國產(chǎn)口腔數(shù)字化技術(shù)臨床應用現(xiàn)狀與分析——趙一姣、王勇教授

　　數(shù)字技術(shù)對口腔醫(yī)療有著非常重要的影響，使得口腔醫(yī)學向微創(chuàng)、精確、高效、自動前進了一大步，成為口腔醫(yī)學重要的發(fā)展方向之一?？谇会t(yī)學數(shù)字技術(shù)一般指借助數(shù)字化掃描、設計與制造等工程技術(shù)手段，輔助實現(xiàn)口腔疾病診療的一類技術(shù)，具體涉及三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)學建模技術(shù)、計算機輔助設計技術(shù)、計算機輔助制造（數(shù)控加工&3D 打?。┘夹g(shù)、機器人技術(shù)、人工智能技術(shù)、手術(shù)導航技術(shù)以及相關(guān)的材料技術(shù)。筆者認為，上述技術(shù)的核心和關(guān)鍵是軟件，而軟件的基礎則是數(shù)學！我國引進國外口腔數(shù)字化技術(shù)約30 年的時間，在口腔臨床多個學科已有較好應用，雖各學科普及和應用程度不一，但均已得到醫(yī)、患、技的廣泛認可。為了進一步降低口腔數(shù)字化技術(shù)的應用成本，實現(xiàn)技術(shù)的推廣和普及應用，國產(chǎn)化是必然的發(fā)展方向。經(jīng)過我國科研工作者近20 年的不懈努力，國產(chǎn)口腔數(shù)字化設備和軟件已經(jīng)有了長足的進步，特別是近5 年來，一些國產(chǎn)化技術(shù)已逐漸趕超進口產(chǎn)品，形成知名品牌，獲得較好的市場認可度。本文旨在從國內(nèi)外技術(shù)對比的角度，談談我國自主研發(fā)的口腔數(shù)字化產(chǎn)品（已市場推廣，不包括科研階段的技術(shù)）的臨床應用情況，分析現(xiàn)今國產(chǎn)化技術(shù)的優(yōu)點與不足，展望其發(fā)展趨勢，以期引起我國口腔臨床和科研的關(guān)注。

　　不同掃描原理的三維測量技術(shù)在工業(yè)上相對成熟，需要針對口腔牙頜模型的形狀特點和精度要求進行專用設計與加工，我國目前自主研發(fā)的牙頜模型掃描儀已經(jīng)有多款產(chǎn)品可服務于臨床和義齒加工單位，其掃描精度可達到約10~15微米、單頜掃描時間約20~30秒，數(shù)據(jù)格式開放（可輸出STL格式數(shù)據(jù)），藍光掃描技術(shù)是國產(chǎn)化設備的主要技術(shù)原理，總體上和國外產(chǎn)品性能基本相當，并開始在產(chǎn)品外觀設計、掃描軟件操作友好性以及印模掃描、頜位關(guān)系掃描功能等方面進行升級換代。

　　牙頜模型是口腔臨床診療的基本對象之一?？梢灶A見，由于進口設備的售后服務成本高，某些產(chǎn)品設備與軟件捆綁銷售等因素，國產(chǎn)牙頜模型掃描儀的本地優(yōu)勢會有越來越好的發(fā)揮。下頜運動數(shù)據(jù)采集設備個體下頜運動數(shù)據(jù)，對口腔各臨床均有著重要意義，隨著技術(shù)的成熟，可與各類口腔數(shù)字技術(shù)集成（如口腔修復體設計、口腔正畸診斷設計、口腔種植修復、口腔正頜外科以及顳下頜關(guān)節(jié)疾病的診斷和治療）。傳統(tǒng)的下頜運動

　　裝置基本是國外進口，且裝置結(jié)構(gòu)較復雜，數(shù)據(jù)多數(shù)是封閉的，目前僅有個別產(chǎn)品提供了針對指定第三方修復設計軟件的數(shù)據(jù)接口。操作簡易化、裝置小型化、數(shù)據(jù)開放性是該領(lǐng)域的發(fā)展方向，也是國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展機會，國內(nèi)該領(lǐng)域研究成果已開始朝著國產(chǎn)化產(chǎn)品方向努力。

