综述 | 咬合接触分析方法的研究进展

2023 年 11 月 16 日

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引用本文：李佳乐，赵喆，王青，等.咬合接触分析方法的研究进展[J]. 中国实用口腔科杂志，2023，16（5）：609-614. DOI：10.19538/j.kq.2023.05.018

作者姓名：李佳乐，赵喆，王青，唐恺，王富

基金项目：国家自然科学基金（82071169）；国家口腔疾病临床医学研究中心专项课题（LCB202005）

作者单位：口颌系统重建与再生全国重点实验室，国家口腔疾病临床医学研究中心，陕西省口腔医学重点实验室，第四军医大学口腔医院修复科，陕西西安 710032

通信作者：王富，电子信箱：Wangfu99@fmmu.edu.cn

摘要：使患者达到广泛、紧密的咬合接触，避免𬌗干扰、早接触等𬌗创伤是口腔医生的重要目标之一，也是修复治疗成功的重要指征。咬合接触分析在口腔医学各个专业的诊疗中都发挥着重要作用。近年来，随着数字化技术在口腔医学诊疗中的不断融入，基于数字化技术的咬合接触量化分析方法也取得了快速发展，并在临床诊疗中发挥着越来越重要的作用。文章对目前咬合接触分析方法的研究进展进行综述，以期使临床医生能够了解不同测量方法的特点与局限性，从而根据临床实践需求选择适宜的咬合接触分析方法。

关键词：咬合接触；数字化技术；量化分析；数字化印模

咬合接触是上下牙列的牙齿在不同咬合姿势下的接触情况，颌位是直接决定各种咬合接触状态的主要因素，临床上主要考虑的是牙尖交错位（intercuspal position，ICP）时的接触情况。使患者达到广泛、紧密的咬合接触，避免𬌗干扰、早接触等𬌗创伤是口腔医生的重要目标之一，这对于口颌系统的健康具有重要意义［1］。随着数字化技术越来越多地融入口腔医学诊疗中，一些基于计算机技术的分析方法也逐步引入到咬合接触分析中来，咬合接触的临床与研究也从传统的定性观察逐渐向定量研究转变，咬合接触的分析方法也从传统的印记分析逐渐向数字化分析方法过渡。数字化咬合接触分析代表着口腔医学发展的重要趋势之一，为了更加全面地了解数字化咬合接触分析方法，本文对其特点和临床应用及相关的研究进展进行综述。

1 不同咬合接触分析方法及其临床应用特点

1. 1 传统方法在临床上，各种咬合纸、箔片（dental shimstock）、蜡片等都曾用来进行咬合接触的分析，这一类方法对设备无过高要求，操作简单，在椅旁即可完成。但咬合位置分布、大小、接触点数目等一般都需要医生结合临床经验进行判断，个体主观性明显，无法进行量化分析，同时记录材料的材质可能会干扰咬合。

咬合纸在临床上应用较为普遍［2］，其通过多孔结构填充颜料，在咬合力的挤压下颜料转移到相应的压力部位。颜料印记点代表接触点，有研究表明印记大小与载荷之间没有直接关系。因此在对牙齿调磨时，印记大小无法准确反映咬合力的信息［3］，这导致实际操作具有很大的主观性，结果的准确性与稳定性均受到限制［4］。咬合纸进行咬合接触检查的结果受到咬合纸厚度、材质、口腔唾液等因素影响，易导致假阳性和假阴性标记，且对于全牙列的接触测量需要多次重复步骤。有研究发现，在使用咬合纸记录一侧牙列咬合接触时，患者的颞肌前束和浅表咬肌肌电图记录到了明显不对称的肌肉活动，提示咬合位置的变化［5］。也有咬合箔、咬合丝带等材质的咬合接触分析介质，但准确性和可重复性均较差［5］；在体外模型上，使用厚12 μm的咬合箔片和100 μm的咬合纸获得的咬合接触数目具有显著差异［6］。

箔片也可作为咬合接触印记材料。用于咬合标记的箔片宽8 mm、厚12 μm或8 μm，厚度越薄，对咬合的干扰越小［7］。箔片的优点在于较薄的厚度保证了上下牙咬合的尖窝精确匹配，且其由含金属的聚酯纤维制成，使得在咬合时很稳固。此外，医生还可通过箔片抽拉检查是否存在咬合接触及相对咬合力的强弱［8］。箔片中彩色涂层中的颜料可较容易转移到修复体上，在有唾液的牙齿表面也可形成印记，这些优点使其在临床研究中常被作为对照组［1］。有研究者发现，重复使用咬合纸和箔片可能会导致咬合分析结果不准确，建议一次性使用，并在咬合分析过程中保持牙齿干燥［9］。

