可摘局部義齒鈷鉻鑄造支架和數(shù)字化打印支架的臨床失敗率對比

楊雷寧，楊 茜，趙君娜，夏慧育，韓曉鵬

可摘局部義齒(removable partial denture，RPD)是牙列缺損的主要修復(fù)方式之一[1]，具有創(chuàng)傷性低、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是金屬支架傳統(tǒng)鑄造過程工藝復(fù)雜，制約著其精細(xì)化、高效化發(fā)展趨勢。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造(computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM)技術(shù)為可摘局部義齒支架的制作迎來了新的發(fā)展方向[2]，該技術(shù)包括三維數(shù)據(jù)獲取、數(shù)字化設(shè)計(jì)及數(shù)控制作3個基本步驟，通過3-Shape、D700、iTero、E4D、LAVA C.O.S和DPI-3D等掃描設(shè)備獲取模型三維數(shù)據(jù)[3]，導(dǎo)入3-Shape Dental System、Geomagic Wrap、Materialise Magics、OptiStruct等CAD設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行支架設(shè)計(jì)[4-6]，最后進(jìn)行減法制造(subtractive manufacturing，SM)或加法制造(additive manufacturing，AM)來加工RPD金屬支架。數(shù)字化支架的主要優(yōu)點(diǎn)是制作精度好，生產(chǎn)效率高，實(shí)現(xiàn)個性化制作[7]；減法制作數(shù)控銑削技術(shù)(computer numerical control，CNC)精密度好，但無法切割復(fù)雜形狀且浪費(fèi)材料[8]；加法制作快速成型技術(shù)(rapid prototyping，RP)[9]代表方法為三維打印技術(shù)(3-Dimensional printing，3DP)[10]，包括立體光固化成型(stereolithography apparatus，SLA)技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering，SLS)技術(shù)、選擇性激光熔化成型(selective laser melting，SLM)技術(shù)、熔融沉積成型(fused deposition modeling，F(xiàn)DM)技術(shù)和立體噴墨打印技術(shù)等，非金屬類三維打印主要是SLA技術(shù),金屬類三維打印主要是SLM技術(shù)[10]。可摘局部義齒支架打印的金屬粉末有鈷鉻合金、鈦合金和純鈦等[7]。

文章通過回顧性研究，統(tǒng)計(jì)2020—2021年通過傳統(tǒng)鑄造技術(shù)和選擇性激光熔化成型技術(shù)(SLM)加工的鈷鉻合金金屬支架1 020例，統(tǒng)計(jì)其臨床失敗率，分析失敗原因，指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 研究對象

經(jīng)煙臺市口腔醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會同意(批準(zhǔn)號WZ20191119)，2020—2021年，在修復(fù)科進(jìn)行鈷鉻合金金屬支架可摘局部義齒修復(fù)的病例準(zhǔn)予納入，所有模型(石膏模型、數(shù)字化模型)由3名副主任醫(yī)師組成的質(zhì)檢小組按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)檢，模型和設(shè)計(jì)均合格后再轉(zhuǎn)發(fā)本院修復(fù)工藝中心，由受過專業(yè)培訓(xùn)的2名高年資技師按照可摘局部義齒制作標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行支架的鑄造加工或選擇性激光熔化成型(SLM)打印，在運(yùn)輸或加工過程中，如遇到模型損傷重新制取模型，保證模型的準(zhǔn)確性和完整性。鑄造支架材料為鈷鉻合金(Wironit，Bego Dental，德國)，SLM支架材料為鈷鉻合金(Wirobond C+，Bego Dental，德國)。

1.2 方法

按照金屬支架加工方式分為兩組，對照組為鑄造組，試驗(yàn)組為選擇性激光熔化成型組(SLM組)。鑄造組：紅膏+藻酸鹽制取印模，灌注硬石膏模型，通過傳統(tǒng)鑄造技術(shù)制作金屬支架。

SLM組，方法一：模型獲取同鑄造組，3-shape D700倉掃(間接掃描法)獲取模型三維數(shù)據(jù)，3-shape Dental System進(jìn)行設(shè)計(jì)，SLM技術(shù)打印金屬支架。方法二：利用3-shape Trios口內(nèi)掃描全牙列(直接掃描法)獲取三維數(shù)據(jù)，后續(xù)同方法一。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

