口腔正畸微种植体支抗的数字化设计与应用

口腔正畸微种植体支抗的数字化设计与应用

引用本文：李梦瑶，冯旭，郑博文，等.口腔正畸微种植体支抗的数字化设计与应用[J]. 中国实用口腔科杂志，2025，18（2）：142-146. DOI：10.19538/j.kq.2025.02.003

作者简介


刘奕，教授、主任医师、博士研究生导师，国际牙医师学院院士。现任中国医科大学口腔医学院·附属口腔医院口腔正畸科主任、首席专家、临床著名专家。兼任中华口腔医学会口腔正畸专业委员会常务委员，辽宁省口腔医学会常务理事、口腔正畸专业委员会主任委员，沈阳市第十三、十四、十五届政协委员，沈阳市第十五届政协常委。主持辽宁省及沈阳市各类科研课题20项。发表学术论文235篇，其中SCI收录论文60篇。出版专著2部。获国家发明专利4项、实用发明专利3项。获辽宁省及沈阳市科技成果8项，获辽宁省及沈阳市科技进步奖11项。

作者姓名：李梦瑶，冯    旭，郑博文，刘    奕

基金项目：辽宁省教育厅高校基本科研项目（LJKMZ20221190）

作者单位：中国医科大学口腔医学院·附属口腔医院口腔正畸科，沈阳市口腔正畸疾病临床医学研究中心，辽宁 沈阳 110002

通信作者：刘奕，电子信箱：liuyi@cmu.edu.cn

摘要：微种植体支抗的数字化趋势使得微种植体设计与应用的各个步骤逐渐实现了精准化、可视化、便捷化。口腔正畸微种植体支抗的数字化流程主要分为三部分：数字图像采集、可视化操作和3D打印。当今数字化微种植体支抗应用于牙弓扩展、埋伏牙牵引、前牙回收等多种场景下，为临床医生和患者带来了极大的便利。文章针对口腔正畸微种植体支抗的数字化设计与应用做一阐述，以期为临床医生提供参考。

关键词：数字化口腔正畸；微种植体支抗；计算机辅助设计与制造；手术导板；临床应用

数字化口腔正畸是指将现代数字技术与口腔正畸诊疗的各个环节结合起来，有助于改善和简化口腔正畸的诊断、矫治计划和矫治过程［1］。微种植体支抗是口腔正畸过程中常用临床手段之一，传统的种植钉植入多依靠医生结合临床经验的主观判断来确定其植入位点与角度［2］。但研究表明78.45%的种植钉失败由手术因素导致，植入位点定位错误会损伤邻近牙根等结构，植入角度不佳会降低种植钉与骨的机械结合［3］，影响其稳定性与使用寿命。通过数字化手段对微种植体植入流程进行精确化、个性化的设计可提高其成功率，本文针对口腔正畸微种植体支抗的数字化设计与应用做一回顾性总结，以期为口腔正畸临床数字化应用提供科学参考。

1    微种植体支抗的数字化工作流程
微种植体支抗数字化工作流程是指微种植体在计算机辅助设计与制造（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）参与下的植入过程，具体包括三部分：患者口内软硬组织的数字图像采集；在特定的软件中通过可视化操作设计种植体的植入位置和路径；3D打印微种植体导板［1］。

1. 1   数字图像采集    微种植体植入前的数字图像采集包括锥形束CT（cone beam CT，CBCT）和口内扫描。与传统X线片相比，通过CBCT获得的口颌面部资料能够提供更为精确与全面的立体化信息。有学者利用CBCT对传统X线片确定的钉道位置的准确性进行评估，结果发现52.3%的钉道需在术前改变位置或角度［4］。因此，口腔正畸临床已逐渐改用CBCT对植入路径进行立体化定位［5］。CBCT检查时应保证口部微张开，以确保咬合面不重叠。拍摄后生成的DICOM格式文件可清晰识别植入区域的解剖结构，区分皮质骨和松质骨，提高了后续导板设计的准确性［6］。
口内数字图像的获取需借助口内扫描仪，通过激光光源或结构光的投影获取高分辨率、高精度图像，生成STL格式文件［7］。相较于传统的取模形式，数字化口内扫描在短时间内即可得到三维口内图像，医生可通过关联分析软件迅速获取牙弓宽度、牙列拥挤度等多项诊断数据，并在此基础上设计微种植体植入参数［1］，大大节省了石膏模型成型与人工测量时间。同时，可视化的口内数字影像使医患沟通更为便捷与高效［8］。CBCT机和口内扫描仪均提供特定软件处理数据并生成三维虚拟图像，二者的结合能够有效避免单一CBCT影像中的金属伪影问题［9］，数据扫描的准确性对后续三维导板设计的精确度有较大影响。

