牙頜面畸形系指因頜骨發(fā)育異常引起的頜骨的體積,、形態(tài)以及上下頜骨之間及其與顱面其他骨骼之間的關(guān)系異常，和隨之伴發(fā)的牙牙合關(guān)系及口頜系統(tǒng)功能異常與顏面形態(tài)異常,。廣義的牙頜面畸形還包括外傷,、腫瘤等所致的繼發(fā)性畸形。牙頜面畸形往往表現(xiàn)為三維空間結(jié)構(gòu)和位置的異常,。為了解決患者牙頜面的三維空間關(guān)系,，經(jīng)典的正頜外科設(shè)計(jì)方法分三步：首先進(jìn)行頭影測(cè)量分析和手術(shù)模擬設(shè)計(jì)；然后取模,、轉(zhuǎn)移牙合關(guān)系,，上牙合架,、在石膏模型上制作模型外科；最后根據(jù)模型外科制作術(shù)中殆板,。其設(shè)計(jì)和制作基于術(shù)前二維影像和石膏模型的拼對(duì),，手工制作牙合板效率較低，過(guò)程較繁瑣,，耗費(fèi)醫(yī)務(wù)人員大量時(shí)間和精力,，并且難以精確地測(cè)量骨塊空間移動(dòng)量以及直觀反映術(shù)后情況，可能造成術(shù)前診斷和手術(shù)設(shè)計(jì)上的失誤,。

　　數(shù)字化外科是結(jié)合醫(yī)學(xué),、數(shù)學(xué)、信息學(xué),、電子學(xué)及機(jī)械工程等技術(shù)的新興交叉學(xué)科,。近年來(lái)，數(shù)字化技術(shù)與顱頜面外科學(xué)緊密結(jié)合,，極大促進(jìn)了正頜外科臨床診療技術(shù)發(fā)展,。數(shù)字化正頜外科技術(shù)包括頭顱術(shù)前手術(shù)規(guī)劃與模擬、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),、三維打印及虛擬正頜手術(shù)培訓(xùn)等方面,。本文就數(shù)字化正頜外科的發(fā)展、數(shù)字化牙合板臨床實(shí)際操作流程,、適應(yīng)證選擇進(jìn)行分析總結(jié),，為數(shù)字化正頜外科的臨床實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

　　數(shù)字化正頜外科的雛形是利用醫(yī)學(xué)影像及模型外科技術(shù)來(lái)診治牙頜面畸形,。1931年布勞德本特（Broadbent）發(fā)現(xiàn)基于定位片的頭影測(cè)量能反映牙頜面之間的關(guān)系,。從此，頭影測(cè)量成為正頜外科手術(shù)計(jì)劃設(shè)計(jì)的“金標(biāo)準(zhǔn)”,。但這些基于二維的測(cè)量難以有效分析牙頜面畸形的三維空間異常,，特別是對(duì)于復(fù)雜的牙頜面畸形，如顏面不對(duì)稱畸形,。1987年,，何米（Hemmy）首次報(bào)道將三維重建技術(shù)應(yīng)用于顱頜面外科，開(kāi)啟了數(shù)字化技術(shù)在顱頜面應(yīng)用的先河,。隨后激光掃描,、三維攝影哺、三維重建技術(shù)蓬勃發(fā)展,，使得數(shù)字化正頜外科日趨成熟,。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造技術(shù)（CAD／CAM）也被應(yīng)用于顱頜面外科,。本世紀(jì)發(fā)展的三維打印技術(shù)使得數(shù)字化正頜外科在臨床應(yīng)用日益廣泛,。

　　國(guó)內(nèi)在數(shù)字化醫(yī)學(xué)的開(kāi)發(fā)及顱頜面外科的應(yīng)用也有很好的積累。上海第九人民醫(yī)院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助顱頜面外科手術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)劃系統(tǒng)已進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段,，結(jié)合三維打印系統(tǒng),，成功完成了截骨導(dǎo)板及　　板的設(shè)計(jì)與打印，在正頜外科臨床中推廣應(yīng)用,，取得了令人滿意的結(jié)果,。另外，在虛擬現(xiàn)實(shí)的正頜外科手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)上取得了初步成果,，研發(fā)出了具有力反饋功能的虛擬正頜手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng),。

