临床口腔计算机辅助设计/计算机辅助制造技术的应用进展

董 丽，潘 成，梁 正

(1山东医学高等专科学校，济南250002;2济南市口腔医院)

计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)技术产生于20世纪50年代，广泛应用于工业、建筑、电影等多个领域。20世纪70年代，法国口腔医生Francois开创性地将CAD/CAM技术引入到口腔修复体的设计与制作中来。1985年，Duret利用该系统制作了世界上第1个CAD/CAM全冠，1986年德国西门子公司生产了世界上第1台商用口腔修复CAD/CAM系统——CEREC系统，从而开创了以计算机技术为支撑平台的数字化口腔修复时代［1］。本文主要就CAD/CAM技术在口腔修复、正畸、种植中的应用综述如下。

1 CAD/CAM在口腔修复中的应用

1.1 制作部分冠、全冠、嵌体、高嵌体、贴面、固定桥等多种修复体 CEREC 3D系统是最具有代表性的牙科CAD/CAM系统，利用该系统可制作部分冠、全冠、嵌体、高嵌体、贴面、固定桥等多种修复体。其特点是:设备操作在综合治疗台旁直接完成，不需取实体印模，不需要临时牙，加工成的修复体为成品。它打破过去磨牙、取模、刻腊、烧瓷等传统假牙制造程序，患者只需一次就诊即可获得满意的牙齿修复体。该系统主要包括计算机、3D立体摄影机、无线传输装置、3D全瓷修复设计制作软件及全自动瓷块研磨机。利用CEREC 3D系统制作全瓷冠的过程为:医师首先根据患者牙齿颜色选择颜色合适的瓷块，然后进行牙体制备，并在制备的牙体和临牙上喷粉，用系统摄像头获得基牙的三维影像图片后，系统屏幕上就会呈现出基牙的光学印模。对于咬合面的设计，可以先采集硅橡胶咬合记录，通过计算机设计修正咬合记录，手工画出边缘线，计算机会自动调整牙体形态。之后，计算机会根据设计好的牙体形态控制机床高速切削出全瓷冠，经过口内调整咬合、对全瓷冠表面进行抛光处理、上釉窝沟染色后，对全瓷冠进行烧结，最后对全瓷冠进行酸蚀处理、双固化粘接，修复完成，整个过程不到2 h。利用CAD/CAM制作的修复体比手工制作的可靠性高，能够避免裂纹、不均匀和微孔等缺陷。此外，CAD/CAM工艺的优势还体现在更好的材料性能、较少的残留单体、较高的生物相容性和长期的稳定性。

1.2 制作活动义齿 近年来，活动义齿(如可摘局部义齿、全口义齿)CAD/CAM技术取得了一定的进展。Williams等基于一种具有力回馈功能的人机交互设备，尝试进行了可摘局部义齿的计算机辅助设计与金属支架的快速成形，并在患者口内初步验证了适合性。北京大学口腔医学院吕培军等公开了基于CAD/RP(Rapid Prototyping快速成型)技术的中性区全口义齿的制作方法［1］。该方法包括以下步骤:基于参数化定位的全口义齿人工牙三维图形数据库的建立、基于带有空间位置关系的三维激光扫描技术采集具有正中关系的上下无牙颌及中性区颌堤数据、基于逆向工程软件设计符合中性区及全口义齿平衡排牙理论的全口义齿人工牙列、基于逆向工程软件设计符合全口义齿中性区理论及美学原则的牙龈和基托、基于CAD/RP技术的全口义齿型盒设计和加工、手工插牙装胶完成全口义齿修复体。首创“两步法”思路将传统制作技术含量最高，操作最复杂的手工排牙和蜡型制作由计算机和快速成形技术完成，只需最后辅以简单的手工步骤，即“两步法”的第2步，即可完成全口义齿的全部制作，大大简化了传统手工工艺的繁杂工序，提高了效率和修复体的准确性，实现了全口义齿的设计制作过程从手工向数字化的转变。

