数字化技术在口腔修复领域的应用及研究进展**
陈青姜华
【摘要】口腔修复学是采用人工装置修复口腔及颌面部各种缺损并恢复其相应的生理功能，预防或口颌系统疾病的一门临床科学。人类的牙齿形态及口颌面形态复杂，个体差异较大，对修复体个性化的要求较高。随着口腔材料器械的发展，采用数字化技术制作修复体是科技发展进步的必然产物。传统的修复设计制作以医生和技师的个人理论水平、临床经验以及手工操作技能来实现，缺乏客观和量化标准，而数字化修复技术是以人为主体，以计算机为重要工具，通过采集虚拟印模，使用计算机软件进行修复体的设计并制作出高质量的修复体，并且数字化技术对颌面部软组织缺损修复起着重要的作用。从整体上看，数字化修复患者感觉舒适，减少患者复诊次数及时间，并且固位稳定性方面都能取得较好的临床效果，患者也很满意。本文通过查阅近年来数字化修复技术在口腔修复领域中的相关文献，对数字化修复技术的概念，目前在口腔修复领域的范围包括可摘/固定局部义齿、可摘/固定全口义齿、颌面赝复体的应用进展进行阐述。 关键词：数字化；修复；义齿
［中国图书分类号］R783［文献标识码］A DOI:10.19748/j.kqxf.1009-3761.2020.06.012
Application and research progress of digital technology in the field of prosthodontics
CHEN Qing1,JIANG Hua2.（1.Department of Stomatology,Fu Xing Hospital of Capital Medical University,Beijing 100038,China2.Stomatology of The First Medical Center in Chinese PLA General Hospital,Beijing100853,China）【Abstract】Prosthodontics is a clinical science of using artificial devices to repair various oral and maxillofacial defects and restore their corresponding physiological functions to prevent or treat diseases of the oral and maxillofacial system. The human oral and maxillofacial morphology are complex,and there are great individual differences.With the development of oral materials and instruments,digital technology is an inevitable outcome of the development of science and technology.Traditional restoration design depends on individual doctors and technicians from their theoretical levels, clinical experiences and manual skills,and is lack of objective and quantitative criteria.However,digital restoration takes human as the main body and computer as the important tool,uses computer software for the design of the restoration and makes the high quality of restoration through the acquisition virtual impression,and digital technology plays an important role in the restoration of maxillofacial soft tissue defects.On the whole,patients receiving digital restoration feel comfortable,get reduced frequency and time of follow-up visits,achieve good clinical results in terms of retention stability,and the patients are also satisfied.In this paper,the conce
