引用本文：刘名，刘小舟，张广道，等. 可摘局部义齿设计的数字化转型现状与发展[J]. 中国实用口腔科杂志，2024，17（4）：385-390. DOI：10.19538/j.kq.2024.04.001
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吴琳，教授、博士研究生导师。现任中国医科大学口腔医学院·附属口腔医院党委委员、口腔门诊第二党总支书记、修复学教研室主任、修复一科主任。兼任中华口腔医学会口腔医学计算机专业委员会常务委员、口腔修复学专业委员会委员，辽宁省口腔医学会口腔修复学专业委员会主任委员。长期从事口腔修复学临床和教学工作。研究方向：口腔修复学新材料、新技术及骨植入材料。主持国家、省部级课题12项，发表文章100余篇。摘要：随着计算机技术的发展，数字化设计在口腔修复领域得到了广泛应用，为可摘局部义齿（removable partial denture，RPD）的设计和制作方法提供了新的选择。文章探讨了RPD设计的数字化转型现状与发展，重点介绍了RPD临床决策支持系统和义齿计算机辅助设计系统的应用，为RPD数字化设计技术的临床应用和推广提供帮助。
关键词：可摘局部义齿；临床决策支持系统；义齿计算机辅助设计系统
牙列缺损是口腔临床常见疾病，在我国有很高的患病率［1］。目前，可摘局部义齿（removable partial denture，RPD）仍是临床常用的牙列缺损修复方式［2］。RPD的设计受到临床医生知识、经验及技能影响，对于临床医生是一个挑战［3］。随着数字化技术在口腔医学领域的广泛应用，为RPD的设计和制作方法提供了新的选择，且数字化设计的精准性和高效性使设计过程更加可靠和有效［4］。RPD的数字化设计系统包括临床决策支持系统（clinical decision support system）和义齿计算机辅助设计（computer aided design，CAD）系统，分别应用于义齿治疗过程的不同阶段，前者关注的是治疗方案的选择和设计，后者用于构建一个可供后续数字化制作的三维模型；在确定治疗设计方案的基础上，技师通过义齿CAD系统，设计并生成RPD支架数据。本文从临床决策支持系统及义齿CAD系统两方面，就RPD设计的数字化转型现状与发展进行探讨。RPD临床决策支持系统是为临床医生开发的RPD设计软件，其通过应用人工智能技术和计算机图形技术，调用内部知识库，模仿临床工作人员根据患者的情况进行推理和判断［5-7］，为临床医生提供参考。RPD临床决策支持系统主要用于辅助临床医生进行诊断，以及为患者提供个性化治疗方案设计思路，指导牙体预备，生成电子技工单，从而提高治疗效果，又被称为专家系统［8］。1. 1 临床决策支持系统在RPD设计中的应用 牙列缺损修复设计一直被视为口腔医学领域中的难点，根据上颌或下颌牙列缺牙组合类型就有多达65 534种设计方案；此外，设计过程中还需考虑口内软硬组织情况，这使得设计方案更加复杂多样［9］。RPD临床决策支持系统能够有效应对牙列缺损修复设计的复杂性，通过系统化算法和临床数据分析，根据患者的基牙条件、软组织倒凹情况、口内咬合情况、患者美观需求等信息，准确而高效地生成个性化RPD设计方案［10］。此外，RPD临床决策支持系统在设计过程中减少了人为误差，有助于确保义齿的适合性和功能性，为义齿的长期稳定提供保障［5］。数字化设计可实现义齿设计方案的可视化，促进医患沟通，改善了患者的就诊体验。系统可存储患者的口腔数据和治疗设计方案，便于追踪和管理。同时，RPD临床决策支持系统实现了传统手写义齿设计单的电子转化，提供医技沟通平台，降低义齿的返工率，进一步促进医技患之间的沟通和协作效率［9］。RPD临床决策支持系统还可作为口腔医学本科生、研究生和毕业后再教育的RPD教学、考核辅助工具［11-12］。1. 2 RPD临床决策支持系统的研发进展 Maeda等［13］在20世纪80年代率先发表了有关临床决策支持系统的研究，输入缺牙位置等口内检查情况后，系统基于知识库可推理出义齿固位体及卡环的位置，用户可接受系统的建议或进行简单修改，而后生成二维RPD设计图，此系统是临床决策支持系统的雏形。