三維數(shù)字化技術(shù)在全口義齒修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

王莉莉 劉洪臣

我國已步入了老齡化階段，隨著老齡人口的逐漸增多，無牙頜患者也呈增多趨勢。目前，全口義齒的修復(fù)方式主要為粘膜支持式，制作方式仍是傳統(tǒng)的手工方式。對于手工方式而言，存在很多的不足，比如復(fù)診次數(shù)過多、椅旁操作時間過長、人為造成的各種誤差等。三維數(shù)字化技術(shù)即計算機(jī)輔助設(shè)計及輔助制造技術(shù)，它于20世紀(jì)80年代開始被逐漸應(yīng)用于口腔領(lǐng)域[1]。隨著三維數(shù)字化技術(shù)的高速發(fā)展，如今它已被廣泛應(yīng)用于全冠、嵌體、貼面、種植基臺、頜面贗復(fù)體等多項口腔修復(fù)技術(shù)之中，但在全口義齒修復(fù)的應(yīng)用中起步則較晚[2]。本文將對三維數(shù)字化技術(shù)在全口義齒修復(fù)中的應(yīng)用情況進(jìn)行如下的綜述。

1.三維數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢及存在的問題

1.1 三維數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢 全口義齒因為不規(guī)則的形態(tài)以及義齒需要多色多材質(zhì)[3]，因此全口義齒數(shù)字化的研究仍進(jìn)展較慢，一體化數(shù)字化制作全口義齒仍是尚需攻克的難題。傳統(tǒng)的通過熱聚合方式制作出的樹脂基托，在聚合過程中不可避免的會出現(xiàn)由于冷卻收縮和聚合收縮造成的尺寸細(xì)微變化，從而可能會影響腭部的密封性[4]。但是，通過計算機(jī)輔助設(shè)計及輔助制作(Computer-aided Design and Computer-aided Manufacturing,CAD/CAM)制作出的樹脂基托在受控條件的溫度及壓力下，與常規(guī)制作出的樹脂基托相比，不僅機(jī)械性能相同，其抗彎曲性能也更高，與傳統(tǒng)方法相比，數(shù)字化加工制作出的樹脂基托更能有效的降低聚合收縮[5]。國外有研究人員證實，通過CAD/CAM技術(shù)制作出的樹脂基托比傳統(tǒng)技術(shù)制作出的基托適合性及邊緣封閉性更佳，固位力及穩(wěn)定性更好。同時，通過數(shù)字化加工出來的基托孔隙率低，表面也更光滑，細(xì)菌及微生物也不易滋生[6,7]。

此外，無需人工排牙，大大降低了技師的勞動強(qiáng)度。數(shù)字化技術(shù)還可以將病人的資料以數(shù)字化保存，當(dāng)義齒短期內(nèi)損壞或丟失時，若口內(nèi)無變化，則可重新即刻制作全口義齒。對于舊義齒，可利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行掃描作為個別托盤，減少了義齒制作工序[8]。

1.2 三維數(shù)字化技術(shù)存在的問題 無牙頜患者由于長期失牙，口腔內(nèi)的軟硬組織形態(tài)、頜位關(guān)系已經(jīng)發(fā)生了改變，數(shù)字化技術(shù)還不能將人體精細(xì)的咀嚼活動全部復(fù)制下來，直接制作成型。對于直接口內(nèi)掃描的數(shù)字化印模技術(shù)還不能獲取無牙頜的功能性壓力印模，靜態(tài)光學(xué)掃描亦難以獲得“肌肉靜力區(qū)”的軟組織整塑信息。而且，已有的全口義齒數(shù)字化修復(fù)系統(tǒng)中，有的系統(tǒng)仍需要依賴于成品的人工牙，在這方面未體現(xiàn)數(shù)字化的優(yōu)勢。此外，制作全口義齒的數(shù)字化軟硬件成本仍較高，全口義齒的工序繁雜，很難用單一的設(shè)備或工序來完成[9]，因此也需要臨床醫(yī)生對于數(shù)字化系統(tǒng)的操控有熟練的掌握。對于全口義齒的數(shù)字化印模的獲得，多采用口外數(shù)字化印模技術(shù)，因為口內(nèi)印模技術(shù)的精確度尚不能滿足臨床的需求，掃描的牙弓范圍越大，精確度越降低。

目前，相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)主要集中在數(shù)據(jù)的獲取、CAD等方面，目前已出現(xiàn)了數(shù)套全口義齒系統(tǒng)，如加拿大的Avadent、丹麥的3shape、北大口腔醫(yī)學(xué)數(shù)字化研究中心自主研發(fā)的CAD軟件等，但臨床上義齒直接數(shù)字控制加工方面仍未見突破性進(jìn)展。

