下颌神经管三维示意图

时间：2023-07-04 百科知识版权反馈

【摘要】：随着计算机技术的迅速发展,已经无所不至地渗透到口腔医学理论研究和临床应用技术的各个角落。有些指标由于无法准确地在口内直接测量而只能以平均值表示。这些因素导致的架参数设置偏差直接影响架对人体口颌系统运动特征的模拟精度。他们在一付全口义齿计算机设计制作过程中首次利用该系统进行了咬合关系建立、检测和虚拟调。用Artex-TK型半可调架自带面弓转移患者上颌堤与双侧髁突的空间位置关系并将上下无牙颌模型固定在架上。

一、虚拟 pagenumber_ebook=138,pagenumber_book=138 架的概念

(一)机械 pagenumber_ebook=138,pagenumber_book=138 架固有的缺陷

如前所述, pagenumber_ebook=138,pagenumber_book=138 架是口腔医师和技师用来模拟人体下颌运动的机械装置,这一机械装置的终极目标是能够在体外完整复制每一个体的运动特征,在这个模拟装置上,口腔医学领域的先辈们以自己的智慧设计过各种及其复杂的机械结构。但即使是当代最先进、精密的机械 pagenumber_ebook=138,pagenumber_book=138 架也不能完全模拟个体下颌运动特征。其主要原因有以下两个方面:一是机械部件不能完整复制人体上、下颌骨、颞下颌关节的结构特征；二是绝大多数的机械架都有一根横轴,但是研究表明在人体铰链轴只在特定的运动方式中存在,而且大多数个体上左右两侧铰链轴在空间位置不一定能完全重合。而在机械 pagenumber_ebook=138,pagenumber_book=138 架上横轴却无时不在地约束和局限着运动,使一些下颌运动个体特征的表现受到限制。

(二)计算机技术在下颌运动模拟中的应用

随着计算机技术的迅速发展,已经无所不至地渗透到口腔医学理论研究和临床应用技术的各个角落。以往的许多问题都可以用计算机做得更好更快。以口腔修复治疗为例,用接触或非接触的扫描技术可以获取牙齿或牙列形态的三维数据,用CT、MR等放射影像技术可以获取上下颌骨、颞下颌关节软硬组织的三维数据,再用这些数据建立包括牙齿牙列在内的三维数字模型。近年来,对下颌运动的观察记录方式也逐渐由特定标志点的二维轨迹转变为建立下颌整体三维六个自由度数字模型。这样,人们就有可能通过数字化形态学模型和运动参数实现修复体的设计和制作。在这一总体思路下,运用计算机技术在 pagenumber_ebook=138,pagenumber_book=138 架和体外模拟下颌运动特征有以下三种方式:

1.将计算机获得的下颌运动轨迹的特征参数应用于机械 pagenumber_ebook=138,pagenumber_book=138 架各种制导参数设置。传统机械架参数确定的方法是基于人体的静态测量(如髁间距、前伸髁导斜度等),而且往往将一些指标的整个过程的测量简化成只有这个过程起点和终点的连线(如用 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 蜡记录前伸髁道时由一条曲线简化为一条直线)。有些指标由于无法准确地在口内直接测量而只能以平均值表示。这些因素导致的架参数设置偏差直接影响架对人体口颌系统运动特征的模拟精度。有鉴于此,KAVO公司开发了一套结合下颌运动轨迹记录(ARCUS Digma)的 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架系统,在该架系统( PROTAR 7型)中,架的相关参数(前伸切导斜度、左右侧方的切导斜度、前伸髁导斜度、Bennet角度等)由个体下颌运动轨迹记录、分析后产生,根据个体的下颌运动特征产生相应的架报告。这种由个体的下颌运动参数控制 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架与常规方法相比可以表现更好的个体特异性。

2.在计算机中三维重建机械 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架的整体结构,并利用个体的下颌运动参数实现架数学模型的三维控制调节:2003年,加拿大Jean-Marc Perot 等申请了建立此类虚拟架系统和方法的专利。根据其专利文献中披露的内容,该系统包括两个部分：一部分是机械 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架的三维数学模型；另一部分则是相关架控制装置的调节窗口。根据这两部分的组合实现在计算机中数字化架的调节。

