郝柯屹，羅 佳，邸 萍，郭厚佐，沈惠丹，劉焱萍，張 宇，林 野

(北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院，種植科 國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心 口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

全牙列種植固定義齒因采用少量種植體剛性連接的一體化修復(fù)方式，減少了手術(shù)創(chuàng)傷的同時(shí)又為患者提供了固位形式接近天然牙列的固定修復(fù)，近年來(lái)在臨床上逐漸廣泛應(yīng)用?？紤]到清潔的需要，種植固定式義齒無(wú)唇頰側(cè)基托設(shè)計(jì)，因而所能提供的唇部支撐低于總義齒及覆蓋義齒。目前，從面型支持的角度，對(duì)于該修復(fù)形式的選擇很大程度上依賴基于臨床經(jīng)驗(yàn)的主觀判斷。

隨著口腔數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，患者面像及義齒的數(shù)字化數(shù)據(jù)為臨床義齒修復(fù)后的軟組織客觀評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)提供了可能。Kamashita等曾利用三維(three dimensional，3D)激光掃描技術(shù)評(píng)價(jià)了總義齒修復(fù)后的面部軟組織形態(tài)改變。近年來(lái)出現(xiàn)的立體攝影測(cè)量術(shù)[1]是一種精度高、耗時(shí)短且行之有效的3D形態(tài)捕捉技術(shù)[2]。該技術(shù)使患者面部軟組織與義齒3D形態(tài)的精準(zhǔn)獲取與分析成為可能。然而，既往研究主要對(duì)于修復(fù)后軟組織形態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于其關(guān)系的研究，尤其是種植固定式義齒與軟組織變化的關(guān)系鮮見報(bào)道。

本研究擬通過(guò)可重復(fù)性檢驗(yàn)，探討面部與義齒3D圖像融合方法對(duì)于評(píng)估全牙列種植固定修復(fù)前后鼻唇區(qū)軟組織3D形態(tài)變化的可行性，并初步探究義齒與軟組織變化的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2008年4月至2016年12月于北京大學(xué)口腔醫(yī)院種植科就診的上頜牙列缺失患者。納入標(biāo)準(zhǔn)[3-4]：(1)上頜牙列缺失或余留牙無(wú)保留價(jià)值；(2)下頜為天然牙列或已行義齒修復(fù)；(3)上頜骨量至少允許植入4枚長(zhǎng)度≥10 mm的種植體。排除標(biāo)準(zhǔn)[5-7]：(1)全身系統(tǒng)性疾病無(wú)法耐受手術(shù)；(2)有磨牙癥或緊咬牙習(xí)慣；(3)重度吸煙患者(日均吸煙量≥20支)；(4)口腔衛(wèi)生狀況差，依從性不良；(5)處于放化療階段或有雙磷酸鹽類藥物使用史。

本研究通過(guò)北京大學(xué)口腔醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(PKUSSIRB-201631105)， 所有研究對(duì)象均簽署知情同意書。

1.2 手術(shù)及修復(fù)過(guò)程

1.3 3D數(shù)據(jù)獲取

在上頜終義齒制作完成后，利用Face Scan (3D-SHAPE, Germany) 捕捉3D面像，在拍攝前需要使用激光水平儀校準(zhǔn)患者頭位，使患者眶耳平面與水平面相平行，以保證患者每次拍攝均為自然頭位[8]?；颊呱y的頭發(fā)均需用頭帶固定起來(lái)，避免影響面部形態(tài)獲取[9-10]。

1.4 數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

將修復(fù)前后面部3D掃描數(shù)據(jù)和3D義齒數(shù)據(jù)一同導(dǎo)入Geomagic Studio 2013軟件(Raindrop Geomagic, United States)， 在軟件內(nèi)依次配準(zhǔn)并測(cè)量相關(guān)標(biāo)志點(diǎn)變化及進(jìn)行整體變化分析。

