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口腔数字化:科技改变椅旁——口腔医学进入数字化时代

口腔数字化:科技改变椅旁——口腔医学进入数字化时代

数字技术对口腔医疗有着非常重要的影响,使得口腔医学向微创、精确、高效、自动前进了一大步,成为口腔医学重要的发展方向之一。口腔医学数字技术一般指借助数字化扫描、设计与制造等工程技术手段,辅助实现口腔疾病诊疗的一类技术,具体涉及三维数据采集技术、数学建模技术、计算机辅助设计技术、计算机辅助制造(数控加工&3D 打印)技术、机器人技术、人工智能技术、手术导航技术以及相关的材料技术。笔者认为,上述技术的核心和关键是软件,而软件的基础则是数学!我国引进国外口腔数字化技术约30 年的时间,在口腔临床多个学科已有较好应用,虽各学科普及和应用程度不一,但均已得到医、患、技的广泛认可。为了进一步降低口腔数字化技术的应用成本,实现技术的推广和普及应用,国产化是必然的发展方向。经过我国科研工作者近20年的不懈努力,国产口腔数字化设备和软件已经有了长足的进步,特别是近5年来,一些国产化技术已逐渐赶超进口产品,形成知名品牌,获得较好的市场认可度。

一、口腔三维数据采集设备

早在1958年,对部分省市的调查就提供了新中国成立后第一个高血压患病数据,显示其患病粗率为5.11%。而真正第一次全国高血压普查是1979-1980年由吴英恺教授引领的对29省市15岁及以上401万余人的调查,显示高血压患病率为7.5%。

(一) 牙颌模型扫描仪

不同扫描原理的三维测量技术在工业上相对成熟,需要针对口腔牙颌模型的形状特点和精度要求进行专用设计与加工,我国目前自主研发的牙颌模型扫描仪已经有多款产品可服务于临床和义齿加工单位,其扫描精度可达到约10~15微米、单颌扫描时间约20~30秒,数据格式开放(可输出STL格式数据),蓝光扫描技术是国产化设备的主要技术原理,总体上和国外产品性能基本相当,并开始在产品外观设计、扫描软件操作友好性以及印模扫描、颌位关系扫描功能等方面进行升级换代。

(二) 口内三维扫描仪

由于可以简化临床取印模的环节及减少相关临床材料消耗,近年来口内扫描技术发展非常快。国内在口内扫描仪的研发上,起步与国外相差不多。国产口内扫描仪的扫描精度约为15~30微米,扫描速度表现良好,部分产品已可以实现彩色扫描,与国外产品无显著差异,且国产设备数据完全开放,非常适合我国的临床需求。

(三) 锥形束CT(CBCT)

CBCT 技术的基本原理也是基于X射线成像,它对口腔临床的作用越来越大,已逐渐成为常规的临床检查手段,特别是大视野CBCT对口腔正畸诊断、口腔种植及口腔颌面外科手术方案设计的作用越来越重要。国产CBCT 已经有近10个品牌,硬件性能与国外产品无显著差异,基本可以满足口腔临床常规检查的需要。

(四) 下颌运动数据采集设备

个体下颌运动数据,对口腔各临床均有着重要意义,随着技术的成熟,可与各类口腔数字技术集成(如口腔修复体设计、口腔正畸诊断设计、口腔种植修复、口腔正颌外科以及颞下颌关节疾病的诊断和治疗)。

二、口腔数字化制造设备

(一)数控切削设备

数控切削技术是工业上最为成熟的加工技术,常说的计算机辅助制造技术(CAM)狭义上就是指数控切削技术。目前国产品牌的义齿加工用数控切削设备已有近10多个,且同质化,由于性价比优和本地化的技术服务优势,国产设备在数字化批量生产的义齿加工企业中有一定的认可度。

(二)3D打印设备(增材制造或加法加工)