統(tǒng)計(jì)僅因金屬支架(不包括樹脂基托和人工牙等因素)失敗的可摘局部義齒病例，匯總失敗原因；鈷鉻合金金屬支架失敗原因分為支架折斷(如卡環(huán)折斷和大、小連接體折斷等)和支架精密性不良(如不能調(diào)改的不穩(wěn)定、就位不良、固位不良、不密合、形態(tài)不良和壓痛等)。利用SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用卡方檢驗(yàn)來檢驗(yàn)傳統(tǒng)鑄造支架和數(shù)字化打印支架的失敗率差異(因研究樣本量和理論T值限制，以校正卡方檢驗(yàn)和Fisher確切概率法數(shù)值為準(zhǔn))，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為P<0.05。

2 結(jié) 果

2020—2021年可摘局部義齒鈷鉻鑄造支架和SLM支架臨床失敗率比較見表1。2020—2021年鈷鉻合金鑄造支架的臨床失敗率為3.64%，2020年失敗率為4.02%，2021年失敗率為3.31%；2020—2021年鈷鉻合金SLM支架的臨床失敗率為2.63%，2020年失敗率為1.82%，2021年失敗率為3.39%；2020—2021年2種支架的臨床失敗率均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(χ2>0.05)。2020—2021年可摘局部義齒鈷鉻鑄造支架和SLM支架臨床失敗原因比較見表2。

表1 2020—2021年兩種加工方式鈷鉻合金金屬支架失敗率比較

表2 2020—2021年兩種加工方式鈷鉻合金金屬支架失敗原因比較

2020—2021年鈷鉻合金鑄造支架臨床失敗的主要原因?yàn)橹Ъ芫苄圆涣迹÷收急?.42%(其中不能調(diào)改的支架不穩(wěn)定、就位不良和固位不良等為支架精密性不良的前三因素，失敗率分別為1.10%、0.99%和0.55%)；支架折斷率較低，僅為0.22%。2020—2021年鈷鉻合金SLM支架臨床失敗的主要原因?yàn)橹Ъ苷蹟啵÷收急葹?.75%；支架精密性不良(主要是支架不穩(wěn)定)占比0.88%，未發(fā)現(xiàn)其他精密性不良問題。2020—2021年鈷鉻合金鑄造支架和SLM支架折斷和精密性不良等無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(χ2>0.05)，大連接體折斷有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(χ2<0.05)，其他失敗原因如卡環(huán)折斷、不穩(wěn)定、就位不良和固位不良等均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(χ2>0.05)；上述兩種支架均未發(fā)現(xiàn)小連接體折斷。

3 討 論

3.1 可摘局部義齒數(shù)字化印模的獲取

可摘局部義齒的制作離不開精確的印模技術(shù)，數(shù)字化印模的出現(xiàn)為可摘局部義齒印模的獲取提供了新的技術(shù)支持。根據(jù)掃描方式，口腔數(shù)字化印模技術(shù)分為兩類：間接掃描法(模型或印模掃描)和直接掃描法(口內(nèi)掃描)。對于上下頜全牙列掃描，Berrendero等[11]、楊雷寧等[12]、陳博[4]均證實(shí)直接掃描法和間接掃描法獲取的數(shù)字化印模準(zhǔn)確可靠。而對于軟組織掃描，口內(nèi)直接掃描法受到唾液、修復(fù)體等反光因素的影響，且無法進(jìn)行肌功能整塑、無法制取壓力性印模等，因此很難獲取可摘局部義齒修復(fù)所需的完整印模數(shù)據(jù)[13]。D'Arienzo等[14]通過研究無牙頜數(shù)字化印模證實(shí)直接掃描法與間接掃描法在主承托區(qū)上無明顯差異，但在腭皺襞、磨牙后墊、前庭溝位置差異較大。陳博[4]認(rèn)為可摘局部義齒和全口義齒修復(fù)的大多數(shù)病例宜制取選擇性壓力印模，因此更建議適合的間接法數(shù)字化模型技術(shù)。錢飛等[15]也建議游離端缺損的可摘局部義齒應(yīng)采用間接法獲取三維數(shù)據(jù)。張楠等[13]報(bào)道口內(nèi)直接掃描法結(jié)合3D打印樹脂模型在肯氏Ⅲ、Ⅳ類牙列缺損病例中固位和咬合關(guān)系優(yōu)于傳統(tǒng)方法，但對于肯氏Ⅰ、Ⅱ類牙列缺損需要進(jìn)一步研究。Wu等[16]對肯氏Ⅱ類牙列缺損患者嘗試數(shù)字化修正/功能性印模的應(yīng)用研究，取得了較好的臨床效果。本研究114例鈷鉻合金數(shù)字化打印支架，只有肯氏Ⅲ類牙列缺損病例嘗試了直接掃描法，獲取的支架就位順利、穩(wěn)定性好，結(jié)合3D打印樹脂模型，咬合的準(zhǔn)確性良好；其余病例均采用間接掃描法，所獲取的打印支架就位順利，穩(wěn)定性相對好；研究證實(shí)直接掃描法和間接掃描法均可用于可摘局部義齒數(shù)字化印模的制取，間接掃描法應(yīng)用更廣泛。

