Zebris下頜運動分析系統的應用與研究現狀

胡婷姿，楊海萍，肖 沛，龐麗嬌，施潔珺，何福明

下頜是人體運動最頻繁的部位之一。下頜運動是在中樞神經系統控制下所進行的一種復雜的三維運動，由肌肉、顳下頜關節、牙合共同參與[1]，其與人體咀嚼系統的健康狀況有著密切的聯系[2]。因此，了解下頜運動的規律對于認識口頜系統的生理、病理具有十分重要的意義[3]。下頜運動的形式包括開閉口運動、前伸后退運動以及側方運動。在臨床工作中，下頜運動的各項客觀指標，如切導斜度、髁導斜度、開口度、開口型等，與顳下頜關節紊亂病[4]、頜骨骨折[5]、種植[6]、正畸[7]、修復[8]等疾病診斷及治療療效評價密切相關。

1 下頜運動軌跡的研究發展

下頜運動軌跡的研究已成為近年來口腔醫學領域的熱點問題[9-10]。關于下頜運動的研究長達二百多年，起初研究者利用顱骨和新鮮尸體研究髁突運動。1840年，Evens制造出第一個能重復下頜運動的牙合架，結合動態X線法研究下頜運動。1921年，美國學者B.McCollum制造出一種機械式下頜運動描記儀。之后Gysi發明的口外哥特式弓，能夠記錄真實的下頜前伸/側方運動的軌跡。近年來，光電、超聲、壓力傳感等技術的應用使得下頜運動軌跡描記系統飛速發展[11]。1975年Jankelson發明的下頜運動軌跡描記儀(mandibular kinesiograph，MKG)[12]，通過磁電量轉換方式記錄下頜運動軌跡的觀測方法，能夠從三維方向描記下頜運動，擁有較高的精確性和靈敏性，但其本身具有一定重量，會影響下頜運動的真實性。1988年Slavicek發明的髁突運動軸圖描記儀(computer aided diagnosis axiograph，CADIAX)是一種三維方向的記錄系統[13]，所有的分析可以定性、定量，但缺乏利用數字化設備記錄下頜運動并轉移咬合關系，無法做到完全數字化[14]。

德國阿曼-吉爾巴赫公司于2001年推出的Zebris下頜運動分析系統，利用超聲脈沖測量技術記錄下頜運動軌跡，能描述關節、肌肉等多方面的變化。因其易操作性、高兼容性而迅速地被廣泛應用于咀嚼肌功能失調、咬合重建、關節疾病、頜位關系確定等眾多領域中。本文將簡要綜述Zebris下頜運動分析系統在口腔醫學中的應用。

2 Zebris下頜運動分析系統

下頜運動十分復雜，它在三維空間中進行著6個自由度(相對于直角坐標系3個軸的滑行和旋轉)的運動。韓科等[15]認為，研究者需要建立一個參考坐標系和一個運動坐標系，并至少要取得下頜(運動坐標系)上3個標志點相對于參考坐標系6個自由度(3條軸上的旋轉和3個方向上的滑行)的空間位移運動數據，才能用矩陣方程完整地表述該物體的運動。Zebris下頜運動分析系統(Zebris，德國)是具有6個自由度的下頜運動非接觸式3D記錄系統，采樣頻率為75 Hz[16]。該系統由一個面弓(固定4個集成接收器傳感器)和一個頜旁金屬牙合叉(磁性支架上安裝有3個發送傳感器)組成(圖1)，并配備WinJaw version 10.05.03軟件(Zebris，德國)使用。使用時，通過雙側耳塞經外耳道定位，將電子面弓上頜傳感器固定在頭部，下頜傳感器固定在下牙合叉上，下牙合叉通過復合樹脂材料固定在下牙列唇側。上下頜傳感器通過超聲傳感原理工作，佩戴超聲發射器的下頜做相對運動，上頜接受器保持固定不動，通過信號來源的時間變化，計算出下頜的空間位置變化，從而在系統中記錄下頜相對于上頜的髁端及切端運動軌跡。通過匹配的軟件系統，醫師可以快速將電腦和儀器連接，實時觀測到數據的變化情況，及時調整監測方案。軟件所收集的數據具有開放性，能與CAD/CAM等多個系統相兼容，提高了它的適用性。在6個自由度上搜集到的下頜各個姿勢、各個運動過程中的多種數據，使得Zebris下頜運動分析系統能夠在多個學科中應用。由于其重量輕，易于安裝，不干擾下頜運動，能被受試者更好地接受。