為了增加配準(zhǔn)精度，對(duì)義齒戴入前后的兩個(gè)閉口面像依次進(jìn)行“多點(diǎn)配準(zhǔn)”和“局部特征區(qū)域配準(zhǔn)”[11]?！岸帱c(diǎn)配準(zhǔn)”即基于患者左右內(nèi)外眥點(diǎn)、左右耳點(diǎn)以及鼻根點(diǎn)進(jìn)行初次配準(zhǔn)，“局部特征區(qū)域配準(zhǔn)”即選取修復(fù)前后相對(duì)穩(wěn)定不變的區(qū)域進(jìn)行二次“面-面”配準(zhǔn)。上頜義齒佩戴后，患者的上下唇和鼻部為潛在改變區(qū)域，因此我們選取發(fā)際線至眉弓上緣為穩(wěn)定配準(zhǔn)區(qū)域進(jìn)行二次配準(zhǔn)[12]。

通過(guò)3D色譜進(jìn)行修復(fù)前后整體面像分析，可見多次配準(zhǔn)后面像擬合良好，面部誤差較小(圖1)。

利用同樣的配準(zhǔn)方法將露齒面像和義齒戴入后面像配準(zhǔn)在一起，最后再將義齒數(shù)據(jù)和露齒面像配準(zhǔn)在一起，這樣就成功通過(guò)露齒面像這一中間數(shù)據(jù)，將終義齒在口內(nèi)的實(shí)際解剖位置重現(xiàn)在了軟件中(圖2)。

1.5 空間坐標(biāo)系建立

順次連接患者左、右外眥點(diǎn)建立X軸，此時(shí)患者右側(cè)為X軸正方向。設(shè)置兩外眥點(diǎn)連線的中點(diǎn)在患者鼻部皮膚表面投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，并利用此三點(diǎn)建立X-Z平面，設(shè)置患者正前方為Z軸正方向，此時(shí)過(guò)原點(diǎn)與X、Z軸同時(shí)垂直的為Y軸，設(shè)置向下為Y軸正方向。

1.6 標(biāo)志點(diǎn)描記及測(cè)量分析

在義齒戴入前后的兩個(gè)閉口面像上分別標(biāo)記左口角點(diǎn)(cheilion left，CHL)、右口角點(diǎn)(cheilion right，CHR)、左唇峰點(diǎn)(crista philtri left，CPHL)、右唇峰點(diǎn)(crista philtri right，CPHR)、上唇緣點(diǎn)(labrale superius，LS)、鼻下點(diǎn)(subnasale，SN)、口裂正中點(diǎn)(stomion，STO)，測(cè)量分析各點(diǎn)在坐標(biāo)系中的具體位移以及人中長(zhǎng)度(SN-LS)、雙唇峰間距(CPHR-CPHL)、口裂寬(CHR-CHL)、上唇紅高度(LS-STO)等標(biāo)志點(diǎn)間線距的具體變化，此外，分別標(biāo)記鼻下點(diǎn)、義齒上邊緣頂點(diǎn)(F-point, F)[13]、上唇緣點(diǎn)、上中切牙點(diǎn)(upper incisor，UI)來(lái)反映義齒及軟組織變化(圖3)。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

由同一位操作者利用相同方法擬合所有患者的義齒及修復(fù)后閉口面像，在義齒及軟組織上分別描記特征點(diǎn)，測(cè)量F點(diǎn)和SN點(diǎn)之間的直線距離，該操作共重復(fù)三次，進(jìn)而在SPSS 20.0軟件(IBM，Chicago, United States)中利用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)對(duì)該方法進(jìn)行一致性評(píng)價(jià)[14]。

在獲取所有義齒戴入前后標(biāo)志點(diǎn)的點(diǎn)坐標(biāo)和標(biāo)志點(diǎn)間線距值后，利用SPSS 20.0 軟件對(duì)兩組距離值進(jìn)行Shapiro-Wilk檢驗(yàn)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布后進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)SN與F、LS與UI這兩組標(biāo)志點(diǎn)在修復(fù)后面像上的Z軸坐標(biāo)值進(jìn)行線性回歸分析，比較兩組特征點(diǎn)在前后方向上位置變化的相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 患者一般情況

本研究共納入患者12例，其中男性8例，女性4例，平均年齡為(54.82±5.50)歲(45～62歲)，所有患者均完成了上頜全牙列種植固定修復(fù)。數(shù)據(jù)采集期間，無(wú)患者口內(nèi)種植體脫落，種植體留存率為100%。

2.2 可重復(fù)性檢驗(yàn)

通過(guò)三次測(cè)量所有患者義齒上邊緣頂點(diǎn)與鼻下點(diǎn)的直線距離(F-SN)，對(duì)3D面像及義齒擬合測(cè)量的可重復(fù)性進(jìn)行驗(yàn)證。三組數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)結(jié)果ICC為0.983 (95%CI：0.957～0.995)，可見該擬合方法重復(fù)性好。

