口腔美學修復中應用數字化微笑設計技術的研究進展

梁珉 蔡丹 周自恒 李雪 王靜婷 劉莉

口腔美學是一門研究在維護、塑造口腔頜面部健美的創造性活動中體現出來的一系列醫學美學現象和醫學審美規律的科學，其既具有臨床研究價值，同時又具備美學的理論價值[1-3]?？谇幻缹W修復是口腔修復學與醫學美學相結合而產生的一門新興的交叉學科，也是口腔美學發展到一定階段上的必然產物[4-5]。影響口腔美學的缺陷多種多樣，包括但不限于牙齒顏色不良、個別牙缺失、牙齒排列不良、牙體硬組織缺損、牙間隙、牙齒形態不良、牙齦美學不良等。過往人們更注重于對于功能的修補，多針對可能會對日常生活造成不良影響的功能缺陷進行修補，而較為忽略外表美觀。但近年來，隨著社會經濟水平的不斷發展，生活水平的提高，除功能修補外，人們也同樣注重對于外表美觀的改善，口腔修復的觀念也逐漸從功能修補轉向實用與美觀兼具。數字化微笑設計英文全稱為digital smile desig，是一種借助計算機技術，綜合運用美學原則從而進行可視化口腔美學分析設計的新方法。其通過對患者面部和口腔的軟硬組織進行貫徹美學原則的數字量化的分析與設計，利用專業制圖軟件、借助所采集的數碼照片或掃描數據對患者口面部進行深入分析，從而獲取對于修復預后更為直觀的判斷；不僅使醫患溝通更為方便直視，且患者也可根據模擬效果自行提出個性化要求，在提升患者牙齒與面部美觀的同時也能進一步提高患者滿意度，是目前國際上最為熱門的牙齒美容技術[6-8]。本文現對口腔美學修復中應用數字化微笑設計技術的研究進展進行綜述。

1 數字化微笑設計技術的概念與發展趨勢

數字化微笑設計技術是一種采集患者牙齒色澤、輪廓以及排列等信息，根據國際微笑標準進行美學參數設計，從而達到對患者體外形以及微笑面容的完美修復的修復程序，是一種數字化的美學預告手段[9]。2002年ACKERMAN[10]的一篇《Smile analysis and design in the digital era》的文章讓數字化微笑設計技術首次登上了世界舞臺，文中對數字化微笑設計技術的特點進行了相關介紹；其不同于以往拍攝的拍攝打印或在石膏上繪制的美學參考線，數字化微笑設計技術主要是通過錄制患者視頻并以計算機軟件通過電腦進行微笑動態分析；其能夠在治療開始前借助相關數字設備對最終修復治療的美學效果進行預知和調整，從而使醫生、技師以及患者在可視化的條件下進行溝通治療，從而達到最滿意的治療效果。而第1個數字化微笑設計協議制定通過面部以及口腔內外的照片引導，以計算機軟件將數碼攝影拍攝所得靜態照片與三維立體數字模型進行合并，并進一步轉化為數字格式；使得三維美學參數得以驗證并確定，并能夠通過軟件內置數據庫中所存儲的天然牙齒形態與其他微笑數字掃描文件對軟件所塑的“數字蠟型”進行相應的修改簡化，從而盡可能減少口腔技師的蠟塑技能或是臨床醫師的自身審美觀念對后期蠟型造成主觀影響，從而使美學模擬能夠更為客觀化[11-12]。近年來，隨著科學技術而不斷發展，口內外光學掃描儀以及錐形束計算機體層掃描等儀器的面世使得3D評估口腔頜面部組織結構成為了可能，且能夠更進一步地向4D評估發展；而軟件與程序的聯合使用還能夠更為直觀與可視的展示數字化微笑設計的美學效果，使得多學科聯合治療成為可能[13-14]。

