数字化颌位关系转移方法的研究进展*

王宇轩 许桐楷 姜 婷

颌位指下颌骨相对于上颌骨或颅骨的位置关系，根据下颌位置的变化可产生不同的颌位，常见的如最大牙尖交错位、后退接触位、下颌姿势位和肌接触位等［1］。人体结构和下颌运动的复杂性决定了颌位实际上是变化多样的三维关系。为描述方便，通常分为垂直向和水平向两个方向的关系，颌位在垂直向常以垂直距离表示，通常取鼻底至颏底的标志点进行测量，也反映了面下1/3的高度；在水平向常以最大牙尖交错位、正中关系位、前伸对刃位、侧方位等表示。在临床治疗中，颌位关系一般指天然牙或未来的修复体位于最大牙尖交错位时下颌相对于上颌的位置关系，颌位关系转移是修复治疗的重要步骤，是将人体实际存在的颌位关系精确转移到固定石膏模型的机械架上或者数字化虚拟架上。其中，面弓转移上架的操作转移的是上颌和颞下颌关节的关系，咬合关系记录转移的是上下颌之间的咬合接触关系。

1.上下颌间位置关系的数字化转移方法

通常，在患者处于最大牙尖交错位时，即使有牙齿缺失，上下颌牙弓只要分别在左、右前磨牙区和左、右磨牙区有三处及以上的咬合接触，则石膏模型上的咬合接触也是稳定的，咬合关系的恢复只需将石膏模型直接对合即可。而当口内咬合接触减小到只有两个区域或两个以下区域时，石膏模型处于不稳定的状态，需要通过咬合记录材料的媒介获得稳定位置关系。数字化模型的匹配也是如此，获取上下颌间位置关系的数字化手段主要采用三维扫描技术。咬合稳定时，使用三维扫描得到的数字化模型可以在软件中通过算法配准而直接匹配咬合关系。但是当患者处于咬合不稳定状态或者病理性咬合状态，在临床治疗中首先需要重新确定适宜的颌位，然后再进行颌位关系转移。例如进行升高咬合的咬合重建时，需要借助垫或暂时修复体获得新的较为稳定的颌间关系。在转移无牙颌患者的颌位关系时，需要以托、过渡义齿等方式作为媒介转移上下颌位关系［4］。目前国内外尚无足够的研究说明这些情况下进行数字化颌位关系转移的成熟方法。

数字化上下颌位关系转移的方法可以根据三维扫描方法的不同，分为模型扫描和口内扫描两种方式。

1.1 模型扫描 模型扫描是在口外采集数字化牙列模型的方法，对传统石膏模型进行三维激光扫描后进行数字化处理，形成STL格式的数字化牙颌模型。研究显示单颌模型的扫描平均误差为0.14mm，经过验证可以满足临床需要［5］。

早期的转移方法需要先分别扫描上、下颌石膏模型，再三维扫描临床制取的咬合记录，匹配上、下颌牙列数字化模型与咬合记录的对应区域，确定上下颌之间的相对位置关系。有研究显示，如此获得的数字化模型上的咬合接触点与使用10μm金属咬合纸口内确定的咬合接触点对比，两者的一致性为0.85±0.15［6］。此方法需要对咬合记录材料整体进行扫描，咬合接触面必须完整清晰才能精确配准上下颌牙列。由于扫描过程繁琐，且咬合记录材料容易形变，故未能得到广泛应用，近年来使用此方法的研究也在逐渐减少。

目前较为常用的方法不需要借助咬合记录，只需先分别扫描上、下颌石膏模型，再扫描咬合状态下牙列模型的唇颊面，将上、下颌数字化模型的唇颊面与咬合状态下的唇颊面对应区域进行配准，即可确定上下颌间关系。Wriedt等［7］使用这种方法配准上下颌全牙列模型，精度可达37±28μm。这一方法步骤简单，易于操作，精确度能够满足临床需要，是目前应用最广泛的数字化颌位关系转移方法，但其精度仍受扫描仪品牌等因素的影响。李虹等［8］对比了三种商品化牙颌模型扫描仪的三维重建精度，三种扫描仪的平均精度为0.11±0.38mm，但它们之间的测量误差有统计学差异，说明不同模型扫描仪的精度之间存在一定差异。另外，扫描咬合时固定模型的方法［9］、上下颌配准使用的软件［10］等均会在一定程度上对精度产生影响。