　　由于可以簡化臨床取印模的環(huán)節(jié)及減少相關(guān)臨床材料消耗，近年來口內(nèi)掃描技術(shù)發(fā)展非?？?。國內(nèi)在口內(nèi)掃描儀的研發(fā)上，起步與國外相差不多。目前在我國應用的口內(nèi)掃描儀有美國、德國、以色列、丹麥、加拿大、芬蘭等多個國家的產(chǎn)品，我國自主研發(fā)并市場銷售的口內(nèi)三維掃描儀也有4~5個品牌。國產(chǎn)口內(nèi)掃描儀的掃描精度約為15~30 微米，掃描速度表現(xiàn)良好，部分產(chǎn)品已可以實現(xiàn)彩色掃描，與國外產(chǎn)品無顯著差異，且國產(chǎn)設備數(shù)據(jù)完全開放，非常適合我國的臨床需求。國產(chǎn)化口內(nèi)掃描儀與國外產(chǎn)品的改進方向基本相同，掃描頭的進一步小型化，改進色彩逼真度，提高軟件自動咬合關(guān)系的配準效率，以及多牙位缺失及無牙頜掃描的精度保證等方面，仍有待進一步改進。

　　口內(nèi)掃描技術(shù)的不斷成熟，某種程度會改變口腔臨床的操作流程，更好為患者服務。隨著口腔牙頜數(shù)字模型的海量化，相關(guān)的大數(shù)據(jù)研究也會成為研發(fā)重點。

　　CBCT 技術(shù)的基本原理也是基于X 射線成像，它對口腔臨床的作用越來越大，已逐漸成為常規(guī)的臨床檢查手段，特別是大視野CBCT對口腔正畸診斷、口腔種植及口腔頜面外科手術(shù)方案設計的作用越來越重要。國產(chǎn)CBCT 已經(jīng)有近10個品牌，硬件性能與國外產(chǎn)品無顯著差異，基本可以滿足口腔臨床常規(guī)檢查的需要，其中平板探測器是CBCT的最核心部件，選型時應多關(guān)注平板探測器的技術(shù)參數(shù)。但CBCT 數(shù)據(jù)的單一診斷已不能滿足口腔臨床的現(xiàn)今需要，與三維面部數(shù)據(jù)、口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)或牙頜模型數(shù)據(jù)的融合是國外CBCT 配套軟件的一大亮點。

　　部分國外品牌口腔數(shù)字化軟硬件產(chǎn)品線豐富（如登士柏西諾德、普蘭梅卡、3Shape 等），自身產(chǎn)品線設備及軟件間的數(shù)據(jù)兼容性好，可實現(xiàn)基于CBCT數(shù)據(jù)的多源數(shù)據(jù)融合、頭影測量、種植設計、正畸分析等功能。國產(chǎn)CBCT廠家仍需在此方面加強與國內(nèi)合作，互補不足，完善軟件功能表現(xiàn)。相信隨著臨床應用的不斷普及，本地化在技術(shù)服務、配套軟件研發(fā)方面會有更好的表現(xiàn)。

　　個體下頜運動數(shù)據(jù)，對口腔各臨床均有著重要意義，隨著技術(shù)的成熟，可與各類口腔數(shù)字技術(shù)集成（如口腔修復體設計、口腔正畸診斷設計、口腔種植修復、口腔正頜外科以及顳下頜關(guān)節(jié)疾病的診斷和治療）。傳統(tǒng)的下頜運動裝置基本是國外進口，且裝置結(jié)構(gòu)較復雜，數(shù)據(jù)多數(shù)是封閉的，目前僅有個別產(chǎn)品提供了針對指定第三方修復設計軟件的數(shù)據(jù)接口。操作簡易化、裝置小型化、數(shù)據(jù)開放性是該領(lǐng)域的發(fā)展方向，也是國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展機會，國內(nèi)該領(lǐng)域研究成果已開始朝著國產(chǎn)化產(chǎn)品方向努力。