3.将个体上下颌骨、上下颌牙列的数字化模型与个体下颌运动的数学描述相结合,作为修复体咬合形态计算机辅助设计的依据:以数据运算方式实现上下颌颌骨和牙列在计算机中的对位和互动,设计制作口腔修复体及进行选磨调 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 以获得预期的接触关系,并进而实现修复体的计算机辅助制作。这条技术路线完全摆脱了机械式架固有缺陷的约束,能够充分发挥CAD/CAM技术的优势。由于涉及因素多运算复杂,目前投入实用的口腔修复CAD/CAM系统显然还没有达到这样的水平,但可以预期是未来发展的方向。

在此背景下,从20世纪90年代开始提出了虚拟 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架(Virtual Articulator ,VA)的概念,即通过计算机技术从不同角度在不同程度上改善那些架的不足之处,甚至完全摆脱对机械结构的依赖,实现研究和临床工作中架所担负的功能。

二、虚拟 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架的设计

(一)Kordaβ等的虚拟 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架设计方案

2002年,Kordaβ等用三维激光扫描仪获得数字化上下颌模型,用JMA(Jaw Motion

Analyzer,德国Zebris公司)获取下颌运动轨迹,初步建立了虚拟 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架系统,利用该系统可以模拟下颌运动、检测咬合接触关系,利用颜色梯度显示接触点的位置、接触区的范围和上下牙列非接触区的空间距离。他们还对该系统的重复性、精确度等进行了研究。2003年,Faust等对Digident CAD/CAM系统中的虚拟 pagenumber_ebook=139,pagenumber_book=139 架程序进行了描述,在该程序中输入利用下颌运动轨迹描记仪获得的下颌运动轨迹,可以模拟咀嚼运动,利用减法机制(Subtractive Mechanism)去除咬合干扰点。

(二)冯海兰等的虚拟 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架设计方案

2004年冯海兰、张豪、陈磊、李鸿波等用三维CT采集上下颌骨三维数据,用三维扫描仪获取牙列数据,将两部分数据配准,建立起牙列、颞下颌关节的三维数字模型。输入下颌运动轨迹后可以实现对下颌运动中上下牙列相对位置关系、接触点和颞下颌关节的观察。这一系统能对个体下颌运动进行完整的体外模拟,在计算机图形图像技术的支持下完整显示咬合接触的全过程。克服了机械 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架的不足,成为建立在数字化模型上的下颌运动、咬合分析平台(图6-24)。

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图6-24　冯海兰等提出的虚拟 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架设计方案

上下颌解剖结构数字化建模(A);确定基准平面(B);建立坐标轴和测定瞬间旋转中心(C); pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 接触检测(D)

(三)吕培军等的虚拟 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架设计方案

2007年,吕培军、王勇、孙玉春等用美国FARO公司的多用途3D激光扫描测量臂(接触式扫描精度0.03mm, 线激光扫描精度0.05mm)采集德国Girrbach公司的Artex-TK型半可调 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架以及无牙颌建模数据,并通过三维扫描和重建技术获取了半可调机械架的三维运动轨迹。基于逆向工程软件(集成Scoll语言)编程开发专用程序,建立全口义齿CAD数字模型开闭口、前伸及侧方运动模块,自动检测牙尖交错 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 早接触区、前伸和侧方的咬合干扰区,并初步具备自动调的功能。他们在一付全口义齿计算机设计制作过程中首次利用该系统进行了咬合关系建立、检测和虚拟调。以下简介该系统的工作原理和运用情况。

三、虚拟 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架系统在修复体制作方面的应用

下面以一例全口义齿修复体制作过程展示虚拟 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架系统的应用。

(一)模型上 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架和各项参数设置

用Artex-TK型半可调 pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=140 架自带面弓转移患者上颌堤与双侧髁突的空间位置关系并将上下无牙颌模型固定在架上。利用前伸记录设置前伸髁导斜度为32°,利用Hanau公式计算侧方髁导斜度为16°,根据全口义齿CAD时设定的上下前牙覆 pagenumber_ebook=141,pagenumber_book=141 、覆盖数值计算切导斜度为18°(图6-25)。