圖1 Zebris下頜運動分析系統硬件示意圖Fig.1 Zebris jaw movement analysis system hardware

3 Zebris下頜運動分析系統的應用

Zebris下頜運動分析系統有五個功能模塊應用。①牙合架模塊：通過對下頜運動記錄計算出全可調牙合架參數(包括左右側髁導斜度、bennett角、迅即側移(immediate side shift，ISS)、切導斜度等)以及轉移牙合架所需的坐標信息，結合系統配備的定位板和測得的位點，可將頜位關系轉移至牙合架上(圖2)。通過exocad軟件，其參數可與CAD/CAM或DVT系統相聯通，實現虛擬頜位關系轉移，從而可以設計出全數字化與個性化的修復體或牙合墊。②功能分析模塊：使用設備本身的WinJaw+軟件獲得下頜運動的幅度，評估開口、前伸、左右側方運動，分析下頜功能運動的協調性、對稱性、穩定性。③下頜位置模塊：該模塊是針對頜位關系不穩定的患者，通過囑咐患者進行反復多次咬合運動得到重復性最高的下頜位置，從而尋找到理想的髁突穩定位。④髁突相對位置模塊：該模塊可分析不同頜位關系下髁突相對位置的變化。⑤肌電模塊：配合表面電極電纜與測量放大器組成，受試者佩戴肌電片及傳感器進行快速咬合動作，即可實時顯示神經肌肉圖譜。Shewman[17]利用Zebris下頜運動分析系統觀測了患者4種體位(最大開口位、最大閉口位、息止位、最大前伸位)的下頜運動，實現了對咀嚼肌運動和下頜骨功能位運動軌跡和邊界的三維記錄，幫助臨床醫生確定息止頜間隙及咬合的垂直距離。多模塊結合下，Zebris下頜運動分析系統在口腔各個學科得到了越來越多的應用[18]。

A：使用Zebris下頜運動分析系統重建的虛擬圖像；B：口頜系統相對三維坐標系，紅綠點為左右側髁突，藍色為切點；C：坐標系轉換定制配板；D：實體牙合架轉移頜位關系

3.1 Zebris下頜運動分析系統在顳下頜關節監測中的應用

顳下頜關節作為下頜運動的核心，其相關指標常用來評估下頜發育、生理活動的狀況。Baqaien等[19]研究6～12歲兒童髁突路徑傾角的變化后發現，隨著年齡增長髁突路徑傾角也隨之增大(圖3)，髁突路徑的傾斜度與身高、體重均呈正相關[20]。有學者使用Zebris下頜運動分析系統進行研究后發現，隨著年齡增長，髁突下凹角也增大[21]。此外，青少年在顳下頜關節發育過程中，左右側最大側方位移隨年齡顯著增加，最大后退位移隨年齡顯著減少[22](圖3)。髁突的運動學變量與性別、體重或面部類型沒有顯著相關性[18]。

A：使用Zebris下頜運動分析系統的測試；B：和髁突路徑傾角隨年齡變化的曲線擬合

當發生顳下頜關節紊亂病(temporomandibular disorders，TMD)的時候，下頜運動也出現病理性的改變。Kijak等[23]利用Zebris下頜運動分析系統測量并對比健康人和患者的數據，發現健康人的髁突路徑長度與開口大小的比值是(39±7)%，而這個值在肌肉病患組是(44±11)%，關節病患組是(35±11)%，表明該比值可能是評估顳下頜關節功能障礙類型的重要指標。Korda?[24]使用Zebris下頜運動分析系統分析了顳下頜關節紊亂患者的水平髁突傾角(horizontal condylar inclination angle，HCI)、貝氏角(BA)和ISS等數據，并與健康人基線進行對比。數據顯示，僅有1/3患者的HCI值在平均值范圍內，41.7%的患者有一側關節值超出健康人平均值，23.2%的患者雙側都超出平均值，髁突路徑傾角可幫助確定HCI偏離平均值的程度以及具體某側關節的偏離值。顳下頜關節健康也與全身健康緊密相關。有研究發現，腦癱患者下肢高度痙攣時下頜活動也可能出現受限。脊柱功能也與顳下頜關節緊密相關[25]，在咬合夾板治療前后對患者的顳下頜關節功能和脊柱功能進行評測，通過Zebris下頜運動分析系統分析顳下頜關節運動，同時用Zebris MCS分析頸椎運動后發現，隨著脊柱運動的一般運動參數改善，脊柱疼痛減輕，顳下頜關節功能明顯改善[26]。