　　數(shù)控切削技術(shù)是工業(yè)上最為成熟的加工技術(shù)，常說的計算機輔助制造技術(shù)（CAM）狹義上就是指數(shù)控切削技術(shù)。目前國產(chǎn)品牌的義齒加工用數(shù)控切削設備已有近10多個，且同質(zhì)化，由于性價比優(yōu)和本地化的技術(shù)服務優(yōu)勢，國產(chǎn)設備在數(shù)字化批量生產(chǎn)的義齒加工企業(yè)中有一定的認可度。但從品牌影響力來說，仍然是進口設備占據(jù)優(yōu)勢，特別是在高速椅旁加工和復雜5軸加工方面，尚缺乏國產(chǎn)化影響力產(chǎn)品。

　　目前國產(chǎn)化NC 設備的技術(shù)改進應以細節(jié)提升為主，如刀具磨損檢測和提示、多材料混合加工支持、加工穩(wěn)定性的提高、噪聲降低等方面仍需加強。而在加工工藝規(guī)劃軟件方面則有更多需要提升的地方，刀具規(guī)劃、路徑規(guī)劃、布局和支撐規(guī)劃的相關(guān)關(guān)鍵工藝參數(shù)直接影響著加工效率的提升、加工精度的保證以及材料利用率的提升。國產(chǎn)NC設備在上述各方面還有較大發(fā)展空間。

　　由于口腔臨床個性化需求與3D打印個性化的特點天然結(jié)合，有理由認為3D打印技術(shù)在口腔臨床會有非常大的快速發(fā)展應用。3D打印在金屬（鈷鉻、純鈦）、醫(yī)用樹脂國產(chǎn)品牌都有多家產(chǎn)品問市，國產(chǎn)品牌的可選擇性較多，金屬類打印設備以SLM 技術(shù)為主，樹脂類打印設備以DLP技術(shù)為主，其打印精度、打印時間、打印質(zhì)量等技術(shù)指標已經(jīng)可以滿足臨床需求。國產(chǎn)牙科陶瓷的3D打印技術(shù)也在快速發(fā)展中，目前尚在臨床應用前的測試階段。針對口腔臨床特點的椅旁快速小型化的3D打印機設備也在持續(xù)升溫，已有國產(chǎn)品牌設備在臨床使用，可快速制作個別托盤和診斷義齒，技術(shù)原理基于FDM技術(shù)。

　　金屬基底冠的3D 打印比傳統(tǒng)鑄造技術(shù)有更高的生產(chǎn)效率，金屬支架的打印也比傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)有更好的質(zhì)量穩(wěn)定性。3D 打印技術(shù)的材料利用率幾乎可達到100%，這一優(yōu)勢會越來越擴大其臨床應用普及。

　　可加工的材料涵蓋樹脂類、金屬類和陶瓷類等口腔診療常用材料類別。采用工業(yè)技術(shù)加工制造臨床所需口腔假體（義齒、贗復體、植入體）和口腔輔助治療裝置（模型、導板、矯治器、頜墊等）取代傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)，是口腔醫(yī)學的一大進步，也為診療的質(zhì)量控制提供了更好的條件。無論是數(shù)控切削技術(shù)還是3D 打印技術(shù)都與材料技術(shù)密切相關(guān)，尤其是3D 打印技術(shù)?？谇挥貌牧隙鄶?shù)需要醫(yī)療器械注冊許可，研發(fā)周期長，需要足夠的耐心。

　　目前國產(chǎn)的切削陶瓷材料（氧化鋯為主、玻璃陶瓷）表現(xiàn)優(yōu)異，隨著數(shù)字化技術(shù)的臨床應用推廣，用于導板類和臨時修復體的樹脂類材料也會有長足的發(fā)展。3D 打印牙科陶瓷材料更是值得期待。