　　三維數(shù)據(jù)的原理　錐形束CT（CBCT）掃描獲得的DICOM（digitalimaging and communication in medicine）數(shù)據(jù)可以被大多數(shù)重建軟件識(shí)別直接使用，但是通常需要從CT機(jī)上拷貝或光盤刻錄到裝有設(shè)計(jì)軟件的電腦中,。三維重建技術(shù)是在二維CT圖像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)據(jù)輸出為三維立體圖像，從而準(zhǔn)確地顯示解剖結(jié)構(gòu)與病變的空間位置,、大小,、幾何形狀以及與周圍組織結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，為顱頜面外科的畸形修復(fù)和顏面整形提供更為精確且量化的模擬,。

　　三維重建的步驟　三維重建的第一步是閾值分割,，閾值分割是指把一定CT值范圍內(nèi)的CT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成三維模型，選定的CT閾值將影響圖像質(zhì)量,。閾值太低容易引入軟組織偽影和噪音,，閾值太高又容易丟失真實(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)致誤差。一般建議重建下頜骨閾值（下限）設(shè)定為500 Hu,，上頜骨閾值設(shè)定為250 Hu,。個(gè)別情況需要特殊注意，如果需要制作骨面支持導(dǎo)板,，則皮質(zhì)骨邊緣一定要準(zhǔn)確重建,，可以通過(guò)圖像放大功能來(lái)仔細(xì)鑒別。錐形束CT掃描可以重建出牙頜面骨組織形態(tài)及無(wú)顏色和紋理的面部形態(tài),，但由于牙齒周邊銀汞充填物及矯正器金屬偽影的存在,，CT獲得的牙列表面形態(tài)不夠精確。激光掃描儀對(duì)石膏模型掃描能獲得精確表面數(shù)據(jù),，適合對(duì)牙列表面細(xì)微結(jié)構(gòu)及面部軟組織的分析和重建,。另外，要獲得面部顏色和紋理數(shù)據(jù),，需要三維攝影技術(shù),。光學(xué)掃描的精確度遠(yuǎn)高于CT圖像，克服了CBCT對(duì)牙　　面顯示不清的缺點(diǎn),，避免了放射性,，但是這也需要專門的光學(xué)掃描儀器和配套的軟件將CT數(shù)據(jù)和光學(xué)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,。

　　數(shù)據(jù)融合 數(shù)字化正頜外科的重要步驟之一是不同模態(tài)數(shù)據(jù)的融合，形成一個(gè)虛擬頭模以便分析患者診治前后牙頜面三方面的改變,。分析軟件的發(fā)展可以把不同模態(tài)的數(shù)據(jù)融合在一起,，形成增強(qiáng)虛擬頭模。有3類配準(zhǔn)方式可以實(shí)現(xiàn)CT影像資料,、激光掃描數(shù)據(jù)及三維攝影數(shù)據(jù)的融合,。分別為基于點(diǎn)的配準(zhǔn)（PBM）、基于面的配準(zhǔn)（SBM）和基于像素的配準(zhǔn)（VBM）,?；邳c(diǎn)特征對(duì)應(yīng)性的配準(zhǔn)方法是選擇特征點(diǎn)作為配準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)，然后在不同模態(tài)內(nèi)模型中找到對(duì)應(yīng)配準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn),，進(jìn)行幾何運(yùn)算,，確定轉(zhuǎn)換矩陣，從而建立配準(zhǔn)關(guān)系,。這種配準(zhǔn)方法無(wú)創(chuàng),、簡(jiǎn)便易行，但可能產(chǎn)生人為的定點(diǎn)誤差,?；诒砻媾錅?zhǔn)法，是用一系列的表面散亂點(diǎn)代替有限的配準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行配準(zhǔn),。它是將獲得的不同模態(tài)三維表面數(shù)據(jù)匹配起來(lái),，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。由于不需要攝取標(biāo)記點(diǎn),，所以可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配準(zhǔn),，加快配準(zhǔn)速度。并且由于配準(zhǔn)點(diǎn)增多,，提高了配準(zhǔn)中的冗余性,，所以配準(zhǔn)精度比較高。匹配后合成的三維虛擬增強(qiáng)模型包括CBCT來(lái)源的骨組織模型,、牙模掃描后的數(shù)字化表面模型及表面紋理(顏色)的增強(qiáng)虛擬模型,，以STL文件保存以備進(jìn)一步處理。

