黄进静，陈 洛，于海洋，甘雪琦
随着人们物质文化生活水平不断提高，对口腔修复治疗中美的追求不断加深，前牙美学修复由此诞生并受到越来越多研究者的关注。前牙美学修复是集牙周治疗、咬合治疗、生理学、美学及预防学等为一体的口腔修复技术[1]。影响前牙的美学缺陷多种多样，包括牙体硬组织缺损、牙齿颜色不良、牙齿形态不良、牙齿排列不良、牙间隙、个别牙缺失、牙龈美学不良等[2]。近年来，出现了一种利用美学设计软件对前牙修复进行美学设计的技术——数字化微笑设计(digital smile design，DSD)。此技术运用美学原理，借助专业制图软件，对采集的患者口面部数码照片和/或扫描数据深入分析，获取直观修复预期判断，方便医生与患者进行病情沟通[3]。患者可根据模拟效果提出个性化要求，从而达到最佳美学修复效果[4]。本文对数字化微笑设计在前牙美学修复中应用的发展、设计方法、临床应用进展进行总结，以期为美学修复的临床工作提供依据。
数字化微笑设计是目前前牙美学的新理念修复程序，根据国际微笑标准，采集牙齿色泽、排列、轮廓等信息，对美学参数进行设计，以达到完美的修复体外形和微笑面容[5-6]。最早介绍DSD的文章发表于2002年[7]，其特点是通过录制患者视频进行微笑动态分析，不同于以往在打印的照片或石膏上绘制美学参考线，临床医生和技术人员可使用计算机软件，如PowerPoint(Microsoft Corp)和Photoshop(Adobe Systems Inc)[8]等在电脑屏幕中的患者照片上绘制。2008年，制定了第一个DSD协议，通过一系列面部、口外和口内照片引导[6]，将二维照片与3D数字模型合并，转到数字化格式，以验证和确定三维美学参数[9]，并应用数据库里的天然牙齿形态和微笑数字扫描文件来简化“数字蜡型”，避免受临床医生审美或口腔技师蜡型堆塑技能的影响，便于进行美学模拟。近年来，锥形束计算机体层扫描(CBCT)及口内外光学扫描仪的出现与技术进步，使得对口腔颌面部组织结构进行详细3D评估成为可能，并逐渐向4D评估探索。同时，一些计算机程序和软件可使数字化美学设计效果可视化与共享，便于修复与正畸、牙周、外科等多学科联合治疗[10]。
2.1 数据采集
采集信息首选数码摄影，拍摄时需要补光以拍清齿颊间隙。微笑与照相角度密切相关，拍摄时应使患者头部稳定，相机位于固定位置，垂直于患者面部进行拍摄，可以让患者说一段话(如：Chelsea eats cheesecake on the Chesapeake)后放松微笑[7]。但仅基于照片进行面部分析是不正确的，Tarantili等[11]研究了采用视频记录微笑，观察到自发微笑平均持续时间是500 μs，这增加了照片记录微笑的难度。Chaudhary等[12]比较了静态摄影和视频拍摄用于微笑分析，发现视频记录可为分析微笑的动态特征提供更全面的信息，但标准的数字照片便于查看，是分析修复后微笑的有效工具。3D分析需使用口内扫描仪获取牙龈和牙齿三维数据，面部扫描仪获取面部三维数据，3种数据整合以获得面部软组织和牙列三维数字模型。
2.2 数据采集
首先将患者面部照片导入DSD软件，在软件初始页面中央放置两条十字交叉线，以瞳孔连线作为水平面的参考；
基于面部特征，如眉间、鼻子和下巴，确定面中线，使其不受牙齿位置、角度或牙列中线干扰。然后评估患者面部的整体比例，检查静息和微笑时上唇的长度，确定牙龈显示范围。接着检查牙齿状况、功能异常习惯、口腔卫生、间距。随后将十字定位线转移到微笑区域，进行微笑定位，以此分析牙齿和面部的相对关系[13]。3D分析则是在2D分析基础上对三维模型上进行面部、唇齿、牙齿、牙龈等美学分析[14]。
2.3 微笑设计
上颌前牙切缘连接形成的曲线被称为“微笑弧线”，当微笑弧线与下唇弯曲弧线平行时，才能构成协调的微笑[15]。牙齿比例受自身宽长比及在牙弓和微笑结构中排列的影响，以往口腔医生常参考黄金比例(源于经典数学理论，比值约1.618 03∶1)[10]设计，但lvarez-lvarez等[16]的研究表明大多数专业与非专业人士认为中切牙的美学最佳宽长比为85%，侧切牙和尖牙为80%。Horvath等[17]通过三维测量发现人的面部和微笑并非完全对称，于是Silva等[18]提出“面部流线”(facial flow line, FFL)的概念，即在微笑时，画一条连接眉间、鼻梁、人中和下巴的线，所有面部结构都相对于这条线达到和谐平衡，包括微笑时的牙齿。此外，患者的文化特征、性别、体型和年龄等因素也会影响微笑设计[19]。