2.3 不同方向上各標(biāo)志點(diǎn)位移變化

如表1所示，在選取的上唇所有標(biāo)志點(diǎn)中，位于中線附近的SN、LS、STO均約有1 mm的水平偏移。左右唇峰點(diǎn)與左右口角點(diǎn)均具有向兩側(cè)移動(dòng)、彼此逐漸遠(yuǎn)離的趨勢(shì)，且兩側(cè)口角點(diǎn)移動(dòng)幅度略大于左右唇峰點(diǎn)。在垂直方向上，SN、LS、CPHL、CPHR均向上移動(dòng)，具有抬高趨勢(shì)；而STO、CHL、CHR則向下方少量移動(dòng)。在前后方向上，各標(biāo)志點(diǎn)均發(fā)生前徙變化。

表1 上頜全牙列種植固定義齒修復(fù)前后各標(biāo)志點(diǎn)平均位移Table 1 The average shift of landmarks after the cross-arch fixed restoration of the maxillary implant-supported prostheses

SN點(diǎn)不論是總位移[(1.30±0.28) mm]，還是水平[(-0.74±0.35) mm]、垂直[(-0.64±0.38) mm]、矢狀[(0.61±0.44) mm]方向上的位移都是最小的，此外，SN、CHL和CHR三點(diǎn)在修復(fù)前后的位置變化以左右水平向位移為主，其左右向位移大于垂直向位移，大于前徙距離(圖4A)。LS總位移最大，其位移變化主要集中在Z軸方向[(3.12±1.38) mm]，具有相似變化特征的還有STO、CPHL和CPHR，這四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)均為前徙距離大于垂直向移動(dòng)距離，大于左右向移動(dòng)距離(圖4B)。

各標(biāo)志點(diǎn)間線距在義齒戴入后也發(fā)生了顯著變化(P<0.01)，其中，上唇左右唇峰間距及左右口角間距均增加，LS與STO兩點(diǎn)的垂直距離反映上唇紅高度，該距離也在義齒戴入后變大，唯獨(dú)SN與LS直線距離變小，即人中長(zhǎng)度減小(圖5)。

2.4 義齒與軟組織標(biāo)志點(diǎn)變化相關(guān)性分析

如表2及圖6所示，將終義齒上的F點(diǎn)、UI點(diǎn)和修復(fù)后面像上的SN點(diǎn)、LS點(diǎn)在空間坐標(biāo)系Z軸上的坐標(biāo)值進(jìn)行線性回歸分析后得出：在前后方向上，軟組織SN點(diǎn)的坐標(biāo)值與義齒F點(diǎn)坐標(biāo)值呈高度相關(guān)(r=0.904 3)，LS與UI點(diǎn)在Z軸上的坐標(biāo)也具有高度相關(guān)性(r=0.958 4)。

3 討論

面型測(cè)量與分析的傳統(tǒng)方法為直接測(cè)量法，即二維的頭影測(cè)量分析法，測(cè)量步驟繁瑣，操作起來(lái)耗時(shí)、耗力[15]。Fourie等[16]發(fā)現(xiàn)3D掃描系統(tǒng)與直接人體測(cè)量相比精度更高，經(jīng)驗(yàn)證可應(yīng)用于臨床。Littlefield等[10]也同樣評(píng)估了各類3D成像系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)立體攝影測(cè)量術(shù)是獲取軟組織3D圖像最安全而精確的方法。另有研究對(duì)3D成像系統(tǒng)生成的軟組織數(shù)據(jù)和3D錐形束CT軟組織分段數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出兩種成像方法可以被交互使用[17]?？梢?，3D面掃系統(tǒng)已被反復(fù)多方證實(shí)是一種精確且可靠的面部軟組織形態(tài)獲取方法。隨后，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于口腔正畸[2]、正頜[18]、唇裂治療及面部生長(zhǎng)發(fā)育評(píng)價(jià)[9]等多個(gè)領(lǐng)域，但遺憾的是，尚未見相關(guān)研究利用此技術(shù)對(duì)上頜全牙列種植固定式義齒修復(fù)后軟組織變化進(jìn)行分析。

