臨床口腔計算機輔助設計/計算機輔助制造技術的應用進展

董 麗，潘 成，梁 正

(1山東醫學高等專科學校，濟南250002;2濟南市口腔醫院)

計算機輔助設計/計算機輔助制造(CAD/CAM)技術產生于20世紀50年代，廣泛應用于工業、建筑、電影等多個領域。20世紀70年代，法國口腔醫生Francois開創性地將CAD/CAM技術引入到口腔修復體的設計與制作中來。1985年，Duret利用該系統制作了世界上第1個CAD/CAM全冠，1986年德國西門子公司生產了世界上第1臺商用口腔修復CAD/CAM系統——CEREC系統，從而開創了以計算機技術為支撐平臺的數字化口腔修復時代［1］。本文主要就CAD/CAM技術在口腔修復、正畸、種植中的應用綜述如下。

1 CAD/CAM在口腔修復中的應用

1.1 制作部分冠、全冠、嵌體、高嵌體、貼面、固定橋等多種修復體 CEREC 3D系統是最具有代表性的牙科CAD/CAM系統，利用該系統可制作部分冠、全冠、嵌體、高嵌體、貼面、固定橋等多種修復體。其特點是:設備操作在綜合治療臺旁直接完成，不需取實體印模，不需要臨時牙，加工成的修復體為成品。它打破過去磨牙、取模、刻臘、燒瓷等傳統假牙制造程序，患者只需一次就診即可獲得滿意的牙齒修復體。該系統主要包括計算機、3D立體攝影機、無線傳輸裝置、3D全瓷修復設計制作軟件及全自動瓷塊研磨機。利用CEREC 3D系統制作全瓷冠的過程為:醫師首先根據患者牙齒顏色選擇顏色合適的瓷塊，然后進行牙體制備，并在制備的牙體和臨牙上噴粉，用系統攝像頭獲得基牙的三維影像圖片后，系統屏幕上就會呈現出基牙的光學印模。對于咬合面的設計，可以先采集硅橡膠咬合記錄，通過計算機設計修正咬合記錄，手工畫出邊緣線，計算機會自動調整牙體形態。之后，計算機會根據設計好的牙體形態控制機床高速切削出全瓷冠，經過口內調整咬合、對全瓷冠表面進行拋光處理、上釉窩溝染色后，對全瓷冠進行燒結，最后對全瓷冠進行酸蝕處理、雙固化粘接，修復完成，整個過程不到2 h。利用CAD/CAM制作的修復體比手工制作的可靠性高，能夠避免裂紋、不均勻和微孔等缺陷。此外，CAD/CAM工藝的優勢還體現在更好的材料性能、較少的殘留單體、較高的生物相容性和長期的穩定性。

1.2 制作活動義齒 近年來，活動義齒(如可摘局部義齒、全口義齒)CAD/CAM技術取得了一定的進展。Williams等基于一種具有力回饋功能的人機交互設備，嘗試進行了可摘局部義齒的計算機輔助設計與金屬支架的快速成形，并在患者口內初步驗證了適合性。北京大學口腔醫學院呂培軍等公開了基于CAD/RP(Rapid Prototyping快速成型)技術的中性區全口義齒的制作方法［1］。該方法包括以下步驟:基于參數化定位的全口義齒人工牙三維圖形數據庫的建立、基于帶有空間位置關系的三維激光掃描技術采集具有正中關系的上下無牙頜及中性區頜堤數據、基于逆向工程軟件設計符合中性區及全口義齒平衡排牙理論的全口義齒人工牙列、基于逆向工程軟件設計符合全口義齒中性區理論及美學原則的牙齦和基托、基于CAD/RP技術的全口義齒型盒設計和加工、手工插牙裝膠完成全口義齒修復體。首創“兩步法”思路將傳統制作技術含量最高，操作最復雜的手工排牙和蠟型制作由計算機和快速成形技術完成，只需最后輔以簡單的手工步驟，即“兩步法”的第2步，即可完成全口義齒的全部制作，大大簡化了傳統手工工藝的繁雜工序，提高了效率和修復體的準確性，實現了全口義齒的設計制作過程從手工向數字化的轉變。

