牙周美学治疗中的数字化概念

2018-12-3 11:12 来源:中国实用口腔科杂志
作者:崔迪 闫福华 李厚轩阅读量:3326

    美是人类亘古不变的追求。颜面部的吸引力影响着人们的自尊、社交、求职等方方面面。牙周美学是面部美学的重要组成部分,一切牙周美学治疗手段都必须以健康为基础。数字化是指将任何连续变化的输入如图画的线条或声音信号转化为一串分离的单元,在计算机中用0和1表示。近年来,材料加工技术、电子信息技术和机械制造技术等数字化技术的日新月异推动了口腔医学的快速发展,口腔医疗已经进入数字化时代。牙周美学数字化技术经历了从二维到三维重建的过程,更加精准、简便、快速,为临床医生的工作和医患、医技沟通带来了便利。本文将简要介绍目前牙周美学数字化技术相关的研究,为临床诊疗提供参考。

    1. 数码微笑设计

    数码微笑设计(digital smile design,DSD)是一种利用Powerpoint、Keynote、PS或者专业软件进行美学测量分析和数字化美学设计的理念,由Coachman创建,是目前比较前沿的美学设计手段,利用美学原则对患者的颌面部和口腔组织特征进行仔细的测量,并进行准确可量化的美学治疗设计,获得直观的牙周美学设计效果。临床医生最初在前牙美学修复中使用DSD理念辅助牙体美学修复治疗,发现应用DSD技术可以避免忽略一些重要的美学因素,开展更加全面的美学分析检查,提高医生团队对于患者整体美学情况的认识,对于治疗手段的局限性和风险因素进行评估。同时,直观的设计效果图有利于医患、医技沟通,提高患者的满意度。国内研究发现,在DSD指导下的前牙美学区瓷贴面修复术,可以获得更好、更令患者、医生都满意的治疗效果。

    近几年,牙周美学修复领域也逐渐引进了DSD理念,治疗前对患者的面部和口腔的各项美学参数进行详尽分析,与患者商量并制定治疗计划,制作临时义齿、术中导板,根据手术方案设计在导板指引下进行牙周美学手术。2015年,Arias等报道了1例DSD理念辅助的牙周美学治疗病例,利用前牙美学牙冠延长术和全瓷冠修复术解决了患者露龈笑和双侧中切牙不对称的美学问题。随后,Meereis等报道了1例随访2年的DSD理念辅助的牙周-修复联合美学治疗的病例,获得了稳定且满意的临床效果。2017年,Santos等将DSD理念应用于单纯的前牙美学牙冠延长术中,改善了患者露龈笑问题和前牙长宽比例,使患者的微笑更加协调美好。

    同年,Rojas-Vizcaya报道了DSD辅助的all-on-four种植全口义齿修复病例,术前利用DSD技术设计未来理想的义齿形态和位置,制作导板,在导板指导下修整牙槽骨形态,解决微笑时右上前牙区露龈问题,并植入4颗种植体,软组织导板重塑上颌软组织外形,最后加载上部修复体,3年后复诊种植体骨结合良好,无不良主诉,患者对治疗效果很满意。由此可见,结合DSD理念进行牙周美学治疗,量化美学参考指标,进行可视化美学设计,有利于医患、医技沟通,从而达到共同的美学治疗目标,具有很高的临床应用价值。

    2. 3D扫描

    3D扫描仪是一种侦测分析物体形状和外观数据的科学仪器,3D扫描技术可以高效、快捷、精确地采集形貌数据,进行仿真模拟分析,因此在各个领域得到广泛应用。根据扫描时是否需要接触目标物体,3D扫描技术可分为接触式扫描技术和非接触扫描技术。目前,应用于口腔领域的3D扫描技术主要是非接触扫描技术,包括计算机体层摄影技术、激光扫描技术、自动断层扫描技术、立体摄影测量技术、光栅投影技术等。早在1989年,Linney等就在口腔颌面部手术术前设计中应用了一种基于非接触式激光扫描和CT扫描的3D可视化扫描技术,指导术中切口和组织瓣设计,取得较好的手术效果。

