個性化的正畸弓絲。3D 功能模型不僅可以在生產、制造中重復使用，而且綠色無污染，極大地改變了傳統的制造、生產方式。

5 科研及教學領域的應用

現如今大多數CAD/CAM 系統可以開放儲存數據，將數據信息上傳至相關軟件進行處理、分析，并可以與CT 等方法得到的數據相結合，從而實現更加廣泛的科研教學研究。賀維等[34]利用3D 功能模型技術與傳統石膏模型對比，探索3D 功能模型在口腔正畸模型測量中的應用。韓燁等[35]通過口內掃描技術探索并建立軟組織改變的評價方法，評價骨皮質切開術結合牙周組織再生術對Ⅲ類錯頜畸形牙槽嵴頂冠方牙齦厚度的影響。KREY 等[36]利用3D 功能模型制作個性化腭板應用于唇腭裂患者的術前正畸治療。3D 功能模型的引入也為臨床研究提供更加精準的手段，使得研究從靜態擴展到動態，且更加方便、精準、客觀。以往關于正畸牙齒移動的研究大多只比較了治療前后的差異，很難注意到治療過程中牙齒細微的運動，然而，了解這種細微的牙齒移動可能是提高治療效果的關鍵[37]。YUN 等[38]通過口腔內掃描儀和數字疊加技術對正畸牙齒移動情況進行評價，觀察治療過程中的牙齒運動，而不需要進行連續印模和/或獲取X 射線片。

6 展望

3D 功能模型對于獲得和分析數據信息都非常方便、有可預見性的療效，3D 功能模型技術在科研、教學和正畸臨床中的應用等方面具有巨大的發展潛力，在未來也將會逐步替代傳統的口腔正畸印模方法[39]。SHASTRY 等[40]通過對美國和加拿大學校正畸研究生項目主任進行問卷調查，多數學校表示在未來將進行3D 功能模型研究。雖然3D 功能模型是三維的，但都是在二維顯示器上查看，如果將來能以三維動態形態展示將更加直觀、形象。目前的3D 功能模型都是捕獲的靜態咬合關系，未來如果能夠獲取動態咬合信息，會更有利于口腔正畸學的診斷、設計、療效評估等。且幾乎所有的正畸設備都將通過口腔內掃描來設計，通過數字化來進行定制，適應患者的具體臨床需要[41]。在不久的將來，口內掃描儀捕獲的牙齦信息將被添加到CBCT 獲得的骨組織信息中。3D 功能模型是不可逆轉的趨勢，隨著技術的發展，遠程治療和監控也將成為可能。