1.3 頜面贗復體 第四軍醫大學口腔醫學院趙銥民教授將CAD/CAM技術引入頜面缺損贗復領域，合作研制成功可見光位相輪廓快速掃描機，能在3 s內快速掃描患者面部容貌，形成“數字化印模”。在數字化印模的基礎上，成功實現頜面部對稱器官(如眼眶、耳、面頰)的CAD;對單一器官(如鼻)則通過建立“數字化鼻庫”，為鼻缺損修復提供設計模板，完成缺損側贗復體設計。采用激光選擇性燒結技術快速制作贗復體。在成功研制燒結蠟粉的基礎上，應用聯合研制的程控激光燒結機可在2 h內直接燒結制作贗復體蠟型，簡化贗復體的制作程序，縮短制作時間［2］。

2 CAD/CAM在口腔正畸中的應用

2003年，首都醫科大學口腔醫學院與清華大學機械工程系和北京時代天使生物科技有限公司共同合作，研制出具有我國自主知識產權的口腔正畸無托槽隱形矯治器系統［3］，該系統使患者在無鋼絲、無托槽的狀態下完成牙齒矯治，滿足了人們既矯治牙齒又可實現舒適、衛生、不影響美觀的需求。無托槽隱形矯治技術由臨床口腔醫學、生物力學、計算機科學、快速成型技術等多學科組成。矯治過程如下:醫師首先獲得患者的原始牙頜石膏模型，再利用先進的層析掃描技術在計算機中重建三維牙頜模型;利用專用的數字化隱形牙頜矯治軟件，可對數字化三維牙頜模型進行三維旋轉觀察，進行牙齒、牙弓、基骨等各項目的測量和分析，自動輸出模型的各項測量結果及診斷意見，并給出可視化的三維矯正輔助過程。然后通過激光快速成型設備進行輸出母模，并通過壓膜成形器制作各個治療階段的系列透明隱形矯治器。患者戴入隱形矯治器后牙齒因受力而逐漸移動，通常需每兩周更換一副矯治器，半年到1年后牙齒就會從初始的畸形狀態逐漸移動至正常排列狀態。

3 CAD/CAM在口腔種植中的應用

在制定種植方案時，采用二維全景圖評估現有的骨質具有局限性，存在植體在頜骨上的定位不佳以及重要的解剖結構遭到破壞的風險［4］。近年來，利用CAD/CAM技術，種植醫生可以精確地制定并模擬治療方案。治療方案模擬后，就可以對植體以高度的準確性和可預見性分毫不差地進行定位，借助參數精確的種植導板，可以使微創手術得以順利實施，縮短手術時間，簡化治療過程。比較有代表性的種植設計軟件有比利時Materialise公司的Simplant和瑞典Nobel Biocare公司的Nobel Guide。醫師首先為患者制作并戴入掃描成像用義齒，然后對義齒、牙槽骨等進行CT掃描，利用相關軟件在計算機中進行三維重建。通過計算機屏幕醫生可以直觀地觀察患者的骨條件、下齒槽神經的位置、對頜牙的位置等信息，從而根據患者情況，確定種植體的數目、位置、角度、深度，并完成種植導板的設計。將導板模型數據輸入快速成型設備加工制作種植導板，最后為患者戴入種植導板，外科植入種植體。

4 小結

CAD/CAM系統在很大程度上將是牙科未來發展的方向［5］。CAD/CAM系統具有直觀可視的優勢，有利于醫患雙方治療前進行有效的溝通;自動化將代替很多過去手工操作的步驟，保證治療的精確度和安全快捷。

［1］呂培軍，孫玉春.口腔修復計算機輔助設計/制作的過去、現在和將來［J］.北京大學學報(醫學版)，2010，42(1):14-19.

［2］全國第六屆口腔醫學計算機使用研討會會議紀要［EB/OL］.http://www.qinghualunwen.com/article-512.

［3］法晨，潘曉崗，田杰.無托槽隱形矯治器的臨床研究進展［J］.口腔材料器械，2010，19(1):30-33.

［4］Steffen Hobl，Buxtehude.利用導航技術虛擬制定種植治療方案—借助于掃描成像義齒和種植導板預見修復體制作［J］.世界牙科技術(綜合版)，2009，10(4):24-26.

［5］Martin Gobel.數字化是牙科發展的趨勢［J］.世界牙科技術(綜合版)，2010，10(4):63-64.