數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于咬合接觸分析的研究進(jìn)展

王瑩，王建鴻

(南昌大學(xué)附屬口腔醫(yī)院修復(fù)一科，江西 南昌 330000)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)在口腔臨床的應(yīng)用，咬合接觸的研究發(fā)生了從定性到定量的轉(zhuǎn)折，口腔臨床醫(yī)生對(duì)咬合接觸的認(rèn)知也發(fā)生質(zhì)的改變。數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于咬合接觸的研究，可以幫助理解牙齒之間咬合力的大小，模擬缺牙前后鄰牙的咬合接觸面積變化，糾正咬合接觸點(diǎn)異常分布等相關(guān)問(wèn)題，可為口腔醫(yī)學(xué)臨床相關(guān)疾病的治療，修復(fù)體的咬合接觸關(guān)系設(shè)計(jì)和制作，咬合接觸研究分析等提供參考。

1 對(duì)咬合接觸認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程

咬合接觸的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，從咬合接觸記錄材料性質(zhì)和成分的選擇，到口腔醫(yī)生對(duì)咬合接觸認(rèn)識(shí)(從定性到定量)的發(fā)展過(guò)程，再?gòu)挠型饨缃橘|(zhì)的咬合接觸記錄到數(shù)字化技術(shù)模擬無(wú)介質(zhì)咬合接觸關(guān)系的跨度，使臨床醫(yī)生獲得穩(wěn)定的咬合關(guān)系。

陳懷一等[1]把咬合接觸記錄材料分為四類(lèi)：薄膜類(lèi)、涂層類(lèi)、賦形類(lèi)、he 間距離探測(cè)類(lèi)，指出咬合紙，咬合蠟及彈性印模等咬合接觸記錄材料仍在臨床上使用，但這些方法存在一些弊端，如咬合記錄不能永久儲(chǔ)存，無(wú)法客觀記錄臨床處理前后咬合接觸的改變，咬合紙沖擊力于牙面，易引起下頜偏斜等。而IP Majithia[2]指出臨床大多應(yīng)用定性和定量?jī)深?lèi)咬合指示材料，研究表明咬合接觸關(guān)系的準(zhǔn)確性和可靠性取決于咬合指示材料的強(qiáng)度，厚度和彈性，指出數(shù)字化咬合分析系統(tǒng)可以量化咬合信息，減少口腔醫(yī)生單純依賴(lài)咬合紙及患者感覺(jué)而出現(xiàn)的咬合接觸錯(cuò)誤。蕭寧等[3]認(rèn)為咬合紙，咬合蠟，硅橡膠印模材等都需要借助外界介質(zhì)，使原有的咬合記錄發(fā)生一定的改變，用三種無(wú)介質(zhì)數(shù)字化咬合分析算法計(jì)算的咬合接觸關(guān)系，指出可提供較可靠、準(zhǔn)確的牙頜模型咬合接觸面積及分布的量化分析結(jié)果。咬合接觸研究的定量發(fā)展，更能精確測(cè)量牙齒之間的咬合關(guān)系和相互力量，甚至可以觀察到細(xì)微偏差變化；未來(lái)數(shù)字化技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)量化虛擬咬合接觸記錄材料的發(fā)展，減少不可循環(huán)資源的浪費(fèi)，已成為當(dāng)代大趨勢(shì)。

2 定量咬合接觸的數(shù)字化技術(shù)介紹

2.1 光學(xué)咬合分析技術(shù)

二十世紀(jì)七十年代末期首次出現(xiàn)光學(xué)咬合法，把受到咬合力的高分子記憶片放入光he 儀器中，永久記憶性咬合片因咬合力的大小顯示不同的折射率，對(duì)雙折線(xiàn)條紋值進(jìn)行分析后可得出咬合接觸數(shù)據(jù)。光學(xué)咬合分析法已經(jīng)很少應(yīng)用于咬合接觸方面的研究，目前光學(xué)相關(guān)原理多應(yīng)用于臨床虹膜、晶狀體等光學(xué)研究。