1. 2    图像的可视化操作及设计  
1. 2. 1    图像拟合    CBCT图像与口内扫描图像的匹配与拟合需借助计算机软件的辅助设计（如3 Shape Implant Studio、3-Matic Medical等）。通常以相对稳定的硬组织标志点作为拟合参照。例如，有研究根据3颗牙的切角或牙尖即11切角、13牙尖和25颊尖作为参照点进行拟合［10］；另有研究根据中切牙的切缘和第一磨牙的近颊尖作为参考点［11］；还有研究增加颌骨标志点为拟合参照［12］。目前，口腔正畸临床最常用多数牙的牙尖作为拟合参照点，准确的拟合可得到前牙的倾斜度及牙根位置，以此定位周围重要解剖结构和微种植体可用空间。
1. 2. 2    重要解剖结构的识别    在可视化条件下进一步确定颌骨重要解剖结构的分布情况有助于避免微种植体并发症的发生。与X线检查相比，CBCT较易确定神经的位置，但仍难以判断其三维空间位置，需要医生手动操作确定。随着数字化技术进步，现今可利用卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）对特定区域进行分离［13］；且有学者在此基础上进一步改良，利用深度学习分割网络（feature aggregation network，FANet），对CBCT中下牙槽神经进行更高精度的分离，可识别到其中更细微的结构［14］。类似的软件亦可应用于牙根的分离［15］。对于重要解剖结构的准确识别有利于后续导板设计中规避植入手术过程中的损伤风险。
1. 2. 3    微种植体力学性能设计    利用数字化建模可通过改进螺纹形态、钉头形状、微种植体直径等参数，设计出力学性能更稳定、矫治效率更优化的个体化微种植体植入方案。Gracco等［16］比较了4种不同螺纹形状的微种植体，发现扶壁反向螺纹的微种植体能够提供较大的拉拔强度值，达192.8 N。有学者在此基础上做更进一步研究发现，钉头为偏心头孔位置的微种植体相较传统微种植体能够承受更多向和更大的力［17］。Choi等［18］为根间间隙过小的患者设计了更小的微种植体，将其直径从1.8 mm改为1.6 mm，且在其中间部分设置一个垂直沟槽以提高微种植体承受力。而对于上颌骨性扩弓的辅助微种植体，其直径大于2.0 mm、长度为8.0 mm时更有利于达到贯穿双皮质层的稳定力学效果［19］。此外，在微种植体头部设计孔道，便于插入弓丝或其他辅助施力工具，能为口腔正畸临床操作提供更多便利性［18］。通过数字化设计与3D模拟改进后的微种植体植入方案更有利于实现矫治目标。
1. 3    微种植体导板的设计
1. 3. 1    精度设计    导板是由技术人员基于计算机辅助设计逐层构建的3D手术导航模型［19］。导板的精度受单层厚度影响，即单层预设厚度越小、精度越高。有学者在导板上设计金属环为参照点来提高植入精确性，当微种植体底部至环顶部的距离为微种植体植入长度、牙龈厚度、环到牙龈的补偿距离、环高度之和时可维持种植体理想的植入位置和角度［10］。医生亦可根据导板不同区域对精细度的差异性需求做出个性化调整。
1. 3. 2    支持类型    手术导板通常可由牙齿、黏膜、骨骼或几种混合作为支撑，但对于正畸微种植体支抗来说，最常使用牙支撑式导板［20］。有学者对导板的微种植体孔型设计进行对比研究，结果显示，全包围圆孔相较于半包围圆孔对微种植体颊腭向、近远中向的植入精度更具优势［12］。对于上颌扩弓微种植体植入导板，Sanchez-Riofrio等［19］设计的包围双侧前磨牙和磨牙咬合区域的导板形式获得了理想的种植体定位。然而，由于微种植体的植入通常在托槽粘接完成后进行，因此全覆盖导板往往因托槽阻碍无法完全就位［10］。对于这种情况可采用以牙齿咬合面或未粘接托槽牙面为支撑的导板。
1. 3. 3    植入位点与角度    微种植体植入方向可能会影响其稳定性。较多研究表明，当正畸力方向与微种植体长轴一致时其稳定性和抗故障性最高，当力与微种植体长轴有较大成角时稳定性最低［18，21］。在临床实际应用中，微种植体常与骨表面成一定角度植入以提高其稳定性。有学者认为70.8°是微种植体稳定性的有利植入角度，并发现将微种植体从附着的牙龈倾斜植入到根尖可降低损伤牙根的风险［22］。也有研究认为，微种植体与牙根之间的距离应大于0.5 mm，微种植体与牙齿长轴应成60 ~ 90°［10］。
1. 4    3D打印    导板设计完成后通过3D打印成型。目前口腔医学领域常用的快速成型技术包括立体光刻外观、熔融沉积建模、选择性激光烧结、立体喷墨打印和低温沉积建模［12］。导板可选材料包括硅胶、树脂等一系列高分子材料。聚酰胺作为一种多用途材料，具有良好的强度、耐腐蚀性与生物相容性［19］。研究表明，硅胶导板的精确度显著低于树脂导板［11］，其可能原因为植入过程中的就位压力会导致导板形变［23］。与硅胶导板相比，树脂导板的硬度有助于增加其准确性。若采用弹性材料制作导板则需相应增加其厚度［11］。

