數(shù)字化口腔修復(fù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

摘要：目前以口腔內(nèi)數(shù)字化掃描，數(shù)字化印模采集技術(shù)和數(shù)字化修復(fù)體設(shè)計(jì)與數(shù)字化加工技術(shù)為代表的數(shù)字化口腔醫(yī)學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床修復(fù)。本文回顧了數(shù)字化口腔醫(yī)學(xué)應(yīng)用于修復(fù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀，并且對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化口腔；CAD/CAM；快速成形技術(shù)

數(shù)字化口腔可被廣義理解為任何結(jié)合數(shù)字化技術(shù)或者與計(jì)算機(jī)控制相關(guān)的口腔技術(shù)。數(shù)字化口腔開創(chuàng)了口腔醫(yī)學(xué)的新領(lǐng)域，依照目前的發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)字化將會(huì)成為現(xiàn)代口腔修復(fù)的一個(gè)完整的部分，大多數(shù)的修復(fù)體將離不開數(shù)字化技術(shù)。本文就與口腔修復(fù)密切相關(guān)的部分?jǐn)?shù)字化技術(shù)做一綜述。

1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制作（CAD-CAM）技術(shù)

在上世紀(jì)CAD/CAM技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)界開始應(yīng)用，現(xiàn)已逐漸成熟起來，成為數(shù)字化修復(fù)的核心內(nèi)容，可用于制作大多數(shù)的固定修復(fù)體。CAD/CAM轉(zhuǎn)變了修復(fù)體的制作模式，提高了修復(fù)體的精確度、使用壽命等，同時(shí)相較于鑄造工藝減少了勞動(dòng)的成本和并發(fā)癥的發(fā)生。然而，CAD/CAM技術(shù)也有一些局限如價(jià)格昂貴，并且需要對(duì)使用者進(jìn)行培訓(xùn)等。CAD/CAM系統(tǒng)由三部分組成：

1.1數(shù)字化信息采集，即將口腔內(nèi)的形態(tài)信息通過掃描轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)以便被計(jì)算機(jī)處理。數(shù)字化信息掃描包括兩種方法[1]：①直接掃描法，即從口腔內(nèi)直接獲取三維信息的方法，從而避免在取印模和灌模型時(shí)產(chǎn)生誤差。起初口內(nèi)掃描要求所掃描組織是不透明的，需要在其表面噴涂氧化鈦，但是這個(gè)步驟會(huì)改變牙體表面的形狀，這也許會(huì)影響最終修復(fù)體的密合性。目前技術(shù)的發(fā)展已基本克服了以上困難，并開始了臨床應(yīng)用，主要的直接口內(nèi)掃描系統(tǒng)包括：CEREC Bluecam（Sirona），Lava COS System（3M ESPE），iTero System（Cadent/Straumann），E4D System（D4D Technologies），TRIOS System（3Shape）等。Ender[2]等比較了在口內(nèi)取全牙弓數(shù)字化印模和傳統(tǒng)印模的精確度，認(rèn)為數(shù)字化印模與傳統(tǒng)印模的精確度相似。②間接掃描法，即先經(jīng)過傳統(tǒng)的印模制取和石膏代型制作，再在代型上掃描獲取口腔數(shù)據(jù)。大多數(shù)系統(tǒng)采用間接方式獲取數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，修復(fù)體邊緣識(shí)別清晰。直接和間接數(shù)字化掃描的精確度較，研究結(jié)論差異很大，這可能與口內(nèi)條件如唾液、有限的空間等會(huì)使掃描的精確度減低有關(guān)[3]。

1.2數(shù)字化修復(fù)體設(shè)計(jì) 利用設(shè)計(jì)軟件處理掃描數(shù)據(jù)，確定修復(fù)體邊緣線、鄰接點(diǎn)等信息，各數(shù)字化修復(fù)體制作系統(tǒng)均有標(biāo)準(zhǔn)牙冠形態(tài)數(shù)據(jù)庫及修復(fù)體智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，系統(tǒng)可自動(dòng)選擇適合于患者個(gè)體的牙齒外形信息，通過自動(dòng)調(diào)整或人工修改的方式最終確定修復(fù)體形態(tài)，并根據(jù)對(duì)合牙及鄰牙數(shù)據(jù)信息，模擬調(diào)整修復(fù)體的咬合和鄰接觸形態(tài)[1]。