1989年，美国西弗吉尼亚大学Beaumont等［14］报道了MacRPD系统，MacRPD系统以Kennedy分类为基础，有大约160个RPD设计，采用人机交互模式，启发式搜索方式指导设计，生成一个简单义齿设计图，并可通过程序中的绘图软件进行简单修改；与以往的系统相比，MacRPD系统更加智能化。1993年，英国伯明翰大学Hammond等［15］提出了RaPiD系统，该系统通过规则推理协同CAD推荐RPD设计方案；其规则来自2本RPD教科书资料，当RPD设计违背规则时，系统会弹出对话框提示设计与规则冲突。随后，该团队通过分析英国和爱尔兰17所牙科院校70名修复医生的问卷调查结果，将98条新设计规则纳入知识库，并对系统进行扩展及验证，使其更加完善［16-17］。2002年，Modgil等［18］使用计算机视觉和逻辑语法增强了RaPiD软件程序的自动化，其可在模型照片上自动识别牙齿轮廓和缺失牙位，自动进行大连接体的设计（图1）。![]()
我国口腔医学计算机领域知名专家吕培军教授带领的团队在1993年研发出国内第一个RPD临床决策支持系统，其通过对RPD设计知识结构和专家思维模式的分析，采用规则评价的方法表达义齿设计的理论、原则和经验，用演绎推理的方法推导出目标缺损的设计方案［19］。基于该系统，1996年北京大学口腔医学院采用分层组建知识库的方法，将义齿设计过程按逻辑关系分成不同层次，从而使系统能较真实地模拟口腔修复专家的临床检查、诊断，并给出修复前治疗计划和最终的义齿修复方案；通过该系统对20例患者进行RPD设计，与修复专家设计方案的符合率达83.6%，但系统知识库不够完善，推理机制不够健全，仍有较大的改进空间［20］。2016年，北京大学口腔医学院提出了新RPD临床决策支持系统，相比于RaPiD更加注重细节，包括义齿所有组件的选择和位置，以本体模型来表示患者口腔状况和义齿组成部件；在基于案例的推理过程中，采用余弦相似度算法计算输入的患者信息与标准本体案例之间的相似度，最后以最相似的一组设计方案作为最终结果并以文本格式输出（图2）［21］。该系统在2020年完成更新升级，将文本设计变成二维自动可视化RPD设计图（图3 ~ 4）［22］。同年，于海洋教授带领团队完成了一种用于RPD设计的临床决策支持系统RD-Designer，其通过缺失牙位、基牙状况智能匹配设计方案，逐次多级地引导医生制定标准化与个性化兼备的RPD支架设计，生成更具临床指导意义的牙体预备方案，同时生成规范的二维支架电子设计单［10］。
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1. 3 RPD临床决策支持系统的应用现状 国内外许多RPD临床决策支持系统已可供临床使用，这些系统能够根据患者的口腔情况和需求，快速生成RPD设计方案，提高制作效率。例如：在线RPD设计系统EZRPDTM Designer（Zigzapps，加拿大）根据Kennedy分类创建了超过65 000例常规牙列缺损病例库，若考虑到美学、基牙的松动度和牙长轴方向信息，可超过百万病例；其输入数据，可自动生成设计方案，也支持随时编辑，生成的设计方案以图片的形式导出、保存，应用于临床、教学，以及师生互动和线上考试［12］。A.I-Dental RPD Designer系统的算法是采用RPD设计逻辑进行编码，使用者输入缺牙位置和基牙条件，如基牙倒凹的位置和深度、软组织倒凹、患者的美学要求和咬合信息（系统会询问提示支托是否会影响咬合），软件知识库是基于RPD设计图集（包括McCracken、Stewarts、Stratton等）；软件中提供了游戏模块AiDental game，采用游戏机制学习RPD设计，系统将使用者方案与系统的标准方案进行对比，根据两者匹配程度进行打分；在对美国爱荷华州立大学牙科学院学生的教学中发现，使用AiDental game的学习方法对学生的成绩有积极影响，受到学生欢迎，表明AiDental game有潜力成为临床前教学的辅助工具［23］。