口腔美學(xué)修復(fù)中應(yīng)用數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)的研究進(jìn)展

梁珉 蔡丹 周自恒 李雪 王靜婷 劉莉

口腔美學(xué)是一門研究在維護(hù)、塑造口腔頜面部健美的創(chuàng)造性活動中體現(xiàn)出來的一系列醫(yī)學(xué)美學(xué)現(xiàn)象和醫(yī)學(xué)審美規(guī)律的科學(xué)，其既具有臨床研究價值，同時又具備美學(xué)的理論價值[1-3]。口腔美學(xué)修復(fù)是口腔修復(fù)學(xué)與醫(yī)學(xué)美學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興的交叉學(xué)科，也是口腔美學(xué)發(fā)展到一定階段上的必然產(chǎn)物[4-5]。影響口腔美學(xué)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(tài)不良、牙齦美學(xué)不良等。過往人們更注重于對于功能的修補(bǔ)，多針對可能會對日常生活造成不良影響的功能缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，而較為忽略外表美觀。但近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，生活水平的提高，除功能修補(bǔ)外，人們也同樣注重對于外表美觀的改善，口腔修復(fù)的觀念也逐漸從功能修補(bǔ)轉(zhuǎn)向?qū)嵱门c美觀兼具。數(shù)字化微笑設(shè)計英文全稱為digital smile desig，是一種借助計算機(jī)技術(shù)，綜合運(yùn)用美學(xué)原則從而進(jìn)行可視化口腔美學(xué)分析設(shè)計的新方法。其通過對患者面部和口腔的軟硬組織進(jìn)行貫徹美學(xué)原則的數(shù)字量化的分析與設(shè)計，利用專業(yè)制圖軟件、借助所采集的數(shù)碼照片或掃描數(shù)據(jù)對患者口面部進(jìn)行深入分析，從而獲取對于修復(fù)預(yù)后更為直觀的判斷；不僅使醫(yī)患溝通更為方便直視，且患者也可根據(jù)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(jìn)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(shù)[6-8]。本文現(xiàn)對口腔美學(xué)修復(fù)中應(yīng)用數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)的概念與發(fā)展趨勢

數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)是一種采集患者牙齒色澤、輪廓以及排列等信息，根據(jù)國際微笑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行美學(xué)參數(shù)設(shè)計，從而達(dá)到對患者體外形以及微笑面容的完美修復(fù)的修復(fù)程序，是一種數(shù)字化的美學(xué)預(yù)告手段[9]。2002年ACKERMAN[10]的一篇《Smile analysis and design in the digital era》的文章讓數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)首次登上了世界舞臺，文中對數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)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(xué)參考線，數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)主要是通過錄制患者視頻并以計算機(jī)軟件通過電腦進(jìn)行微笑動態(tài)分析；其能夠在治療開始前借助相關(guān)數(shù)字設(shè)備對最終修復(fù)治療的美學(xué)效果進(jìn)行預(yù)知和調(diào)整，從而使醫(yī)生、技師以及患者在可視化的條件下進(jìn)行溝通治療，從而達(dá)到最滿意的治療效果。而第1個數(shù)字化微笑設(shè)計協(xié)議制定通過面部以及口腔內(nèi)外的照片引導(dǎo)，以計算機(jī)軟件將數(shù)碼攝影拍攝所得靜態(tài)照片與三維立體數(shù)字模型進(jìn)行合并，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式；使得三維美學(xué)參數(shù)得以驗(yàn)證并確定，并能夠通過軟件內(nèi)置數(shù)據(jù)庫中所存儲的天然牙齒形態(tài)與其他微笑數(shù)字掃描文件對軟件所塑的“數(shù)字蠟型”進(jìn)行相應(yīng)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(yī)師的自身審美觀念對后期蠟型造成主觀影響，從而使美學(xué)模擬能夠更為客觀化[11-12]。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)而不斷發(fā)展，口內(nèi)外光學(xué)掃描儀以及錐形束計算機(jī)體層掃描等儀器的面世使得3D評估口腔頜面部組織結(jié)構(gòu)成為了可能，且能夠更進(jìn)一步地向4D評估發(fā)展；而軟件與程序的聯(lián)合使用還能夠更為直觀與可視的展示數(shù)字化微笑設(shè)計的美學(xué)效果，使得多學(xué)科聯(lián)合治療成為可能[13-14]。

2 數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)的方法

2.1 采集數(shù)據(jù)