    之后,3D扫描技术越来越向着精细、便捷、高效的方向发展,雨后春笋一般出现在颜面部(包括口唇部)软组织形态、功能和美学等的分析,以及颌面部治疗中。在体积小到足以伸入口腔的扫描工作头出现之前,对于牙齿、牙弓及牙周组织的3D扫描主要通过间接法实现,即扫描口腔组织印模、石膏模型采集患者的口内数据。1990年,Kawanaka首先报道了1例利用CAD/CAM 系统扫描牙体预备后的石膏模型,采用计算机模拟分析技术切削制造牙冠的牙体修复病例。除了产生了不必要的医疗垃圾的缺点以外,间接法还存在严重的局限性,例如印模材的收缩、石膏模型硬化过程中的膨胀等会降低扫描结果的精确性,且难以准确采集咬合关系、牙齿邻接关系、牙周软组织等信息,而口内3D扫描弥补了这些不足。另外,口内数字化真彩扫描系统还可以逼真地展现牙齿和牙龈的颜色,便于计算机比色,从而避免了肉眼观察的误差,这是间接法无法实现的。

    将CBCT三维重建模型与口内光学扫描数字印模拟合,可以模拟正畸牙齿移动,进行精确的种植手术、前牙美学区牙冠延长术的手术设计。相信3D扫描技术在今后的牙周美学治疗中一定能发挥越来越大的作用。

    3. 3D打印

    随着科技的进步,3D打印技术在口腔科手术中的应用越来越广泛。一项回顾性研究表明,在世界范围内,我国报道的应用3D打印技术辅助口腔科手术的病例数位居首位,使用最多的是3D打印模型和3D打印手术导板。

    3D打印技术,又称“增材制造技术”,颠覆了传统机械加工的“减材制造”概念,是在计算机三维虚拟模型的指导下,基于离散、堆积原理,将3D模型分成一定厚度的切片,通过材料在上行(下行)平台上的固化或黏结来实现制造的技术。3D打印可实现传统工艺难以加工的复杂结构的制造,且具有个性化、精准化、远程化等优点,特别适合在口腔医学领域应用。通常,3D打印的程序可分为数据采集、数据加工和3D打印三步骤,即利用软件设计或扫描获取三维数据,再将三维数据导入三维重建软件,通过高性能计算机处理得到精细的三维重建模型,在利用不同的3D打印技术制作实体模型。根据制造方法不同,在口腔医学领域应用的3D打印技术可分为光固化成型(stereo lithography,SLG)、数码光雕(digital light processing,DLP)、多喷建模成型(multi-jet modelling,MJM)、石膏材料3D打印成型(plaster-based 3D printing,PBP)和选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)等。

    在牙周美学领域,3D打印具有很好的应用前景。与传统的石膏模型等相比,3D打印模型具有独特的优点,例如可以更精确地反映内部解剖结构,用不同颜色、纹理、透明度区别不同的组织器官,还可以消毒灭菌,更适合临床使用。3D打印模型可以辅助医患沟通,作为病例记录留档,指导技师工作,此外,还可作为医学生和临床医生学习理论知识、进行实际操作练习的教具。

    3D打印手术导板可简化手术步骤,减少手术创伤,提高手术精确性,缩短手术时间,提高患者的舒适性,促进术者手术技能的提高。在前牙美学区牙周治疗中,可通过口内和面部三维扫描获取牙列和面部三维数据并进行匹配,计算机辅助美学设计,利用3D打印技术制造术前诊断模型,并打印手术导板指导手术。

    一项临床追踪报道显示,通过数字化美学分析和设计,3D打印手术导板指导手术,可显著提高医生、患者、技师相互间的沟通效率,获得满意的治疗效果,体现多学科联合治疗复杂前牙美学诊疗的优势。对于未穿破骨皮质的根尖周病变手术治疗,CBCT结合3D打印手术导板可以让医生在术中更加准确地定位病灶,从而减少不必要的手术创伤,实现微创治疗。