1.3數(shù)字化修復(fù)體制造 即用數(shù)控機(jī)床根據(jù)數(shù)字化設(shè)計(jì)制作最終修復(fù)體。

基于以上的組成部分，在臨床中使用CAD/CAM軟件時(shí)有以下幾種方式[4]：①技工室制作：牙科醫(yī)生在技工室將印模灌制為石膏模型，然后剩余的步驟將由CAD/CAM軟件完成②椅旁操作：椅旁CAD/CAM的所有組成部分都在診室內(nèi)裝置，這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)患者一次就診完成所有修復(fù)工作，從而為患者帶來更多的便利。最早出現(xiàn)的為CEREC系統(tǒng)，目前還有E4D牙醫(yī)系統(tǒng)，這種椅旁制造的修復(fù)體在質(zhì)量上也不亞于技工室制作。③在制作中心集中制造：口腔醫(yī)生在診室對(duì)患者口內(nèi)或者獲得的模型進(jìn)行掃描獲取數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至制作中心，在制作中心使用CAD/CAM技術(shù)完成修復(fù)體的設(shè)計(jì)制作，最后再將修復(fù)體轉(zhuǎn)運(yùn)至牙科診室。這種集中式生產(chǎn)的好處在于它可以減少投入，而且可以消除牙科醫(yī)生對(duì)技工室的依賴，節(jié)約時(shí)間。

2虛擬牙合架

CAD/CAM非常重要的一項(xiàng)缺陷是目前的軟件設(shè)計(jì)只可以獲得牙體形狀并不能兼顧到口腔的功能性運(yùn)動(dòng)，因此修復(fù)體的牙合面必須通過人工調(diào)磨，才能使口內(nèi)或者在牙合架上的上下頜牙列的運(yùn)動(dòng)符合功能需要。而虛擬牙合架技術(shù)的研發(fā)可使CAD/CAM實(shí)現(xiàn)咬合運(yùn)動(dòng)。

虛擬牙合架是一種計(jì)算機(jī)程序而并不是實(shí)體存在的牙合架。它包括了虛擬的髁突和切導(dǎo)平面。在機(jī)械的牙合架上這種動(dòng)態(tài)的牙合關(guān)系的復(fù)制是存在一定限制的。虛擬牙合架可以很好地補(bǔ)充這種缺陷，因?yàn)樗梢詫?shí)時(shí)地模擬下頜的三維運(yùn)動(dòng)，并且使用者可以從各個(gè)角度動(dòng)態(tài)觀察牙齒及咬合或鄰接等，使用虛擬牙合架可以在設(shè)計(jì)修復(fù)體時(shí)考慮到咬合的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)虛擬調(diào)合[5]。

一項(xiàng)最近的研究報(bào)道了對(duì)虛擬牙合架的功能性和實(shí)用性的分析。指出虛擬牙合架可以模仿患者的咀嚼運(yùn)動(dòng)，很好的呈現(xiàn)牙列在運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸點(diǎn)的位置和數(shù)目。作者表示虛擬牙合架可以用來全面并且精確地分析患者的咬合[6]。但是在目前，這項(xiàng)技術(shù)只用于輔助機(jī)械牙合架來更好的呈現(xiàn)咬合的情況。

3增材制造技術(shù)與快速成型技術(shù)

目前CAD/CAM技術(shù)制作修復(fù)體主要為將整塊材料切削研磨以達(dá)所需形狀，即減材制造。這種制造的方法非常浪費(fèi)材料，而且不能大批量制作冠和橋，在某一時(shí)間點(diǎn)只能加工修復(fù)體某一部分[7]。考慮到這些不足之處，我們可以推斷在將來制作修復(fù)體的方式將從減材制造法向增材制造法轉(zhuǎn)變。這種增材制造技術(shù)主要為快速成型技術(shù)（rapid prototyping，RP）。

快速成型技術(shù)是一種原型制造技術(shù)，它能根據(jù)CAD/CAM設(shè)計(jì)工件的三維模型，將工件的三維模型分解為多個(gè)連續(xù)的層面，采用不同技術(shù)及材料逐一完成并疊加各層面而快速制作其實(shí)體模型。RP特別適合復(fù)雜形態(tài)工件的加工，且節(jié)約材料，可大批量生產(chǎn)。目前在口腔修復(fù)領(lǐng)域可以使用的快速成型技術(shù)包括：立體光固化技術(shù)（stereo lithography apparatus，SLA，）、選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）、熔融沉積成形（Fused Deposition Manufacturing，F(xiàn)DM）、3D打印技術(shù)。

