數(shù)字化技術(shù)在口腔修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用及研究進展*

陳 青 姜 華

1.數(shù)字化修復(fù)技術(shù)的概念

由于人類的牙齒形態(tài)及口頜面形態(tài)復(fù)雜，個體差異較大，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，如何快速制造與患者缺損部位相匹配的形態(tài)復(fù)雜的個性化修復(fù)體是當今口腔修復(fù)研究的重要方向。

上世紀50年代，計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制作（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）開始在工業(yè)的生產(chǎn)過程得以應(yīng)用。1973年法國口腔學家Francois Duret首次將CAD/CAM應(yīng)用到牙科領(lǐng)域［1］。

CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，可用于制作嵌體、高嵌體、金屬基底冠、冠以及橋體、種植體的上部結(jié)構(gòu)等。CAD包括數(shù)字印模制取，修復(fù)體外形設(shè)計及圖形處理，CAM是通過切削磨等加工技術(shù)將整塊材料制作成計算機設(shè)計好的修復(fù)體。數(shù)字印模是利用掃描儀掃描口內(nèi)組織，采集三維軟硬組織信息并輸入硬件，然后進行三維設(shè)計，再制作出與鄰牙協(xié)調(diào)咬合關(guān)系良好的修復(fù)體?？趦?nèi)的三維信息采集技術(shù)有多種［2］，包括Lava椅旁操作掃描采用的活動波陣面抽樣法，Cerec藍光掃描采用的三角測量技術(shù)，iTero和3Shape Trios的激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)，E4D光學相干斷層掃描成像，以及DPI-3D的云紋干涉測量法。

此外，近些年來還有一種成形技術(shù)快速發(fā)展即3D打印技術(shù)（3D printing，3D P），其原理是基于數(shù)字模型，分層掃描，逐層疊加，快速生產(chǎn)三維實物的分層生產(chǎn)技術(shù)［3］，用于生產(chǎn)更加復(fù)雜的修復(fù)體。特別是針對制作對象結(jié)構(gòu)唯一、需要定制、形態(tài)復(fù)雜，三維數(shù)據(jù)相對容易獲取的情況。3D P的實現(xiàn)主要包括三個方面［4］：首先是計算機軟件系統(tǒng)對人體系統(tǒng)精確模擬；其次是參與3D P有關(guān)的生物材料；三是3D P硬件設(shè)備、以及技術(shù)工藝。根據(jù)材料的成形原理，可把目前在口腔修復(fù)領(lǐng)域中已被應(yīng)用的各種三維打印技術(shù)分成三大類［5］，1.光固化成形，應(yīng)用于各種光固化樹脂基的非金屬材料，如模型、導(dǎo)板。2.燒結(jié)成形包括：應(yīng)用于打印不銹鋼、純鈦、鈦合金以及鈷鉻合金粉末等金屬材料的選擇性激光熔化技術(shù)；應(yīng)用于尼龍、聚醚酮等高性能樹脂基和氧化鋯、氧化鋁等非金屬材料的選擇性激光燒結(jié)技術(shù)；可產(chǎn)生具有較高孔隙率的結(jié)構(gòu)，加工后的種植體更接近于骨的彈性模量的電子束熔化技術(shù)。3.熔融沉積成形技術(shù)，用來加工顱頜骨骨模型。

2.數(shù)字化修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用進展

在最新一版《口腔修復(fù)詞匯集》中寫到將修復(fù)體按照固位和支持方式進行分類分為5類：固定局部義齒，可摘局部義齒，可摘全口義齒，固定全口義齒，頜面贗復(fù)體［6］，以上分類均全部或部分實現(xiàn)數(shù)字化制造。

2.1 固定局部義齒 固定局部義齒包括我們臨床中經(jīng)常制作的嵌體、高嵌體、冠及橋體、金屬基底冠、種植體的上部結(jié)構(gòu)。

在牙體預(yù)備好后，通過口掃系統(tǒng)掃描獲取印模。虛擬印模增加了患者的舒適性，且模型存儲方便、利于遠程交流。固定修復(fù)體的內(nèi)部適合性和邊緣適合性是評估修復(fù)質(zhì)量的主要因素。有關(guān)固定修復(fù)采用傳統(tǒng)印模與數(shù)字印模的meta分析表明，采用數(shù)字印模制作修復(fù)體具有更優(yōu)的邊緣及內(nèi)部適合性［7］。而Pekka A等［2］認為對于單冠和短橋修復(fù)，傳統(tǒng)印模和數(shù)字印模都能獲得較好的臨床效果，無明顯臨床差別；而對于種植冠及橋，數(shù)字化印模效果更優(yōu)；對于長橋修復(fù)體，更推薦用傳統(tǒng)印模制作。此外，最新的微笑掃描是一種更全面，低成本，更方便計算機輔助治療法，它同時支持種植體的上部修復(fù)，并且可直接進行CAD/CAM［8］。

