CAD/CAM全瓷修复技术在口腔临床中的应用进展

张建民综述，苗 芳审校

（1.兰州市妇幼保健院，甘肃730030；2.兰州市口腔医院，甘肃730030）

CAD/CAM全瓷修复技术在口腔临床中的应用进展

张建民1综述，苗 芳2审校

（1.兰州市妇幼保健院，甘肃730030；2.兰州市口腔医院，甘肃730030）

计算机辅助设计； 陶瓷制品； 牙瓷料； 牙修复体； 综述

计算机辅助制作（computeraidedmanufacturing，CAM）系统是利用计算机分级结构来控制与管理制造过程中有关生产和技术设计等方面的工作[1]。其最初应用在工业自动化和航空航天领域，其生产技术水平的高低已经成为评价国家加工制造业水平的重要标准。20世纪 70年代初，法国学者 Frances Duret首次将计算机辅助设计与计算机辅助制作（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）的概念引入口腔修复领域[2]；1983年，首台采用CAD/CAM技术制作的修复体样机在法国问世；1985年，该设备制作出首个后牙全冠[1]。CAD/CAM技术的出现被认为是口腔医学领域的革命性突破，使自动化或半自动化制作修复体成为现实[3]，引发了口腔修复学界重大的技术革命，为牙科修复体的制作提供了全新的方法。

CAD/CAM修复技术[4]是将光电子技术、计算机微信息处理技术及数控机械加工技术集成于一体的口腔修复技术，全瓷牙制作技术[5]就只需要取像、电脑设计、数控车床切割即可出成品口腔内试戴，为医生及牙科技师省去了印模取模、修模、种钉、装盒、分模、上颌架、工作模、修整颈缘线、制作内冠模型、安放铸造蜡、包埋、放入茂福炉、表面磨光、上瓷、烧制等20多道手工制作的繁杂过程，大大缩短了治疗周期，且微创修复提高了治疗修复体的精密度，减少了患者的就诊时间和次数，提高了修复体的制作效率、精密度和质量，减少了患者的痛苦。经过30多年的发展，CAD/CAM在口腔临床上的应用[6]越来越广泛，不仅在口腔全瓷修复[7]、套筒冠修复[8]及口腔种植[9]领域的应用方面也日趋成熟和广泛，此项技术也提高了种植手术的成功率。CAD/CAM全瓷修复系统一般包括：扫描单元、计算机设计软件、研磨设备、烧结炉等。由于其先进性、快捷性、优良性和自动化程度高，近年来已逐渐成为口腔修复研究和应用的热点[10]。本文从CAD/CAM目前的常用系统及临床应用数据的采集、输出方式、设计制作到临床应用及数字化牙科的未来展望等方面进行综述。

1 几种常用CAD/CAM系统的特点介绍

1.1 Cerec系统 该系统是德国Sirona公司开发的。其数字化印模技术可追溯到1987年第1台基于激光三角测量原理而推出的Cerec 1系统[11]，到2010年推出的基于短波蓝光原理的第4代Cerec AC系统[12]，但这些系统都需喷粉。为了解决这个问题，Sirona公司于2012年8月推出了无需喷粉的基于连续立体摄影技术的Cerec Omnicam口内扫描系统[13]。由于椅旁系统的加工铣床的加工能力有所局限，该公司又推出了新型技工室扫描仪inEosX5，其配备了五轴机械手臂，带有模型定位功能和开放式接口。其特点是扫描速度快、操作范围大，可有自动图像捕获功能。

1.2 Shape系统 该系统是丹麦近年来研制的针对口内扫描成像和扫描设计的一套系统，其特长是软件设计，可接受和输出所有设计类型的STL数据，能与所有开放系统的CAM设备兼容。其中TRIOS口内扫描仪是一种技术较为先进的口内数字印模系统[14]。其运用超快光学切割（ultrafast optical sectioning）技术和共焦显微技术，每秒可捕捉超过3 000幅二维图像；通过结合数百幅三维数字图像，实时地创建出三维数字模型。另外，扫描也无需喷粉，扫描头端的集成防雾加热器自动提供最佳温度，确保扫描不失真且高度清晰。3Shape技工室系统目前共有4代扫描仪。分别是D500系列、D700系列、D800系列和D900系列。前三者都是带有2个500万像素的摄像头，基于红色激光技术，可扫描设计印模。而D900系列几乎是一款旗舰型的扫描仪，基于蓝色LED光源，配备4个摄像头，扫描精度可达15 μm并可捕获模型和印模的所有纹理和颜色。值得一提的是，3Shape强大的软件设计功能不但能满足所有固定、种植和活动支架、全口义齿的设计需要[15]，而且能够接收所有的开放式的数字化印模，可以在线与牙医进行设计沟通。

1.3 Lava系统 该系统是由美国3M ESPE公司研发，分为椅旁扫描仪和技工室系统两部分。椅旁扫描仪即数字化印模系统[11]。LavaTM椅旁口内印模扫描仪（LavaTMChairside Oral Scanner，Lava COS）是近年来由3M ESPE公司生产的技术相对成熟的口内印模扫描系统[16]。该系统以激活波前采样（active wavefront sampling，AWS）为原理，在牙齿上方挪动摄像探头获得牙齿的形状，通过改变轴向位置，计算摄像探头与牙齿的距离，利用单镜头图像得到三维信息。另外，设备中有3个传感器可以同时从不同角度捕捉扫描对象的外形，同时通过聚焦-散焦运算法在扫描得到的三维图像表面生成斑点，以提高数字印模的准确性。技工室系统Lava ScanST扫描仪由带有白光的光栅投影来采集模型上的数据，然后通过来源于Dental Wings Lava Design 5.0软件进行三维设计，最后运用自带的Lava CNC500切削机设备进行加工。值得一提的是，Lava氧化锆材料由于其高品质在全球建立了防伪系统，但受限于材料形状，一些长桥尚不能加工。