2.2 計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)

1984 年Millstein 首次用計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)定量研究咬合接觸關(guān)系，將受力不同的硅橡膠模型放置于光源下，把硅橡膠的透光性和光密度值輸入計(jì)算機(jī)中，從而定量研究咬合壓力，咬合接觸分布等[4]。因患者咬合位置、體位變化，咬合強(qiáng)度、力度的不確定因素過(guò)多，使得應(yīng)用硅橡膠的計(jì)算機(jī)圖像分析系統(tǒng)逐漸淘汰。

2.3 肌電分析法

1786 年意大利教授發(fā)現(xiàn)生物電，接著簡(jiǎn)易裝置的肌電儀問(wèn)世，后期我國(guó)自主研發(fā)出八通道肌電儀，肌電儀中相關(guān)指標(biāo)用于記錄肌肉耐力和疲勞狀態(tài)。肌電圖的理想標(biāo)準(zhǔn)范圍常應(yīng)用于治療口頜系統(tǒng)疾病，來(lái)糾正肌電異常相關(guān)的咬合接觸情況。有學(xué)者[5]表明下頜姿勢(shì)位時(shí)，頭頸部肌群在不同口腔操作姿勢(shì)體位的肌電活動(dòng)有差異，不同口腔操作姿勢(shì)位可能影響頭頸肌群正常的生理功能。肌電分析法目前多研究肌肉的肌電活動(dòng)，對(duì)口腔相關(guān)疾病具有一定的量化和比較作用。

2.4 T-Scan 咬合分析系統(tǒng)

1984 年Maness 首次提出T-Scan 咬合分析系統(tǒng)，T-Scan咬合分析系統(tǒng)出現(xiàn)至今，經(jīng)歷了T-ScanI-III 三個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展。T-ScanIII 系統(tǒng)可以自動(dòng)分析診斷，100 幅每秒速度記錄咬合過(guò)程，是目前一種可以使力量與咬合時(shí)間相結(jié)合的設(shè)備，且具有靈敏，重復(fù)性較好，能檢測(cè)早接觸等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。不同學(xué)者對(duì)T-Scan 系統(tǒng)褒貶不一，Jesse Mitchem[6]給出不同觀點(diǎn)，指出牙齒咬合時(shí)放入咬合檢測(cè)產(chǎn)品，牙齒和牙齒之間的直接咬合接觸變成牙齒，材料和牙齒之間的關(guān)系，指出T-scan 的傳感器薄膜經(jīng)咬合后會(huì)改變咬合接觸力，無(wú)法測(cè)量真實(shí)的咬合關(guān)系。

2.5 Dental Prescale 系統(tǒng)

日本富士株式會(huì)社于20 世紀(jì)90 年代初推出Dental Prescale 系統(tǒng)，該系統(tǒng)由壓力敏感咬合膜和計(jì)算機(jī)組成，咬合力使壓力敏感咬合膜局部變色，計(jì)算機(jī)針對(duì)顏色密度對(duì)咬合力進(jìn)行客觀測(cè)量[7]。有學(xué)者使用 Dental Prescale 系統(tǒng)對(duì)60歲以上成年人和年輕人進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估咬合力，研究表明有足夠牙齒的成年人(至少20 顆牙齒)咬合力不受年齡的影響[8]。Dental Prescale 系統(tǒng)臨床應(yīng)用范圍較廣，現(xiàn)主要研究量化口腔咬合接觸時(shí)咬合力的變化。