3.2 Zebris下頜運動分析系統在口腔頜面外科中的應用

口腔頜面部因外傷、發育疾病等情況進行手術后，下頜運動也不可避免地受到影響。因此，下頜運動的評估也可作為外科治療效果的參考。唇腭裂患者進行手術治療后，使用Zebris下頜運動分析系統評估下頜息止頜位和最大自主收縮期間的顳肌和咬肌肌電圖后發現，術后患者在休息時顳部肌肉活動明顯增加[27]。Zebris下頜運動分析系統證實正頜手術后早期接受物理治療能擴大安氏Ⅲ類患者的下頜活動范圍[28]。此外，單側下頜骨骨折治療過程中進行咬合矯正能提升顳下頜關節功能[29]。有學者將Zebris下頜運動分析系統的數字化系統與肌電圖數據結合進行分析，發現良、惡性腫瘤及手術均可造成下頜運動、雙側咬肌和顳肌的肌電活動異常[30](圖4)。

A：Zebris下頜運動分析系統軟件中，下頜運動的虛擬可視化，其中紅、綠點為左右髁突中心，藍色為下頜運動軌跡；B：Zebris下頜運動分析系統記錄的患者健側與患側的術后肌電圖

3.3 Zebris下頜運動分析系統在正畸、修復中的應用

由于Zebris下頜運動分析系統具有結構輕巧、系統易操作、數據可測性及可視化等優點，口腔多個學科都逐步開始使用Zebris下頜運動分析系統。修復科通過咬合記錄配合數字化CAD/CAM系統，為數字化治療流程提供動態數據，有效降低臨床調牙合時間[31]。Zebris下頜運動分析系統肌電描記同時還可以作為局部可摘修復義齒療效的評估手段，通過分析義齒修復前后的關節運動、肌肉運動等指標，并與健康人群進行對比。正畸科對阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征患者進行下頜前伸矯治器治療，用Zebris下頜運動分析系統分析治療前后患者下頜運動、咀嚼肌表面肌電的變化，證明下頜前伸矯治器治療效果良好，未對口頜系統產生不良影響[32]。

3.4 Zebris下頜運動分析系統在咀嚼肌監測中的應用

咀嚼肌帶動了整個下頜骨進行運動，咀嚼肌出現的任何異常，也顯示著下頜系統的異常[33]。使用Zebris下頜運動分析系統的肌電圖評估能夠診斷與疼痛相關的TMD，作為診斷該疾病的輔助工具。Kijak[34]用Zebris下頜運動分析系統證明，患者的疲勞程度與顳下頜關節功能障礙程度相關，可用該系統評估肌肉疲勞。通過Zebris下頜運動分析系統研究發現，與非TMD的唇腭裂患兒相比，有疼痛癥狀的TMD患兒顳肌和咬肌的活動性顯著增高且最大自主收縮期間顳肌活動明顯減少[27]，患兒咀嚼肌活動改變，這可能會影響他們的肌肉功能。用Zebris下頜運動分析系統評估咀嚼肌功能障礙患者經肌肉訓練前后的肌電功能，發現鍛煉能有效地恢復骨-牙結構運動系統的完整狀態[35]。

4 前景與展望

Zebris下頜運動分析系統其結構小巧輕便，操作過程不干擾患者運動，為采集數據的精確性提供了前提?；颊呔驮\時，可根據其有無關節癥狀，利用Zebris下頜運動分析系統進行評估，確定其下頜穩定性及其與關節、肌肉、牙齒的關系，從而從功能狀態去引導患者進入后續的各科室治療(圖5)。未來，相信Zebris下頜運動分析系統能夠被越來越多的醫師所接受，在臨床、教學、多學科交叉治療、遠程醫療、康復醫療中發揮越來越多的作用。

圖5 Zebris下頜運動分析系統參與下的臨床路徑Fig.5 The clinical path with Zebris JMA