快速成型技術(shù)使數(shù)字化可摘局部義齒制作成為可能。一直以來，復(fù)雜形狀的加工，薄弱的金屬基托、桿、卡環(huán)都是可摘局部義齒減材加工的難點(diǎn)與弱點(diǎn)。因此，許多學(xué)者研究了使用快速成型技術(shù)制作可摘局部義齒。最近的一些研究表示在理論上快速成型技術(shù)可以成功用于可摘局部義齒合金支架的制作。Williams[8]報(bào)道的案例對(duì)口腔模型進(jìn)行掃描，然后使用3D設(shè)計(jì)軟件完成模型的虛擬觀測(cè)和支架的設(shè)計(jì)。再用快速成型技術(shù)（SLS）直接制作合金支架。然后用常規(guī)技術(shù)完成義齒，經(jīng)評(píng)估可適合患者戴用。

4數(shù)字化技術(shù)在口腔修復(fù)教學(xué)時(shí)的應(yīng)用

除以上幾種數(shù)字化修復(fù)的應(yīng)用外，數(shù)字化技術(shù)也可用于教育領(lǐng)域。虛擬口腔操作軟件的發(fā)展使口醫(yī)學(xué)生有機(jī)會(huì)在3D模擬口腔中進(jìn)行操作練習(xí)[9]。使用軟件時(shí)學(xué)生需要帶著特定的眼鏡以在電腦屏幕上看到3D口腔，頭部追蹤相機(jī)使口腔影像展現(xiàn)到學(xué)生的腦海中，使學(xué)生真實(shí)地體驗(yàn)到從不同的角度檢查口腔狀況。使用者在這種虛擬-真實(shí)環(huán)境中可以通過觸覺反饋技術(shù)感知到對(duì)所持器械的觸摸以及使用的力量大小。這樣一個(gè)仿真系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以提高學(xué)習(xí)效率并且可以避免對(duì)患者練習(xí)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，可以反復(fù)練習(xí)，更加容易對(duì)學(xué)生操作進(jìn)行評(píng)估，并且降低教學(xué)的成本。

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)追蹤評(píng)估學(xué)生的表現(xiàn)。使用VR軟件發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)速度很快，可以在短時(shí)間內(nèi)明顯的提高學(xué)生的操作技能[10]。

5結(jié)論

科技會(huì)幫助我們走入修復(fù)的一個(gè)新的階段，數(shù)字化技術(shù)將會(huì)使診斷和溝通更快更高效。椅旁一次就診完成修復(fù)將會(huì)更加推廣，并且由固定修復(fù)擴(kuò)展到可摘局部義齒、全口義齒修復(fù)的范圍。在未來，隨著科技的發(fā)展與在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，口腔醫(yī)生將會(huì)為患者提供更好的醫(yī)療服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張富強(qiáng).從手工制作到自動(dòng)加工--數(shù)字化口腔修復(fù)治療技術(shù)的發(fā)展[J].中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，2012，5：260-263.

[2]Ender A，Mehl A.Full arch scans：conventional versus digital impressions-an in vitro study[J].Int J Comput Dent，2011，14：11-21.

[3]Flugge TV，Schlager S，Nelson K，et alPrecision of intraoral digital dental impressions with iTero and extraoral digitization with the iTero and a model scanner[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop，2013，144：471-478.

[4]Liu PR.A panorama of dental CAD/CAM restorative systems[J].Compend Contin Educ Dent，2005，26：507-512.

[5]Kordass B，Ga¨rtner C，So¨hnel A，，et al.The virtual articulator in dentistry：concept and development[J].Dent Clin North Am，2002，46：493-506.

[6]Maestre-Ferrn L，Romero-Millan J，Penarrocha-Oltra D，et al.Virtual articulator for the analysis of dental occlusion：an update[J].Med Oral Patol Oral Cir Bucal，2012，17：160-163.

[7]Van Noort R.The future of dental devices is digital[J].Dent Mater，2002，28：3-12.

[8]Williams RJ，Bibb R，Rafik T.A technique for fabricating patterns for removable partial denture frameworks using digitized casts and electronic surveying[J].J Prosthet Dent，2004，91：85-88.

[9]Konukseven EI，Onder ME，Mumcuoglu E，et al.Development of a visio-haptic integrated dental training simulation system[J].J Dent Educ，2010，74：880-891.

[10]Stewart DL，Gluch JI，Hammrich PL，et al.Virtual reality technology versus traditional preclinical lab：perceptions of first-year dental students[J].J Dent Educ1999，63：74.

編輯/申磊