2.6 Tee Tester 咬合力分析儀

Tee Tester 咬合力分析儀由中國(guó)艾動(dòng)集團(tuán)研發(fā)，此分析儀分為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，咬合壓力傳感器，咬合分析軟件三部分組成。牙齒接觸傳感器后將壓力咬合信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用圖表的形式顯示牙齒的咬合力，咬合接觸面積和咬合接觸點(diǎn)分布情況[9]。此分析儀還具備錄制和播放咬合力測(cè)試過(guò)程，更好的避免咬合早接觸問(wèn)題建立穩(wěn)定的平衡咬合關(guān)系。王旭[10]等認(rèn)為對(duì)于冠修復(fù)后顳下頜關(guān)節(jié)疾病的患者，在Tee Tester咬合力測(cè)試儀的輔助下進(jìn)行調(diào)磨或拆除修復(fù)體是一種有效的治療方法。Tee Tester 咬合力分析儀是中國(guó)首個(gè)牙齒咬合分析測(cè)量系統(tǒng)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)牙齒咬合力測(cè)量定量的空缺。

2.7 計(jì)算機(jī)CAD/CAM 系統(tǒng)

CAD/CAM 系統(tǒng)中的口腔數(shù)字化印模技術(shù)目前有直接掃描法和間接掃描法兩種，計(jì)算機(jī)掃描后上下頜位置關(guān)系在垂直距離配準(zhǔn)的掃描文件轉(zhuǎn)化成Stereolithography(STL)格式數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)軟件中量化咬合接觸研究并為臨床提供一定的便利。J-Frederik Güth 等[11]使用五款口內(nèi)掃描儀來(lái)測(cè)試掃描鈦模型后的精確度，指出所有測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量和真實(shí)性值之間的相關(guān)性，而這些數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量與單個(gè)捕獲圖像的匹配算法，掃描系統(tǒng)的分辨率以及所得 STL 數(shù)據(jù)集中的三角形大小有一定關(guān)系。對(duì)于數(shù)字化技術(shù)印模的重復(fù)性和精確性，有學(xué)者指出口腔內(nèi)掃描時(shí)，掃描的牙弓范圍越大，數(shù)據(jù)顯示精確度越低，但口內(nèi)掃描的范圍小于半個(gè)牙弓時(shí)精確度足以符合臨床操作要求[12]。應(yīng)用掃描儀掃描全牙列時(shí)，掃描重復(fù)性越多，配準(zhǔn)過(guò)程越復(fù)雜，越容易產(chǎn)生誤差，所以口腔掃描時(shí)應(yīng)盡可能降低掃描次數(shù)，提高掃描正確度[13]。

3 數(shù)字化技術(shù)下咬合接觸的臨床應(yīng)用

數(shù)字化技術(shù)提高效率，降低成本，數(shù)值化更有力的評(píng)估咬合接觸變化，對(duì)臨床各種he 學(xué)疾病，不同交叉學(xué)科治療后修復(fù)體的咬合接觸變化有一定的指導(dǎo)意義。數(shù)字化技術(shù)對(duì)咬合接觸的定量研究，主要從咬合力，咬合接觸面積和咬合接觸點(diǎn)分布三方面來(lái)考慮。