基于以上规则，可在电脑上模拟修复效果，但许多患者并不能完全理解DSD上的改变，因此需要诊断蜡型与诊断饰面将其具体化(堆塑或3D打印诊断蜡型，制备硅树脂导板，翻制诊断饰面)。此时，患者可看到真实的预估结果，对修复体大小和体积有完全的感知[20]。临床医生可对患者口内诊断饰面进行功能评估(如前伸、侧向运动及其对语音的影响)和美学评估(微笑、下唇位置和新的牙齿设计的协调)[21]。
3.1 2D-DSD技术
2D-DSD技术是将二维数码照片导入图片处理软件设计，现有可用的图片处理软件主要有Keynote (Apple Inc)、Digital Smile System(DSS-EG Solution)及国内自主研发的ezDSD Pro(西安知北信息技术有限公司)等。2D-DSD技术对数码照片拍摄角度要求较高，至少需拍摄两张照片(全脸正面微笑照和上颌牙列黑背景照)，并要求两张照片的拍摄角度完全一致，使照片中的牙齿可完全重叠，再进行下一步操作[22]。使用Keynote进行数字微笑设计由Coachman等[6]首次提出，随着软件升级一直延续至今。DSS有两个版本(Easy和Pro)，其特点是患者需戴配套的眼镜拍摄全脸正面照片，借助眼镜参考点以正确再现比例，软件内置9个不同牙齿表面轮廓模板，设计过程所有步骤可被记录下来并导成PDF，方便设计者与团队或患者沟通[23]。国内研发的软件使用较少，但也具有较好的使用价值。吴璇等[24]通过临床随机对照试验评估ezDSD Pro的临床应用效果，发现该软件能够提高前牙美学修复设计效率，与PowerPoint、Photoshop、Keynote等图形处理及演示软件比较，ezDSD Pro具有价格便宜、应用简便、工具实用、可量化输出指标的优点。
2D-DSD具有以下优势：①极佳审美分析，快速模拟治疗效果[25]；
②患者参与决策，提高积极性与满意度；
③加强跨学科团队沟通，促进疑难病例多学科联合治疗；
④治疗计划详细，减小侵入性损伤。同时，2D-DSD也存在局限性：①二维分析，诊断视角覆盖不全面；
②未考虑牙-牙列-整体形态功能；
③图像转为实体模型受技师经验技术影响；
④实体模型形态、色泽欠佳等[23]。
3.2 3D-DSD技术
3D-DSD技术现已应用于临床并解决了部分2D-DSD存在的问题，常用软件主要有Cerec Smile Design (Sirona Dental Systems Inc)、Smile Composer(3Shape)、Planmeca Romexis Smile Design(PRSD， Planmeca Romexis®)。Cerec Smile Design从4.2版(即Cerec SW 4.2)开始可整合到Cerec椅旁和实验室软件中，此软件仅需一张正面全脸微笑照,照片导入后，软件会自动标记16个特征点(如：眼角、鼻子和下巴)并生成带特征点图像，使用者可通过患者的双眼内外眦距离校准尺寸，进行2D图像的3D转换，软件特色是BioCopy CAD模式，该模式可进行直接口内扫描，生成的模型可用作最终修复体设计的1∶1参考。Smile Composer于2013年进入市场，成为Dental System 2015 CAD的一个组件，其特点是标记4个相应点后，它能自动对齐3D图像以匹配2D照片，且它对牙齿和修复体颜色还原度高，设计效果逼真，软件内置50多个牙齿模板，最终修复的mock-up还可通过该公司的专业数字蜡型制作技术Align&Reuse实现一对一转换。PRSD于2015年进入市场，照片要求同Cerec Smile Design，手动对齐面部照片后，软件会自动生成特定宽长比的牙齿轮廓，软件含5种不同个性类型的牙齿模板，最多可设计14颗牙齿，设计库中还纳入了VITA Classical和VITA 3D-Master牙齿颜色系统，可将牙齿颜色添加到虚拟诊断蜡型中[23]。
3.3 DSD软件对比
