作者：廖嵐，曾麗君，南昌大學附屬口腔醫院修復二科
功能、美學、微創是當今口腔修復的三大理念，而數位化口腔美學修復技術是集三者為一身的完美詮釋。本文簡要概述在口腔美學修複診療過程中數位化技術的優勢、不足及發展方向，為其臨床應用提供參考。
1.數位化口腔美學修復的概況
數位化口腔美學修復是將數位化設備用於美學修復治療，替代傳統的治療手段，提高修復治療的效果。數位化口腔美學修復並非是在治療過程中簡單應用某些數位化技術，而是應用數位化技術進行數據連接與疊加，實現口腔美學修復治療過程中的連貫性與可重複性，以提高美學修復的精確性和可預見性。
2.數位化技術在口腔美學修復中的優勢及不足
在數位化口腔美學修復過程中，主要包括了四個關鍵治療步驟：數據採集、數據分析、計算機輔助設計和計算機輔助製作，每個步驟中都包含了許多不同的數位化技術。
2.1數據採集
數據採集的內容包括數位化印模、數位化面部三維掃描、數位化口腔影像學以及數碼靜態、運動數據等。
2.1.1數位化口腔印模
數位化口腔印模技術是指運用數位化掃描設備對患者的牙體及周圍軟硬組織狀況進行掃描，從而獲得數位化印模，為後續修復體的虛擬設計提供精確的數據。主要通過以下兩種方式獲取數據：口外間接採集和口內直接採集。目前，口內掃描方式已經成為主流發展方向，其操作簡便，易存儲，還集成了比色這一特殊功能。數位化印模相比於傳統印模方式優勢顯著，主要體現在以下幾個方面：高效、高精密度、高接受度、存儲簡單。
就高效方面而言，Joda等通過隨機對照研究比較口內掃描與常規取模的時效性，口內掃描平均總工作時間為（5.01±1.56）min（學生）和（4.53±1.34）min（牙醫），而常規取模，平均總工作時間為（12.03±2.00）min（學生）和（10.09±1.15）min（牙醫），口內掃描明顯比傳統方式更高效。針對精密度方面，數位化印模可以通過重複放置探頭位置多次獲取細節，覆蓋盲區，以完善印模，避免了傳統印模如果製取失敗需要重新製取整個印模的弊端。
Heike等的研究表明無論是口內還是口外掃描，單冠預備體掃描結果對照其相應CAD模型，偏差都在±20μm的基準範圍內，表現出高精確度；Gan等測算得出整個牙列的精確度平均值為（59.52±11.29）μm，軟顎組織的平均精確度為（55.26±11.21）μm，說明口內掃描儀獲取整個上頜的數字模型是可行的。相對於傳統印模法，數位化印模可避免取印模時易出現的噁心嘔吐、材料誤吸等弊端，因此患者更易接受數位化印模。
研究表明口內掃描可省去選擇託盤、調拌材料等需要的時間，因此口腔醫生更傾向於選擇數位化印模；數位化印模還可以指導備牙，掃描結果可顯示出預備體是否切削量不足或者存在倒凹等，使醫生更傾向選擇數位化印模。此外，數位化印模易存儲，測量方便，方便管理，有利於醫患溝通，可遠程網絡傳輸，方便遠程會診及與技師交流；亦可椅旁數控加工，高效便捷。現階段掃描技術上仍然存在一些局限性，如受軟組織和液體影響，需要隔溼，難以獲取鄰面接觸點和倒凹區的準確信息，準確度受操作者手法差異以及掃描設備本身的影響。
此外，數位化印模的適應證目前相對較窄，對於多顆牙缺失的活動義齒修復應用較為局限，全牙列掃描時精密度會有所降低。針對這類問題可以通過調整掃描策略來彌補；操作者手法問題可以通過專業學習與練習解決。隨著技術的不斷完善，數位化印模將會逐步替代傳統技術，使前牙美學修復全程數位化更進一步。
2.1.2數位化面部三維掃描
數位化面部三維掃描是指應用面部實體輪廓掃描技術對患者進行面部掃描，數據通過軟體與CBCT掃描的頜骨數據以及獲取的口內軟硬組織數據整合，形成一個患者的虛擬顏面部輪廓外形數據，簡化了傳統臨床常用石膏模型—診斷蠟型—診斷飾面口內試戴的繁瑣步驟。採集技術主要包括結構光掃描、雷射掃描、數位化立體測量等方法。數位化面部三維掃描的優勢主要體現在節約時間及簡化治療流程、增加美學和功能預期。Zhao等研究得出使用非接觸式三維測量系統進行面部掃描，精度高達0.059mm，可以獲得相對準確的三維參考人臉模型，用於進一步的三維評價。面部三維掃描最顯著的優勢是掃描時間短，無需依賴於複雜的掃描設備，節約臨床時間。