相關(guān)技術(shù)

　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是數(shù)字化外科的核心,，虛擬增強(qiáng)模型在三維編輯軟件環(huán)境下,，進(jìn)行各種處理，完成數(shù)字化三維設(shè)計(jì),。其組成技術(shù)包括：鏡像技術(shù),、有限元分析、自由曲面構(gòu)建技術(shù)、數(shù)據(jù)分割技術(shù),、數(shù)據(jù)構(gòu)建技術(shù),、圖像配準(zhǔn)技術(shù)、差值分析技術(shù)等,。目前用于手術(shù)規(guī)劃,、設(shè)計(jì)的商業(yè)化軟件包括SurgiCase、Magic RP軟件等,，通過(guò)導(dǎo)入重建三維圖像，在三維圖像上進(jìn)行區(qū)域分割,、骨塊移動(dòng),、測(cè)量等功能選項(xiàng)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定手術(shù)方案的生成,、手術(shù)過(guò)程的模擬以及術(shù)后效果的顯示,，對(duì)手術(shù)具有極大的指導(dǎo)意義。

臨床應(yīng)用

　　應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件可完成顱面骨虛擬切割和移動(dòng),，使復(fù)雜手術(shù)的模擬成為可能并預(yù)測(cè)術(shù)后效果,，能有效縮短手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)的精度和效率,，減少術(shù)后并發(fā)癥,，并便于醫(yī)患之間以及醫(yī)生之間的有效溝通和交流。常用的手術(shù)規(guī)劃操作包括上頜骨Le Fort截骨,、下頜支矢狀劈開(kāi)術(shù),、下頜角修整、頦成形術(shù),、牽引成骨術(shù),。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)也開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的術(shù)前規(guī)劃及設(shè)計(jì)軟件,，其三維手術(shù)仿真平臺(tái)可以進(jìn)行牙頜面畸形的診斷,、術(shù)前模擬及預(yù)測(cè)，從而使正頜外科手術(shù)更為精確,。

　　計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)模擬是虛擬手術(shù)的一種,，是基于各種醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)來(lái)模擬、指導(dǎo)手術(shù),，使復(fù)雜精確的手術(shù)成為可能,。近年來(lái)，手術(shù)規(guī)劃與模擬技術(shù)應(yīng)用于正頜外科的矯治并取得了良好的效果,。

（未完,，待續(xù)。。,。）

作者簡(jiǎn)介

高級(jí)選項(xiàng)的用法

　　沈國(guó)芳,，教授、主任醫(yī)師,、博士研究生導(dǎo)師?，F(xiàn)任上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院黨委書記、口腔顱頜面科主任,、口腔頜面外科學(xué)系主任,。兼任國(guó)際牙學(xué)院院士(FICD)，國(guó)際口腔頜面外科醫(yī)師協(xié)會(huì)理事,、教育委員會(huì)委員,，國(guó)際顱頜面堅(jiān)固內(nèi)固定協(xié)會(huì)國(guó)際教員，中華口腔醫(yī)學(xué)會(huì)口腔頜面外科專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員,，上?？谇会t(yī)學(xué)會(huì)口腔頜面外科專業(yè)委員會(huì)主任委員，《中國(guó)口腔頜面外科雜志》,、《上?？谇会t(yī)學(xué)》、《口腔外科學(xué),、口腔藥理學(xué),、口腔病理學(xué)、口腔放射學(xué)與牙體牙髓病學(xué)》（ Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod）雜志和《生物材料》（Biomed Mater）等雜志常務(wù)編委,、編委或?qū)徃鍖＜?。長(zhǎng)期從事口腔頜面外科、顱頜面整復(fù)外科,、正頜外科,、口腔頜面腫瘤外科等臨床和基礎(chǔ)研究工作。

（來(lái)自“中國(guó)醫(yī)學(xué)論壇報(bào)·今日口腔”第82期03版）