国内外DSD软件数量众多，Omar等[26]通过PUBMED和谷歌学术检索了美学相关文献，比较了8个常用DSD软件(表1)：Photoshop CS6、Keynote、PRSD、Cerec SW 4.2、Aesthetic Digital Smile Design(ADSD-Dr.Valerio Bini)、Smile Designer Pro(SDP-Tasty Tech Ltd)、DSD App(DSD App LLC)、VisagiSmile(Web Motion Ltd)。发现Photoshop、Keynote和ADSD包含了最多的美学分析参数，其他软件的面部分析功能较少，牙龈及牙齿分析功能还比较全面。DSD App、Cerec SW 4.2和PRSD可执行3D分析，后两者还可与CAD/CAM联用。DSD App和SDP可在手机上使用。作者认为Photoshop CS6和Keynote虽不是专门口腔美学软件，但提供了比大多数专业DSD软件更全面的微笑分析。然而，在决定哪个DSD程序适用于个别患者的临床设计时，也应考虑到其他程序的功能。
表1 8个DSD程序的分析参数和评分[26]Tab.1 Analysis parameters and scores of 8 DSD programs
4.1 DSD在前牙美学修复中的应用
目前多数临床医师使用的还是2D-DSD。3D-DSD通过构建虚拟患者模型进行美学设计，因其对软件设备和操作者要求高，临床使用率不高。但有学者研究对比了3D-DSD与2D-DSD的临床应用效果，发现3D-DSD组VAS评分显著高于2D-DSD组[27]。Lin等[28]报告了1例上前牙外伤致釉质折断病例，通过面部扫描、虚拟微笑设计和CAD-CAM瓷贴面修复后6个月复诊，效果良好。Bryan等[29]使用2D数字照片、3D面部扫描和CBCT数据来创建3D虚拟患者，辅助虚拟诊断排牙，为患者提供了与面部特征协调的术前微笑设计方案。
虽然3D-DSD相对于2D-DSD更加形象立体，但它是静态的，不能完全模拟患者实际生活中的修复效果，4D-DSD就可解决这一问题。Jreige等[30]报道了一种结合面部成像、口内扫描、数字化设计软件和微笑动力学虚拟动画的技术获取4D虚拟患者的方式,作者拍摄了患者初始全面部微笑视频，使用动画软件(Maya, Autodesk)来开发从息止位到微笑时的动态路径，再关联3D-DSD，进行数据渲染并生成虚拟微笑视频。也有学者直接采用3D面部扫描仪获得患者动态微笑过程的三维面部图像截图，然后使用视频编辑软件将连续的截图(同方向，从闭口位到微笑位/微笑位到闭口位)转换为动态图像生成4D虚拟患者，进行微笑设计[31]。4D-DSD技术相比于2D-DSD和3D-DSD预测美学治疗效果更加可靠，但目前研究较少，随着时间的推移和科学技术的进步，可能成为未来应用于前牙美学修复的首选方式。
4.2 DSD在多学科联合治疗中的应用
复杂的前牙美学缺陷，如牙龈曲线不协调、临床冠长比不良、先天或后天缺牙、断根保留等问题不能通过单一学科解决问题，只能通过多学科综合治疗获得理想美学修复，而DSD可在多学科联合治疗中表现出极佳的美学预测效果并增强各团队沟通协作。李峥等[32]将3D-DSD应用于牙周修复联合治疗，采用全程数字化修复方法帮助患者达到了良好的“粉白美学”。Rojas-Vizcaya[33]的文章谈到了对骨吸收不平衡的无牙颌患者采用种植手术和基于DSD的骨修整术进行全牙列修复的可能性。2018年，Stanley等[34]对一名颞下颌关节疼痛、有夜磨牙习惯伴上前牙修复体破损的男性患者应用DSD联合CAD-CAM、瓷贴面和全冠修复进行治疗，为患者重建了咬合关系、恢复了面部美学、并治疗缓解了颞下颌关节紊乱病。也有学者报道对骨性Ⅱ类、下颌不对称、牙列安氏Ⅱ类2分类、平面倾斜、Spee曲线过大、低角成年的病例，通过运用DSD联合设计牙周、口腔外科、正畸、颌面外科和修复治疗，治疗后使牙齿外观、口腔功能和面部形态取得良好效果，随访2年发现美学和功能均稳定[35]。
DSD极大地优化了传统前牙美学修复诊疗流程，为多学科综合治疗开辟了新路径，更加契合患者的个性化美学需要，应该成为每一位口腔医师都掌握的技术。未来，治疗理念、制造工艺和生物材料日新月异的发展也将不断推动DSD在口腔美学修复中更加高效、便捷、智能的应用。
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