Hassan等應用面部實體三維真彩掃描技術配合CAD/CAM技術，製作即刻全口義齒，與傳統修復相比簡化了設計和製造程序，且具有良好的穩定性、固位力及美感，患者滿意度和接受度較高。在複雜病例診療中能極大地改善醫患溝通和團隊合作。例如在傳統全口種植修復中，為確保種植體植入位置及術後功能最佳，常需要多次臨床評估與步驟，結果修復過程耗時長、費用高且不適感明顯。Hassan等通過面部掃描與咬合記錄結果，術前創建虛擬排牙，虛擬臨床評估，供醫生與患者參考，術後即刻通過數控加工製作出臨時修復體。隨著科學技術的發展，解決了數據匹配問題，數位化面部三維掃描將廣泛應用於美學修復治療過程中，提高治療效率與精度。
2.1.3數位化口腔影像學
口腔醫學影像數位化起源於醫學影像的數位化，數位化應用不僅使放射科工作模式發生了巨變，也改變了患者就醫模式，使口腔醫學相關診斷向無膠片時代邁進。其優勢主要體現在以下幾個方面，
①明顯提高臨床診斷準確性，例如目前正廣泛應用於口腔的CBCT可獲取亞毫米級的解析度圖像，掃描時間短、低輻射劑量，改變了傳統的經驗模式；
②數位化放射較傳統模式無需衝洗膠片，節約空間與資源，患者等待時間明顯縮短，醫生閱片不再需要特定設備，影像資料直接傳輸至椅旁工作站，數據也可供院內會診與遠程會診，充分體現了「網際網路+」時代的特徵，為實現在線醫療提高支持，為患者提供更專業的影像學指導。
Burgess認為數位化容積數據（DICOM）成像有兩個創新包括網際網路圖像傳輸和使用行動裝置查看。在多地點之間共享圖像，網絡傳輸便利，中型和大型的牙科設備開始利用DICOM和基於「雲」的存儲和檢索；並且提供強大全面的分析工具，數位化容積數據可以很好地與可見數據相疊加，為美學區種植制定非常準確的治療計劃，在設計軟體上形成模擬植入，並且可以生成導板指導術中種植體的精準植入。
③方便患者資料的管理，實現影像學資料電子化管理。對醫院而言，數據安全將是一大挑戰，作業系統一旦出現問題，可能出現全醫院的影像學診斷癱瘓，應加強備份以保證影像學數據的高保險和高安全；對影像醫師而言，主要挑戰在於如何在巨大的工作量中防止對微小病變的漏診；對影像設備操作技術人員來說，需要不斷規範影像檢查的操作來適應技術的不斷發展；在全新環境下，患者面臨的問題更多，如輻射劑量增加、檢查費用增加等。
2.1.4其他資料
口腔美學修復還需要記錄患者的運動數據、靜態的規範口腔數碼攝影、動態視頻等。現代數位化系統正在不斷嘗試整合DICOM數據、面部掃描、運動數據和動態視頻。Agarwal等研究發現動態視頻可以實現有效的記錄，在休息、講話和微笑的過程中支持圖像捕捉，可同時分析和測量不同變量，有助於制定治療計劃，同時顯著降低成本，最大限度地降低治療誤差。Desai等認為牙科數碼攝影技術進步已經使前牙美學修復發生革命性的變化，隨著數位相機的出現，攝影已經成為醫患溝通及病史記錄的一種簡易方式。因此，數位相機應被視為每個牙醫的必要設備，攝影技術和培訓也應該納入到牙科領域的課程中。
2.2數據分析與計算機輔助設計
最早的微笑設計是應用PPT、keynote、Photoshop等平面設計軟體通過對患者的面部微笑像進行符合美學規律的修圖來實現2D的微笑設計，雖然操作簡單，但是該方法存在一些局限性——2D的微笑設計，只能通過技師製作的診斷蠟型來呈現立體修復效果，不具有良好的重複性；平面設計忽視了下頜功能運動及牙齒的立體形態。目前已經出現了多種3D微笑設計軟體，克服平面微笑設計的缺陷，通過患者面部照片、術前口內掃描和面部三維掃描數據，可同時完成前牙美學設計和唇舌側立體形態設計，與虛擬牙合架相結合，進行所有功能運動的檢查。