CAD修復(fù)模式有三種：生物再造、復(fù)制及鏡像。（1）生物再造是指依據(jù)患牙剩余的組織、鄰牙形狀以及進行牙體設(shè)計軟件自有的數(shù)據(jù)庫來生成修復(fù)體的形狀。（2）復(fù)制是指將牙體預(yù)備前的形狀或診斷蠟型復(fù)制獲得修復(fù)體形狀，其可捕獲患者原始患牙外形產(chǎn)生虛擬修復(fù)體形狀，再制造出更精確和個性的修復(fù)體。尤其適用于無對稱同名牙或者需要重建多個前牙的外形的情況下。馮海蘭等［9］認為在前牙美學修復(fù)過程中，因切端形態(tài)所表達的生動性影響顯著，所以多采用復(fù)制方式，常能獲得較佳的美學效果。而張瑞等［10］研究表明數(shù)字化功能面復(fù)制生成的修復(fù)體能夠達到很好的臨床適應(yīng)性，而且調(diào)時間相對少（。3）鏡像技術(shù)，是將對側(cè)同名牙形態(tài)復(fù)制，通過反轉(zhuǎn)，重新將其置于修復(fù)處，以達到理想的修復(fù)形態(tài)。但需要患者有形態(tài)完整的對側(cè)同名牙并且排列良好。

此外，楔狀缺損常規(guī)采用的復(fù)合樹脂直接充填法可用數(shù)字化全瓷嵌體取代，提高了美觀性，且瓷嵌體的邊緣適合性良好，可承受較大的應(yīng)力［11］。對磨耗嚴重, 咬合緊，頜齦距離小于4mm，牙體缺損范圍較大，經(jīng)根管治療后的磨牙可用CAD/CAM全瓷釘高嵌體進行修復(fù)，當髓室洞的深度小于4mm，則需預(yù)備一部分根管來獲得固位力，預(yù)備深度通常為3～4mm，但長期效果需進行觀察［12,13］。針對前牙美學區(qū)的修復(fù)，通過數(shù)字化設(shè)計，可模擬最終冠的邊緣和修復(fù)的形態(tài)，醫(yī)患之間便于溝通，達到理想粉白美學修復(fù)效果［14］。還有篇文獻［15］報道在原有可摘義齒的基牙上，采用口內(nèi)數(shù)字掃描，使用CAD/CAM制作的固定義齒，減少人為誤差，具有更佳的適合性。

單個牙種植后，采用數(shù)字化過程進行上部結(jié)構(gòu)修復(fù)，比傳統(tǒng)法時間要短，效率要高。與標準鈦基臺+烤瓷冠修復(fù)的單個缺失后牙相比，用數(shù)字化流程制作的鈦基臺+上部氧化鋯修復(fù)體不需要或微調(diào)就能有較好的口內(nèi)適合性。采用椅旁技術(shù)進行種植體上部結(jié)構(gòu)修復(fù)，修復(fù)體臨床調(diào)改時間只有傳統(tǒng)方法的1/3［16,17］。

2.2 可摘局部義齒（Removable partial denture，RPD）與天然牙上的窩溝點隙結(jié)構(gòu)相比，缺牙區(qū)的牙槽嵴較平，沒有明顯的曲率變化，口內(nèi)多視角掃描獲取的數(shù)據(jù)拼接容易出現(xiàn)誤差，甚至出現(xiàn)錯層的情況。有文獻［18］報道，針對kennedy三分類牙列缺損患者，使用口內(nèi)掃描儀直接掃描獲取數(shù)字印模，因有足夠的牙體結(jié)構(gòu)提供拼接特點，加工生產(chǎn)制造的RPD進行臨床試戴，其固位、穩(wěn)定性都可滿足臨床需求。對于缺牙數(shù)目較多，可在缺牙區(qū)添加一些標志，增加口內(nèi)掃描的成功率，便于圖像的拼接，提升掃描的精度［19］。研究顯示［20］隨著掃描組織的增加，精度下降，當掃描范圍小于半側(cè)牙弓的情況下，精確度在臨床上是可以接受，口外掃描的任何范圍牙弓，誤差都可以接受。操作人員只需設(shè)計好修復(fù)的邊緣，軟件就可以自動完成剩下的步驟。

數(shù)字技術(shù)制造RPD支架常用兩種方法，獲取印模數(shù)據(jù)后，可用計算機軟件進行支架的設(shè)計，用選擇性激光融化3D P 直接打印金屬支架；或者先用3D P制作出熔模蠟型，之后仍采用傳統(tǒng)包埋鑄造制作出修復(fù)體。Wu［21］、Williams［22］、D Eggbeer［23］等報道利用數(shù)字技術(shù)獲得模型、設(shè)計活動支架、經(jīng)3D P獲得樹脂鑄型，利用傳統(tǒng)失蠟法鑄造金屬支架，適合性較好。張楠等［24］研究還表明數(shù)字化印模結(jié)合3D P打印樹脂模型可提高RPD與天然牙的適合性和義齒初戴時的咬合準確度。而一例上頜骨kennedy一分類病例通過直接掃描口內(nèi)數(shù)據(jù)，用3D打印金屬支架制作RPD也表現(xiàn)出良好的局部適應(yīng)性及滿意的臨床效果，可以替代傳統(tǒng)的取模和失蠟鑄造技術(shù)［25］。與傳統(tǒng)制造方法相比，3D打印技術(shù)節(jié)省了制造時間，提高了效率和材料利用率，精度更好。激光3D打印能夠加工各個方向有倒凹的修復(fù)體，彌補了CAD/CAM加工的不足［26］。Lin等采用口內(nèi)掃描記錄種植體位置及軟組織形態(tài)，利用數(shù)字流程制作種植體的上部活動義齒，可增加患者的舒適性［27］。

2.3 可摘全口義齒 全口活動義齒數(shù)字化的應(yīng)用主要在印模掃描，制取個別托盤，虛擬架等方面。

近幾年來，口內(nèi)掃描儀被應(yīng)用于牙列缺損和無牙頜病例，但是很少見精度分析研究，其難點在于制取實體印模時，對粘膜的壓力很難完全杜絕，以制取的印模作為參照時，與口內(nèi)掃描儀直接掃取的無壓力印模之間存在粘膜變形的差異［28］。使用口內(nèi)掃描儀獲得無牙頜印模的好處是獲得無壓力印模，減少松軟牙槽粘膜受壓，但局限之處在于不能獲得無牙頜功能整塑邊緣，以及粘膜受功能性壓力后變形。隨著口內(nèi)掃描技術(shù)的發(fā)展，通過直接口掃，獲取的印模誤差縮小至125μm［29］。目前有研究表明，口內(nèi)法制取全牙列數(shù)字印模準確；但也有報道稱，口內(nèi)法取得的印模不如口外法準確，研究的結(jié)果仍有爭議［30,31］。但朱文忠等［32］實驗表明，口外法獲取下頜全牙列數(shù)字印模比口內(nèi)法準確。兩種數(shù)字印模在垂直方向的誤差比較小，誤差主要以水平方向為主。口內(nèi)法誤差主要是由口掃的系統(tǒng)誤差導(dǎo)致。而口外法誤差主要是由于制取印模所用材料在固化時體積的變化引起的［33］。也有研究顯示對無牙頜牙弓采用不同的掃描順序獲得的精確度也有差異，按先面再進行腭舌側(cè)最后掃描頰側(cè)的全牙弓掃描順序獲得重建模型精確度較高［34］。

無牙頜個別托盤的傳統(tǒng)制作方法需先用托盤取口內(nèi)印模再灌制初模，在初模型上畫邊緣線、進行倒凹的處理、涂分離劑，然后依據(jù)邊緣線在模型上鋪烤軟的蠟片，上方鋪自凝樹脂或光固化樹脂固化制作而成，制作耗時、步驟多并且誤差大。魏菱等［35］研究顯示相比傳統(tǒng)個別托盤的制作，三維打印個別托盤在制作時間方面有優(yōu)越性。使用椅旁數(shù)字化系統(tǒng)生產(chǎn)無牙頜個別托盤，然后醫(yī)生再拿其取得終印模，醫(yī)生在托盤試戴，試戴時的邊緣位置，托盤的的穩(wěn)定性，終印模制取效果，優(yōu)質(zhì)終印模取得難度以及整體的平均滿意度六個方面都高于傳統(tǒng)手工法制成的個別托盤，達到了臨床的要求［36］。

我國學者孫玉春等［41］自主研發(fā)了一種獨特的全口診斷義齒數(shù)字化設(shè)計方法即功能易適數(shù)字化全口義齒系統(tǒng)，其借助數(shù)字化設(shè)計、3D P等，使數(shù)字化技術(shù)制取無牙頜功能壓力印模、記錄垂直水平頜位關(guān)系與終義齒制作的應(yīng)用問題得以解決，將傳統(tǒng)方法中的終印模、頜位關(guān)系、試排牙三步操作，通過數(shù)字化的設(shè)計和三維打印簡化為一步，應(yīng)用該技術(shù)的醫(yī)生操作簡化50%以上，就診次數(shù)減少2-3次，同時大大提高了義齒修復(fù)后的功能適合性。

2.4 固定全口義齒 近年來，由于種植技術(shù)的發(fā)展，更多患者采用種植支持的固定全口義齒，增加了舒適度，提高了咀嚼效率。其可通過計算機輔助種植軟件CBCT獲取醫(yī)學圖像，進行三維模型重建，骨量分析，骨密度測量，包括數(shù)量，部位，方向，深度的種植設(shè)計，修復(fù)體模擬，并轉(zhuǎn)化為實際手術(shù)完成種植，其可降低種植難度，提高種植成功率。最后再通過CAD/CAM進行上部修復(fù)體的制作。

術(shù)中采用種植導(dǎo)板輔助種植體植入精確的位置，可獲得滿意的術(shù)后治療效果［42］。3D打印數(shù)字化種植導(dǎo)板較傳統(tǒng)種植導(dǎo)板可具有更精確的植入位置，且能夠減少并發(fā)癥的發(fā)生。Turbush等［43］研究三種導(dǎo)板的精確性得出牙支持式導(dǎo)板最好，牙支持式和牙-粘膜共同支持式明顯要高于粘膜支持式。此外，Haese等［44］認為粘膜的厚度對導(dǎo)板的精確度有影響，薄、厚粘膜者種植體肩部的偏差分別是0.08mm、1.04mm。除導(dǎo)板外，還有數(shù)字化的動態(tài)導(dǎo)航技術(shù)，與導(dǎo)板相比，其優(yōu)點在于能夠在術(shù)中調(diào)整手術(shù)計劃，并實時監(jiān)控種植的過程，提高了可視性和安全性［45］。

利用3D P還可以制作個性化種植體，Mangano等［46］在15 顆殘根拔除前用CT 獲得三維數(shù)據(jù)，用3D P制作個性化的種植體，待殘根拔除后即刻種植，術(shù)后恢復(fù)可，在1年后隨訪15例患者都有良好的功能和美學整合。

2.5 贗復(fù)體修復(fù) 目前可以通過數(shù)字化進行頜骨缺損的贗復(fù)體修復(fù)和重建。國內(nèi)學者認為，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)制作贗復(fù)體可以精確地修復(fù)較大體積的上頜骨缺損和牙列缺損［47］，且數(shù)字化贗復(fù)體修復(fù)此類缺損后，語音、吞咽功能恢復(fù)較好并能獲得患者較滿意的面容［48］。

通過直接法掃描患者口內(nèi)，間接法掃描石膏模型或者拍攝CT數(shù)據(jù)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。對上頜骨部分缺損的患者，印模獲取采用間接法，利用3D P獲得贗復(fù)體金屬支架，人工牙和基托采用常規(guī)的方法制作，二者相結(jié)合得到能夠修復(fù)頜面部缺損的贗復(fù)體，患者在舒適性，固位，穩(wěn)定性等方面均滿意［49］。采用失蠟鑄造法制造贗復(fù)體金屬支架，存在模型翻制、熔模制作、包埋材料膨脹等方面的誤差，從而影響了支架的精確度。3D P獲得的支架其精度主要取決于各種打印材料、數(shù)字建模采用的軟件技術(shù)及3D打印機地性能。國外學者［50］用CT采集65歲因鱗癌致上頜骨缺損患者的數(shù)據(jù)，并行三維重建，通過光固化成形制作的贗復(fù)體，精確地恢復(fù)了局部缺損和牙列功能，臨床跟蹤5年后效果良好。

綜上所述，通過計算機技術(shù)記錄醫(yī)學資料并在臨床上應(yīng)用，比傳統(tǒng)的口腔修復(fù)更加便捷高效。同時，也將醫(yī)患緊密相連，采用數(shù)字化技術(shù)進行個性化制作、可以完成復(fù)雜修復(fù)體的制作成型、并且在成型前可在軟件中看到修復(fù)體外形，醫(yī)生可以將整個治療過程直觀地傳遞給患者，患者在治療前就可看到預(yù)期效果。推廣數(shù)字技術(shù)可以改善臨床醫(yī)療環(huán)境，并有利于患者資料長期地保存，減少了印模石膏材料、托盤等材料的使用，也大大節(jié)省了石膏模型地保存空間。從整體上看，數(shù)字化修復(fù)在舒適性，固位穩(wěn)定性方面都能取得較好的臨床效果，患者也很滿意。但數(shù)字化修復(fù)相應(yīng)的技術(shù)成本，一些材料性能的客觀評價還有待進一步研究改進。在數(shù)字化時代，醫(yī)學需要循規(guī)蹈矩，更需要進行創(chuàng)新和發(fā)展以獲得更加廣范的應(yīng)用。