牙颌面畸形系指因颌骨发育异常引起的颌骨的体积、形态以及上下颌骨之间及其与颅面其他骨骼之间的关系异常，和随之伴发的牙牙合关系及口颌系统功能异常与颜面形态异常。广义的牙颌面畸形还包括外伤、肿瘤等所致的继发性畸形。牙颌面畸形往往表现为三维空间结构和位置的异常。为了解决患者牙颌面的三维空间关系，经典的正颌外科设计方法分三步：首先进行头影测量分析和手术模拟设计；然后取模、转移牙合关系，上牙合架、在石膏模型上制作模型外科；最后根据模型外科制作术中殆板。其设计和制作基于术前二维影像和石膏模型的拼对，手工制作牙合板效率较低，过程较繁琐，耗费医务人员大量时间和精力，并且难以精确地测量骨块空间移动量以及直观反映术后情况，可能造成术前诊断和手术设计上的失误。
数字化外科是结合医学、数学、信息学、电子学及机械工程等技术的新兴交叉学科。近年来，数字化技术与颅颌面外科学紧密结合，极大促进了正颌外科临床诊疗技术发展。数字化正颌外科技术包括头颅术前手术规划与模拟、计算机辅助设计、三维打印及虚拟正颌手术培训等方面。本文就数字化正颌外科的发展、数字化牙合板临床实际操作流程、适应证选择进行分析总结，为数字化正颌外科的临床实际应用提供参考依据。
数字化正颌外科的雏形是利用医学影像及模型外科技术来诊治牙颌面畸形。1931年布劳德本特（Broadbent）发现基于定位片的头影测量能反映牙颌面之间的关系。从此，头影测量成为正颌外科手术计划设计的“金标准”。但这些基于二维的测量难以有效分析牙颌面畸形的三维空间异常，特别是对于复杂的牙颌面畸形，如颜面不对称畸形。1987年，何米（Hemmy）首次报道将三维重建技术应用于颅颌面外科，开启了数字化技术在颅颌面应用的先河。随后激光扫描、三维摄影哺、三维重建技术蓬勃发展，使得数字化正颌外科日趋成熟。随着计算机技术及数控加工技术的发展，计算机辅助设计和制造技术（CAD／CAM）也被应用于颅颌面外科。本世纪发展的三维打印技术使得数字化正颌外科在临床应用日益广泛。
国内在数字化医学的开发及颅颌面外科的应用也有很好的积累。上海第九人民医院联合开发的计算机辅助颅颌面外科手术设计规划系统已进入临床实验阶段，结合三维打印系统，成功完成了截骨导板及 板的设计与打印，在正颌外科临床中推广应用，取得了令人满意的结果。另外，在虚拟现实的正颌外科手术培训系统上取得了初步成果，研发出了具有力反馈功能的虚拟正颌手术培训系统。
三维数据的原理 锥形束CT（CBCT）扫描获得的DICOM（digitalimaging and communication in medicine）数据可以被大多数重建软件识别直接使用，但是通常需要从CT机上拷贝或光盘刻录到装有设计软件的电脑中。三维重建技术是在二维CT图像数据的基础上，利用计算机技术将其转化为模拟数据输出为三维立体图像，从而准确地显示解剖结构与病变的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织结构的空间关系，为颅颌面外科的畸形修复和颜面整形提供更为精确且量化的模拟。
三维重建的步骤 三维重建的第一步是阈值分割，阈值分割是指把一定CT值范围内的CT数据转变成三维模型，选定的CT阈值将影响图像质量。阈值太低容易引入软组织伪影和噪音，阈值太高又容易丢失真实数据导致误差。一般建议重建下颌骨阈值（下限）设定为500 Hu，上颌骨阈值设定为250 Hu。个别情况需要特殊注意，如果需要制作骨面支持导板，则皮质骨边缘一定要准确重建，可以通过图像放大功能来仔细鉴别。锥形束CT扫描可以重建出牙颌面骨组织形态及无颜色和纹理的面部形态，但由于牙齿周边银汞充填物及矫正器金属伪影的存在，CT获得的牙列表面形态不够精确。激光扫描仪对石膏模型扫描能获得精确表面数据，适合对牙列表面细微结构及面部软组织的分析和重建。另外，要获得面部颜色和纹理数据，需要三维摄影技术。光学扫描的精确度远高于CT图像，克服了CBCT对牙 面显示不清的缺点，避免了放射性，但是这也需要专门的光学扫描仪器和配套的软件将CT数据和光学扫描数据进行匹配。