蜡片在临床上也有一定的应用，临床医生通过蜡片穿孔评估咬合的紧密程度，半透明区表示接触，轻微变薄表示近接触［10］。但有研究者发现，蜡片用于咬合接触记录是不可预测和不可靠的。它的使用仅局限于联合其他咬合记录方法或特殊情况，如记录牙齿与无牙间隙相对时的修复空间［11］。

1. 2 半数字化咬合接触分析利用专用的介质来记录口内或模型的咬合信息，然后在数字化设备上进行分析的方法称为半数字化咬合接触分析方法，如T-Scan、Prescale等商用系统，也有将传统方法结合数字化设备来获得咬合接触量化信息。

1984年Maness等发明了T-Scan咬合接触记录分析系统，通过内置压力传感器的压力膜，将咬合力对压力膜的形变效应转换为计算机中的电子信号，在软件中建立合适的虚拟牙弓，用以分析咬合力的牙位分布、作用时间、相对大小等。咬合力的相对大小可在软件中生成柱状图，使数据更加直观。T-Scan系统可从上下牙接触开始提供咬合力随时间变化的分析。在多年的发展中，自T-Scan Ⅲ以来的系统已被证明具有较好的测量稳定性和可重复性［12］。T-Scan在分析咬合时引入时间参数，可用于记录咬合力随时间变化的关系，发现早接触点。同时，T- Scan Ⅲ数字化咬合分析系统能自动计算出牙弓左右两侧咬合力的百分比，观察左右两侧咬合力的平衡与否，判断是否存在咬合干扰。T- Scan Ⅲ数字化咬合分析系统能够准确地发现咬合纸不能检查到的咬合应力［13］。T-Scan系统用于全口义齿修复后的咬合评估发挥了很好的作用［4］，如检测咬合接触时间、累计最大𬌗力及力中心点位置。但是，咬合接触在二维轮廓模式下表现为大片融合的接触区，操作者很难精确地计量接触点数目，因此在分析接触数目时慎重选择T-Scan［13］；而分析咬合力分布的各项指标无显著差异，具有较好的可重复性［14］。临床上可在T-Scan测量后通过咬合纸在口内定位咬合接触位置［15］，也可将T-Scan在时间维度上记录咬合力的优势与口内扫描模型的直观优势结合，以产生更好的效果，有助于临床精确的咬合分析［16］。

Prescale系统是一种利用压力薄膜染色的咬合接触量化分析方法，其原理是压力薄膜在受压时薄膜内含有染料的微囊泡破裂导致变色（显色化学反应），且颜色强度与施加到薄膜上的咬合力成正比。采用配套的计算机分析系统可进行咬合接触点的数目、位置、各点面积、咬合力大小，以及全牙列咬合力分布中心和平衡情况的测量［17-18］。研究表明，该方法不受咬合速度、口内温度和湿度影响，在1 ~ 5 s持续咬合内颜色形成差异无统计学意义，在后牙区具有较好可靠性［19-20］。然而该薄膜只能测量一定范围内的咬合力，在咬合力较小或过大时并不能很好地反映咬合接触情况［21］。还有一种根据介质变形后在干涉光源下显示条纹来分析咬合接触位置与咬合力大小的光学咬合分析技术，但目前不常用。

硅橡胶咬合记录透光法是在临床研究中应用较多的咬合接触分析方法，常作为方法间比较的标准方法。由于硅橡胶咬合记录材料具有低黏度、高精确度和稳定性及流动特性，确保了咬合时的最小干扰；在记录咬合过程中材料能够更好地进入到𬌗面的窝沟点隙中，使测量精度更高；利用硅橡胶记录中不同厚度的透光率不同，在专用仪器中可实现咬合接触的量化分析。研究表明，硅橡胶咬合记录透光法在一次咬合即可记录整个牙列的咬合接触，避免了多次咬合记录中咬合力不同而导致识别的接触存在差异，这些特性使硅橡胶成为咬合接触分析的理想材料［22］。有研究使用硅橡胶印模对2597名波兰人进行横断面研究记录静态咬合，并将硅橡胶转化数字信息进行研究［23］。值得注意的是，在印模凝固之前，患者需要保持固定姿势，否则会产生变异。因此在使用该方法测量咬合接触时，要尽量避免使用最大𬌗力咬合，防止肌肉疲劳后咬合发生变化由此导致印模变形。同时在咬合接触信息量化的过程中仍然会受到光源方向、自然光干扰等因素影响，很难保证印模材料各点所照光强相等［24］，这在临床的快节奏中可能并不适合。同时，相对于咬合纸或箔片直接在牙齿上显示咬合接触位点，T-Scan、Prescale系统及硅胶法均是将三维咬合信息转化为二维信息或是在体外辨别接触后再对照于口内，使其对于接触部位的辨识具有局限性。

