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儿童牙弓数字化诊断系统及其在口腔正畸早期矫治中的应用

2025-04-01 70 上传者：管理员

摘要：数字化技术在口腔正畸治疗领域的应用逐步广泛及深入。在口腔正畸临床诊断中，牙弓形态大小的诊断对咬合关系及治疗方案的选择至关重要。应用数字化技术建立儿童牙弓数字化诊断李小兵罗嘉庆（LILUO）系统，实现正畸矫治临床牙弓形态大小的智能化分析，对当代正畸治疗的精确性、标准化发展有积极的推动作用。首先，按照Hellman的咬合发育阶段分期，调查分析得到成都地区儿童牙弓宽度和长度的平均值，研究成果填补了我国口腔正畸治疗领域的空白。其次，以3D牙齿分割、牙弓和弓形牙槽骨识别为核心，通过数字化处理、智能化分析，得到成都地区儿童正常牙弓形态簇。最后，应用儿童牙弓数字化诊断LILUO系统分析早期矫治效果，判断异常牙弓形态在矫治后是否更贴近正常，诊断临床矫治的稳定性。儿童牙弓形态大小的诊断是儿童早期矫治的重要部分，儿童牙弓数字化诊断LILUO系统初步解决正畸临床无法记录牙弓形态大小的难题，提高了正畸诊疗的精度，并为更全面、准确的正畸治疗提供新的临床矫治思路。

关键词：
口腔正畸治疗
咬合关系
数字化技术
牙弓形态大小
面部形态
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口腔正畸治疗在咬合关系、上下颌骨关系、面部形态、口腔功能、颞下颌关节及功能、口腔健康等内容的诊断中，需要收集颅面■资料，包括上下■模型、头颅X线片、口内口外照片等。随着数字化技术在口腔正畸治疗领域的广泛应用，如口内三维扫描及模型打印技术、数字化头影测量分析技术、面部三维照相及分析技术等，正畸临床资料的收集与分析正在朝数字化方向发展成熟，为正畸临床提供了更方便、快捷、精确的临床资料收集及分析手段，使正畸临床诊断及疗效分析更加准确，也为将来标准化、精准化正畸治疗打下一个良好的基础。在口腔正畸临床诊断中，牙弓形态大小的诊断对咬合关系及功能性下颌位置的判断至关重要。在Andrews口颌面协调六要素理论中，牙弓形态是口颌面协调六要素中的核心要素，其形态大小的正常是牙排列、咬合关系、咬合功能正常的基础。Andrews基于遗传主导的理论提出WALA嵴概念，用以定义牙弓和基骨之间的相关性。WALA嵴位于下颌膜龈联合稍上方的软组织带的最凸点，与牙齿的旋转中心位于同一垂直高度，在口腔正畸治疗中，建立与基骨相协调的牙弓形态是非常重要的［1］。临床常用咬合线来记录分析牙弓的形态与大小（图1），但虚拟咬合线描记困难，其下不规则的WALA嵴无法描记，应用模型观察判断牙弓形态的方法则略显简陋。此外，错■畸形矫治因无治疗前后咬合线记录，临床就无法在治疗中或治疗后对比分析牙弓形态改变的矫治效果。因此，应用数字化技术诊断分析牙弓及其下的牙槽骨形态，描记治疗前、中、后的牙弓形态大小变化就显得非常急需和必要。笔者应用数字化模型扫描、数字化牙齿分割技术及聚类分析归一化牙弓技术，建立儿童牙弓数字化诊断李小兵罗嘉庆（LILUO）系统，以期解决正畸临床无法记录牙弓形态大小的难题，提高正畸诊疗的精度，为更全面、准确的正畸诊断及治疗提供了新的临床方法［2］。

图1正畸临床应用咬合线分析上下牙弓形态大小的异常

相对于恒牙列期正畸综合矫治，早期矫治的核心是利用儿童颅面■生长发育变化潜力，以达到恢复儿童颅面■的形态结构协调的目的［3］。通过牙弓及牙槽骨形态大小的数字化分析，建立精准的我国儿童牙弓及基骨生长发育数据库，能更深入地了解儿童口颌系统发育的自然规律，监测及利用儿童口颌生长发育规律，在遵循儿童颅面■生长发育规律的基础上高效矫治，确保儿童早期矫治获得良好的颅面■协调的矫治效果，并建立长期的口腔功能及健康基础。