1.3 颌面赝复体 第四军医大学口腔医学院赵铱民教授将CAD/CAM技术引入颌面缺损赝复领域，合作研制成功可见光位相轮廓快速扫描机，能在3 s内快速扫描患者面部容貌，形成“数字化印模”。在数字化印模的基础上，成功实现颌面部对称器官(如眼眶、耳、面颊)的CAD;对单一器官(如鼻)则通过建立“数字化鼻库”，为鼻缺损修复提供设计模板，完成缺损侧赝复体设计。采用激光选择性烧结技术快速制作赝复体。在成功研制烧结蜡粉的基础上，应用联合研制的程控激光烧结机可在2 h内直接烧结制作赝复体蜡型，简化赝复体的制作程序，缩短制作时间［2］。

2 CAD/CAM在口腔正畸中的应用

2003年，首都医科大学口腔医学院与清华大学机械工程系和北京时代天使生物科技有限公司共同合作，研制出具有我国自主知识产权的口腔正畸无托槽隐形矫治器系统［3］，该系统使患者在无钢丝、无托槽的状态下完成牙齿矫治，满足了人们既矫治牙齿又可实现舒适、卫生、不影响美观的需求。无托槽隐形矫治技术由临床口腔医学、生物力学、计算机科学、快速成型技术等多学科组成。矫治过程如下:医师首先获得患者的原始牙颌石膏模型，再利用先进的层析扫描技术在计算机中重建三维牙颌模型;利用专用的数字化隐形牙颌矫治软件，可对数字化三维牙颌模型进行三维旋转观察，进行牙齿、牙弓、基骨等各项目的测量和分析，自动输出模型的各项测量结果及诊断意见，并给出可视化的三维矫正辅助过程。然后通过激光快速成型设备进行输出母模，并通过压膜成形器制作各个治疗阶段的系列透明隐形矫治器。患者戴入隐形矫治器后牙齿因受力而逐渐移动，通常需每两周更换一副矫治器，半年到1年后牙齿就会从初始的畸形状态逐渐移动至正常排列状态。

3 CAD/CAM在口腔种植中的应用

在制定种植方案时，采用二维全景图评估现有的骨质具有局限性，存在植体在颌骨上的定位不佳以及重要的解剖结构遭到破坏的风险［4］。近年来，利用CAD/CAM技术，种植医生可以精确地制定并模拟治疗方案。治疗方案模拟后，就可以对植体以高度的准确性和可预见性分毫不差地进行定位，借助参数精确的种植导板，可以使微创手术得以顺利实施，缩短手术时间，简化治疗过程。比较有代表性的种植设计软件有比利时Materialise公司的Simplant和瑞典Nobel Biocare公司的Nobel Guide。医师首先为患者制作并戴入扫描成像用义齿，然后对义齿、牙槽骨等进行CT扫描，利用相关软件在计算机中进行三维重建。通过计算机屏幕医生可以直观地观察患者的骨条件、下齿槽神经的位置、对颌牙的位置等信息，从而根据患者情况，确定种植体的数目、位置、角度、深度，并完成种植导板的设计。将导板模型数据输入快速成型设备加工制作种植导板，最后为患者戴入种植导板，外科植入种植体。

4 小结

CAD/CAM系统在很大程度上将是牙科未来发展的方向［5］。CAD/CAM系统具有直观可视的优势，有利于医患双方治疗前进行有效的沟通;自动化将代替很多过去手工操作的步骤，保证治疗的精确度和安全快捷。

［1］吕培军，孙玉春.口腔修复计算机辅助设计/制作的过去、现在和将来［J］.北京大学学报(医学版)，2010，42(1):14-19.

［2］全国第六届口腔医学计算机使用研讨会会议纪要［EB/OL］.http://www.qinghualunwen.com/article-512.

［3］法晨，潘晓岗，田杰.无托槽隐形矫治器的临床研究进展［J］.口腔材料器械，2010，19(1):30-33.

［4］Steffen Hobl，Buxtehude.利用导航技术虚拟制定种植治疗方案—借助于扫描成像义齿和种植导板预见修复体制作［J］.世界牙科技术(综合版)，2009，10(4):24-26.

［5］Martin Gobel.数字化是牙科发展的趋势［J］.世界牙科技术(综合版)，2010，10(4):63-64.