2    数字化设计微种植体的正畸临床应用

2. 1    牙弓扩展    对于上颌骨横向发育不足且腭中缝已闭合的成年患者，上颌骨性扩张是匹配上下颌宽度的治疗方法之一。上颌骨性扩弓装置（maxillary skeletal expander，MSE）是通过伸到上颌两侧磨牙腭部的长臂和放置在腭部的4个扩张微螺钉发挥作用［24］。由于不存在牙根阻碍，腭部被认为是微种植体植入的安全区域。然而腭部的圆拱形使其具有不均匀骨厚度，且狭窄高拱的腭穹隆不利于MSE的放置，此时对腭部骨可用性进行数字化规划能提高MSE的微种植体植入效率［25］。Nucera等［26］对患者的CBCT及上颌数字化模型中腭部的解剖特征进行分析，提出以第三腭皱襞作为微种植体植入的新临床参考；该研究认为第三腭皱襞后方2 mm或距腭中缝4 mm以内为微种植体植入的最佳位置，具体定位因人而异，尤其需要注意避让鼻腭神经。
多位学者根据数字模型分析提出，对于深而窄的腭穹隆应采用体积更小且不接触腭穹隆的扩弓器，同时可仅植入2枚种植钉［19，27］。对于常规MSE的种植钉来说，有研究认为微种植体插入距腭中缝1.5 ~ 2.7 mm的双皮质层、平行于鼻中隔的位置最佳［6，27］。而Pan等［28］研究显示在上颌骨设计骨性扩弓时，垂直于冠状面穿透单层皮质骨的微种植体效果最佳。Mohlhenrich等［29］采用硅胶材质的手术导板在腭前区引导植入微种植体，虽然前文中描述了硅胶导板精度的局限性，但由于上腭解剖结构的特殊性，该研究认为若导板延伸至覆盖两侧多颗牙咬合面时，精确度仍可得到较好保障，但应用在其他部位的效果仍可能存在局限。