1.2 口内扫描 口内扫描与模型扫描不同，不需要依靠传统印模技术制备石膏模型。将扫描设备置于患者口内，对其口腔软硬组织直接进行扫描，即可获取数字化牙列模型。与模型扫描方法相似，先使用扫描仪分别在口内扫描上下颌牙列，然后让患者咬合至最大牙尖交错位，对咬合状态下的颊侧牙列进行扫描，通过颊侧咬合数据对上下颌数字化模型进行配准，确定上下颌间关系。Solaberrieta等［11,12］发现使用双侧后牙颊侧扫描数据配准得到的上下颌间关系精确度高，并且两侧后牙颊侧扫描区段的相对距离越远，其结果越精确。现在的口内扫描仪也均采用双侧后牙区颊侧扫描的方法确定颌间关系。

最近也有研究通过拍摄全牙列大视野CBCT，把三维重建的CBCT牙列模型与口内扫描得到的上下颌数字化模型进行配准［13］。此方法在后文还将进一步介绍，其优点是精确度高，并且可以同时转移牙列和双侧颞下颌关节的位置关系。

2.数字化颅颌位置关系转移的方法

在获取了上下颌牙列之间的相对位置关系后，还需要对上颌牙列相对于双侧颞下颌关节的位置关系进行转移。对于有牙颌患者（包括有或无稳定咬合的情况），数字化颌间关系转移已经可以确定下颌与上颌的位置关系，只要再确定上颌与颞下颌关节的位置关系，便可以实现完整的颌位关系转移。但对于无牙颌患者，下颌与上颌之间的关系难以直接确定，因此通常要一并转移咬合垂直距离、正中关系位平面等信息，使用的方法也与有牙颌患者不同。现有的方法同样可分为模型扫描和口内扫描两种。

对于无牙颌患者，目前国际上也出现了已商品化的全口义齿CAD/CAM系统，其使用方法与操作流程有所不同，但本质也是对临床制取的石膏模型以及颌位记录进行三维扫描，完成数字化转移。AvaDent系统［16］使用Anatomic Measuring Device(AMD）装置记录颌位关系，该装置上有一体化的哥特式弓描记装置，可以记录垂直距离、正中关系位平面等信息，将该装置与上下颌终印模进行3D扫描，即可完成颌位关系转移。Dentca系统［17］与AvaDent相似，使用Dental专用托盘在患者口内制取功能性印模后，在Dental托盘上安装哥特式弓描记装置记录患者的正中关系位，随后整体进行扫描完成转移。3Shape系统借助于“三合一”的印模咬合板同时制取无牙颌患者的终印模和颌位关系，同样通过三维扫描完成颌位关系转移。

2.2 口内扫描 不借助传统的颌位关系转移方法，完全数字化转移上颌与颞下颌关节的关系的方法目前尚不成熟。现有的研究普遍应用了面部扫描、CBCT等其他技术手段对平面、铰链轴等信息进行确定，同时结合口内扫描颊侧咬合数据确定上下颌间关系，即可实现不依赖传统的印模制取、面弓转移上架技术而进行颌位关系转移。由于这类方法实现了完全数字化的操作流程，因此在部分文献中也被称为“直接数字化转移法”［14］。目前文献报道的方法有以下几种。

Solaberrieta等［18］通过记录一个刚性支架上6个参考点（2个髁点，1个眶下点，和3个位于前后牙咬合面上的点）的位置关系，将3个咬合点确定的平面以及上颌数字化模型一起转移到虚拟架上，即可确定上颌牙列与颞下颌关节的关系。结合口内对咬合状态下牙冠颊侧的扫描获取上下颌间关系，即可完成数字化颌位关系转移。和使用传统面弓转移上架的模型相比这一方法的误差为0.75±0.46mm［19］。该学者后来使用三维面部重建技术改进了这一方法［20］，直接在三维面部模型上确定特征点，避免了支架的使用，使整个过程更加简化。但Ury等人［14］的研究显示，使用转移台进行模型扫描的颌位关系转移方法，其精度要好于Solaberrieta等人的口内扫描方法［18］。Lam等人［21,22］应用面部扫描技术获得面部软组织的数字化模型，使用自制的托盘拟合数字化牙列模型与面部软组织模型，即可确定上颌牙列与颞下颌关节的关系。再在口内扫描咬合状态的颊侧位置确定上下颌间关系，并结合自然头位理论确定面部软组织模型的空间位置，即可完成数字化颌位关系转移。