　　軟件技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)的核心和關(guān)鍵，其技術(shù)基礎是數(shù)學！卡爾馬克思曾說：“一門科學只有當它達到了能夠成功地運用數(shù)學時，才算真正發(fā)展了”，正如這句話所言，口腔醫(yī)學軟件技術(shù)智能化水平的表現(xiàn)就取決于其軟件程序背后所蘊含的“ 醫(yī)學知識的數(shù)學表達”問題，這也正是現(xiàn)階段國內(nèi)外軟件水平差異的核心所在。

　　目前，國內(nèi)已應用并有國產(chǎn)化產(chǎn)品的口腔數(shù)字化設計軟件包括：口腔修復設計軟件、口腔種植設計軟件、口腔正畸診斷和治療設計軟件、口腔頜面外科手術(shù)設計軟件等。

　　口腔修復設計軟件是目前口腔醫(yī)學領(lǐng)域應用最為廣泛的軟件技術(shù)，也是較早開始臨床應用的技術(shù)，甚至狹義的口腔CAD/CAM技術(shù)主要就是指口腔修復體的數(shù)字化設計與制作。目前國外軟件可實現(xiàn)的設計功能包括各類固定修復（貼面、嵌體、單冠、固定橋）、活動修復（可摘局部義齒支架、全口義齒）以及美學和功能設計等。國產(chǎn)化軟件僅有2~3個品牌，且市場認知度較低，軟件功能主要為固定修復設計，相關(guān)核心軟件算法國內(nèi)雖有一定積累，但軟件的臨床應用情況不佳，有技術(shù)無市場。一方面需要繼續(xù)改進軟件技術(shù)，另一方面可以期待產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整。

　　隨著我國老齡化社會的到來，全口義齒的臨床需求會持續(xù)增長，由于骨量、全身健康和經(jīng)濟等因素，無牙頜種植修復臨床占比會在10%以內(nèi)。據(jù)文獻報道，國外已經(jīng)有10余套數(shù)字化全口義齒系統(tǒng)在臨床應用，目前還未進入中國市場。而全口義齒設計功能。在目前主流的口腔修復設計軟件中多數(shù)有包含，其臨床應用尚有一些環(huán)節(jié)未能解決。國產(chǎn)全口義齒數(shù)字化設計軟件目前有一定的突破，已經(jīng)可以應用于臨床實踐，其效果有待進一步大范圍的臨床應用。

　　可摘局部義齒支架數(shù)字化設計軟件和椅旁口腔修復數(shù)字化設計軟件目前仍是進口軟件一家獨大，國產(chǎn)技術(shù)未能有實際突破。個性化咬合墊和夾板的數(shù)字化設計軟件也會在臨床日益普及，以解決松動牙固定、創(chuàng)傷牙固位、咬合調(diào)整、夜磨牙等臨床問題。

　　國產(chǎn)化個別托盤設計軟件與國外產(chǎn)品齊頭并進，目前可支持種植修復、可摘局部義齒修復、無牙頜修復的個別托盤設計需求。

　　針對種植手術(shù)導板設計的應用，國產(chǎn)軟件在種植領(lǐng)域有不錯的臨床應用?，F(xiàn)階段主要采用醫(yī)生端軟件完成植體的方案設計，再由國內(nèi)服務中心提供導板設計和3D 打印服務，和進口產(chǎn)品技術(shù)大致相當，但在相應效率和制作周期方面有明顯優(yōu)勢。隨著公立口腔醫(yī)院導板收費許可，種植導板軟件技術(shù)會有較大的臨床應用發(fā)展。

　　無托槽透明矯治技術(shù)是口腔正畸的熱門技術(shù)，符合了部分患者的特殊需求，國內(nèi)也有多個品牌提供臨床應用。但此類軟件技術(shù)并未完全透明給醫(yī)生端，對于精細的調(diào)整支持需要加強。隨著國外主流口腔數(shù)字化設計軟件中陸續(xù)增加了正畸矯治設計功能（如3Shape，Exocad 即將推出），醫(yī)生端可以完全自主主導設計全過程，再配合3D 打印技術(shù)生成系列無托槽透明矯治器，對無托槽透明矯治技術(shù)應用會起到積極的作用。國產(chǎn)軟件需要重視這一現(xiàn)象。