3.1 咬合力

隨著高分子材料及數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，目前數(shù)字化技術(shù)如肌電分析法，T-scan 系統(tǒng)，Tee Tester 咬合力分析儀等來(lái)量化咬合力，而多數(shù)學(xué)者也聯(lián)合T-scan 系統(tǒng)和肌電分析法分析，量化咬合力并應(yīng)用于臨床。TanyaP.Bozhkova[14]用T-ScanIII 記錄咬合接觸開(kāi)始至中心咬合的時(shí)間及咬合力的大小，指出應(yīng)用T-Scan 定量是一種準(zhǔn)確的方法來(lái)測(cè)量咬合接觸時(shí)間和咬合力的大小，還可以多次校正牙弓咬合分區(qū)的不平衡力。IP.Majithia 等[15]應(yīng)用常規(guī)咬合紙和數(shù)字化T-Scan系統(tǒng)評(píng)估咬合創(chuàng)傷患者修復(fù)前后的咬合力、面積及分布，實(shí)驗(yàn)得出T-Scan 咬合分析系統(tǒng)最大優(yōu)勢(shì)為檢測(cè)力的大小及單顆牙齒最高強(qiáng)度接觸位置。有學(xué)者應(yīng)用T-Scan 系統(tǒng)與肌電儀聯(lián)合治療咬合異常的患者，指出減少咬合接觸時(shí)間可以為肌源性顳下頜關(guān)節(jié)疾病的患者提供快速的生理修復(fù)功能[16]。目前除T-ScanIII 和肌電分析法之外其他量化咬合力的數(shù)字化系統(tǒng)在臨床和實(shí)驗(yàn)中也具有一定的使用率。有學(xué)者應(yīng)用Tee Tester 咬合力分析儀對(duì)Kennedy Ⅱ類(lèi)牙列缺損種植術(shù)前術(shù)后進(jìn)行最大咬合力的測(cè)定，并指出Tee Tester 咬合力分析儀能夠準(zhǔn)確，客觀地表達(dá)咬合接觸狀態(tài)，為保證種植修復(fù)體的長(zhǎng)期穩(wěn)定提供依據(jù)[17]。M-Masakazu[18]應(yīng)用Prescale 系統(tǒng)測(cè)量全口義齒患者的咬合力，研究改善咬合力后測(cè)量腦電圖結(jié)果的影響。臨床上的疾病研究和學(xué)者的實(shí)驗(yàn)室研究要根據(jù)情況選擇不同的數(shù)字化技術(shù)量化分析咬合力的變化。

3.2 咬合接觸面積

數(shù)字化技術(shù)量化牙弓的咬合接觸面積來(lái)評(píng)估功能性咬合及咀嚼效率，目前多數(shù)學(xué)者用數(shù)字化技術(shù)來(lái)定量咬合接觸面積，此技術(shù)逐漸應(yīng)用于口腔臨床醫(yī)學(xué)。RA-Montero 等[19]用T-Scan 系統(tǒng)與3D 口內(nèi)掃描儀分析咬合接觸面積，最大咬合力且合攏嘴巴時(shí)T-Scan 系統(tǒng)測(cè)量咬合面積值較可靠。Hyemin Lee 等[20]用口腔掃描儀與Dental Prescale 系統(tǒng)在咬合狀態(tài)下通過(guò)頰側(cè)掃描方法記錄咬合接觸面積準(zhǔn)確性，旨在研究石膏模型實(shí)際咬合接觸面積與虛擬咬合接觸面積對(duì)比后評(píng)估虛擬咬合，在虛擬模型中磨牙區(qū)和前磨牙區(qū)顯示出相對(duì)準(zhǔn)確的咬合接觸區(qū)域。至今咬合紙仍應(yīng)用臨床，被稱(chēng)為調(diào)he的金標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)學(xué)者使用咬合紙的定性分析用作數(shù)字化技術(shù)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。然而有學(xué)者表示應(yīng)打破應(yīng)用咬合紙的神話(huà)，咬合紙標(biāo)記的尺寸并不是選擇咬合調(diào)整治療的牙齒接觸的準(zhǔn)確指標(biāo)，提倡用數(shù)字化技術(shù)來(lái)定量指導(dǎo)he 接觸關(guān)系會(huì)提供較為精準(zhǔn)的結(jié)果[21]。而現(xiàn)今趙一姣等[22]運(yùn)用一種不依賴(lài)于介質(zhì)的數(shù)字化技術(shù)確定咬合接觸關(guān)系并計(jì)算正常he 中牙齒的咬合接觸面積，繪制出全牙弓的三維咬合接觸面積分布圖。不依賴(lài)介質(zhì)的三維咬合技術(shù)方法目前較新穎，仍處于摸索和研究階段，需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)與運(yùn)用介質(zhì)的常規(guī)方法進(jìn)行大數(shù)據(jù)比較，未來(lái)不依賴(lài)介質(zhì)的三維咬合技術(shù)將會(huì)應(yīng)用于口腔臨床醫(yī)學(xué)。