由于口腔临床个性化需求与3D打印个性化的特点天然结合,有理由认为3D打印技术在口腔临床会有非常大的快速发展应用。3D打印在金属(钴铬、纯钛)、医用树脂国产品牌都有多家产品问市,国产品牌的可选择性较多,金属类打印设备以SLM 技术为主,树脂类打印设备以DLP 技术为主,其打印精度、打印时间、打印质量等技术指标已经可以满足临床需求。国产牙科陶瓷的3D打印技术也在快速发展中,目前尚在临床应用前的测试阶段。针对口腔临床特点的椅旁快速小型化的3D打印机设备也在持续升温,已有国产品牌设备在临床使用,可快速制作个别托盘和诊断义齿,技术原理基于FDM技术。

三、口腔数字化制造材料

可加工的材料涵盖树脂类、金属类和陶瓷类等口腔诊疗常用材料类别。采用工业技术加工制造临床所需口腔假体(义齿、赝复体、植入体)和口腔辅助治疗装置(模型、导板、矫治器、垫等)取代传统的铸造技术,是口腔医学的一大进步,也为诊疗的质量控制提供了更好的条件。

目前国产的切削陶瓷材料(氧化锆为主、玻璃陶瓷)表现优异,随着数字化技术的临床应用推广,用于导板类和临时修复体的树脂类材料也会有长足的发展。3D 打印牙科陶瓷材料更是值得期待。

四、口腔数字化设计软件

目前,国内已应用并有国产化产品的口腔数字化设计软件包括:口腔修复设计软件、口腔种植设计软件、口腔正畸诊断和治疗设计软件、口腔颌面外科手术设计软件等。

口腔修复设计软件是目前口腔医学领域应用最为广泛的软件技术,也是较早开始临床应用的技术,甚至狭义的口腔CAD/CAM技术主要就是指口腔修复体的数字化设计与制作。

针对种植手术导板设计的应用,国产软件在种植领域有不错的临床应用。现阶段主要采用医生端软件完成植体的方案设计,再由国内服务中心提供导板设计和3D打印服务,和进口产品技术大致相当,但在相应效率和制作周期方面有明显优势。随着公立口腔医院导板收费许可,种植导板软件技术会有较大的临床应用发展。

无托槽透明矫治技术是口腔正畸的热门技术,符合了部分患者的特殊需求,国内也有多个品牌提供临床应用。

口腔颌面外科手术的数字化设计,可在术前进行充分完整的三维分析,并进行良好的医患沟通,对提高颌面外科手术的安全有非常重要的意义。国产口腔颌面外科手术设计软件已经初露端倪,并进入临床应用,软件功能与进口同类型软件基本相当,可完成正颌外科技术设计、颌骨修复重建技术设计、创伤修复手术设计等主要口腔颌面外科技术设计。

五、手术导航

手术导航系统是实现各类手术数字化设计准确实施的技术手段,主要用于口腔颌面外科、口腔种植手术,可大大提高手术的安全性,减少创伤。该类系统较为复杂,技术要求较高,手术导航系统目前主要在少数口腔专科医院临床应用。国产化的口腔颌面外科手术导航系统和口腔种植手术导航系统已经初步应用于口腔临床,系统包括光学跟踪定位设备和导航软件系统。

六、口腔数字化教学系统

口腔医学生的培养需要在仿头模上进行大量的实践操作,传统仿头模技术对口腔临床的复杂情况模拟程度有限,数字技术可以在临床前的实践操作培训中发挥重要的作用。国产化基于力反馈技术的口腔虚拟仿真教学系统,可以实现口腔及手术三维场景逼真绘制,模拟口腔组织真实触感,精细区分牙齿、牙龈、舌等口腔组织,可以模拟牙周探诊、龈上洁治/龈下刮治、龋齿探查、窝洞预备、根面平整术、牙龈翻瓣术、牙龈切除术等操作。

随着互联网、大数据和人工智能技术逐渐深入到社会生活的各个方面,国产化技术也会在口腔医疗的相关领域有所发展,如远程辅助诊疗系统、基于云的口腔APP应用、电子语音病历系统、智能诊断系统等,都会进一步改善医患技的沟通和交流,更好为口腔临床服务。

作者:北京大学口腔医学院 赵一姣 王勇