數(shù)字化微笑設(shè)計在進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)采集所用的方法包括數(shù)字化印模、數(shù)字化面部三維掃描、數(shù)字化口腔影像學(xué)以及數(shù)碼靜態(tài)、運(yùn)動數(shù)據(jù)等。但受限于數(shù)據(jù)采集時患者自身感官影響以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備較為昂貴等因素的影響，目前臨床多以數(shù)碼攝影為主要的數(shù)據(jù)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(shè)計效果，在進(jìn)行拍攝時需進(jìn)行必要的攝影手段，如補(bǔ)光燈。除此之外，照相角度也與后期的微笑設(shè)計息息相關(guān)，因此在進(jìn)行拍攝時相機(jī)需位于固定位置，并穩(wěn)定患者頭部，從而使相機(jī)能夠垂直于患者面部進(jìn)行拍攝[15-16]。拍攝過程中為采集更多的相關(guān)信息，可讓患者于相機(jī)前說話然后放松微笑，但僅以照片作為面部分析的基礎(chǔ)仍舊存在有一定誤差。有研究人員以視頻對微笑進(jìn)行記錄并統(tǒng)計了微笑持續(xù)時間，發(fā)現(xiàn)自發(fā)微笑平均能夠持續(xù)500 μs左右，這也導(dǎo)致了以照片對微笑數(shù)據(jù)的記錄難度較高且缺乏連續(xù)性[17]。因此，為對比記錄方法對于微笑分析的影響，臨床進(jìn)一步對視頻拍攝以及靜態(tài)攝影所記錄的微笑數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩種方法各具有其獨(dú)特優(yōu)勢；如靜態(tài)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(fù)后微笑的分析工具，但各具優(yōu)劣[18]。3D分析是一種基于科技發(fā)展而出現(xiàn)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(shù)據(jù)。其先以數(shù)字化微笑設(shè)計軟件導(dǎo)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(chǔ)，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(jìn)行評估，從而記錄并收集患者微笑與靜息時更多的面部數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步收集患者的口腔信息，并在患者的面部微笑區(qū)域進(jìn)行十字定位，以方便醫(yī)師更好地對患者面部牙齒關(guān)系進(jìn)行判斷分析；并通過多種數(shù)據(jù)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(chǔ)上對所形成的患者三維立體面部進(jìn)行美學(xué)分析[19]。

2.2 設(shè)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(xué)上更為協(xié)調(diào)。以往口腔醫(yī)生多參考來源于經(jīng)典數(shù)學(xué)理論的1.618 03:1的黃金比例設(shè)計牙齒比例，但劉云松等[20]經(jīng)調(diào)查顯示，多數(shù)非專業(yè)與專業(yè)人士均認(rèn)為，只有當(dāng)側(cè)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(diǎn)，臨床通過人類面部進(jìn)行了三維重塑，其呈現(xiàn)結(jié)果表明絕大多數(shù)人的面部五官并非完全對稱，導(dǎo)致所謂的按照黃金比例設(shè)計牙齒比例無法達(dá)到最佳的美學(xué)效果。面部流線理念應(yīng)運(yùn)而生，其認(rèn)為當(dāng)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(dāng)所有的面部結(jié)構(gòu)都相對于這條線能夠達(dá)到和諧的平衡時，才能夠更為美觀，而除了患者的面部結(jié)構(gòu)，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(shè)計造成一定影響[21]。

受限于上述原因，雖然數(shù)字化微笑設(shè)計能夠在電腦上模擬最終的修復(fù)效果，但多數(shù)患者無法理解數(shù)字化微笑設(shè)計所制成的數(shù)字模型上的改變。而通過診斷蠟型以及診斷飾面將數(shù)字化微笑設(shè)計所制成的數(shù)字模型具體化以后，更方便患者直觀感受到真實(shí)的后續(xù)修復(fù)效果；同時也能夠?qū)π迯?fù)體的大小以及體積有更為直觀的感知，而臨床醫(yī)師也能夠借助診斷蠟型或診斷飾面對患者口內(nèi)功能以及美學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的評估，且更方便后續(xù)進(jìn)行調(diào)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(jīng)驗(yàn)不足，其所制作的蠟型很有可能對后續(xù)治療造成不良影響。但近年來隨著科技的進(jìn)步，3D打印技術(shù)的成形使得模型構(gòu)造領(lǐng)域受到了新的沖擊，相較于傳統(tǒng)制作工藝，3D打印技術(shù)更快；且成本更低，不僅精確度更高，且能夠根據(jù)患者意愿調(diào)對最終形態(tài)進(jìn)行調(diào)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(xiàn)實(shí)問題，目前3D打印技術(shù)仍無法完全取代制造加工技術(shù)，仍舊需要進(jìn)一步探索其在數(shù)字化微笑設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)勢與不足。

3 數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)