3.3 咬合接觸點(diǎn)的分布

咀嚼運(yùn)動(dòng)咬合期的he 接觸是以牙尖交錯(cuò)位(ICP)為中心的動(dòng)態(tài)過(guò)程，牙齒未磨耗前多為尖窩三點(diǎn)穩(wěn)定接觸，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間致牙齒生理磨耗后咬合接觸狀態(tài)多由咬合面起引導(dǎo)作用，而數(shù)字化技術(shù)可以幫助醫(yī)生定量咬合接觸情況，評(píng)估臨床治療效果。J-Olubanwo[23]應(yīng)用T-Scan 系統(tǒng)分析正頜手術(shù)前后咬合接觸分布情況，指出術(shù)后力量分布差異減小，咬合接觸分布增多，咬合力得到更好的分散。此外，數(shù)字化定量?jī)x器也應(yīng)用于不同學(xué)科來(lái)分析咬合分布點(diǎn)接觸情況，為指導(dǎo)臨床提供一定的便利。此外，數(shù)字化定量?jī)x器也應(yīng)用于不同學(xué)科來(lái)分析咬合分布點(diǎn)接觸情況，為指導(dǎo)臨床提供一定的便利。Kon Kazuhiro 等用Dental Prescale 系統(tǒng)測(cè)量游離缺牙和中間缺牙患者種植牙后咬合力及咬合分布情況，得出兩者不同的咬合接觸分布結(jié)果[24]。有學(xué)者[25]使用Tee-tester 咬合分析系統(tǒng)觀察數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，正畸減數(shù)后全牙列咬合接觸分布，he力不對(duì)稱(chēng)指數(shù)，咬合力的中心位置等六項(xiàng)咬合指標(biāo)的差異性。陳思涵等[26]用3 種口內(nèi)掃描儀與口外倉(cāng)掃共同研究咬合接觸位置關(guān)系，指出口內(nèi)掃描儀配準(zhǔn)上下頜垂直距離的可靠性高于水平位置關(guān)系。數(shù)字化定量技術(shù)可以及早干預(yù)可能出現(xiàn)的早接觸，咬合接觸不對(duì)稱(chēng)等相關(guān)問(wèn)題，提供進(jìn)一步矯正和精確加工。

綜上所述對(duì)于咬合接觸的認(rèn)識(shí)由多因素控制，本文主要從咬合力、咬合接觸面積及咬合接觸點(diǎn)分布三個(gè)方面介紹了數(shù)字化技術(shù)層面對(duì)咬合接觸的研究，以及應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)咬合接觸的認(rèn)識(shí)，臨床咬合疾病的診治及流行病學(xué)的調(diào)查所帶來(lái)的便利。數(shù)字化技術(shù)定量咬合接觸等方面的分析中仍有很多值得思考的問(wèn)題，例如沒(méi)有可靠數(shù)據(jù)證實(shí)口內(nèi)咬合記錄的掃描就能用掃描石膏模型來(lái)代替；牙-牙之間的咬合關(guān)系能否用牙齒-材料-牙齒的咬合關(guān)系代替等問(wèn)題。咬合接觸的研究在口腔各學(xué)科中都有所涉及，上下頜咬合接觸關(guān)系正常是功能性咬合的關(guān)鍵，只有穩(wěn)定的咬合關(guān)系，才能為患者的下一步操作提供基礎(chǔ)，數(shù)字化定量分析咬合接觸的研究無(wú)論是正常咬合還是臨床疾病指導(dǎo)都需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)論證，未來(lái)需要更多的學(xué)者及計(jì)算機(jī)科技人員對(duì)這一系列的問(wèn)題進(jìn)行研究和發(fā)明。