口腔数字化诊疗技术及材料的发展现状与趋势

口腔数字化诊疗技术及材料的发展现状与趋势

作者：范德增

来源：《新材料产业》2019年第12期

口腔数字化诊疗技术指借助数字化扫描、诊断、设计与制造、临床手术治疗等技术手段实现口腔疾病诊疗的一系列技术。口腔数字化诊疗技术融合了三维数据采集技术、数学建模技术、计算机辅助设计与增材制造技術（CAD/CAM和3D打印）、机器人技术、人工智能技术、手术导航技术及相关材料技术，展示了令人振奋的应用场景：患者数据能够更加容易而精确的获取、存储和共享，在医疗机构、技工室、加工中心、设备和材料及软件提供商、第三方服务机构等关联方之间实现非线性、安全可控的流动，使得从数据获取、三维重建、打印或切削加工、贴面和修整、临床治疗完成等全流程和包括美容、诊疗、预防等全产业链条更加微创、精确、高效和智能化。

从学科分布看，我国口腔数字化技术在正畸、修复（含种植牙）和颌面外科的应用最多占比达87%。自1987年世界首台义齿修复CAD/CAM系统临床应用以来，口腔修复数字化技术一直走在口腔数字化诊疗技术前列。得益于锥形束X射线断层扫描技术（CBCT）技术、光学印模技术发展，口腔正畸与数字化技术结合最为紧密，使得口腔正畸实现从二维到三维诊治的飞跃，并且伴随网络技术发展，实现远程化和家庭化。近年来，伴随手术设计、导航与机器人技术的成功应用，数字化口腔颌面外科成为口腔数字化诊疗领域的新星。

1 口腔数字化诊疗软件

软件技术是数字化技术的核心和关键，而算法是软件水平差异的核心。国产化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。

1.1 口腔修复设计软件

目前口腔医学领域应用最为广泛的软件技术，狭义的口腔CAD/CAM技术是指口腔修复体的数字化设计与制作。国外软件功能包括各类固定修复（贴面、嵌体、单冠、固定桥）、活动修复（可摘局部义齿支架、全口义齿）及美学和功能设计等。国产化软件品牌少，市场认知度较低，功能较为单一，国产全口义齿数字化设计软件有待进一步大范围的临床应用。可摘局部义齿支架数字化设计软件和椅旁口腔修复数字化设计软件方面，国产技术未实现实际突破；解决松动牙固定、创伤牙固位、咬合调整、夜磨牙等临床问题的个性化咬合垫和夹板的数字化设

计软件在临床日益普及。国产化个别托盘设计软件与国外产品齐头并进，目前可支持种植修复、可摘局部义齿修复、无牙颌修复的个别托盘设计需求。

1.2 口腔种植设计软件

国产软件在种植领域手术导板设计方面表现良好，与进口产品技术大致相当。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增材制造（3D打印）服务，在效率和制作周期上比进口产品有明显优势。随着公立口腔医院导板收费许可，种植导板软件技术在临床应用上会有较大的发展。

1.3 口腔正畸设计软件

无托槽透明矫治技术是口腔正畸的热门技术。此类软件技术并未完全透明给医生端，精细调整需要技术支持。国外主流口腔数字化设计软件3Shape、Exocad等陆续增加正畸矫治设计功能，医生端可主导设计全过程并3D打印无托槽透明矫治器。

1.4 口腔颌面外科手术设计技术

术前进行三维分析和高质量医患沟通，国产口腔颌面外科手术设计软件已进入临床应用，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外科手术设计内容。本地化技术服务优势和基于互联网服务的独特模式，使国产化软件有望在基层口腔医院机构广泛应用普及。

1.5 口腔数字化教学系统

传统仿头模技术对口腔临床的复杂情况模拟程度有限，10多年来基于虚拟仿真技术的口腔数字化教学系统已在国外取得应用。基于力反馈技术的国产化口腔虚拟仿真教学系统，可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，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；国产化采用红外跟踪技术的口腔技能训练及实时评估系统，可实现牙冠预备、窝洞预备、开髓等操作的实时引导、操作路径及结果评估，使教学、训练、考核、评估更加客观和标准。国产系统配套软件的升级可根据国内院校的实际教学需求进行定制开发，实现符合临床实际的疾病模型。

2 口腔三维数据采集设备

目前患者三维数据采集有4种方式：软件设计、光学扫描、机械式扫描和放射学扫描。

2.1 牙颌模型扫描仪

牙颌模型是口腔临床诊疗的基本对象之一。针对口腔牙颌模型的形状特点和精度要求，在相对成熟的工业三维测量技术基础上进行专用设计与改造，目前我国已有多款自主研发的牙颌模型扫描仪服务于临床和义齿加工单位，扫描精度可达约10～15μm、单颌扫描时间约20～30s，数据开放可输出为立体光刻（STL）格式，其中蓝光扫描技术为国产主流，与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及印模扫描、颌位关系扫描功能等方面进行升级换代。由于进口设备的售后服务成本高，某些产品设备与软件捆绑销售等因素，国产牙颌模型扫描仪的本地优势越发凸显。

2.2 口内三维扫描仪

由于口内扫描技术可简化临床取印模环节并降低临床材料消耗，近年来取得较快发展。进口口内扫描仪包括美国、德国、以色列、丹麦、加拿大、芬兰等国家产品，我国自主研发4～5个品牌，扫描精度约15～30μm，扫描速度良好，部分产品可实现彩色扫描，国产设备功能与国外产品无显著差异，在数据开放、服务便捷方面具有优势，在扫描头小型化、提高色彩逼真度、改进软件自动咬合关系配准效率及保证多牙位缺失和无牙颌扫描精度等方面亟待提升。

2.3 CBCT

CBCT技术逐渐成为常规临床检查手段，尤其是大视野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发重要。国产CBCT有近10个品牌，硬件性能与国外产品无显著差异。CBCT数据与三维面部数据、口内扫描数据或牙颌模型数据的融合是国外CBCT配套软件的亮点之一。登士柏西诺德、普兰梅卡、3Shape等品牌口腔数字化软硬件产品线丰富，软硬件间数据兼容性好，可实现基于CBCT数据的多源数据融合、头影测量、种植设计、正畸分析等功能。口腔CBCT与传统计算机X射线断层扫描技术（CT）相比，分辨率较高、图像清晰，对细微解剖结构解析能力更强；CBCT匹配的软件针对口腔科进行了优化，三维重建和操作快捷简便，保证高质量原始数据获取，促进3D打印、有限元分析等数字化技术在口腔科的应用研究。

2.4 下颌运动数据采集设备

个体下颌运动数据，可与各类口腔数字化技术（口腔修复、种植、正畸、颌面外科及颞下颌关节疾病的诊治）集成。进口下颌运动装置结构复杂，数据多为封闭，仅个别产品提供针对指定第三方修复设计软件的数据接口。操作简易化、装置小型化、数据开放性是该领域发展方向，也为国内厂家提供市场机会。

3 口腔数字化制造设备

3.1 数控加工中心（NC设备）