pt and the application progress of digital prosthodontics including removable/fixed partial denture,removable/fixed complete denture and maxillofacial prosthesis are reviewed by referring to the relevant literatures in the field of prosthodontics in recent years.
Key words:digitization;prosthodontics;denture
1.数字化修复技术的概念
由于人类的牙齿形态及口颌面形态复杂，个体差异较大，随着数字化技术的发展，如何快速制造与患者缺损部位相匹配的形态复杂的个性化修复体是当今口腔修复研究的重要方向。
上世纪50年代，计算机辅助设计/计算机辅助制
基金项目
基金项目：：解放军总医院医疗大数据与人工智能研发项目（项目编号：2019MBD-013）
陈青首都医科大学附属复兴医院口腔科医师100038
姜华通讯作者中国人民解放军总医院第一医学中心口腔科副主任医师副教授北京100853
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综述·
作（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）开始在工业的生产过程得以应用。1973年法国口腔学家Francois Duret 首次将CAD/CAM应用到牙科领域［1］。
CAD/CAM系统经过数十年的发展，可用于制作嵌体、高嵌体、金属基底冠、冠以及桥体、种植体的上部结构等。CAD包括数字印模制取，修复体外形设计及图形处理，CAM是通过切削磨等加工技术将整块材料制作成计算机设计好的修复体。数字印模是利用扫描仪扫描口内组织，采集三维软硬组织信息并输入硬件，然后进行三维设计，再制作出与邻牙协调咬合关系良好的修复体。口内的三维信息采集技术有多种［2］，包括Lava椅旁操作扫描采用的活动波阵面抽样法，Cerec蓝光扫描采用的三角测量技术，iTero 和3Shape Trios的激光扫描共聚焦显微镜技术，E4D 光学相干断层扫描成像，以及DPI-3D的云纹干涉测量法。
此外，近些年来还有一种成形技术快速发展即3D 打印技术（3D printing，3D P），其原理是基于数字模型，分层扫描，逐层叠加，快速生产三维实物的分层生产技术［3］，用于生产更加复杂的修复体。特别是针对制作对象结构唯一、需要定制、形态复杂，三维数据相对容易获取的情况。3D P的实现主要包括三个方面［4］：首先是计算机软件系统对人体系统精确模拟；其次是参与3D P有关的生物材料；三是3D P硬件设备、以及技术工艺。根据材料的成形原理，可把目前在口腔修复领域中已被应用
的各种三维打印技术分成三大类［5］，1.光固化成形，应用于各种光固化树脂基的非金属材料，如模型、导板。2.烧结成形包括：应用于打印不锈钢、纯钛、钛合金以及钴铬合金粉末等金属材料的选择性激光熔化技术；应用于尼龙、聚醚酮等高性能树脂基和氧化锆、氧化铝等非金属材料的选择性激光烧结技术；可产生具有较高孔隙率的结构，加工后的种植体更接近于骨的弹性模量的电子束熔化技术。3.熔融沉积成形技术，用来加工颅颌骨骨模型。
2.数字化修复技术的应用进展
在最新一版《口腔修复词汇集》中写到将修复体按照固位和支持方式进行分类分为5类：固定局部义齿，可摘局部义齿，可摘全口义齿，固定全口义齿，颌面赝复体［6］，以上分类均全部或部分实现数字化制造。
2.1固定局部义齿固定局部义齿包括我们临床中经常制作的嵌体、高嵌体、冠及桥体、金属基底冠、种植体的上部结构。
在牙体预备好后，通过口扫系统扫描获取印模。虚拟印模增加了患者的舒适性，且模型存储方便、利于远程交流。固定修复体的内部适合性和边缘适合性是评估修复质量的主要因素。有关固定修复采用传统印模与数字印模的meta分析表明，采用数字印模制作修复体具有更优的边缘及内部适合性［7］。而Pekka A等［2］认为对于单冠和短桥修复，传统印模和数字印模都能获得较好的临床效果，
无明显临床差别；而对于种植冠及桥，数字化印模效果更优；对于长桥修复体，更推荐用传统印模制作。此外，最新的微笑扫描是一种更全面，低成本，更方便计算机辅助法，它同时支持种植体的上部修复，并且可直接进行CAD/CAM［8］。
CAD修复模式有三种：生物再造、复制及镜像。（1）生物再造是指依据患牙剩余的组织、邻牙形状以及进行牙体设计软件自有的数据库来生成修复体的形状。
（2）复制是指将牙体预备前的形状或诊断蜡型复制获得修复体形状，其可捕获患者原始患牙外形产生虚拟修复体形状，再制造出更精确和个性的修复体。尤其适用于无对称同名牙或者需要重建多个前牙的外形的情况下。冯海兰等［9］认为在前牙美学修复过程中，因切端形态所表达的生动性影响显著，所以多采用复制方式，常能获得较佳的美学效果。而张瑞等［10］研究表明数字化功能面复制生成的修复体能够达到很好的临床适应性，而且调时间相对少。
（3）镜像技术，是将对侧同名牙形态复制，通过反转，重新将其置于修复处，以达到理想的修复形态。但需要患者有形态完整的对侧同名牙并且排列良好。
此外，楔状缺损常规采用的复合树脂直接充填法可用数字化全瓷嵌体取代，提高了美观性，且瓷嵌体的边缘适合性良好，可承受较大的应力［11］。对磨耗严重，咬合紧，颌龈距离小于4mm，牙体缺损范围较大，经根管后的磨牙可用CAD/CAM全瓷钉高嵌体进行修复，当髓室洞的深度小于4mm，
则需预备一部分根管来获得固位力，预备深度通常为3~4mm，但长期效果需进行观察［12,13］。针对前牙美学区的修复，通过数字化设计，可模拟最终冠的边缘和修复的形态，医患之间便于沟通，达到理想粉白美学修复效果［14］。
还有篇文献［15］报道在原有可摘义齿的基牙上，采用口内数字扫描，使用CAD/CAM制作的固定义齿，减少人为误差，具有更佳的适合性。
激光修复机
单个牙种植后，采用数字化过程进行上部结构修复，比传统法时间要短，效率要高。与标准钛基台+烤瓷冠修复的单个缺失后牙相比，用数字化流程制作的钛基台+上部氧化锆修复体不需要或微调就能有较好的口内适合性。采用椅旁技术进行种植体上部结构修复，修复体临床调改时间只有传统方法的1/3［16,17］。
2.2可摘局部义齿（Removable partial denture，RPD）与天然牙上的窝沟点隙结构相比，缺牙区的牙槽嵴较平，没有明显的曲率变化，口内多视角扫描获取的数据拼接容易出现误差，甚至出现错层的情况。有文献［18］报道，针对kennedy三分类牙列缺损患者，使用口内扫描仪直接扫描获取数字印模，因有足够的牙体结构提供拼接特点，加工生产制造的RPD进行临床试戴，其固位、稳定性都可满足临床需求。对于缺牙数目较多，可在缺牙区添加一些标志，增加口内扫描的成功率，便于图像的拼接，提升扫描的精度［19］。研究显示［20］随着扫描组织的增加，精度下降，当扫描范围小于半侧
牙弓的情况下，精确度在临床上是可以接受，口外扫描的任何范围牙弓，误差都可以接受。操作人员只需设计好修复的边缘，软件就可以自动完成剩下的步骤。
数字技术制造RPD支架常用两种方法，获取印模数据后，可用计算机软件进行支架的设计，用选择性激光融化3D P直接打印金属支架；或者先用3D P制作出熔模蜡型，之后仍采用传统包埋铸造制作出修复体。Wu［21］、Williams［22］、D Eggbeer［23］等报道利用数字技术获得模型、设计活动支架、经3D P获得树脂铸型，利用传统失蜡法铸造金属支架，适合性较好。张楠等［24］研究还表明数字化印模结合3D P打印树脂模型可提高RPD与天然牙的适合性和义齿初戴时的咬合准确度。而一例上颌骨kennedy一分类病例通过直接扫描口内数据，用3D打印金属支架制作RPD也表现出良好的局部适应性及满意的临床效果，可以替代传统的取模和失蜡铸造技术［25］。与传统制造方法相比，3D打印技术节省了制造时间，提高了效率和材料利用率，精度更好。激光3D打印能够加工各个方向有倒凹的修复体，弥补了CAD/CAM加工的不足［26］。Lin等采用口内扫描记录种植体位置及软组织形态，利用数字流程制作种植体的上部活动义齿，可增加患者的舒适性［27］。
2.3可摘全口义齿全动义齿数字化的应用主要在印模扫描，制取个别托盘，虚拟架等方面。
近几年来，口内扫描仪被应用于牙列缺损和无牙颌病例，但是很少见精度分析研究，其难点在于制取实体印模时，对粘膜的压力很难完全杜绝，以制取的印模作为参照时，与口内扫描仪直接扫取的无压
力印模之间存在粘膜变形的差异［28］。使用口内扫描仪获得无牙颌印模的好处是获得无压力印模，减少松软牙槽粘膜受压，但局限之处在于不能获得无牙颌功能整塑边缘，以及粘膜受功能性压力后变形。随着口内扫描技术的发展，通过直接口扫，获取的印模误差缩小至125μm［29］。目前有研究表明，口内法制取全牙列数字印模准确；但也有报道称，口内法取得的印模不如口外法准确，研究的结果仍有争议［30,31］。但朱文忠等［32］实验表明，口外法获取下颌全牙列数字印模比口内法准确。两种数字印模在垂直方向的误差比较小，误差主要以水平方向为主。口内法误差主要是由口扫的系统误差导致。而口外法误差主要是由于制取印模所用材料在固化时体积的变化引起的［33］。也有研究显示对无牙颌牙弓采用不同的扫描顺序获得的精确度也有差异，按先面再进行腭舌侧最后扫描颊侧的全牙弓扫描顺序获得重建模型精确度较高［34］。
无牙颌个别托盘的传统制作方法需先用托盘取口内印模再灌制初模，在初模型上画边缘线、进行倒凹的处理、涂分离剂，然后依据边缘线在模型上铺烤软的蜡片，上方铺自凝树脂或光固化树脂固化制作而成，制作耗时、步骤多并且误差大。魏菱等［35］研究显示相比传统个别托盘的制作，三维打印个别托盘在制作时间方面有优越性。使用椅旁数字化系统生产无牙颌个别托盘，然后医生再拿其取得终印模，医生在托盘试戴，试戴时的边缘位置，托盘的的稳定性，终印模制取效果，优质终印模取得难度以及整体的平均满意度六个方面都高于传统手工法制成的个别托盘，达到了临床的要求［36］。
随着虚拟架的出现，实现了口腔运动功能的电子转移，德国Amann Girrbach公司的电子面弓CADIAX4，
通过GAMMA架对数据进行精确记录，利用传感器寻铰链轴的准确位置，引导患者做相应的运动，将运动数据传至计算机，用软件分析系统
将关节运动数据进行处理［37］。此外，全口义齿试排牙将数字化微笑设计和虚拟试排牙相结合，可在计算机软件系统实现虚拟评估，或有希望将常规试排牙的步骤取代，减少患者复诊次数［38］。数字化全口义齿采用计算机软件确定中线，垂直水平颌位关系，设计基托，虚拟排牙，并将三维数据通过3D P获得全口义齿，固位稳定可，患者满意［39］。有病例报告，采用口腔内无牙颌扫描结合数字化牙列重建技术，用数字化的工作流程可制造出功能边界良好的全口义齿［40］，但当前数字化修复全口义齿修复的时间成本仍较高且效率较低。
我国学者孙玉春等［41］自主研发了一种独特的全口诊断义齿数字化设计方法即功能易适数字化全口义齿系统，其借助数字化设计、3D P等，使数字化技术制取无牙颌功能压力印模、记录垂直水平颌位关系与终义齿制作的应用问题得以解决，将传统方法中的终印模、颌位关系、试排牙三步操作，通过数字化的设计和三维打印简化为一步，应用该技术的医生操作简化50%以上，就诊次数减少2-3次，同时大大提高了义齿修复后的功能适合性。
2.4固定全口义齿近年来，由于种植技术的发展，更多患者采用种植支持的固定全口义齿，增加了舒适度，提高了咀嚼效率。其可通过计算机辅助种植软件CBCT获取医学图像，进行三维模型重建，骨量
分析，骨密度测量，包括数量，部位，方向，深度的种植设计，修复体模拟，并转化为实际手术完成种植，其可降低种植难度，提高种植成功率。最后再通过CAD/ CAM进行上部修复体的制作。
术中采用种植导板辅助种植体植入精确的位置，可获得满意的术后效果［42］。3D打印数字化种植导板较传统种植导板可具有更精确的植入位置，且能够减少并发症的发生。Turbush等［43］研究三种导板的精确性得出牙支持式导板最好，牙支持式和牙-粘膜共同支持式明显要高于粘膜支持式。此外，Haese 等［44］认为粘膜的厚度对导板的精确度有影响，薄、厚粘膜者种植体肩部的偏差分别是0.08mm、1.04mm。除导板外，还有数字化的动态导航技术，与导板相比，其优点在于能够在术中调整手术计划，并实时监控种植的过程，提高了可视性和安全性［45］。
利用3D P还可以制作个性化种植体，Mangano 等［46］在15颗残根拔除前用CT获得三维数据，用3D P制作个性化的种植体，待残根拔除后即刻种植，术后
恢复可，在1年后随访15例患者都有良好的功能和美学整合。
2.5赝复体修复目前可以通过数字化进行颌骨缺损的赝复体修复和重建。国内学者认为，应用数字化技术制作赝复体可以精确地修复较大体积的上颌骨缺损和牙列缺损［47］，且数字化赝复体修复此类缺损后，语音、吞咽功能恢复较好并能获得患者较满意的面容［48］。
通过直接法扫描患者口内，间接法扫描石膏模型或者拍摄CT数据获取相应的数据。对上颌骨部分缺损的患者，印模获取采用间接法，利用3D P获得赝复体金属支架，人工牙和基托采用常规的方法制作，二者相结合得到能够修复颌面部缺损的赝复体，患者在舒适性，固位，稳定性等方面均满意［49］。采用失蜡铸造法制造赝复体金属支架，存在模型翻制、熔模制作、包埋材料膨胀等方面的误差，从而影响了支架的精确度。3D P获得的支架其精度主要取决于各种打印材料、数字建模采用的软件技术及3D打印机地性能。国外学者［50］用CT采集65岁因鳞癌致上颌骨缺损患者的数据，并行三维重建，通过光固化成形制作的赝复体，精确地恢复了局部缺损和牙列功能，临床跟踪5年后效果良好。
综上所述，通过计算机技术记录医学资料并在临床上应用，比传统的口腔修复更加便捷高效。同时，也将医患紧密相连，采用数字化技术进行个性化制作、可以完成复杂修复体的制作成型、并且在成型前可在软件中看到修复体外形，医生可以将整个过程直观地传递给患者，患者在前就可看到预期效果。推广数字技术可以改善临床医疗环境，并有利于患者资料长期地保存，减少了印模石膏材料、托盘等材料的使用，也大大节省了石膏模型地保存空间。从整体上看，数字化修复在舒适性，固位稳定性方面都能取得较好的临床效果，患者也很满意。但数字化修复相应的技术成本，一些材料性能的客观评价还有待进一步研究改进。在数字化时代，医学需要循规蹈矩，更需要进行创新和发展以获得更加广范的应用。
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