自然頭位的確定是3D軟組織分析的前提條件，自然頭位具有較高的臨床可重復(fù)性和較簡(jiǎn)單的臨床操作性[8,18]。依靠激光水平儀對(duì)患者頭位進(jìn)行調(diào)整，使其眶耳平面與水平面平行，囑患者做吞咽動(dòng)作后放松下頜，保持面部軟組織的放松自然狀態(tài)。

表2 義齒與軟組織標(biāo)志點(diǎn)在Z軸方向上位移的臨床相關(guān)性分析Table 2 The clinically relevant corresponding prostheses and soft tissue changes in the Z-axis direction analyzed to derive the Pearson correlations and coefficients of determination

3D數(shù)據(jù)的精確擬合是軟組織分析的關(guān)鍵。Rangel等[11]曾將患者牙列的數(shù)字化模型與患者數(shù)字化面掃數(shù)據(jù)相融合并獲得成功，提出“區(qū)域配準(zhǔn)法”只需選取一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的不規(guī)則區(qū)域即可，過(guò)多的配準(zhǔn)區(qū)域并不會(huì)增加配準(zhǔn)結(jié)果的精確性。Rosati等[12]做了相似的數(shù)據(jù)擬合并證實(shí)了其可靠性和精確性。本研究不僅對(duì)義齒及面像3D數(shù)據(jù)之間的擬合測(cè)量方法進(jìn)行了可重復(fù)性驗(yàn)證，還利用IScan D104i設(shè)備直接掃描患者義齒，進(jìn)一步避免了石膏模型變化帶來(lái)的誤差，提高了數(shù)據(jù)擬合的精度。

以往研究在分析正頜手術(shù)前后的軟硬組織變化關(guān)系時(shí)，多選用上齒槽座點(diǎn)(A. subspinale, A)和上中切牙點(diǎn)的變化來(lái)反映硬組織移動(dòng)，相對(duì)應(yīng)的軟組織移動(dòng)則分別由鼻下點(diǎn)和上唇緣點(diǎn)來(lái)反映[19]。然而，在種植義齒的研究中，口內(nèi)義齒上邊緣線與矢狀平面的交點(diǎn)即義齒上邊緣頂點(diǎn)，常被選為特征點(diǎn)來(lái)反映義齒的上部位置，從而進(jìn)行一系列測(cè)量[13]，于是，本研究以義齒上邊緣頂點(diǎn)F點(diǎn)取代正頜研究中的A點(diǎn)，與鼻下點(diǎn)成組分析，探究義齒上邊緣頂點(diǎn)與鼻下點(diǎn)變化之間的相關(guān)性。

上頜種植固定義齒修復(fù)后，在鼻唇軟組織的眾多標(biāo)志點(diǎn)之中，變化量最小的為SN點(diǎn)，其總位移、水平位移、垂直位移和矢狀位移都是最小的，這一特點(diǎn)也在修復(fù)前后面像3D色譜差異圖中有所表達(dá)，與種植固定式義齒無(wú)唇側(cè)基托支撐鼻底區(qū)有很大關(guān)系。LS總位移最大，且位移變化主要集中在前后向，可見上頜義齒的戴入對(duì)于鼻下點(diǎn)附近區(qū)域影響較小，對(duì)于上唇唇紅緣前后位置影響較大。

在左右方向上，左右唇峰點(diǎn)與左右口角點(diǎn)均具有向兩側(cè)移動(dòng)、彼此逐漸遠(yuǎn)離的趨勢(shì)，且雙側(cè)口角點(diǎn)移動(dòng)幅度略大于雙側(cè)唇峰點(diǎn)。患者上頜牙列缺失后，上頜牙槽骨唇側(cè)吸收較腭側(cè)吸收更加明顯，整體吸收趨勢(shì)為向上、向內(nèi)，導(dǎo)致患者在未佩戴義齒時(shí)，上唇組織凹向內(nèi)，雙側(cè)口角點(diǎn)輕微內(nèi)收。在義齒恢復(fù)了患者的上唇軟組織支撐之后，患者上唇內(nèi)陷表現(xiàn)被糾正，雙側(cè)口角點(diǎn)恢復(fù)到相對(duì)正常位置，雙側(cè)唇峰點(diǎn)也因義齒支撐所致的軟組織張力而彼此遠(yuǎn)離，但變化相較于口角點(diǎn)略小。

