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辅助口腔临床检查和治疗的数字化生物测定技术(加)
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作者:

Patrick Girouard 博士 (加)

加拿大牙科协会、 国际口腔正畸学协会会员,私人执业医师,

阿卡迪亚大学运动机能学院兼职讲师

翻校:张渊 博士 (中)


本文原载于《世界牙科技术》2021年第5期《口腔综合版》第34-38页。


新患者的就诊流程应包括检查、诊断和制定治疗计划,这个过程必须包含对牙齿咬合以及涵盖颞下颌关节在内的口颌系统进行的综合评估。本临床病例描述了如何使用生物测定工具,如T-Scan、BioJVA和JT-3D,对患者咬合压力相关的症状和体征进行数字化评估。这些技术可以在检查和诊断过程中为临床医生提供额外有帮助的信息。

关键词:生物测定,咬合压力,数字咬合,咬合病

牙科治疗中,临床检查是非常重要的一步,然而,牙医评估病人并作出准确诊断的能力部分取决于临床可用的技术。例如:X线平片可以对病变进行可视化,而CBCT可以实现更好的三维可视化。因此,现有技术的检测能力和精度可能会影响牙医诊断、预后判断和制定有效治疗计划的能力。

牙科行业对咬合疾病的概念了解甚少,因此它们很难被发现,特别是在其早期阶段。咬合病被定义为“导致牙齿咬合面明显丧失或破坏的过程。”这个定义应该扩展到受咬合影响的所有与口颌系统相关的结构。因为疾病早期阶段的临床表现不明显,所以很难识别。在青壮年和中年患者中,咬合疾病常被误诊为功能性磨耗。

Peck认为,“对于咬合与颞下颌关节紊乱、非龋性牙齿颈部缺损、牙齿移动等各种疾病和紊乱之间的关系,存在着教条的、积极的以及常常有分歧的观点。”掌握牙齿咬合的生物力学,将会有助于理解咬合的精确性、适应性、咬合力、下颌运动、结构以及功能或功能异常。

根据生物力学需求的变化,口颌系统能够在结构或功能上不断地去调整适应。这个系统是非常精细的,其中包含下颌六个自由度方向的运动,以及16对肌肉群在牙齿上施加多种矢量方向的力。尽管口颌系统如此复杂,但是由于节律性的下颌功能运动是由脑干发出的固有运动指令模式来产生的,所以牙齿的咬合接触也是可以重复的。

理想的咬合,应该是在牙尖交错时双侧牙齿同时接触,并且咬合接触分布均匀,通常假设这种状态下形成的咬合力分布也是平衡的。然而实际上,牙齿接触的均匀分布并不等同于咬合力也是均匀分布的。口颌系统并不是一个刚性结构,因此,尽管同样表现为“平衡”的咬合接触,但是力的负荷却是不同的。此外,尽管有观点认为,咬合纸印迹可以反映咬合力载荷,但已经证明这一假设不仅是错误的,而且还会误导临床治疗。迄今为止,还没有任何研究表明咬合纸测定咬合力的可靠性。因此,临床医生无法掌握咬合的两个最基本的参数:力和时间。

数字技术的进步使得精确可靠地测量咬合的相对力大小、咬合接触顺序和持续时间成为可能。T-Scan(Tekscan公司)数字化咬合测定系统为临床医生提供了一个诊断评估工具,这个系统开发于30年前,并且多年来在技术上不断地得到改进。借助这项技术,可以增进临床医生对牙齿咬合的理解。

下面的病例报告将展示数字化技术在一位患有咬合疾病和口颌系统压力的患者的诊疗过程中的应用。

病例报告
一名32岁健康女性在牙科健康中心进行初诊检查,她并没有主诉问题,只是有中度的牙齿磨耗。她的牙科治疗史包括青少年时的正畸治疗,四个象限各拔除一颗前磨牙(上颌为第一前磨牙和下颌为第二前磨牙)。在青春期结束时,拔除了第三磨牙,与正畸无关。
牙齿咬合正面照显示左右侧龈缘不对称,仅在右侧可见牙龈退缩(图1)。另外,在最大牙尖交错位,下颌中线左偏1mm。口内检查还见右侧下颌牙列舌侧下方存在单侧骨隆突(图2)。全口曲面断层片显示茎突伸长和角前切迹呈II类特征(图3)。

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图1:牙齿咬合的正面观,可见上颌右侧前磨牙牙龈退缩,以及下颌中线偏左1mm。

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图2:显示出右侧下颌舌侧的骨隆突。

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图3:全口曲面断层片显示茎突伸长和角前切迹呈II类特征。

用T-Scan对患者的咬合进行检查评估,可以提供如相对力的大小、咬合接触顺序、时间以及咬合力的重复特征等信息。图4显示患者的最大咬合力,咬合力的分布提示右侧(64.6%)力值大于左侧(35.4%)。数字化咬合视图也为相关研究提供了一个新的参数:数字化咬合力分布特征(图5)。在咬合过程中,重复的牙齿咬合和咬合分离的力循环会不断地影响口颌系统的结构。对于这位患者,这些咬合压力集中在牙弓的右侧。