2 數字化微笑設計技術的方法

2.1 采集數據

數字化微笑設計在進行必要的數據采集所用的方法包括數字化印模、數字化面部三維掃描、數字化口腔影像學以及數碼靜態、運動數據等。但受限于數據采集時患者自身感官影響以及數據采集設備較為昂貴等因素的影響，目前臨床多以數碼攝影為主要的數據信息采集方式。為了能夠在拍攝時使齒頰間隙更為清晰，從而獲得更好的設計效果，在進行拍攝時需進行必要的攝影手段，如補光燈。除此之外，照相角度也與后期的微笑設計息息相關，因此在進行拍攝時相機需位于固定位置，并穩定患者頭部，從而使相機能夠垂直于患者面部進行拍攝[15-16]。拍攝過程中為采集更多的相關信息，可讓患者于相機前說話然后放松微笑，但僅以照片作為面部分析的基礎仍舊存在有一定誤差。有研究人員以視頻對微笑進行記錄并統計了微笑持續時間，發現自發微笑平均能夠持續500 μs左右，這也導致了以照片對微笑數據的記錄難度較高且缺乏連續性[17]。因此，為對比記錄方法對于微笑分析的影響，臨床進一步對視頻拍攝以及靜態攝影所記錄的微笑數據進行相關分析，發現兩種方法各具有其獨特優勢；如靜態攝影更易于查看但無法全面記錄信息，而視頻拍攝雖然能夠獲得更為全面的信息；但信息較多，查看較為困難，兩者均能夠成為對修復后微笑的分析工具，但各具優劣[18]。3D分析是一種基于科技發展而出現的分析工具，能夠以口腔掃描儀與面部掃描儀同時獲得患者的面部、牙齦以及牙齒的三維數據。其先以數字化微笑設計軟件導入面部照片，并以瞳孔連線作為水平面的參考于初始頁面放置十字交叉線聊天，再以患者的面部特征為基礎，在不受牙列中線、牙齒角度位置的干擾下確定面中線位置，從而對患者的面部整體比例進行評估，從而記錄并收集患者微笑與靜息時更多的面部數據，并進一步收集患者的口腔信息，并在患者的面部微笑區域進行十字定位，以方便醫師更好地對患者面部牙齒關系進行判斷分析；并通過多種數據的整合從而獲得患者的面部與牙列的三維模型，并能夠在2D平面基礎上對所形成的患者三維立體面部進行美學分析[19]。

2.2 設計微笑

上頜前牙切緣所連接而成的一條曲線被稱為微笑弧線，而只有將下唇彎曲弧線與微笑弧線保持平行，才能夠使患者面部的微笑在美學上更為協調。以往口腔醫生多參考來源于經典數學理論的1.618 03:1的黃金比例設計牙齒比例，但劉云松等[20]經調查顯示，多數非專業與專業人士均認為，只有當側切牙與尖牙的寬長比為80%，而中切牙的寬長比為85%，才更為美觀?；谶@一觀點，臨床通過人類面部進行了三維重塑，其呈現結果表明絕大多數人的面部五官并非完全對稱，導致所謂的按照黃金比例設計牙齒比例無法達到最佳的美學效果。面部流線理念應運而生，其認為當人在微笑時畫一條能夠連接人面部眉間、鼻梁、人中以及下巴的線條，而當所有的面部結構都相對于這條線能夠達到和諧的平衡時，才能夠更為美觀，而除了患者的面部結構，其個人的性別、年齡、提醒以及文化特征都會在不同的程度上對微笑設計造成一定影響[21]。

受限于上述原因，雖然數字化微笑設計能夠在電腦上模擬最終的修復效果，但多數患者無法理解數字化微笑設計所制成的數字模型上的改變。而通過診斷蠟型以及診斷飾面將數字化微笑設計所制成的數字模型具體化以后，更方便患者直觀感受到真實的后續修復效果；同時也能夠對修復體的大小以及體積有更為直觀的感知，而臨床醫師也能夠借助診斷蠟型或診斷飾面對患者口內功能以及美學進行相應的評估，且更方便后續進行調整。但蠟型的制作對于技師制作水平要求較高，一旦技師水平經驗不足，其所制作的蠟型很有可能對后續治療造成不良影響。但近年來隨著科技的進步，3D打印技術的成形使得模型構造領域受到了新的沖擊，相較于傳統制作工藝，3D打印技術更快；且成本更低，不僅精確度更高，且能夠根據患者意愿調對最終形態進行調整，更為個性化的同時也能夠減少所需材料。但由于其仍舊存在有制造效率較低、可打印材料種類不多等現實問題，目前3D打印技術仍無法完全取代制造加工技術，仍舊需要進一步探索其在數字化微笑設計中應用的優勢與不足。