　　口腔正畸的術(shù)前測量分析是口腔正畸臨床重要的環(huán)節(jié)，基于三維大視野CBCT 數(shù)據(jù)的頭影測量和患者數(shù)據(jù)集成管理軟件，目前國內(nèi)尚未形成有影響力的產(chǎn)品，仍需繼續(xù)努力。

　　口腔頜面外科手術(shù)復雜、要求高，醫(yī)生成長周期長。頜面外科手術(shù)的數(shù)字化設計，可在術(shù)前進行充分完整的三維分析，并進行良好的醫(yī)患溝通，對提高頜面外科手術(shù)的安全有

　　非常重要的意義。在國家863 項目的支持下，經(jīng)過國內(nèi)口腔醫(yī)院和相關(guān)企業(yè)的密切合作，國產(chǎn)口腔頜面外科手術(shù)設計軟件已經(jīng)初露端倪，并進入臨床應用，軟件功能與進口同類型軟件基本相當，可完成正頜外科技術(shù)設計、頜骨修復重建技術(shù)設計、創(chuàng)傷修復手術(shù)設計等主要口腔頜面外科技術(shù)設計。本地化技術(shù)服務的優(yōu)勢和基于互聯(lián)網(wǎng)服務的獨特模式，使國產(chǎn)化軟件有望在基層口腔醫(yī)院機構(gòu)廣泛應用普及。

　　手術(shù)導航系統(tǒng)是實現(xiàn)各類手術(shù)數(shù)字化設計準確實施的技術(shù)手段，主要用于口腔頜面外科、口腔種植手術(shù)，可大大提高手術(shù)的安全性，減少創(chuàng)傷。該類系統(tǒng)較為復雜，技術(shù)要求較高，手術(shù)導航系統(tǒng)目前主要在少數(shù)口腔專科醫(yī)院臨床應用。國產(chǎn)化的口腔頜面外科手術(shù)導航系統(tǒng)和口腔種植手術(shù)導航系統(tǒng)已經(jīng)初步應用于口腔臨床，系統(tǒng)包括光學跟蹤定位設備和導航軟件系統(tǒng)，導航軟件系統(tǒng)多為自主研發(fā)，光學跟蹤定位設備多為引進國外成品設備，還未做到完全的國產(chǎn)化。手術(shù)導航設備的廣泛應用，可加快年輕醫(yī)生的成長，提高基層頜面外科和種植外科的醫(yī)療水平。國產(chǎn)化的口腔醫(yī)療機器人目前仍未有產(chǎn)品推出，相關(guān)臨床研究主要集中在口腔頜面外科手術(shù)和種植手術(shù)領(lǐng)域，在手術(shù)數(shù)字化設計及導航的基礎上，可實現(xiàn)由機器人實現(xiàn)手術(shù)定位或輔助操作，相信不久的將來會有我國自主研發(fā)的口腔醫(yī)療機器人產(chǎn)品問世。