1、儿童正常牙弓形态大小的生长发育流行病学调查

儿童牙弓的形态和尺寸在各个牙列发育阶段（乳牙、混合牙和恒牙阶段）不断发生动态变化，准确理解牙弓在不同阶段的生长发育规律，对于口腔正畸治疗的早期干预、预防错■畸形的发生和降低正畸治疗的复杂性具有重要价值。通过对多阶段的数据进行横断面研究，可更全面地理解牙弓尺寸和形态的演变过程，从而提供更准确的正畸干预时机和策略。笔者在成都地区收集个别正常■儿童牙弓模型（经四川大学华西口腔医院医学伦理委员会审查通过，批件号：WCHSIRB-D- 2022-501），按照临床上常用的1932年Hellman咬合发育阶段分期，得到成都地区儿童牙弓宽度和长度的平均值（表1 ~ 4），填补了我国口腔正畸治疗领域的空白。

表1成都地区ⅡC期儿童（5 ~ 7岁）牙弓宽度和长度

表2成都地区ⅢA期儿童（> 7 ~ 9岁）牙弓宽度和长度

表3成都地区ⅢB期儿童（> 9 ~ 11岁）牙弓宽度和长度

表4成都地区ⅢC期儿童（> 11 ~ 13岁）牙弓宽度和长度

2、儿童正常牙弓形态的数字化研究及我国儿童牙弓数字化诊断

LILUO系统的建立与应用2. 1儿童牙弓数字化诊断LILUO系统的建立以3D牙齿分割、牙弓和弓形牙槽骨识别为核心，通过一系列创新算法和数据处理步骤，实现牙弓及弓形牙槽骨的形态大小分析。具体的技术路线分为：①扫描重建出三维数字化牙■模型后，利用系统识别拟合牙弓和牙槽骨形态，进行归一化处理，获取个别正常■的归一化牙弓形态和归一化弓形牙槽骨形态；②建立牙弓形态智能化分析系统，并对系统测量的牙弓后段宽度和全段长度数据与手动测量数据进行统计学分析，验证系统拟合牙弓形态的可靠性；③利用智能化分析系统得到个别正常■的归一化牙弓形态和归一化弓形牙槽骨形态，并采用k-means算法将其分成多个簇，统计分析各个牙弓形态簇和弓形牙槽骨形态簇之间量化关系，建立个别正常■牙弓形态簇和弓形牙槽骨形态簇及两者关系的数据库［2］。见图2。

图2儿童牙弓数字化诊断LILUO系统框架图

2. 2成都地区个别正常■儿童牙弓形态的获得

通过系统运算获得成都地区个别正常■儿童牙弓基本形态（图3）。儿童正常牙弓形态分析获得的数字化牙弓，使正畸治疗过程中实现牙弓形态可视化，可应用于牙弓生长发育分析、牙弓和弓形牙槽骨的关联分析和早期矫治的疗效评估中。

图3成都地区个别正常■儿童牙弓基本形态

2. 3儿童牙弓数字化诊断

LILUO系统在儿童早期矫治中的临床应用儿童错■畸形早期矫治的目的之一是恢复因环境因素导致的颅面■异常生长发育。由于牙弓生长发育异常而导致的错■畸形，如轻中度牙列拥挤、上下中线不齐、前牙轻中度深覆■深覆盖等，其早期矫治的目标是恢复正常的牙弓形态与大小，以获得良好的牙列排列与上下咬合关系［4-5］。现以1例儿童牙列轻中度拥挤早期进行慢速扩弓矫治病例，介绍儿童牙弓数字化诊断LILUO系统在儿童早期矫治中的临床应用。典型病例：患儿女，8岁，以“下前牙拥挤”为主诉于2021-05-13来四川大学华西口腔医院儿童口腔科就诊。专科检查：前牙深覆■，下前牙拥挤5 mm，上下牙弓狭窄，下中线左偏1 mm，直面型、平均生长型。诊断：前牙中度深覆■、轻度深覆盖，下前牙中度拥挤（5 mm）。矫治目标：上下颌扩弓，恢复上下牙弓宽度，协调上下牙弓形态，缓解下前牙中度拥挤。治疗过程：采用上下颌活动扩弓矫治器慢速扩弓10个月，扩弓后戴用Hawlay保持器保持1年。见图4。应用三维扫描技术获得矫治前后三维数字化模型，再应用儿童牙弓数字化诊断LILUO系统分析显示，早期慢速扩弓的临床治疗使儿童异常牙弓形态在矫治后更贴近正常，矫治有效，牙弓及弓形牙槽骨协调稳定（图5）。