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图6-25　用FARO 多用途3D激光扫描仪对Artex-TK型半可调 pagenumber_ebook=141,pagenumber_book=141 架进行扫描(A),建立起数学模型(B、C)，用激光扫描仪对上到架上的模型与蜡堤进行扫描(D)

(二) pagenumber_ebook=141,pagenumber_book=141 架运动轨迹三维扫描

由操作者控制上颌体进行开闭口、前伸和左右侧方顺序多点运动,利用FARO 多用途3D激光扫描测量臂上的接触式测量头进行扫描(图6-25),获取上颌体在各运动中止点时双侧髁杆端面中心点及髁导针中心点运动轨迹的三维坐标数据,各条运动轨迹分别由10组运动轨迹点(每组由双侧髁杆端面中心点及髁导针中心点共三个空间点构成)构成。利用该扫描臂上的线激光扫描仪在相同扫描坐标系中获取正中关系位时上下 pagenumber_ebook=141,pagenumber_book=141 堤唇颊面三维数据(图6-26)。

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图6-26　建立虚拟 pagenumber_ebook=141,pagenumber_book=141 架全局坐标系

(三) 虚拟 pagenumber_ebook=142,pagenumber_book=142 架数字模型的建立

在Imageware 11软件平台中调入上述三维扫描数据,以上颌 pagenumber_ebook=142,pagenumber_book=142 堤面部中线与切缘线的交点O为坐标原点,将上堤的面部分拟合为通过点O的平面。以点O为坐标原点,通过点O作上堤切缘线的切线作为X轴,以平面作为XOY平面,以通过面部中线且与平面垂直的正中矢状面为YOZ平面创建全局坐标系。利用软件提供的坐标系配准工具(Align Coordinate System)将上述坐标系与全口义齿CAD数字模型中以相同方法建立的全局坐标系配准,将三维运动轨迹与已经设计完成的全口义齿数字模型统一在同一坐标系中。

(四)下颌运动三维模拟算法模块的建立

应用Scoll语言编程,调用“Three Point Alignment”命令控制上颌总义齿沿着上述轨迹作开闭口、前伸和侧方运动。在运动过程中,可以观察在各个运动中止点上下颌人工牙列的咬合接触关系。

(五)咬合关系实时检测算法模块

应用Scoll语言编程,调用“Cloud to Cloud Difference”命令,设定检测“阈值”:例如0.01mm,在上颌总义齿运动到某一中止点时自动检测上、下颌人工牙的数据干涉(空间距离数值),输出的数值为“正值”时表示发生了数据干涉,代表咬合早接触区或干扰区;输出数值为“零或负值”时表示上下人工牙无接触,同时用颜色梯度显示上述空间关系(图6-27)。

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图6-27　数字的人工牙被排在设定位置(A),并对其咬合接触进行检验(B)，模拟的下颌运动(C)和咬合接触(D)

(六)虚拟调 pagenumber_ebook=142,pagenumber_book=142 模块

系统自动识别并增亮显示“早接触区”或“干扰区”的位置、范围和深度。操作者确认需要“调磨”的牙齿后,系统自动判断干涉值是否为“正值”,如为正值则系统调用“Boolean Extraction”相交点运用裁减工具进行虚拟调 pagenumber_ebook=142,pagenumber_book=142 。

图6-28为应用这一CAD/CAM完成的虚拟型盒和现实的全口义齿。

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图6-28　虚拟的型盒(A)和制作完成现实的全口义齿(B)

［小结］阅读本章内容后,读者应有能力在看到一篇有关下颌运动的文献时判断出作者是采用何种技术手段取得数据,对其可靠性做出评估,并能与以往看过的相类似文献作比较。本章内容还有助于读者深入理解 pagenumber_ebook=143,pagenumber_book=143 架的结构设计和工作原理,从而能正确地选择和操作这一口腔医学日常工作中普遍应用的工具。同时,理解掌握本章内容对于继续阅读本书后面章节也是必不可少的准备。