3 數字化微笑設計技術

目前，臨床上口腔美學修復中經常應用的數字化微笑設計技術主要為2D與3D技術，其在臨床應用中各有優劣。2D數字化微笑設計技術更多的是通過攝影收集數據，并以圖片處理軟件對攝影所得圖片進行處理設計，由于靜態攝影所收集信息較少，因此對于照片的拍攝角度具有較高的要求，在進行處理時至少需要有兩張拍攝角度完全一致的患者上頜牙列背景照與全臉正面微笑照，且患者的牙齒在照片中所處角度必須能夠完全重疊，才能夠進行后續設計[22-23]。雖然2D數字化微笑設計技術具有能夠快速模擬治療效果，具有較佳的審美分析水準，且患者能夠共同參與決策，提高對于后續修復結果的滿意度，且能夠詳細規劃治療計劃，并能夠進一步強化不同學科團隊之間的溝通交流，使得多學科聯合治療疑難病例成為可能，同時減少侵入性損傷等優點，但同樣也具備一定的局限性，如2D診斷視角并不全面，而想要將圖像轉換為實體模型，模型技師的經驗技術會對最終成果造成較大影響，如遇到技術經驗欠佳的技師則會導致實體模型的形態、色澤無法使患者滿意，進而影響到后續治療方案的溝通[24]。

而目前已臨床應用的3D數字化微笑設計技術已對部分2D數字化微笑設計技術所存在的問題進行了改進并加以解決。如2D數字化微笑設計技術所涉及到的拍攝問題，4.2版本的cerec smile design已對其加以了改進，其能夠自動標記所拍攝照片上的16個特征點并生成帶有特征點的圖像，從而方便使用者以患者雙眼內外眥距離進行尺寸的校準，從而實現2D圖像到3D的轉換，僅需一張正面全臉微笑照即可實現，同時，該軟件所自帶的BioCopy CAD模式能夠直接進行口內掃描，掃描后所生成的模型能夠直接用作最終修復體的1：1參考，從而有效減少技師經驗技術對最終實體模型所造成的影響[25]。而2013年所上市的smile composer在標記4個相應點后，能自動將3D圖像匹配對齊2D照片，且該軟件對于患者的修復體顏色以及牙齒還原度更高，后續的成品效果更為接近患者本體，效果更為逼真，且該軟件內部還置有多個牙齒模板，更便于醫師進行修復參考，且其后續還能夠通過該軟件公司的專業數字蠟型制作技術實現數據與模型的一對一轉換，進一步提高實體模型效果。于2015年所上市的PRSD軟件對于照片的要求與cerec smile design相同，但需要手動對其面部照片，之后軟件便能夠根據標記自動生成牙齒輪廓；但該軟件內置牙齒模板較少，最多可設計14顆牙齒；且該軟件的設計庫內還納入了牙齒顏色系統，能夠對虛擬診斷蠟型進行上色，從而盡可能貼合患者原有牙齒色澤，提高成品診斷蠟型的逼真程度。

然而，在實際臨床的應用中，除了考慮所用軟件內所包含的美學分析參數以外，其面部分析功能、牙齦、牙齒分析功能同樣也是用于患者臨床設計時需要進行考慮的內容，從而能夠更好地滿足患者對于美學的追求。

4 小結

隨著經濟水平的提高，人們觀念的改變，數字化微笑設計技術已應用于口腔美學修復的各個階段乃至逐漸貫穿了整個治療過程。該技術的使用有效改變了傳統口腔修復診療模式對于醫者以及技師的審美以及經驗的依賴，但在實際臨床應用中仍舊或多或少地存在有亟須解決的問題。如不同軟件與設備之間的數據無法全面開放，同類軟件中相互兼容性較差，在不同軟件中所設計的修復體無法用于不同軟件的程序進行制作。這不僅導致了患者信息的安全性以及穩定性存在有一定問題，同時還使得相關設備的購置以及維護成本較大；無法面面俱到，僅能專精某一方面進行微笑設計，這些都是未來需要解決的主要發展方向。雖然口腔美學修復中應用數字化微笑設計技術尚未發育成熟，仍舊處于不斷完善階段，但飛速發展的科技水平所帶來的各種軟件儀器在不停推動著口腔美學修復的發展進步，當軟件能夠互相兼容，使得數據能夠在不同系統中進行轉換整合，就能使修復流程變得更為系統化。實現口腔美學修復的全程數字化修補，不僅能夠縮短修復過程，還能夠有效降低成本；在更好地滿足患者對于美的追求的同時更為方便快捷，更好地發揮數字化微笑設計技術的優勢。