    前牙美学区牙周软硬组织缺陷是导致患者就诊的最常见原因之一,软硬组织的再生一直是困扰临床医生的难题。传统的组织工程技术难以精确控制种子细胞在支架材料中的密度和分布,且支架材料的外观结构也无法与缺损部位的解剖结构完全吻合。2003年,Mironov等基于生物自组装原理,提出“细胞打印”的设想。细胞打印技术以细胞、生长因子和支架为打印材料,在数码蓝图的指引下将三者结合在一起形成一个完整的具有生物学功能的整体结构。细胞打印被认为是组织工程中最有潜力的技术。有学者以牙周膜干细胞为种子细胞,以聚己内酯为支架材料,利用3D打印技术,将牙周膜干细胞打印至聚己内酯打印体上,制造出种子细胞生长良好的3D打印细胞支架材料的复合材料。

    未来,3D打印的研究方向应该是寻找更优的3D打印技术,探索合适的支架材料种类、排列方式、孔隙率等,同时将CBCT扫描技术和3D扫描技术与细胞打印结合,设计与牙周软硬组织缺损部位解剖结构更加匹配的软硬组织再生材料,应该可获得更好的手术治疗效果。

    4. 虚拟牙合架

    虚拟牙合架是基于计算机虚拟现实技术的数字化口腔架系统,是计算机与学的结合产物。相对于机械架,虚拟牙合架具有明显的优势:(1)操作简化;(2)将口颌系统转化为精准的实时图像和数据,避免了实体模型的阻挡,便于观察在实体架上观察不到的细节;(3)呈现动态咬合关系的可信度更高。根据模拟对象的不同,虚拟牙合架可分为模拟机械架的虚拟牙合架和模拟患者口颌系统的虚拟牙合架。前者又分为两种,一种是扫描实体架和石膏模型获得三维数据,在计算机虚拟平台重现实体架的功能;另一种是根据实体架的参数逆向设计,使用时将患者的口颌系统数据录入计算机,从而进行计算机辅助分析设计。

    目前,应用于CAD/CAM 系统的虚拟牙合架均为此类,如3Shape®Generic、Gir-bach®、Kavo Protar®、Sirona®等。这类虚拟牙合架只是实体架在虚拟平台的模型,具有实体架的局限性,仍然无法模拟患者个性化的口颌系统。模拟患者口颌系统的虚拟牙合架的理念是在计算机虚拟平台复建患者真实的口颌系统,将描记的下颌运动轨迹转换为三维数据,在虚拟牙合架上重现患者的下颌运动。Solaberrieta等引入了虚拟面弓,直接将患者的口颌系统信息转换为三维数据,实现了全程数字化的操作流程。模拟患者口颌系统的虚拟牙合架仍然受限于当前的科技手段和下颌运动的复杂性,尚需深入研究。虚拟牙合架在牙周美学治疗中有着较好的前景。伴有牙齿松动的牙周炎患者,直接取模时松动的牙齿可能偏离原来位置,无法反映真实的咬合情况。

    利用3D扫描获得口内数字化印模,在虚拟牙合架上再现咬合关系,将有效避免这一问题。虚拟牙合架在牙周美学中的应用尚待进一步探索。近年来,有关口腔数字化诊疗的研究不断涌现。有学者通过将CBCT模型和口内3D扫描模型进行精确配准,完成冠、根三维融合模型的构建。我们设想,如果将这种三维模型同虚拟牙合架、患者的面部信息整合,进行动态的综合美学、咬合分析,也许更有利于复杂美学问题的多学科联合诊疗。另外,数字化的牙周治疗尚缺乏对于合理规范的诊疗流程的共识。这应该是未来数字化美学诊疗的发展方向。

编辑: 陆美凤

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