3、儿童牙弓数字化诊断LILUO系统的应用前景

3. 1建立我国儿童牙弓形态大小生长发育数据库

我国儿童在牙弓形态和发育方面存在独特的地域性和种族性特征，建立符合我国儿童牙弓形态大小的生长发育参考数据具有重要的临床意义。目前，许多关于牙弓形态和发育的研究集中在欧美等发达国家，这些数据可能不完全适用于我国儿童。研究发现，不同种族和地域的人群之间在牙弓宽度、长度和形态上存在显著差异。例如，研究显示黑人儿童的牙弓宽度明显大于白人儿童，而不同地区儿童的牙弓形态在宽度和长度上也有所不同［6］。为了更好地发展个性化、精准化正畸临床体系，建立我国儿童的牙弓形态大小数据库非常必要。

图4 8岁患儿下前牙中度拥挤的早期慢速扩弓矫治

图5 8岁患儿早期慢速扩弓矫治前后牙弓形态变化的LILUO系统分析

3. 2促进早期矫治向个性化诊疗方向发展

现有的牙弓形态分类（如Ricketts分类的5种形态），虽然提供了基本的参考，但这些分类大多基于静态数据，无法准确反映个体在不同发育阶段的动态变化。而儿童牙弓/弓形牙槽骨在个体的生长发育过程中经历了显著的动态变化，从乳牙列到恒牙列，牙弓的形态和大小都会发生相应的调整。掌握这些变化对于早期干预和矫治至关重要。应用儿童牙弓数字化诊断LILUO系统，建立儿童个别正常■牙弓形态大小数据库，可以更加深入地探讨我国儿童牙弓及弓形牙槽骨的变化规律，为临床更准确的诊断及治疗目标提供研究基础数据。数字化诊断能判断儿童个性化牙弓/弓形牙槽骨，匹配相应的标准牙弓形态与大小，这将有助于制定个性化的矫治方案，确保治疗方案不仅适合个体的当前牙弓形态，还能够适应其未来的变化趋势，提高矫治的精确性和有效性。

3. 3优化早期矫治效果评估方法

早期矫治阶段，牙弓形态的变化是复杂多样的。不同个体的牙弓在矫治前后的变化幅度及方式可能存在显著差异。传统的评估方法往往侧重于静态的牙弓测量，如牙弓宽度、长度和周长的比较，但这不足以全面捕捉到牙弓在矫治过程中可能发生的细微而重要的动态变化。通过应用儿童牙弓数字化诊断LILUO系统，能更为精确地动态评估矫治前后牙弓形态大小变化，在治疗前、中、后实时跟踪和记录矫治造成的牙弓形态变化，从而提供更为全面和准确的矫治效果评估。

参考文献:

[3]李小兵.牙弓/弓形牙槽骨的塑形矫治——基于牙弓形态发育不良的儿童错■畸形诊断与阻断治疗[J].华西口腔医学杂志,2016,34(6):556-563.

[4]黄仲敏,张赟,李小兵.替牙列早期上颌慢速扩弓对上颌中段牙及牙槽嵴的影响[J].上海口腔医学,2023,32(5):501-507.

基金资助:四川省自然科学基金(25NSFSC695);

文章来源:李小兵,罗嘉庆.儿童牙弓数字化诊断系统及其在口腔正畸早期矫治中的应用[J].中国实用口腔科杂志,2025,18(02):147-152.