　　口腔醫(yī)學生的培養(yǎng)需要在仿頭模上進行大量的實踐操作，傳統(tǒng)仿頭模技術(shù)對口腔臨床的復雜情況模擬程度有限，數(shù)字技術(shù)可以在臨床前的實踐操作培訓中發(fā)揮重要的作用?；谔摂M仿真技術(shù)的口腔數(shù)字化教學系統(tǒng)，國外已經(jīng)經(jīng)歷了10多年的發(fā)展，我國相關(guān)技術(shù)近幾年也有長足的進步：國產(chǎn)化基于力反饋技術(shù)的口腔虛擬仿真教學系統(tǒng)，可以實現(xiàn)口腔及手術(shù)三維場景逼真繪制，模擬口腔組織真實觸感，精細區(qū)分牙齒、牙齦、舌等口腔組織，可以模擬牙周探診、齦上潔治/齦下刮治、齲齒探查、窩洞預備、根面平整術(shù)、牙齦翻瓣術(shù)、牙齦切除術(shù)等操作。國產(chǎn)化采用紅外跟蹤技術(shù)的口腔技能訓練及實時評估系統(tǒng)，可以實現(xiàn)牙冠預備、窩洞預備、開髓等操作的實時引導、操作路徑及結(jié)果評估，使教學、訓練、考核、評估更加客觀和標準。隨著此類國產(chǎn)系統(tǒng)的不斷成熟，技術(shù)引進成本將比進口系統(tǒng)大大降低，會對我國廣大口腔醫(yī)學院校的學生臨床技能培養(yǎng)起到積極作用。此外，國產(chǎn)系統(tǒng)配套軟件的升級可以根據(jù)國內(nèi)院校的實際教學需求進行定制開發(fā)，實現(xiàn)更加接近國內(nèi)臨床實際的疾病模型，這是國產(chǎn)系統(tǒng)遠遠優(yōu)于國外產(chǎn)品的優(yōu)勢。

　　國產(chǎn)口腔數(shù)字化設備和軟件從研發(fā)到產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，再到口腔臨床應用，涉及多個非技術(shù)環(huán)節(jié)，如醫(yī)療器械的注冊許可、公立醫(yī)院臨床收費許可（醫(yī)療服務價格項目）以及相對合理的收費價格制定，上述環(huán)節(jié)都影響著國產(chǎn)化技術(shù)的臨床推廣和應用效果，相關(guān)管理部門和公立醫(yī)院應給予重視?？紤]到口腔數(shù)字化技術(shù)對高年資專家和年輕醫(yī)師有著不同的學習成長曲線，了解各自不同的成長曲線特點，并給予相應的重視和投入，亦會得到更好的應用效果。

　　此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)逐漸深入到社會生活的各個方面，國產(chǎn)化技術(shù)也會在口腔醫(yī)療的相關(guān)領(lǐng)域有所發(fā)展，如遠程輔助診療系統(tǒng)、基于云的口腔APP應用、電子語音病歷系統(tǒng)、智能診斷系統(tǒng)等，都會進一步改善醫(yī)患技的溝通和交流，更好為口腔臨床服務。

　　趙一姣，北京大學口腔醫(yī)院口腔醫(yī)學數(shù)字化研究中心、口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國家工程實驗室高級工程師，研究生導師。中華口腔醫(yī)學會口腔醫(yī)學計算機專委會委員，北京口腔醫(yī)學會數(shù)字化口腔醫(yī)學專委會委員（兼學術(shù)秘書），中國醫(yī)學裝備協(xié)會醫(yī)用增材制造專委會委員。長期從事口腔醫(yī)學數(shù)字化技術(shù)的研發(fā)和教學工作，承擔和參與國家及省部級科研項目10余項，申請和獲批國家發(fā)明專利及軟件著作權(quán)20余項，發(fā)表學術(shù)論文60余篇。

　　王勇，教授級高級工程師，博導，北京大學口腔醫(yī)院口腔醫(yī)學數(shù)字化研究中心主任。中華口腔醫(yī)學會理事，北京口腔醫(yī)學會數(shù)字化口腔醫(yī)學專委會主任委員，中華口腔醫(yī)學會口腔醫(yī)學計算機專業(yè)委員會副主任委員，口腔數(shù)字化醫(yī)療技術(shù)和材料國家工程實驗室總工程師。專職從事數(shù)字化口腔醫(yī)學的研究和教學，承擔和參與國家及省部級科研項目30余項，申請和授權(quán)國家發(fā)明專利及軟件著作權(quán)30余項，發(fā)表學術(shù)論文200余篇。Kaiyun中國 官方網(wǎng)站Kaiyun中國 官方網(wǎng)站