2.三維數(shù)字化技術(shù)在全口義齒制作中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 全口義齒虛擬排牙及基托設(shè)計制作方面的研究 制作全口義齒，排牙是影響全口義齒修復(fù)效果的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的排牙一直是通過技師手工來操作，既費時又費力，且排牙效果受技師的技術(shù)水平影響較大。因此，有學(xué)者研發(fā)了6自由度的單操作機(jī)排牙機(jī)器人，利用排牙軟件中整合的專家排牙系統(tǒng)進(jìn)行自動的預(yù)排牙，然后醫(yī)師進(jìn)行局部的調(diào)改，最終形成排牙方案，將方案以指令形式輸入計算機(jī)，開始自動排牙的操作[10]。還有學(xué)者在此基礎(chǔ)上又研發(fā)了多操作機(jī)排牙機(jī)器人，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，整合了牙弓曲線發(fā)生器，進(jìn)一步提高了排牙的精確度，排牙效率也得到了提高[11]。近幾年來，隨著計算機(jī)技術(shù)、快速成型技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化的排牙技術(shù)已被提出并應(yīng)用到全口義齒的設(shè)計制作當(dāng)中。對于全口義齒的虛擬排牙，與傳統(tǒng)的手工排牙和機(jī)器人輔助排牙相比，虛擬排牙有更明顯的優(yōu)勢，虛擬排牙的精準(zhǔn)度更穩(wěn)定可靠，而且虛擬排牙可在電腦上直接觀察排牙情況，可以隨意調(diào)整排牙形態(tài)。Yu X[12]等提出了一種虛擬排牙的方法，利用計算機(jī)數(shù)控技術(shù)、快速成型技術(shù)及三維打印技術(shù)進(jìn)行制作，最后將人工牙嵌入蠟緣，該研究對于技工選擇牙齒有輔助作用，提高了牙齒排列的準(zhǔn)確性。目前，用于商業(yè)的全口義齒軟件眾多，如奧地利的Ceramill FDS系統(tǒng)，在軟件中進(jìn)行虛擬排牙后，通過數(shù)控工藝制作出帶齒槽的蠟型基托，再將合適的人工牙加入齒槽內(nèi)完成全口義齒的制作[13]；美國的Dentca系統(tǒng)在進(jìn)行全口義齒虛擬排牙和基托設(shè)計后使用3D打印機(jī)進(jìn)行整體加工[14]。對于數(shù)字化全口義齒基托的制作，早期的研究中，有學(xué)者利用數(shù)控機(jī)床制作了牙列和基托的塑料外殼，然后分別注入牙色和基托色的流動樹脂來制作仿全口義齒[15]。目前，數(shù)字化全口義齒基托部分主要依靠所得的數(shù)據(jù)輸入軟件，基托形態(tài)由軟件自動生成，基托從粉紅色的聚甲基丙烯酸甲酯盤中切割成型，然后用樹脂水門汀將人工牙粘接到義齒的基托上[16]。Bilgin等首先制作了3D打印的牙列，將其插入蠟基托后，也是通過與傳統(tǒng)制作方法相結(jié)合的方式制做出了終義齒，制作出的全口義齒咬合及頜位關(guān)系良好，并且這種一體式的牙列對于提高人工牙和基托之間的粘接強(qiáng)度有很大幫助[17]。此外，有研究人員提出，如能合理設(shè)置全口義齒的基托設(shè)計系統(tǒng)，充分發(fā)揮三角網(wǎng)格、NURBS曲面等的最大效應(yīng)，構(gòu)建出混合造型技術(shù)，從而達(dá)到重建基托美觀性的效果[18]。還有學(xué)者提出，利用曲線驅(qū)動變形建模方式，可以獲得高質(zhì)量的牙及表面形態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，從而保障全口義齒基托建模設(shè)計的效果[19]。Deng、Chen H等先后利用三維數(shù)字技術(shù)對下頜全口義齒聚乳酸蠟型進(jìn)行打印，與傳統(tǒng)蠟型相比較，對其精確度及組織面密合性進(jìn)行評價，證實其可滿足臨床使用的需求[20，21]。Chen等通過三維技術(shù)制作出的蠟型，與傳統(tǒng)手工制作的蠟型相比，無明顯差異，均符合臨床應(yīng)用的要求[22]。有學(xué)者利用CAD/RP技術(shù)制作了全口義齒的樹脂陰模，然后進(jìn)行計算機(jī)排牙，最后對樹脂基托進(jìn)行鑄壓，完成最終的全口義齒。通過此種數(shù)字化的設(shè)計和制作減少了取模時的誤差，避免了基托邊緣的不準(zhǔn)確，更有利于臨床上的推廣應(yīng)用[23]。還有研究者應(yīng)用CBCT測量出無牙頜的組織面以及成品人工牙的形態(tài)，通過快速成型技術(shù)制作出全口義齒，對此全口義齒進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，顯示其頰側(cè)磨光面的精確度高于牙合面[24]。