目前，臨床上口腔美學(xué)修復(fù)中經(jīng)常應(yīng)用的數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)主要為2D與3D技術(shù)，其在臨床應(yīng)用中各有優(yōu)劣。2D數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)更多的是通過攝影收集數(shù)據(jù)，并以圖片處理軟件對攝影所得圖片進(jìn)行處理設(shè)計，由于靜態(tài)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(jìn)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(jìn)行后續(xù)設(shè)計[22-23]。雖然2D數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)具有能夠快速模擬治療效果，具有較佳的審美分析水準(zhǔn)，且患者能夠共同參與決策，提高對于后續(xù)修復(fù)結(jié)果的滿意度，且能夠詳細(xì)規(guī)劃治療計劃，并能夠進(jìn)一步強(qiáng)化不同學(xué)科團(tuán)隊(duì)之間的溝通交流，使得多學(xué)科聯(lián)合治療疑難病例成為可能，同時減少侵入性損傷等優(yōu)點(diǎn)，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(zhuǎn)換為實(shí)體模型，模型技師的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)會對最終成果造成較大影響，如遇到技術(shù)經(jīng)驗(yàn)欠佳的技師則會導(dǎo)致實(shí)體模型的形態(tài)、色澤無法使患者滿意，進(jìn)而影響到后續(xù)治療方案的溝通[24]。

而目前已臨床應(yīng)用的3D數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)已對部分2D數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)所存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)并加以解決。如2D數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)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(jìn)，其能夠自動標(biāo)記所拍攝照片上的16個特征點(diǎn)并生成帶有特征點(diǎn)的圖像，從而方便使用者以患者雙眼內(nèi)外眥距離進(jìn)行尺寸的校準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)2D圖像到3D的轉(zhuǎn)換，僅需一張正面全臉微笑照即可實(shí)現(xiàn)，同時，該軟件所自帶的BioCopy CAD模式能夠直接進(jìn)行口內(nèi)掃描，掃描后所生成的模型能夠直接用作最終修復(fù)體的1：1參考，從而有效減少技師經(jīng)驗(yàn)技術(shù)對最終實(shí)體模型所造成的影響[25]。而2013年所上市的smile composer在標(biāo)記4個相應(yīng)點(diǎn)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(fù)體顏色以及牙齒還原度更高，后續(xù)的成品效果更為接近患者本體，效果更為逼真，且該軟件內(nèi)部還置有多個牙齒模板，更便于醫(yī)師進(jìn)行修復(fù)參考，且其后續(xù)還能夠通過該軟件公司的專業(yè)數(shù)字蠟型制作技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的一對一轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步提高實(shí)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(jù)標(biāo)記自動生成牙齒輪廓；但該軟件內(nèi)置牙齒模板較少，最多可設(shè)計14顆牙齒；且該軟件的設(shè)計庫內(nèi)還納入了牙齒顏色系統(tǒng)，能夠?qū)μ摂M診斷蠟型進(jìn)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(shí)際臨床的應(yīng)用中，除了考慮所用軟件內(nèi)所包含的美學(xué)分析參數(shù)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(shè)計時需要進(jìn)行考慮的內(nèi)容，從而能夠更好地滿足患者對于美學(xué)的追求。

4 小結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們觀念的改變，數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)已應(yīng)用于口腔美學(xué)修復(fù)的各個階段乃至逐漸貫穿了整個治療過程。該技術(shù)的使用有效改變了傳統(tǒng)口腔修復(fù)診療模式對于醫(yī)者以及技師的審美以及經(jīng)驗(yàn)的依賴，但在實(shí)際臨床應(yīng)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(shè)備之間的數(shù)據(jù)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(shè)計的修復(fù)體無法用于不同軟件的程序進(jìn)行制作。這不僅導(dǎo)致了患者信息的安全性以及穩(wěn)定性存在有一定問題，同時還使得相關(guān)設(shè)備的購置以及維護(hù)成本較大；無法面面俱到，僅能專精某一方面進(jìn)行微笑設(shè)計，這些都是未來需要解決的主要發(fā)展方向。雖然口腔美學(xué)修復(fù)中應(yīng)用數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)尚未發(fā)育成熟，仍舊處于不斷完善階段，但飛速發(fā)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(xué)修復(fù)的發(fā)展進(jìn)步，當(dāng)軟件能夠互相兼容，使得數(shù)據(jù)能夠在不同系統(tǒng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換整合，就能使修復(fù)流程變得更為系統(tǒng)化。實(shí)現(xiàn)口腔美學(xué)修復(fù)的全程數(shù)字化修補(bǔ)，不僅能夠縮短修復(fù)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(fā)揮數(shù)字化微笑設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢。