計算機輔助設計與制造技術在口腔修復中的應用

李 立 ，李婷婷 ，張 昀 ，苗 芳

（1.中國石油蘭州石化總醫院，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州市口腔醫院，甘肅 蘭州 730000）

計算機輔助設計與制造技術在口腔修復中的應用

李 立1，李婷婷2，張 昀2，苗 芳2

（1.中國石油蘭州石化總醫院，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州市口腔醫院，甘肅 蘭州 730000）

計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）技術（以下簡稱CAD/CAM技術）由于其先進性、快捷性、優良性和自動化程度高，近年來已逐漸成為口腔修復研究與應用的熱點。本文就CAD/CAM全瓷修復系統，綜述其不同系統概況和此項技術在牙科全瓷修復領域中的臨床應用。

計算機輔助設計；計算機輔助制造；口腔修復

隨著計算機技術的飛速發展，口腔修復技術發生了由手工制作到數字化加工的革命性轉變。計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacture，CAM）技術（以下簡稱CAD/CAM技術）源于70 年代末，法國蘇黎世大學牙科醫生Prof.W.Mormann和口腔醫學計算機專家M.Brandestini研發了用于口腔的CAD/CAM，開創性地將計算機輔助設計與制造技術引入口腔修復的設計與制作中[1～4]。

計算機輔助設計與制造技術是將光電子技術、計算機微信息處理技術及數控機械加工技術集于一體的口腔修復技術，此技術的應用大大縮短了治療周期，提高了修復體的精密度，減少了患者就診時間和次數，提高了修復體的制作效率[4～6]。

本文就幾種常用CAD/CAM系統的特點、數據采集、輸出方式、設計制作及臨床應用與數字化牙科的未來展望等方面進行綜述。

1 幾種常用CAD/CAM系統的特點介紹

1.1 Cerec系統

德國Sirona公司開發的CAD/CAM系統的數字化印模技術可追溯到1987年第一臺基于激光三角測量原理而推出的Cerec 1系統，到2010年推出的基于短波藍光原理的第四代Cerec A C系統，2012年8月推出的基于連續立體攝影技術的Cerec Omnicam口內掃描系統以及最新的技工室in Eos X5五軸系統，其帶有模型定位功能和開放式接口，特點是掃描速度快、操作范圍大，具備自動圖像捕獲功能[7]。

1.2 Lava系統

由美國3M E SP E公司研發，分為椅旁和技工室系統兩部分。Lava TM椅旁口內印模掃描儀是近年來由3M E SP E公司研發的口內印模掃描系統[7]。該系統以激活波前采樣（active wavefront sampling，AWS）為原理，在牙齒上方挪動攝像探頭獲得牙齒的形狀，通過改變軸向位置，計算攝像探頭與牙齒的距離，利用單鏡頭圖像得到三維信息。技工室系統掃描儀由帶有白光的光柵投影采集模型上的數據，然后通過Dental Wings Lava Design 5.0軟件進行三維設計，最后運用自帶的Lava CNC 500切削機設備進行加工[8]。

1.3 Everest系統

該系統是德國Kavo公司專門針對技工室設計的CAD/CAM系統，掃描儀采用多角度光柵投影技術，可以對石膏和蠟型進行掃描，掃描特點是光柵從15個角度進行投射，然后用CCD傳感相機記錄并形成三維數據。軟件設計時可識別倒凹，配備了多種工具，如全冠三維層次等，具備多種功能，如模擬咬合功能等。Everest系統的CAM設備由五軸聯動裝置構成，具有運作距離長和操作角度大的特點。

1.4 Wieland系統

該系統的掃描儀軟件系統源于Dental Wings。其切削設備在國內市場最常用的是Zenotec Mini和Zenotec Select兩套設備。Zenotec Select分為儲料倉和工作倉兩部分，五軸聯動，不需換盤，可實現全自動化操作，切削精度可達5μm。

1.5 Procera系統

由瑞典的Andersson教授發明[9]。該掃描儀采用錐光偏振全息技術，可采集高精度的數據，而軟件中自動化的倒凹封堵工具和實時提醒功能能確保設計加工的修復體達到最佳精密度與準確度。Procera系統采用遠程終端的集約化加工方式，其加工單冠和貼面的特點是先復制耐火代型，然后采用超高壓方式將氧化鋁或氧化鋯材料均勻壓覆在代型表面，最后進行CAM切削加工。

2 CAD/CAM系統的數據采集

2.1 接觸式掃描系統

即掃描探頭與模型直接接觸的掃描方式，優點是具有較高的掃描精度，缺點是掃描效率較低、測量時間較長、成本較高[10]。目前這種系統已淡出市場，其代表系統是Procera的Piccolo和Forte。

2.2 非接觸式（光學）掃描系統

包括三維激光掃描、光柵投影測量法、莫爾條紋法、云紋向移法、數字散斑相關測量法、立體攝影測量等[11，12]。光學掃描的優點是具有較高的掃描效率和精度，缺點是存在掃描盲區。目前CAD/CAM/R P掃描系統的主流仍然是非接觸式（光學）掃描系統。

3 CAD/CAM系統的數據輸出方式

3.1 封閉式系統

指CAD輸出的數據必須使用廠商提供的專用CAM數控加工設備和相應材料。目前市場上主流的封閉式系統有Cerec3、Procera、Cercon、Wol-ceram-epc、GN1、Lava、DCS、Dux等[13]。

3.2 開放式系統

指系統只提供CAD程序和輸出S T L通用格式的數據包，用戶可自行選擇所需的CAM設備和加工材料。目前市場上最常見的是 3Shape 系統，此外還有 Digident、Etkon、Prefactory、Xawex、Dntalwings以及西諾德新開發的in Eos X5系統等。

4 CAD/CAM系統的設計制作

4.1 計算機輔助設計

即在視頻模型上完成修復體的計算機蠟型。CAD研究較成熟的冠的設計，包括外表面、內表面及內外表面結合部分的設計。大多數系統帶有標準牙數據庫，并以此為依據進行外表面的設計。

4.1.1 生物再造 根據剩余牙體組織的外形、鄰牙外形和設計軟件數據庫來獲得修復體的外形。其特點是簡單易行，能獲得較好的修復體外形，但受基牙剩余牙體組織的形態輪廓、鄰牙形態和位置的影響，形態個性化程度較低，多用于后牙修復體形態的設計。

4.1.2 鏡像復制 將同一牙弓對側同名牙的形態鏡像復制來獲取修復體的形態。相對于生物再造來說，其具有更好的個性化特征，但需要對側同名牙形態完整、排列基本對稱，可用于前、后牙修復體的形態輔助設計。

4.1.3 復制模式 通過復制牙體預備前的形態或診斷蠟型來獲得修復體的形態，其形態的個性化程度高，設計靈活，但是需要基牙牙體預備前形態完好或者事先制作診斷蠟型，可用于前、后牙修復體的形態輔助設計。

4.2 計算機輔助制造

將計算機蠟型轉換成修復體，替代包埋鑄造或裝盒充填熱處理等工序。目前的CAD/CAM系統大多采用3.5～5.0自由度的精密數控機床，可銑削陶瓷或合金，加工嵌體、瓷貼面、全冠、固定橋等修復體。

5 CAD/CAM全瓷修復技術的臨床應用

5.1 應用步驟

（1）數據采集（直接數字化印模或間接印模，模型掃描）；（2）對數據進行三維軟件設計；（3）輸出設計好的數據，并進行CAM加工。

5.2CAD/CAM全瓷修復適應證

可針對牙體缺損、牙列缺損、牙列缺失、前牙美觀修復的患者。

5.3 可制作的修復體種類

嵌體、高嵌體、部分冠、3/4冠、全冠、后牙、前牙、貼面、帶有解剖形態的多單位聚合樹脂橋體、二氧化鋯瓷橋、蠟型等。

5.4CAD/CAM不同材料的適應證

（1）陶瓷類的適合做嵌體、高嵌體、貼面、全冠、部分冠、樁冠聯合修復。

（2）樹脂類的適合做暫時多單位樹脂橋體、樹脂蠟型。

（3）氧化鋯、氧化鋁類的適合做氧化鋯全冠、內冠、精密附著體、種植個性化基臺。

6 數字化牙科的展望

CAD/CAM數字化口腔全瓷修復技術、數字化印模、數字化制作種植導板、快速成型技術制作各類義齒，在數字化領域代表著口腔修復工藝未來的新技術，是從手工操作到自動化、智能化加工的突破性轉變，標志著口腔修復工藝已進入計算機時代，代表著口腔修復技術的發展潮流和方向[1～3，11]。

隨著科學技術的發展，應用CAD/CAM技術與CAD/R P快速成型技術（俗稱“3D打印”技術）是口腔高科技發展的趨勢。CAD/CAM技術和“3D打印”技術的相似之處在于需要利用計算機進行輔助設計（即CAD）；不同之處在于CAD/CAM技術為“減法”技術，通過對材料進行切割從而制造出需要的義齒形態，而“3D打印”技術則是“加法”技術，通過把離散材料逐層累加，讓材料快速成型，“生長”出一顆完整的義齒或者頜骨模型[12，13]。

當前，牙科CAD/CAM技術正從封閉式系統過渡到開放式系統，越來越多的技術可以輸出統一的數字格式，為材料開放式加工提供可能。一些CAD/CAM系統的組件可以單獨購買，這就增加了系統的靈活性，使數據獲得方式更為廣泛（如口內掃描、觸點式與光式模型數字轉換器、C T、M R I），設計的軟件更適合各類修復體的制作。開放式系統的使用，使制造技術應用范圍更廣，人們能夠選擇最佳的制造方法與相關材料。當前，科學技術越來越發達，CAD/CAM技術將成為未來口腔修復技術發展的必然趨勢。

[1]Sheng Z．Metal-Ceramic Bond Mechanism of the Co-Cr Alloy Denture with Original Rough Surface Produced by Selective Laser Melting[J]．Chinese Journal of Mechanical Engineering，2014（1）：69．

[2]Shishkousky I，Yadroitsev I B P，Smorv I．Alumina-zirconium ceramic synthesis by selective Laser sintering/melting[J]．Applied Surface Science，2007（25）：966-970．

[3]Fuster-Torres M A，Albalat-Estela S，Alcaniz-Raya M，et al．CAD/CAM dental systems in implant dentistry：update[J]．Medicina Oral，Patologia Oraly Cirugia Bucal，2009（14）：141-145．

[4]Kapos T，Evans C．CAD/CAM technology for implant abutments，crowns，and superstructures[J]．The International Journal of Oral&Maxillofacial Implants，2014（29）：117-136．

[5]Miyazaki T，Hotta Y，Kunii J，et al．A review of dental CAD/CAM：current status and future perspectives from 20 years of experience[J]．Dental Materials Journal，2009（28）：44-56．

[6]Miyazaki T，Hotta Y．CAD/CAM systems available for the fabrication ofcrown and bridge restorations[J]．Australian Dental Journal，2011（56）：97-106．

[7]Santos G C，Jr Santos M J，Rizkalla A S，et al．Overview of CEREC CAD/CAM[J]．Chairside System General Dentistry，2013（61）：36-40．

[8]Re D，Cerutti F，Augusti G，et al．Comparison of marginal fit of Lava CAD/CAM crown-copingswith two finish lines[J]．The International Journal of Esthetic Dentistry，2014（9）：426-435．

[9]Vigolo P，Fozi F．An in Vitro evaluation of fit of zirconium-oxide-base ceramic four-unit fixed partial dentures，generated with three different CAD/CAM systems，beforeand after porcelain firig cycles and glaze cycles[J]．JProsthodont，2008，17（8）：621-626．

[10]蘇海軍．激光快速成形技術新進展及其在高性能材料加工中的應用[J]．中國有色金屬學報，2013（6）：1567-1574．

[11]Hagedornyc W J，Meiners W，Wissenbachk Poprawe R．Net Shaped high performance oxide ceramic parts by selective laser melting[J]．Physics Procedia，2010（5）：587-594．

[12]趙銥民．口腔修復學[M]．北京：人民衛生出版社，2008．

[13]楊堅．CAD/CAM椅旁系統在微創美學修復中的應用[J]．中國實用口腔科雜志，2013（6）：337-341．

R782．05

A

1671-1246（2017）19-0152-03

注：本文系蘭州口腔臨床醫學中心建設項目（蘭衛科教發[2014]608號）；2014年蘭州市衛生科技發展項目（LZWSKY2014-1-01）；蘭州市人才創新創業項目（2015-R C-19）