还有研究通过扫描颌间硅橡胶咬合记录获得虚拟颌间记录后在三维软件中进行咬合接触测量［1］，该方法需要注意硅橡胶记录穿孔的现象。亦有用口内扫描仪（intraoral scanner，IOS）扫描带有咬合纸印记的口内模型，即咬合纸扫描法，可获得更好的视野，以及进行咬合接触面积的量化分析［25］。

上述半数字化咬合接触分析方法的共同特征是均需要利用颌间介质进行咬合接触的记录，介质的厚度、硬度等物理特性可能会干扰咬合，可选用具有软质生物相容性的材料替代传感器金属材料或改进测量方法等，如外耳道间接测量，这些测量系统也具有很好的效果［26］。此类方法在临床应用较广，具有各自的优势，临床工作者可根据自己的需求选择适合的方法。

1. 3 全数字化咬合接触分析通过口内扫描获得咬合状态下的牙列形态及相对位置，并在软件中进行咬合接触分析的方法称为全数字化咬合接触分析方法。此类方法对IOS、扫描步骤，以及后续配准、虚拟检测过程都有较高要求。此类方法不会因介质的物理特性造成可能的咬合干扰，且易于实现咬合信息的保存与传递，在计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）中发挥重要作用。此外，其可视化的优点有利于医患交流，便于患者接受［27］。

临床上以对颌牙的𬌗面为参考应用CAD/CAM制作的修复体与对颌牙具有优良的咬合接触［28］。但由于IOS是通过对图像进行拼接来获得三维模型的，因此系统的差异、操作环境的光线影响、患者口内隔湿情况及操作人员是否严格遵循正确的操作手法，对其获得的3D模型具有很大影响。有研究指出，虽然所有IOS系统都能够生成高精度的虚拟模型，但它们都有类似的局限性［29-31］。在小于4个单位的短跨度扫描中，IOS的准确性可与传统印模相当，随着扫描范围的增大，IOS存在真实性和精度降低的趋势。同时由于前牙斜面较陡，与后牙相比，扫描数据产生的误差更大。此外，在石膏牙列的测量中，IOS系统与电子游标卡尺的测量结果具有较好的一致性［32］，同时与口外扫描仓无显著差异［33］。有研究比较两次由石膏模型获得的虚拟咬合记录的精度，观察到在获取咬合接触的位置和面积时IOS具有足够的精度，但不能证明在咬合配准中获取接触强度时IOS具有足够的精度［34］。有Meta分析指出，由IOS产生的虚拟咬合记录对静态虚拟咬合具有可接受的准确性，提供了足够的诊断准确性和真实性［35］。因此，使用IOS系统记录后牙区的咬合接触位置和面积具有合理性［36］。

通过扫描仪扫描上下颌牙列来获取的咬合记录称为虚拟咬合记录。虚拟咬合记录根据某一颌位（如ICP）的空间位置将上下颌三维模型对齐（配准）后，再使用某种测量方法（虚拟检测）对咬合接触点的位置、接触面积进行测量即可获得咬合接触情况。目前研究中虚拟咬合记录使用了数种不同的方法来获得咬合接触，虚拟咬合记录的精确度亦随着分析方法的改善而提高。

在配准方法中，获得上下颌牙列三维模型后再扫描咬合状态下的颊侧数据，并以此配准上下颌虚拟牙列的方法称为颊侧配准法，是目前IOS系统中主流的配准法。在石膏模型咬合接触面积测量中，IOS与口外扫描仓获得的结果无明显差异。不同IOS间结果差异主要受到其扫描原理影响［37］。不同的IOS内置算法和三维图像后处理方法不同，不同区段颊（唇）侧扫描或全弓扫描得到的结果不同，后牙颊侧配准结果更为精确［34，38］。当考虑口内牙齿在咬合时发生轻微移动的情况［39］，使用分牙配准法更加合理，但操作步骤较多，分牙配准法比颊侧配准法多了分牙的步骤，即将牙列中的牙齿分割出单独的模型文件，再基于单牙颊侧区配准，配准后建立新的咬合模型。