数据融合 数字化正颌外科的重要步骤之一是不同模态数据的融合，形成一个虚拟头模以便分析患者诊治前后牙颌面三方面的改变。分析软件的发展可以把不同模态的数据融合在一起，形成增强虚拟头模。有3类配准方式可以实现CT影像资料、激光扫描数据及三维摄影数据的融合。分别为基于点的配准（PBM）、基于面的配准（SBM）和基于像素的配准（VBM）。基于点特征对应性的配准方法是选择特征点作为配准标记点，然后在不同模态内模型中找到对应配准标记点，进行几何运算，确定转换矩阵，从而建立配准关系。这种配准方法无创、简便易行，但可能产生人为的定点误差。基于表面配准法，是用一系列的表面散乱点代替有限的配准点来进行配准。它是将获得的不同模态三维表面数据匹配起来，建立坐标转换关系。由于不需要摄取标记点，所以可以实现自动配准，加快配准速度。并且由于配准点增多，提高了配准中的冗余性，所以配准精度比较高。匹配后合成的三维虚拟增强模型包括CBCT来源的骨组织模型、牙模扫描后的数字化表面模型及表面纹理(颜色)的增强虚拟模型，以STL文件保存以备进一步处理。
相关技术
计算机辅助设计技术是数字化外科的核心，虚拟增强模型在三维编辑软件环境下，进行各种处理，完成数字化三维设计。其组成技术包括：镜像技术、有限元分析、自由曲面构建技术、数据分割技术、数据构建技术、图像配准技术、差值分析技术等。目前用于手术规划、设计的商业化软件包括SurgiCase、Magic RP软件等，通过导入重建三维图像，在三维图像上进行区域分割、骨块移动、测量等功能选项，从而实现预定手术方案的生成、手术过程的模拟以及术后效果的显示，对手术具有极大的指导意义。
临床应用
应用计算机辅助设计软件可完成颅面骨虚拟切割和移动，使复杂手术的模拟成为可能并预测术后效果，能有效缩短手术时间，提高手术的精度和效率，减少术后并发症，并便于医患之间以及医生之间的有效沟通和交流。常用的手术规划操作包括上颌骨Le Fort截骨、下颌支矢状劈开术、下颌角修整、颏成形术、牵引成骨术。近年来，国内也开发出具有自主知识产权的术前规划及设计软件，其三维手术仿真平台可以进行牙颌面畸形的诊断、术前模拟及预测，从而使正颌外科手术更为精确。
计算机辅助手术模拟是虚拟手术的一种，是基于各种医学影像数据运用计算机图形学与虚拟现实来模拟、指导手术，使复杂精确的手术成为可能。近年来，手术规划与模拟技术应用于正颌外科的矫治并取得了良好的效果。
（未完，待续。。。）
本文已刊登于《实用口腔科杂志》2014年第7卷第6期，了解更多，请访问《实用口腔科杂志》官方网址。
（来自“中国医学论坛报·今日口腔”第82期03版）
本讲座将针对全口重建在牙周植牙领域可能遭遇到的种种临床难题，详加分析，进而就手术处理来提出解决方案，并以各种实际案例与不同的手术技巧来详加印证。最后，分享以患者为中心的完整案例，针对各式不同疑难病例，从初诊检查、资料搜集、治疗计划的拟定到实际治疗的执行与完成结果，一一为您做最深入浅出的剖析。讲者希望就本演讲能带给听众扎实的理论基础，进而就技术层面应用到临床实例上。（本课程为全程中文授课）
讲师简介
林静毅，哈佛大学口腔生物医学博士，哈佛大学牙周病植牙专科医师，哈佛大学牙周病临床指导医师，台北医学大学牙医学系助理教授，台大医院牙周病科临床指导师暨兼任主治医师，中国台湾植牙医学会专科医师，美国牙周病专科医师，进阶牙医教育中心创办人暨总监。
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