在前后方向上，各標(biāo)志點(diǎn)均發(fā)生前移，與此同時(shí)，在垂直方向上，SN、LS、CPHL、CPHR均向上移動(dòng)，僅STO、CHL、CHR向下方少量移動(dòng)，可見上唇軟組織變化為向前、向上，這一系列表現(xiàn)也充分說(shuō)明了義齒戴入后患者上唇豐滿度得到了改善。

此外，義齒修復(fù)后各標(biāo)志點(diǎn)間距離也發(fā)生了顯著變化，其中，上唇唇紅高度在義齒戴入之后變大，人中長(zhǎng)度卻減小，這與上唇的位置改變相一致，當(dāng)上唇被義齒抬高后，上唇白唇張力減小，長(zhǎng)度相應(yīng)減小，而隨著LS、CPHL、CPHR點(diǎn)的一致上移和STO、CHL、CHR點(diǎn)的下移，上唇唇紅的高度也就自然表現(xiàn)為增大。

以往研究表明，傳統(tǒng)上頜總義齒戴入后，患者左右側(cè)唇峰的前移量分別為(3.65±0.21) mm和(3.81±0.17) mm，左右側(cè)口角的前移量分別為(2.51±0.16) mm和(3.84±0.20) mm[20]。本研究中，患者在上頜種植固定式義齒戴入后，左右側(cè)唇峰的前移量分別為(2.68±1.05) mm和(2.97±1.36) mm，左右側(cè)口角的前移量分別為(1.41±1.06) mm和(1.53±0.68) mm，均小于傳統(tǒng)總義齒，本研究關(guān)于上頜全牙列種植固定義齒與軟組織變化的結(jié)果，對(duì)于上頜牙列缺失患者修復(fù)方式的選擇具有參考價(jià)值。

本研究的成像擬合方法仍舊存在一些誤差來(lái)源，首先，義齒的半透明性和表面唾液的附著都會(huì)造成義齒圖像的輕微形變，這就需要在拍攝前保證口內(nèi)義齒唇面的充分干燥；其次，由于拍攝露齒面像時(shí)，口內(nèi)光線暗、視野差，無(wú)法充分暴露的后牙區(qū)形變量較大，因此將義齒配準(zhǔn)在露齒面像上時(shí)，只有前牙區(qū)可以被當(dāng)作配準(zhǔn)區(qū)域[12]；再者，由于拍攝露齒面像時(shí)，下頜義齒被上頜義齒遮擋，無(wú)法完全清晰顯示，該方法暫不能實(shí)現(xiàn)下頜義齒與面像的擬合，可能需要其他數(shù)字化3D設(shè)備的輔助，尚待進(jìn)一步的研究和探索?？紤]到樣本量有限，本研究并沒(méi)有以唇厚度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分組分析，但以往研究表明，薄唇患者(唇厚≤15 mm)的LS點(diǎn)隨UI點(diǎn)的變化程度是厚唇患者(唇厚>15 mm)的2.8倍[19]，可見唇厚度對(duì)于軟組織的變化量有著很大的影響，在種植修復(fù)領(lǐng)域尚待進(jìn)一步分析研究。本研究結(jié)果提示，該方法的建立有利于客觀分析種植覆蓋義齒、種植固定義齒、傳統(tǒng)可摘總義齒不同修復(fù)方式所能提供的具體軟組織變化及修復(fù)體與軟組織潛在變化關(guān)系，在修復(fù)前對(duì)義齒佩戴后軟組織效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前預(yù)知患者修復(fù)后面型外貌恢復(fù)程度，但仍需要大樣本、多因素的研究分析。

綜上所述，本研究驗(yàn)證了3D面像與種植固定式義齒圖像融合的可重復(fù)性，證明該方法可對(duì)全牙列種植固定修復(fù)前后鼻唇區(qū)軟組織3D形態(tài)變化進(jìn)行客觀的測(cè)量分析，對(duì)該方法測(cè)量得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出義齒與軟組織標(biāo)志點(diǎn)的前后向位移之間存在高度相關(guān)性。

(志謝：感謝北京大學(xué)口腔醫(yī)院口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室對(duì)本研究的支持，感謝北京大學(xué)口腔醫(yī)院種植科老師及同學(xué)們對(duì)于患者數(shù)據(jù)收集的支持。)