虚拟咬合的建立有不同的方法，包括以下4种。①三维偏差色阶法：在逆向建模软件中，识别出下颌模型在上颌模型阈值范围内的区域，手动勾选区域计算得到面积［20］；该方法手动勾选区域可能会引入人为误差。②点云统计分析法：统计出下颌牙列的点数（N）、面积（S），以及在距离上颌牙列阈值范围内下颌牙列的点数（N′），咬合接触面积= S × N′/N［20］；该方法没有人为误差引入，与三维偏差色阶法的原理都是在一定阈值范围内沿任意方向寻找最近点并计算模型间最近点的距离，若该点在阈值范围内则纳入，反之则剔除。③虚拟咬合纸法：将上颌模型沿着𬌗面法线移动阈值大小的值，进行布尔运算找出与下颌模型相交的区域，计算接触面积。由于该方法只是在法向上寻找接触点，更能模拟咬合纸接触，前两种的多向检测更适合模拟食团在牙列中的广泛受力情况［25，40］，该方法所得接触面积偏小。④IOS配套系统法：是目前临床IOS系统常用的方法，上下颌模型配准后系统根据阈值范围内的颌间距离自动识别接触区域［41］；该方法与三维偏差色阶法、点云统计分析法原理类似，但是在配套软件中自动实现。

2 咬合接触分析方法间的比较研究

Sutter［42］对152名牙科医生根据咬合纸印记判断最大𬌗力位点的准确性进行分析，显示准确率仅有13.13%，其敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值均小于15%；另有研究表明，准确率与临床医生从业时间长短的关系无统计学意义［43］。这提示临床医生无法仅通过咬合纸印记来准确判断咬合接触力的大小。

Ayuso-Montero等［44］系统评估了硅橡胶咬合分析法、T-Scan和IOS用于测量咬合接触面积的可靠性与有效性，分别测量了不同方法在50%最大𬌗力与100%最大𬌗力下的咬合接触面积，并对比IOS模型在不同颌间接触阈值下（0 ~ 100 μm，0 ~ 200 μm）的咬合接触面积；结果显示，硅橡胶咬合记录测量咬合接触面积是可靠且有效的方法，并与颌间距离及咬合力大小无关，而IOS方法的可靠性相对较低。

Dias等［45］对24例戴用下颌𬌗垫的颞下颌关节紊乱病患者和（或）夜磨牙患者进行了咬合接触分析，研究结果显示，目视分析咬合纸印记法、软件分析咬合纸印记法和T-Scan法的测量结果之间具有弱到中等的相关性，均不能作为金标准，但目视分析咬合纸印记法可满足绝大部分临床需要。

在半数字化咬合接触分析方法与全数字化咬合接触分析方法的比较中，不同研究得出的结论有一定的差异。Lee等［41］在石膏模型上比较了Prescale系统与虚拟咬合记录测量咬合接触面积的准确性，结果显示，在磨牙区两种方法获得的测量值呈显著线性相关，而在前牙区虚拟咬合记录的测量值明显大于Prescale系统。Wang等［40］研究显示，与硅橡胶咬合记录透光法相比，咬合纸印记扫描法、Prescale法与虚拟咬合分析法3种咬合分析方法均表现出较高的稳定性，2种半数字化方法（咬合纸印记扫描法和Prescale法）与全数字化咬合分析法（虚拟咬合分析法）所获得的数据与硅橡胶咬合记录透光法有较好的相关性，表明3种数字化方法均具有较好的有效性。

学者们也对比分析了不同数字化虚拟咬合分析方法。Li等［25］以100 μm厚的咬合纸标记的口内接触面积为参照，分别比较颊侧配准法、分牙配准法与咬合接触区配准法3种虚拟咬合分析方法测量接触面积的敏感性、阳性预测值与重叠区比例，分牙配准法与咬合接触区配准法有更高的重叠区比例，具有很好的准确性；3种方法计算的接触面积灵敏度大于0.7，均符合临床要求，分牙配准法和咬合接触区配准法构建虚拟咬合的能力优于颊侧配准法。

3 结语

综上所述，不同的咬合接触分析方法都有其各自的特点及适用性，临床上需要结合具体情况综合分析，充分发挥各方法的优势，选择能够满足具体需求且可操作性好的方法。数字化咬合接触分析系统具有很大的应用价值，其咬合接触信息可作为口内扫描的附加信息。将口内虚拟咬合用于测定咬合接触，前提是获得精确的口内三维模型，选用更加先进的IOS系统［46］。使用人工标志点和适当的扫描方法［47］，如采用小跨度扫描原位咬合配准、全牙列扫描多位点咬合配准、全牙列记录前牙区咬合配准的方法［48］，可提高扫描的准确性和可靠性，同时可在IOS系统内嵌入更符合实际的虚拟咬合检测软件。在虚拟模型上利用深度学习与3D点云特征提取实现自动化操作［49］，可节省大量人力。

参考文献略

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