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图4:T-Scan最大咬合力记录。(a)按照国际标准,在牙弓外侧牙位用数字进行编号。牙弓范围用绿色的轮廓线来界定。每个咬合接触点的相对力大小用百分比在牙弓内侧标注,力中心点(COF)用红白方块来对应表示,COF轨迹对应是红白线条,显示在咬合运动中总𬌗力中心点的移动路径。底栏用绿色显示左侧牙弓承受总力的35.4%,而右侧用红色显示承受总力的64.6%。牙齿咬合接触点不同的颜色代表不同相对力的大小,蓝色代表最小力,红色则为最大力。(b)不同大小的咬合接触力差异可以通过立柱的相对高度来体现。


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图5:在牙齿的咬合和分离的动态过程中,记录重复力的循环,进而显示数字化咬合力的分布模式。三个COF记录轨迹分别用三种不同的颜色表示。


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此患者下颌运动中,开闭口存在关节弹响。为了深入研究,牙医结合下颌运动轨迹记录(JT-3D, BioResearch Associates) 和颞颌关节振动分析(BioJVA, BioResearch Associates)两种方法来进行测定。简要来说,就是在下颌切牙唇侧固定一个小磁铁,当患者下颌运动时,磁铁的位移就被患者佩戴的头戴式接收器中的双侧传感器记录下来,所记录的运动轨迹图描绘出下颌在三个方向上包含速度在内的运动特征。对于关节振动分析,则是在双侧颞下颌关节表面放置加速度计,来记录关节振动。有关这些过程的其他细节参见相关出处。
这位患者的开口周期内,在距离最大牙尖交错位27.8mm的位置记录到25.5Hz的关节振动,属于中等强度振动。这与开口周期中的速度降低相吻合。在闭口周期内,记录到一个6.6 Hz的低强度振动。上述活动说明存在可复性关节盘移位,这点将在下文深入讨论。
咬合的动态数字化参数记录显示患者存在两种侧方运动方式,右侧侧方运动为组牙功能(图6),而左侧则为尖牙保护(图7)。在侧方运动时,两侧的侧方运动都受到对侧的咬合干扰。咬合分离时间也是个重要因素,这个患者的右侧方运动的开颌时间是1.17秒,左侧方运动的开颌时间为0.49秒,前伸运动是0.33秒。

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图6:下颌右侧方运动的数字化咬合分析结果显示:工作侧组牙功能𬌗,对侧存在咬合干扰。红线为COF轨迹,COF为红白方块。牙弓绿色边框内的蓝色印迹代表牙齿咬合接触。右(红)侧显示组牙功能𬌗,而左(绿)侧存在咬合干扰。


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图7:下颌右侧方运动的数字化咬合分析结果显示:工作侧尖牙保护𬌗,对侧存在咬合干扰。红线为COF轨迹,COF为红白方块。牙弓绿色边框内的蓝色印迹代表牙齿咬合接触。右(红)侧存在咬合干扰,而左(绿)侧显示尖牙引导(牙位23)。

尽管有这样的发现,患者并没有任何主诉问题。她的适应能力使得她能够承受这样的咬合压力,并且她也知晓牙龈退缩和磨耗的情况。牙医与她就临床和数字化检查结果进行了讨论,她选择不做治疗,而是随着时间推移监控其牙齿可能的进展状况。
讨论

在这个病例中,患者描述少年正畸治疗时曾有拔牙史,涉及所有四个象限的前磨牙(上颌第一前磨牙和下颌第二前磨牙)。拔牙操作改变了牙弓,也改变了口颌系统结构的完整性。在一项为期2年的正畸治疗后随访的研究中,Yoon等人发现接受拔除四颗前磨牙的患者咬合功能没有完全恢复,相比而言,没有接受拔牙或者接受拔除两颗前磨牙的患者则可以完全恢复到治疗前的咬合功能。与完整牙列相比,正畸患者拔牙导致牙弓缩短,会使每颗牙齿承受更大的咬合力;改变了生物物理约束条件,𬌗的物理特性也发生了改变。

T-Scan系统的100 μm传感器记录每个咬合接触点的顺序、相对力的大小和持续时间。患者的最大咬合力分布显示右侧(64.6%)力值大于左侧(35.4%),这种力的不对称性代表口颌系统受到显著的压力,正常牙列应该倾向于“矢状方向双侧均匀咬合接触,以及在前后向牙齿接触的咬合力中心位于第一磨牙区域,并且左右对称。”从这位患者的具体情况来看,右侧牙列所显示的单侧牙龈退缩与这一侧咬合力的增加有直接关系。Harrel等提出咬合的不对称差异是牙周疾病发生和发展的风险因素。

本报告讨论的生物测定工具提供了一个新的评价参数—数字化咬合力分布特征。在咬合和咬合分离过程中,这些反复循环力会持续地影响口颌系统的结构,随着时间的推移,在这些反复力的作用下,系统根据其适应能力可能会出现适应或不适应的情况,对于口颌系统结构而言,这些力可以是病理性的,导致损伤,也可以是生理性的,起到保护作用。因为生物结构和适应能力的差异,损伤程度因人而异。 而且损伤不是马上呈现的,随着时间发展,力的循环才会带来影响。这个临床病例显示,数字化咬合力分布特征偏向患者右侧,靠近第二前磨牙结束,也就是牙周附着丧失最显著的部位。值得注意的是,在咬合力较弱的一侧,也就是牙弓的对侧,没有观察到牙龈退缩。

Thongudomporn等人的研究证实最大咬合力可以选择性和成比例地影响牙槽骨的厚度和形状;持续增大的力会导致持续的骨沉积来对抗弯曲力。而且Yoshinaka等人发现下颌隆突的存在与咬合负荷引起的力学刺激有关。如前所述,此病例患者右侧下牙弓存在一个舌侧隆突,对应于最大牙尖交错位和咀嚼循环时高咬合力集中的部位。

下颌舌隆突的存在被认为与TMD的临床表现密切相关,颞下颌关节弹响例如开闭口时的往复弹响预示着可复性关节盘移位的关节囊内TMD表现。理想情况下,需要借助磁共振影像来确定关节盘复合体的状态和位置,但是对于所有常规临床检查来说,实用性不强,而且没有必要。关节振动分析是一种非侵入性而且非常具有性价比的用于可复性关节盘移位的检查。

关节振动分析是记录TMJ囊内组织振动的一种数字化技术,下颌运动轨迹可以记录开闭口循环运动中的下颌运动方式。结合这两种技术,下颌运动的波形和动态特征都会为临床医生提供有关口颌系统状态的数据,并作为诊断工具。如同前面所讨论的,这个病例的患者在开口循环中存在25.5 Hz中等强度的关节振动,这恰好与开口过程中速度的减慢相一致,预示着髁突运动路径上存在物理障碍,也就是对应于这个病例中关节盘在髁突上方出现的开口“弹响”。随着开闭口循环的继续进行,在闭口轨迹中部出现减速,对应于关节盘从髁突表面滑脱的过程。上述囊内活动只发生在单侧,也就是承受更大强度咬合力的右侧颞下颌关节。关节负荷会导致组织压力和TMJ关节盘和韧带出现力学疲劳的风险。反复施加在关节盘上的力主要是摩擦力和牵引力,会导致组织变形、应力集中和组织疲劳。随着时间的推移,这些力可能会超出个体的耐受能力,进而导致受损组织的退化。本病例发现,在受力大的右侧,TMJ复合体存在单侧不稳定现象。

侧方咬合运动的类型能够影响口颌系统的咬合负荷,尖牙引导被认为可以降低颌间应力、牙齿磨耗和副功能载荷。这个观点并不新颖,在1958年D’Amico就发表了关于这个主题的系列论文。这些发现在今天仍然有用,并且被用于T-Scan系统的临床应用。上述病例中的患者具有两种侧方咬合运动类型:右侧组牙功能𬌗和左侧尖牙保护𬌗。患者的这两种咬合运动类型都不完美,在对侧象限第二磨牙上都存在平衡侧的咬合干扰。在侧方咬合时,右侧比左侧承受明显更大的负荷。这种额外的负荷会在右侧产生更大的压力,对系统的适应要求也会更高,在患者身上已经体现出适应不良和创伤的表现。

时间也是对口颌系统形成创伤的一个重要因素。咬合时间代表第一个牙齿接触和最大咬合力之间的持续时间,换句话说,也就是达到最大牙尖交错位(MICP)所需要的时间,MICP是最稳定的咬合功能位。证据表明,TMD患者的咬合时间比对照组的健康受试者更长。

理想状况下,所有牙齿立刻咬合接触,而且力分布均衡。从数字化角度来描述的话,应该是很短的咬合时间,以及居中的咬合力分布特征;这有别于本临床病例患者较长的咬合时间和不居中的咬合力分布特征。已经证实,TMD患者的早接触和咬合干扰数量增加、咬合和咬合分离时间延长,以及焦虑和抑郁加剧。

Kerstein引入了咬合分离时间的概念,代表“彻底脱离牙尖交错所耗费的时间,向左、向右或前伸运动时,所有后牙脱离咬合接触,以至于只有尖牙和/ 或切牙发生咬合接触”。当每次侧向运动的后牙咬合分离时间小于0.4秒时,可以形成快速的前牙完整引导,这个时间数值只有借助数字化测定方法才能获得。本病例报道的右侧方运动的咬合分离时间为1.17秒,左侧方运动的咬合分离时间是0.49秒,前伸运动则为0.33秒。右侧方运动延长的咬合分离时间,预示着力作用的时间长,对应着口颌系统临床表现特征的改变。

结论

只有通过咬合数字化分析才能获得以往检查、评估和诊断过程难以确定的新参数,力和时间的客观测定使得重新定义咬合参数变为可能,并且能够为治疗计划的制定提供新的参考框架。联合关节振动分析也为客观评估和检测TMJ的状态提供了另一种方法。这些生物学测定方法改变了对牙科学的认识和看法,当代牙科学已经发展到咬合的数字化时代,并将继续朝着更好地理解咬合对疾病和健康影响的方向发展。


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