2.2 數(shù)字化技術(shù)在全口義齒個別托盤制作方面的研究 數(shù)字化技術(shù)還可應(yīng)用于制作全口義齒的個別托盤等方面。魏菱等學(xué)者通過三維數(shù)字軟件制作出了全口義齒的個別托盤，整個過程靈活精確，制作出的個別托盤精確度高，且能夠符合個性化設(shè)計，減少了患者的就診次數(shù)，同時也減少了椅旁的操作時間[25]。Sun Y等[26]對無牙頜患者分別制作了數(shù)字化的個別托盤及手工化的個別托盤，比較兩者的邊緣伸展差異及形態(tài)差異，結(jié)果證實數(shù)字化個別托盤制取的印模厚度分布優(yōu)于手工制作的托盤，但兩者的印模形態(tài)無明顯差異。Chen H[27]等亦應(yīng)用制作的數(shù)字化個別托盤與手工個別托盤相比，前者精確度更高，與模型的匹配度更好。陳虎等[28]基于紅色打樣膏制取的初印模獲得個性化托盤的三維設(shè)計數(shù)據(jù)，打印出聚乳酸材質(zhì)的個性化托盤，與CAD獲得的數(shù)據(jù)相比，各承托區(qū)、緩沖區(qū)的間隙無明顯差異，可成功實現(xiàn)上頜無牙頜個性化托盤的數(shù)字化設(shè)計和制作。因此，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)建立了一種高效的個別托盤制作方法，具有較高的重現(xiàn)性及準(zhǔn)確性。

2.3 數(shù)字化技術(shù)在面型預(yù)測、虛擬調(diào)牙合等方面的研究 虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)，為進(jìn)一步提高醫(yī)療實踐能力提供了幫助。對于無牙頜患者，口腔治療不僅要改善功能，同時也要恢復(fù)美觀的外貌。隨著口腔治療的數(shù)字化發(fā)展，全口義齒的設(shè)計也需要提前預(yù)測面型來作為參考。目前，基于數(shù)字化技術(shù)的面型仿真主要以頭面部軟組織的變形方法為主要研究對象，還缺少具有針對性的預(yù)測方法。成誠等[29]應(yīng)用Oral Treat System軟件系統(tǒng)，以牙齒及牙齦作為驅(qū)動，研究了新的排牙算法和面形預(yù)測方法，其中部分功能已經(jīng)在北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院進(jìn)行了臨床試用。虛擬現(xiàn)實在全口義齒中的應(yīng)用，還體現(xiàn)在虛擬調(diào)牙合中。它是在CAD的設(shè)計中，通過改變牙齒咬合面的局部形態(tài)從而消除與對頜牙之間的不合理干擾。虛擬調(diào)牙合的工具為虛擬牙合架，應(yīng)用它可降低技師對機(jī)械牙合架的依賴，消除牙合干擾[30]。另有學(xué)者采用計算機(jī)設(shè)計牙齒的形態(tài)，在體外模擬牙齒的運動軌跡，動態(tài)掌握牙合力的大小，這樣制作出的全口義齒咬合接觸能夠更加準(zhǔn)確[31]。

3.結(jié)語

三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于全口義齒的加工制作中，可大大改善全口義齒的制作工藝，用數(shù)字系統(tǒng)來代替手工的制作基托、代替人工的排牙，不但以數(shù)字的方式更精準(zhǔn)的重復(fù)操作，還能避免技師及醫(yī)生因個人經(jīng)驗、技巧等主觀因素對全口義齒最終效果的影響，同時數(shù)字化系統(tǒng)還可以把醫(yī)師所設(shè)計的特殊咬合關(guān)系、牙合面形態(tài)等都體現(xiàn)在最終的全口義齒上，使全口義齒的設(shè)計及制作進(jìn)入到一個既能滿足牙列缺失患者個體生理功能及美觀需求，又能達(dá)到規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、工業(yè)化流程的水平。但目前數(shù)字化技術(shù)存在費用高昂、技術(shù)人員匱乏、難以推廣到基層醫(yī)院等問題。此外，三維數(shù)字化系統(tǒng)大多數(shù)集中在CAD排牙、虛擬調(diào)牙合等方面，若能對全口義齒印模制取的數(shù)字化解決方案、無牙頜個別托盤的臨床適用性、直接數(shù)字化確定頜位關(guān)系等環(huán)節(jié)逐步實現(xiàn)，將是具有重要的現(xiàn)實意義。這需要生物材料學(xué)、分子生物學(xué)、計算機(jī)科學(xué)以及數(shù)字化打印設(shè)備等多學(xué)科的發(fā)展以及交叉應(yīng)用，這將是數(shù)字化技術(shù)在口腔全口義齒修復(fù)乃至整個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢和熱點[32]。