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虚拟下颌运动技术在口腔种植仿真中的应用与价值探究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着科技的飞速发展，数字化技术在口腔医学领域的应用日益广泛，虚拟下颌运动与口腔种植仿真作为其中的重要研究方向，正逐渐改变着口腔种植的临床实践与研究模式。口腔种植作为一种有效的牙齿缺失修复方式，凭借其良好的修复效果和较低的术后感染率，已在各类口腔修复和美容治疗中得到广泛应用。通过人工种植的方式，将牙齿种植到缺牙区域，能够极大地改善患者的咀嚼功能和美观度，提升生活质量。然而，在实际的口腔种植过程中，准确模拟下颌运动对种植效果的影响仍是一个亟待解决的难点问题。

下颌运动是一个复杂的生理过程，涉及咀嚼、吞咽、言语等多种口腔功能，其运动轨迹和力学特性受到下颌骨的复杂形态、咀嚼肌肉的异向性以及开口角度的多变性等多种因素的影响。在口腔种植后，种植体需要承受来自下颌运动产生的各种力，这些力的大小、方向和频率都会对种植体周围组织的健康和种植体的稳定性产生重要影响。若不能准确模拟下颌运动，就难以全面评估种植体在不同功能状态下的受力情况，从而可能导致种植体松动、脱落等并发症的发生，影响种植的成功率。

基于虚拟下颌运动及口腔种植仿真技术开展相关研究具有重要的现实意义。从临床应用角度来看，通过建立精准的虚拟下颌运动模型和口腔种植仿真模型，医生能够在手术前对种植方案进行模拟和评估，预测种植体在不同下颌运动状态下的稳定性和周围组织的反应，从而优化种植体的选择、植入位置和角度，提高种植手术的成功率，减少并发症的发生，为患者提供更安全、有效的治疗方案。例如，通过仿真技术可以提前发现种植方案中可能存在的问题，如种植体与周围解剖结构的冲突、种植体受力不均等，并及时进行调整，避免在手术中出现意外情况。

从学术研究角度而言，虚拟下颌运动与口腔种植仿真技术的研究有助于深入了解下颌运动的机理及生物力学特性，丰富口腔颌面疾病、言语功能障碍等方面的研究内容。通过对下颌运动的虚拟还原和生物力学分析，可以为口腔医学的基础研究提供更多的数据支持和理论依据，推动口腔医学学科的发展。例如，研究下颌运动对种植体周围骨组织改建的影响，有助于揭示种植体骨结合的机制，为种植材料和种植技术的创新提供理论指导。

此外，虚拟仿真技术还具有直观、可操作、不受时空限制、安全性高等优势。在口腔医学教育中，它可以为学生提供一个安全的学习环境，让学生在虚拟场景中进行种植手术操作练习，提高学生的临床操作技能和手眼协调能力，使他们能够在实践前更好地掌握理论知识与技能操作，减少对真实患者的操作风险。同时，虚拟仿真技术还可以打破传统教学模式对教师的依赖性，学生可以根据自己的学习进度和需求进行自主学习，提高学习的积极性和自主性。

1.2国内外研究现状

在虚拟下颌运动研究方面，国外起步相对较早，取得了一系列具有影响力的成果。早在19世纪初，Gariot研发了最早的牙合架，开启了模拟观察下颌开闭口运动的先河。此后，相关技术不断革新。1975年Jankelson发明的下颌运动轨迹描记仪（MKG），通过磁电转换方式，实现了从矢状面、冠状面、水平面观测下颌运动轨迹，极大地推动了下颌运动研究的发展。随着科技的飞速进步，数字化技术被广泛应用于下颌运动研究领域。如Zebris电子面弓（德国）、ARCUSdigma下颌运动轨迹描记仪（德国）等设备，利用超声波发射源与接受源的配合，能够精确记录下颌在三维空间中六个自由度的运动轨迹。在虚拟牙合架研究上，2018年Lam等应用立体摄影测量和面部扫描研发的虚拟牙合架，经实验验证具有良好的重复性；2020年Linlin等对基于计算机双目视觉和光栅扫描技术的虚拟牙合架系统进行定量评估，结果显示该系统在直线运动、圆周运动、角度及切道等方面的误差控制在较低水平，具备较高的精度和稳定性。这些研究为深入了解下颌运动的规律和机制提供了重要的技术支持和数据基础，使得对下颌运动的模拟更加精准和全面。

国内在虚拟下颌运动研究方面也取得了显著进展。众多科研团队积极开展相关研究，融合多源数据进行下颌运动的模拟与分析。孙方方等通过融合同一患者的锥束形CT（CBCT）、面部扫描、口内扫描等多源数据，并在义齿设计软件中使用源自CBCT的下颌骨模型，成功模拟出患者真实个体化运动轨迹，为个性化口腔治疗提供了新的思路和方法。在测量技术创新上，2020年Tian等针对摄像机标定过程复杂性高、三维测量精度低的问题，开发了一种基于双目立体视觉、反向传播（BP）神经网络和三维补偿方法的三维光学运动捕捉系统，该系统的均方根精度达到0.0773mm，较现有的其他下颌运动记录系统精度提高了50%，有效消除了下颌运动中头部和身体的非自主振动的影响，为下颌运动的精确测量提供了新的技术手段。

在口腔种植仿真领域，