人类恒牙的三维数字化建模及标准位置排列

刘彭若峰 沈佳威 李娟 翁露茜 林军

（浙江大学医学院附属第一医院口腔正畸科 浙江 杭州 310000）

随着无托槽隐形矫治和数字化间接粘接在全球市场的流行[1-4]，相应的厂商和品牌越来越多。在目前流行的排牙软件中，技师往往会从数据库中选择一个牙弓曲线模板作为新患者的弓丝曲线，辅助技师进行排牙。弓丝曲线是二维的，而牙齿模型都是三维网格模型，因此使用二维弓丝曲线并不够直观。本研究通过构建带有牙根信息的人类恒牙的数字化模型，为无托槽隐形矫治和数字化间接粘接技术的开发提供方法学基础。

1.材料和方法

1.1 研究资料和仪器

1.1.1 研究对象 选择用于口腔修复学教学的标准牙齿模型，与真实人类模型比例为1:1。

1.1.2 数据采集 三维激光扫描仪（D900，3shape，精度0.01mm）采集数据。

1.1.3 软件 采用杭州美齐科技有限公司自主研发的MQStudio 2.0。

1.2 方法

1.2.1 数据采集 准备32颗人类标准牙齿教学模型。对于某一颗牙齿，分别固定于前述三维激光扫描仪配套的专用扫描底座上，第一次扫描当前牙齿的牙冠部分，第二次扫描当前牙齿的牙根部分（如图1所示），并在同一坐标系下选择不在同一个平面上的超过4个特征点完成配准，融合生成最终的牙齿模型。重复操作，完成32颗牙齿的数字化过程，数据保存为.STL格式。

图1 以UR4为例，两次扫描牙冠和牙根数据，并配准融合生成最后牙齿模型

使用杭州美齐科技有限公司自主研发的MQStudio软件，对32颗牙齿分别进行局部坐标系定轴，包括重心位置和三个互相垂直的坐标轴。然后，通过旋转操作和平移操作，在Andrews口颌面协调六要素指导下，排列三维数字化牙齿模型。

1.2.2 不同弓形的最终位置排列 根据构建的牙齿模型，按照三种弓形（尖圆形、方圆形和卵圆形）对牙齿进行移动，获得理想牙合情况下的三维牙齿模型。（如图2所示）

图2 按卵圆形弓形排列的三维数字化模型

1.2.3 实际应用举例 在实际排牙中，排牙者在选择好合适的弓形后，选择对应的理想牙合情况下的三维牙齿模型，在双视图模式下进行排列牙齿。

以常见的卵圆形弓形为例，选择无托槽隐形拔牙矫治的一例患者，如图3所示。

图3 （a）图为患者初始状态牙齿（b）图为患者排齐后的牙齿模型及对应的标准数字化模型

2.结果

本项研究通过将实物标准的牙齿模型进行扫描，获得带有牙根的数字化三维牙齿模型，在计算机中存储了32颗恒牙的形态数据。根据人类常见的尖圆、方圆和卵圆形的牙弓类型，参考Andrews六要素构建对应牙弓类型的三维数字化排列牙齿模型。相对于目前利用二维牙弓弓丝曲线作为排牙参考，本研究结果作为牙齿排列参考，具有更好的直观性和便捷性，提高了技师排牙的效率。

3.讨论

数字化技术的飞速发展使计算机辅助的正畸治疗日新月异，唇侧固定矫治的间接粘结、舌侧矫治以及无托槽隐形矫治技术都需要使用精确的数字化诊断性排牙技术[5-6]。诊断性排牙又称预测性排牙，由Kesling[10]于1956年提出，对指导正畸治疗及有效控制支抗较重要，但传统的石膏模型手工排牙方法过于复杂，临床常规看展困难。数字化排牙技术具有精确度高、便于保存、高效便捷、可视化和可操作性高等优势[7]。数字化排牙最常参考Andrews正常牙合六项标准，但在实际应用中，无论技师的排牙还是医生排牙，都缺乏直观的量化指标，易受排牙者主观因素的影响，所以即使同一个病例，不同的排牙者甚至同一个排牙者，每次排牙的结果差异性较大。刘筠等学者[8]利用计算机软件完成模型排列，托槽定位，设计制作转移托盘等制作程序，但并未提到详细的排牙流程。侯瑜琳等学者[9]描述将牙根纳入诊断性排牙过程进行诊断设计，而本文描述的利用真实牙根作为参考可以较好地辅助临床排牙。

本项研究所建立的数字化模型根据Andrews正常牙合六项标准，构建带有牙根信息的人类恒牙的数字化模型，并且自动生成了牙体长轴，再对数字化模型按照弓形为尖圆、方圆和卵圆形进行排列，让技师和医生在排牙时，无论计算机排牙还是石膏手工排牙，都可以获得直观的参考标准，可以让技师排牙标准化，降低排牙的结果差异性，使排牙方案具有更高的稳定性，更接近理想正常牙合。