3.2 SLM鈷鉻合金金屬支架的生物相容性

SLM鈷鉻合金具有良好的生物相容性。Puskar等[17]體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SLM鈷鉻鉬合金和傳統(tǒng)鑄造鈷鉻鉬合金對人成纖維細(xì)胞系MRC-5的細(xì)胞毒性無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；劉爽等[5]證實(shí)SLM鈷鉻合金的耐腐蝕性及生物相容性均優(yōu)于鑄造件。修復(fù)體表面的粗糙度影響牙菌斑的附著能力[18]，3D打印鈷鉻合金表面雖然粗糙度大于減法制作[10]，但張倩等[19]證實(shí)其在打磨拋光后明顯低于Quirynrn等[20]研究得到的粗糙度閾值，能夠有效控制菌斑形成。研究發(fā)現(xiàn)，所有SLM技術(shù)制作的鈷鉻合金金屬支架，2年使用期間未發(fā)現(xiàn)有金屬敏感等不良反應(yīng)，支架的清潔度相對理想。

3.3 SLM鈷鉻合金金屬支架的精密性

傳統(tǒng)失蠟鑄造工藝中，蠟型在制作和包埋過程中易出現(xiàn)變形及收縮問題，SLM技術(shù)有效避免了傳統(tǒng)鑄造工藝中金屬收縮等問題，但關(guān)于SLM鈷鉻合金金屬支架的精密性，目前的研究結(jié)果不一致。觀點(diǎn)一：SLM支架優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造支架，Tregerman等[21]證實(shí)SLM鈷鉻合金金屬支架的適合性優(yōu)于傳統(tǒng)支架；Peng等[1]證實(shí)SLM鈷鉻合金RPD支架的準(zhǔn)確性均優(yōu)于鑄造支架；觀點(diǎn)二：SLM支架不如傳統(tǒng)支架，Soltanzadeh等[22]證實(shí)SLM鈷鉻合金金屬支架的適合性不如傳統(tǒng)鑄造支架，尤其是在大連接體處；Ye等[23]測量發(fā)現(xiàn)SLM鈷鉻合金金屬支架牙合支托與牙體組織的間隙略大于鑄造牙合支托間隙；Chen等[24]報(bào)道SLM鈷鉻合金金屬支架在工作模型的間隙略大于鑄造支架。雖然上述研究結(jié)果未能最終界定SLM支架和傳統(tǒng)鑄造支架哪一種更優(yōu)，但是所有學(xué)者均認(rèn)為這兩種支架可滿足臨床應(yīng)用要求。

研究發(fā)現(xiàn)，2020—2021年SLM鈷鉻合金金屬支架的精密性優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造支架，與觀點(diǎn)一的研究結(jié)果相同。鑄造支架精密性不良占比3.42%，SLM支架精密性不良占比0.88%，二者的檢驗(yàn)結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(χ2=0.237)。鑄造支架精密性不良的原因主要為支架不穩(wěn)定、就位不良和固位不良等，占比分別為1.10%、0.99%和0.55%。SLM支架精密性不良的具體原因?yàn)椴环€(wěn)定，占比為0.88%，未發(fā)現(xiàn)就位不良和固位不良等其他原因。SLM鈷鉻合金金屬支架表現(xiàn)出良好的精密性，與數(shù)字化模型觀測保證了RPD支架合適的就位道、CAD軟件準(zhǔn)確定位倒凹深度保證RPD卡環(huán)精確放置、CAD軟件實(shí)時(shí)優(yōu)化支架形態(tài)和位置以防止RPD支架緩沖不足對牙齦、黏膜等形成過大壓力等有重要關(guān)系[10]。

3.4 SLM鈷鉻合金金屬支架的強(qiáng)度

本研究結(jié)果顯示，2020—2021年傳統(tǒng)鈷鉻合金金屬支架折斷2例(1例為卡環(huán)折斷，1例為大連接體折斷，未發(fā)現(xiàn)小連接體折斷)，折斷率0.22%；SLM鈷鉻合金金屬支架折斷2例(均為大連接體折斷)，折斷率為1.75%；鈷鉻合金鑄造支架和SLM支架大連接體折斷率有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(χ2=0.033)，卡環(huán)折斷無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(χ2=1)。這兩種鈷鉻合金金屬支架(卡環(huán)和大連接體)折斷率差異原因分析如下。