固易美®RPD-C ［维视医疗信息科技（山东）有限公司］首先构建一个基于深度学习的基础专家方案库，然后采用案例推理的方法，对以往的案例知识进行检索和匹配，得出目标问题的求解过程和结果；若不能和以往案例进行匹配，可利用以往案例总结归纳设计支架所需的置信规则，应用到解决新的问题过程中并得出结果［24］。王少海专家团队基于8000多个临床案例设计出可摘义齿AI方案小程序，使用者只需手动选取缺失牙位即可自动生成二维设计单［25］。IPDenture系统（南京前知智能科技有限公司）的医生端平台，通过人工审核筛选出3000多个优秀方案形成专家库，系统对专家库进行智能建模，形成智能引擎，输入病例特征信息，智能引擎即可匹配出多个设计方案［26］。 目前，RPD临床决策支持系统对于不同缺牙位置和数量的牙列缺损均能给出≥ 1个推荐方案，并允许个性化修改；但基牙的牙体、牙周和牙长轴方向尚未实现智能化选择，美学和咬合的问题还只是弹出相应的提醒对话框。CAD系统是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，RPD的CAD系统是在数字模型上应用CAD系统进行义齿支架、基托和人工牙的设计［27］。数字化的模型设计简化了设计流程，可重复性好，降低了技术敏感性，且设计数据便于储存及再现，提高了设计效率及支架、基托的临床适合性［28-30］。义齿CAD系统的基本流程是在数字化模型上以视图方向或自定义方向为就位道行自动模型观测，填补倒凹，在设计区域以线条绘制出固位网、连接体及卡环，直接生成设计方案（图5）。
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RPD支架的CAD相关研究最早由Williams等［31］于2004年报道。在RPD专用CAD软件研发之前，利用通用软件可构建简单的支架模型，如应用Geomagic Studio 6软件（3D Systems，美国）在牙颌三维模型上完成RPD支架建模，但该模型还不够精细，不能精确控制PRD各组件的厚度、宽度等参数。基于CAD软件唐龙系统进行RPD支架软件研发，初步实现了RPD各组件的精细化设计［32-34］。计算机技术的进步加速了RPD模型CAD软件的发展，软件界面更加友好，模型精度不断提高，并逐渐在临床上得到广泛应用［29-30］。目前，临床常用的义齿CAD软件主要包括：Dental System（3Shape，丹麦）、Partial CAD（Exocad，德国）、DWOS Partial Frameworks（Dental Wings，加拿大）、InLab Partial Frameworks（Sirona，德国）、SilaPart CAD（SilaDen，德国）、Digistell CAD（C4W Digilea，法国）、IPDenture（南京前知智能科技有限公司）、固易美®RPD-T ［维视医疗信息科技（山东）有限公司］等。其中，IPDenture系统基于深度学习实现RPD的三维自动化设计，通过标记和模式识别提取牙颌模型解剖关键特征点与支架的关键特征信息，利用大数据和人工智能算法训练生成修复体设计算法模型，由算法模型驱动生成病例修复体的自动化设计，技师可检查和微调设计，提高了RPD设计效率［26］。固易美®RPD-T通过三维模型修复算法、三维模型数字雕刻算法、曲面偏移造型算法、干涉碰撞算法、三维模型布尔运算及曲面参数化算法完成RPD支架的数字化设计［24］。目前，大部分的义齿CAD软件是对RPD支架和人工牙的设计，其他组件需要通用软件进行设计。2023年，PartialCAD 3.1软件（Exocad，德国）已可实现RPD全部组件的一体化设计（图6）［35］。![]()
在模型观测环节，多数软件仅能在义齿CAD软件上观测，还没有和临床决策支持系统进行整合，模型观测方向的复制和转移还不能实现自动化。此外，义齿CAD系统还未真正实现义齿的自动三维设计及自动优化设计参数。现有的CAD系统对RPD的各组件空间构型（形态、厚度、走形）的设计参数源于铸造工艺，其与传统义齿支架材料适配。然而，计算机辅助制作（computer aimed manufactury，CAM）技术所使用材料的性能与传统材料不同，探究满足CAM材料性能和RPD生物力学约束相匹配的最佳设计参数及方案是未来主要研究方向。