除此之外，还有一些研究使用了其他技术手段确定颌位关系。Petre等［23］利用Exocad系统中背景图像的功能，导入患者正侧面数码照片，将口内扫描得到的上下颌数字化模型分别从正、侧面与照片重合以确定颌位关系。由于这一方法所受影响因素较多，其精度还需进一步验证。Lepidi等将三维重建的CBCT影像转换为STL格式，把口内扫描的牙列模型与CBCT的重建模型配准，同时确定上下颌的相对位置关系以及上颌与颞下颌关节之间的位置关系。该方法可以适应不同的数字化架系统，研究显示其精确度好于传统的经验式面弓。但此方法需要较大的CBCT照射视野，根据ALARA（as low as reasonably achievable，辐射照射剂量尽可能少）原则，此种照射剂量不适用于常规的修复治疗，因此限制了其临床应用的范围［13］。

3.评价和展望

虽然目前已有不少数字化颌位关系转移方法的研究，但现有方法均存在不同程度的不足。模型扫描方法比较成熟，对单颌模型的扫描精度较高［25］，使用架配套转移台进行整体模型扫描的方法已经市场化，精度基本可以满足临床需要，但它并没有脱离传统的印模制取、模型翻制、面弓转移上架的方法，流程较为繁琐，并且无法规避传统操作流程中材料形变等不可控的误差。

口内扫描技术使用更加简便，避免了传统制取模型操作带来的误差，而且可以完成全数字化操作流程，但此方法并未得到广泛的应用。首先，口内扫描的使用成本较高，且尚未有成熟的基于口内扫描的数字化颌位关系转移流程得到广泛认可。其次，目前口内扫描仪的平均精度可达20μm［26,27］，但有许多因素会对最终精度产生影响。苏庭舒等人［28］的研究显示，口内扫描的精度随着牙弓扫描范围增大而降低，在扫描范围小于半个牙弓时的精度符合临床要求。一般认为，对于较小范围的口内扫描的精度可以保证，但对于较大范围的扫描其精度会随之下降［29］。但最近也有研究显示，在理想情况下口内扫描全牙列的精度与模型扫描没有显著区别，部分指标甚至优于模型扫描［30］。此外例如扫描仪的型号、操作者的熟练程度等［31］都会影响其精度，Wong等［32］比较了3个品牌口内扫描仪的三维准确性，发现三者在牙弓间各位点距离以及整体偏差上都有着显著区别。从咬合接触的方面来评价，程明轩等［33］对口内扫描和模型扫描精度的对比研究显示，口内扫描反映的咬合接触程度较模型扫描更为紧密；陈思涵等［34］对3个品牌的口内扫描仪颊侧扫描获取上下颌间关系的精度进行分析，全牙列咬合接触面积均与模型扫描组无显著区别。因此，使用口内扫描进行数字化颌位关系转移的精度是否能满足临床需求还需要更多的临床研究证实，如何排除其他因素影响，提高其精确性和可靠性是下一步研究的方向。

此外，关于数字化颌位关系转移的研究大多数针对的是患者有稳定咬合的情况。对于自身无稳定咬合或需重建咬合的患者，如何数字化转移上下颌间关系尚无研究提及。若使用面弓转移上架确定颌间关系和颅颌关系，再进行模型扫描，则难以避免操作过程中的各种误差。对于这种情况，国内外尚无相关文献和病例报道，其精度是否能满足临床要求也尚不明确。对于需要咬合重建的患者，精确的数字化咬合设计和预调能够大幅提高修复效率和精确度，获得更好的修复效果，而准确地对颌位关系进行数字化转移则是实现这一目标的前提。因此数字化颌位关系转移的研究不仅需要提高精度和简化流程，探索能够应用于咬合不稳定患者的数字化颌位关系转移方法更是进一步研究的重要方向。