3.4.1 SLM鈷鉻合金和傳統(tǒng)鑄造鈷鉻合金金屬性能對比 研究的觀點(diǎn)不太一致，多數(shù)研究表明SLM技術(shù)金屬支架性能優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造支架。Takaichi等[2]證實(shí)SLM鈷鉻合金抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率等性能均優(yōu)于鑄造組；Wu等[25]證明SLM鈷鉻合金試件的抗拉強(qiáng)度更優(yōu)；Puskar等[17]發(fā)現(xiàn)SLM鈷鉻合金由半月形分層形成更均勻緊湊的結(jié)構(gòu)，硬度值更高，而鑄造鈷鉻合金內(nèi)致密不規(guī)則樹枝狀網(wǎng)格降低了其強(qiáng)度；劉爽等[5]證實(shí)SLM鈷鉻合金強(qiáng)度優(yōu)于鑄造組。Yager等[8]證實(shí)鑄造和SLM卡環(huán)雖有相等的平均屈服強(qiáng)度和最大的彈性形變，但SLM卡環(huán)更均質(zhì)且未發(fā)現(xiàn)易引起裂紋產(chǎn)生的次相結(jié)構(gòu)。Jevremovic等[26]證實(shí)SLM鈷鉻合金與傳統(tǒng)鑄造鈷鉻合金屈服強(qiáng)度、最大伸長率類似。但Lapcevic等[27]認(rèn)為傳統(tǒng)鑄造支架的硬度和抗疲勞強(qiáng)度優(yōu)于SLM支架。本研究結(jié)果與Lapcevic的研究結(jié)果相似，SLM鈷鉻合金的抗疲勞強(qiáng)度弱于傳統(tǒng)鑄造鈷鉻合金，傳統(tǒng)鈷鉻合金支架折斷率為0.22%，而SLM鈷鉻合金折斷率為1.75%；上述研究結(jié)果的差異與SLM支架金屬粉末的性能(化學(xué)成分、有害成分、球形度、粉粒粒度及分布、粉末流動性、固相線和液相線溫度等)[28]、SLM的工藝參數(shù)[29]、SLM支架自身幾何結(jié)構(gòu)、SLM打印件打印方向以及打印后熱處理息息相關(guān)[28]。

3.4.2 SLM鈷鉻合金卡環(huán)構(gòu)建方向 卡環(huán)作為可摘局部義齒的薄弱環(huán)節(jié)，Kajima等[30]研究發(fā)現(xiàn)，SLM技術(shù)不同構(gòu)建方向?qū)︹掋t合金卡環(huán)的抗疲勞性有顯著的影響，卡環(huán)構(gòu)建方向與其長軸垂直強(qiáng)度更高。研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鑄造鈷鉻合金卡環(huán)的折斷位置在卡環(huán)中部的應(yīng)力集中區(qū)，與朱彥紅等[31]報(bào)道相同；研究未發(fā)現(xiàn)SLM金屬支架卡環(huán)折斷病例，可能與本研究在進(jìn)行SLM卡環(huán)構(gòu)建時(shí)，為保證其強(qiáng)度，要求其構(gòu)建方向盡量與其長軸垂直相關(guān)。為了保證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，建議更長時(shí)間的臨床跟蹤觀察。

3.4.3 SLM鈷鉻合金打印支撐角度 未發(fā)現(xiàn)鈷鉻合金金屬支架打印支撐角度的相關(guān)研究，但倪達(dá)[32]證實(shí)鈦合金打印支撐角度對支架、牙合支托、卡環(huán)等均有影響，水平組最優(yōu)。

4 小 結(jié)

以SLM技術(shù)為代表的金屬3DP,是一種新的加工方式，雖然存在一些問題，如金屬支架材料種類有限、支架材料的物理和機(jī)械性能還需更長時(shí)間的臨床觀察、技術(shù)工藝和設(shè)備需要進(jìn)一步提高和完善等，但該技術(shù)加工出的鈷鉻合金金屬支架生物相容性好、精密性較高、臨床失敗率相對低，能夠滿足臨床應(yīng)用，其對可摘局部義齒的發(fā)展具有很好的推動作用。

本研究為臨床應(yīng)用研究，未能對納入病例的復(fù)雜程度(如牙列缺損類型等)進(jìn)行分類，臨床觀察時(shí)間僅為2年，所得結(jié)果有一定的局限性，后續(xù)會繼續(xù)跟蹤觀察。