病例報告與回顧性研究都證明了3D數字微笑設計不僅是美學指導，而且其增加了治療階段的可預測性，如Zanardi等應用微笑設計指導美學修復中的牙齦改形術，為患者達到微笑矯正的效果；Cattoni等對28名需要接受美學區修復患者的口內掃描STL文件與3D數字微笑系統相匹配，以獲得牙齒和微笑設計的虛擬3D預覽，患者認可模擬結果後進行修復，2年後隨訪結果顯示108顆修復體中沒有一個表現出剝離、碎裂、微滲漏、變色或繼發齲，在對患者滿意度問卷調查中64%的患者認為數位化微笑設計非常有效，36%認為有效；通過上述CAD程序完成美學設計後，創建出數字蠟型，最後可通過立體光刻技術列印出實體診斷模型，製作引導牙體預備和冠延長術的導板、製作臨時修復體和診斷飾面等。
Abduo等通過對13例接受固定義齒修復的患者數位化診斷蠟型和傳統診斷蠟型對照研究發現，與傳統蠟型相比，數位化蠟型具有更大的單齒對稱性。製取患者狀態模型、計劃模型、預備模型，使醫、患、技三方都可以直觀地看到修復前後的立體效果，便於醫患、醫技溝通；患者參與設計，增強了患者對修復的信心，且可以妥善保存患者資料。在前牙美學修復設計時納入患者的三維狀態模型，能精準預測，降低錯誤率，使修復體更好地融入到口面部這個整體中，給患者帶來美麗微笑。
2.2.1數位化模擬種植設計
美學區種植修復術前設計尤為重要，數位化表面數據與影像學檢查獲得的數位化容積數據相疊加，以此為基礎，利用設計軟體進行美學區種植術式的3D規劃，為種植體的植入進行精確的定點、定深、定方向，在三維虛擬模型上設計種植體，進行術前評估，避開重要結構位置，可直觀進行術前談話，充分貫透以美學引導修復、以修復引導種植的理念，最大程度利用患者現存骨量，優化種植體的位置和上部結構位置，收到最佳美學效果。
通過數位化設計並製作的種植導板應用到術中引導種植體的植入，安全精準，大幅度提升了美學區種植的成功率與患者滿意度。Filius等研究測量結果為在數位化導板指導下種植植入的平均偏差為1.41mm（SD0.55），平均中心偏差為1.20mm（SD0.54），平均角偏差為5.27°（SD2.51），使用計算機設計的手術導板有助於骨量少、間隙有限的病例種植。
胡文等的臨床報導表明15例應用數位化種植設計的患者在2～7年的隨訪期內未出現種植體鬆動，對比隨診相片，軟組織外觀穩定，問卷調查結果患者對最終修復滿意。Joda等通過隨機對照研究證明數位化種植體冠修復較傳統方式更高效，並且可以降低30%的整體治療成本。
2.2.2數位化虛擬牙合架
緊跟數位化時代發展趨勢，架也經歷從實物架向虛擬牙合架轉變的過程。虛擬牙合架的主要創新包括VR軟體環境取代了繁瑣的機械裝置實體；數位化印模取代了傳統石膏模型；以三維空間中的運動模擬取代了實物架上的手動觀察。主要分為兩種類型：根據實物架設計和根據人牙頜系統設計。目前國內市場上美學修復中主要應用的是前者，通過逆向工程手段複製實物架的形態結構，然後在CAD/CAM軟體中通過輸入患者個性化的口頜系統參數，三維模擬患者的下頜運動並指導義齒咬合設計，但是各種指標參數往往被簡化，甚至多數時候使用平均值替代。後者的設計理念是希望在虛擬環境中重建患者個性化上下頜骨、牙列、下頜功能運動軌跡三維模型，避免受實體架固有的設計缺陷影響，前景可觀，雖然目前還未有產品化的系統面世，但這是虛擬牙合架未來的發展方向。
與傳統架相比，虛擬牙合架優勢主要體現在以下幾個方面：其一，虛擬牙合架為臨床程序提供了可量化、可重複和可靠的方法，這個程序使牙醫和牙科技師在完全數位化的環境中工作，而不需在機械上安裝石膏模型。其二，為實現3D微笑設計提供基礎，軟體將數位化診斷蠟型與工作光學模型進行重合，可以檢測美學設計的咬合功能，指導美學修復與臨床調。其三，克服了石膏模型上架觀測容易磨損牙尖的缺陷，虛擬牙合架可重複性好，可記憶存儲測算的數值，後續製作的修復體誤差小。其指導生產的修復體比機械架更精確，適用於由CAD/CAM系統實現的從單冠到多冠的複雜病例修復。虛擬咬合程序的準確性大於傳統的模型咬合記錄。
2.3計算機輔助製造
隨著Mormann等一批數位化時代的先驅者在20世紀80年代對口內掃描技術和口腔專用椅旁計算機輔助設計與計算機輔助製造（CAD/CAM）技術的開發，口腔修復體的製作發生了革新。
2.3.1數控制作工藝
現代材料加工質量在某些領域已經遠超傳統加工方式。削減製作工藝包括銑削和研磨方法目前仍然處於主導地位。添加路徑是分層製作工藝，主要分為熔融沉積成型（fused deposition modeling，FDM）、光敏樹脂選擇性固化（stereolithography，SLA）、金屬增材製造（selective laser melting，SLM）和3D噴墨列印技術。其中，SLA技術即利用雷射有選擇地固化光敏樹脂的雷射快速成型技術，原理為數控紫外雷射在光固化樹脂液面上按二維截面逐點進行掃描，使樹脂固化，固化後再逐層掃面，最終形成立體實物。
現在通常用於製作種植導板，且其應用逐漸被擴展到包括臨時修復體和失蠟法鑄造樹脂模型；3D噴墨列印技術已經可以對不同的材料進行處理，從金屬、樹脂材料到陶瓷等數位化修複流程中的創新材料，從顏色到形態均可以做個性化的製作。Kim等的研究表明相比於傳統製作工藝，3D噴墨列印技術更快，成本更低，精確度大，可以製作出許多個性化設計形態，由於所需材料很少，屬於綠色節能加工。
2.3.2數控制作產品
計算機輔助製造對於美學修復而言起到了重要的幫助作用，數位化製作已經擴展到了修復產品的各個方面，包括臨時修復體、Mockup（診斷飾面）、牙合墊、模型、定製種植體、種植導板，甚至全口義齒。
2.3.3數控制作方式
工作方式分為椅旁工作和外部加工，其中椅旁工作具有速度快、效率高的優勢，椅旁一次完成高品質個性化修復體，大幅度減少了患者複診次數，患者不再需要佩戴臨時修復體，更不需要另行安排時間複診。與傳統修復相比，與操作相關的錯誤被最小化，數控椅旁加工一直被很多臨床醫師認為是最理想的美學區修復形式。也可以通過設計軟體完成各種形態修復體的設計後，通過工業化的生產平臺進行外部加工，採用最優材料以達到最好的質量要求，無模型工作流程僅需傳輸數據，減除了每個工作步驟都需要翻制一個物理模型的繁瑣步驟，以及多個物理模型的貯存成本、製作成本和運輸成本。現有數位化技術在材料的匹配、對新材料的適應等方面存在一定的局限性，比如超薄貼面尚不能用3D列印的方法製作出來。
2.3.4機器人的臨床應用
種植機器人系統主要包括主控計算機、機器人本體以及導航系統，為機器人採集種植術區和安裝在機械臂末端的種植手機的實時空間位姿，機器人獲取這些信息後，可在術中自動定位種植術區，並按手術方案自動精確調整種植手機在術區的位姿，完成植入窩洞的製備，使口腔疾病治療邁入了機器人時代。種植牙機器人具有精準、高效、微創、安全等優點。相信不久的將來，對於自主牙體預備機器人的研發可能實現，美學修復全程數位化的目標會得到進一步發展。總之，數位化美學修復的優勢顯而易見，已經在諸多方面遠遠超越了傳統修複方式，具有更好的發展潛力。
3.展望——未來發展方向，全程數位化
數位化技術介入口腔美學修復中，從各個階段的應用逐漸貫穿整個治療過程，改變了傳統口腔修複診療模式。但仍存在一些問題，相關軟體的兼容性較差，軟體與設備之間的數據尚未全面開放，在一個軟體中設計的修復體可能不能在另一個品牌的CAD/CAM程序中製作；購置和維護相關設備的成本較大；數據信息管理的安全性和穩定性，解決這些問題是未來主要發展目標。儘管目前還處在完善階段，但其進展迅速給口腔美學修復帶來了全新的理念，對提高口腔美學修復的治療效果與效率起到了積極的推動作用。隨著科技的發展，若數據能在不同系統中進行轉換，整合為一個完整的數位化修複流程，便可全面補充傳統修復工作流程，甚至實現全程數位化，使美學修復過程更快，更便捷，更低成本。
來源：廖嵐,曾麗君.數位化技術在口腔美學修復中的研究進展[J].口腔疾病防治,2018,26(07):409-414.
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