2. 2    埋伏牙牵引    牙齿萌出异常是指牙齿在萌出过程中由于自身因素或外界环境因素的阻碍而导致无法萌出及萌出时间、位置异常的现象。尖牙是上颌最常发生阻生的牙位，并会导致上牙弓狭窄甚至上颌骨发育不足，因此拓宽牙弓与埋伏牙适时牵引是必要的干预手段［30］。对于多颗阻生牙异位、颌骨内解剖结构复杂的情况，数字化引导下的微种植体植入大大降低了手术难度［31］。医生通过导板设计与三维模拟能预判微种植体植入的最佳长度、位置与角度，降低术中并发症风险；同时可提高微种植体的稳定性和矫治效率［32］。与上颌相比，下颌尖牙阻生较为少见且牵引难度更大［33］。下颌阻生尖牙牵引治疗周期更长、难度更大，对临床医生是一项挑战，但若采用合适的生物力学、CAD/CAM辅助技术定制设计的微种植体及导板可提高成功率。Germano等［34］的病例报告中显示，对下颌近中阻生尖牙的牵引治疗来说，借助CAD/CAM导板的微种植体植入术能获得更理想稳定的远期效果。
2. 3    前牙回收    微种植体常作为辅助支抗装置用来回收前牙，其常见植入位点包括根间区、颊棚区、磨牙后区等［35］。根尖区种植体植入的理想位点是第一磨牙与第二前磨牙之间或第一磨牙与第二磨牙之间釉牙骨质界下5 mm。Vasoglou等［36］提倡应详尽检查牙根周围解剖结构和设计应用数字化导板，并尽量遵循两次植入程序，以避免微种植体与牙根远中侧接触。若要减少植入次数，可考虑将微种植体尽可能靠近第一磨牙或第二磨牙根方。另一项研究则是采用类似方法，在患者口腔数字模型靠近第一磨牙近中根部的位置上放置虚拟微种植体，为回收牙列留出足够空间，行3D打印带有微种植体导向孔的导板，植入过程中该导向孔在微种植体植入压力下被破坏并移除，可获得良好的植入准确性和矫治效果［37］。
3    微种植体数字化应用的优势与局限性
数字化技术作为新型辅助技术在微种植体的设计和应用方面表现出极大的优势。第一，微种植体植入的精确化。Bae等［25］研究发现，计算机辅助静态导航技术放置的正畸微种植体与对照组相比显示出更高的准确性。还有学者研究对比了在数字导板辅助下，不同技术水平的医生放置微种植体的准确性差异，结果显示，不同技术水平的医生放置的微种植体植入轨迹几乎无差异，这说明数字化技术能够在一定程度上弥补医生之间的经验与技术差距，从而提高整体医生的种植体植入精确性［38］。第二，微种植体植入的安全性高。Qiu等［39］比较了计算机引导放置组与徒手放置的对照组之间的微种植体植入的安全性，结果显示，计算机引导放置组无微种植体与牙根部接触情况，其植入安全性显著高于对照组。Su等［12］与Suzuki等［40］研究发现，CAD/CAM导板能提高微种植体的植入精度，并可减少并发症的发生。Miyazawa等［4］研究发现，数字导板辅助下的微种植体植入成功率可达90.9%。

然而，目前微种植体数字化流程的临床应用仍存在局限性。第一，正畸微种植体数字化技术需拍摄CBCT，这不仅使患者接受额外的电离辐射，并且增加其经济负担。CBCT更多适用于阻生齿、唇腭裂等特殊病例，对年轻患者不应常规化应用，需视患者个体情况而定［41］。第二，数字化流程的实现需应用多种软件，因此人员需进行相应的专业培训，学习周期较长，培养成本较高。第三，正畸微种植体数字化技术经济成本较高，不利于基层医院正畸微种植体数字化流程的开展。
4    结语
数字化技术的引入提高了口腔正畸微种植体支抗植入的准确性和可预测性，并降低了植入并发症风险。医生借助数字化流程进一步实现精准、安全、高效的微种植体植入方案。考虑到临床应用中仍存在的客观局限性，医生应根据患者基骨条件、微种植体植入难度、患者经济条件等综合权衡数字化技术应用的必要性，保障患者利益最大化的同时最大程度发挥数字化的优势。

参考文献  略