1.4 Everest系统 该系统是德国Kavo公司专门对技工室设计的CAD/CAM系统。该扫描仪采用多角度光栅投影技术，可以对石膏和蜡型进行扫描，扫描的特点是光栅从15个角度方位进行投射，然后用电荷耦合器件（charge coupled device，CCD）传感相机将扫描对象记录并形成三维数据。软件设计时可以识别倒凹，配备了多种工具如全冠三维层次、模拟咬合功能等。Everest的CAM设备由5轴联动装置构成，具有运作距离长和操作角度大的特点。Vigolo等[17]认为，Everest系统制作的氧化锆边缘适合性足以满足临床上的要求，并且不受烧结和上釉过程的影响。

1.5 Cercon系统 该系统是由登士柏公司所开发，主要应用于技工室。其核心产品为Cercon brain、Cercon art和Cercon eye。其中Cercon brain集成扫描仪和切削设备于一体，但无设计软件，只能扫描基底冠桥的蜡型，然后数控切削出基底冠桥。Cercon art是公司2004年推出的设计软件，Cercon eye为独立的激光扫描仪，扫描精度可达10 μm，扫描范围可达14单位的牙位。其CAM设备设计精巧，为封闭式系统，其5轴联动的主轴只在X轴方向运动，最大限度地减少因车针松动对软质氧化锆切削产生的震动裂纹。

1.6 Wieland系统 该系统最早的扫描仪Zeno S100的软件系统也是起源于Dental Wings。后来推出的扫描仪产品都是3Shape系统。其切削设备也有一系列产品。在国内市场上最常用的是Zenotec Mini和Zenotec Select两套设备。Select分为储料仓和工作仓两部分，5轴联动，不需换盘，可实现全自动化操作。切削精度可达到5 μm。Wieland系统的特长在于原材料氧化锆的开发应用[5]。其预染色氧化锆的颜色达8种，锆体通透性高，其率先推出的氧化锆全冠“臻瓷冠”技术通过预染色、内染色、魔术釉、外染色技术可使全锆冠的颜色可达到与烤瓷冠媲美的程度，用于后牙冠修复解决了烤瓷冠崩瓷的后顾之忧，越来越受到牙医和患者的欢迎。

1.7 Procera系统 该系统是一种封闭系统，由瑞典的Andersson等[15]发明。它的2台接触式扫描仪分别于2003、2004年上市。2009年自主研发的Nobel Procera光学扫描仪也正式投放市场。该扫描仪采用其专利技术——锥光偏振全息技术，可采集高精度的数据，并且该扫描仪的批量扫描功能是为高效率的集约化生产预备的。而软件中自动化的倒凹封堵工具和实时提醒功能确保设计加工的修复体达到最佳的精密度和准确度。Procera采用远程终端的集约化的加工方式。由用户将设计好的数据订单通过网络发送到加工中心（目前有4个，分别在瑞典、美国、加拿大、日本），加工好修复体后再寄给用户。该系统加工单冠和贴面的一个特点是先复制耐火代型，然后在代型上采用超高压的方式将氧化铝或氧化锆材料均匀压覆在代型表面，然后进行CAM切削加工。这样的加工方式可使Procera的氧化铝贴面厚度达到仅0.2 mm。

2 CAD/CAM系统的数据采集

2.1 接触式扫描系统 顾名思义就是扫描探头与模型直接接触的扫描方式。优点是具有良好的扫描精度；缺点是扫描效率较低、测量的时间较长、价格成本较高[10]。目前这种系统已淡出市场，其代表系统就是Procera[18]的Piccolo和Forte。

2.2 非接触式（光学）扫描系统 包括三维激光扫描、光栅投影测量法、莫尔条纹法、云纹向移法、数字散斑相关测量法、立体摄影测量等[11]。光学扫描具有较高的扫描效率和较高的精度，但缺点是也有扫描盲区的存在。目前CAD/CAm/RP扫描系统的主流仍然是非接触式（光学）扫描系统。

2.3 自动断层、CT扫描系统 自动断层扫描法可以获得扫描对象的表面数据和内部数据，是真正意义上的三维数据。但由于体积大和破坏模型，还没用于牙科CAD/ CAM系统[12]。CT也是一种获得理想三维数据的技术，但存在精度低的缺点，且设备成本高。

3 CAD/CAM系统的数据输出方式

3.1 封闭式系统 封闭式系统是指CAD输出的数据必须使用厂商提供的专用CAM数控加工设备和相应材料。目前市场上主流的封闭系有Cerec3、Procera、Cercon、Wol-ceram-epc、GN1、Lava、DCS、Dux等[13]。

3.2 开放式系统 开放式系统是指系统只提供CAD程序和输出STL通用格式的数据包，用户可自行选择所需的CAM设备和加工材料。目前，市面最常见的系统是3Shape系统，还有Digident、Etkon、Prefactory、Xawex、Dntalwings，以及西诺德最新开发的inEosX5系统等[19]。

4 CAD/CAM系统的设计制作

4.1 计算机辅助设计 计算机辅助设计就是在视频模型上完成修复体的计算机蜡型。CAD研究较成熟的冠的设计，包括外表面、内表面及内外表面结合部分的设计。多数系统带有标准牙数据库并以此为依据进行外表面的设计。

4.1.1 生物再造 根据剩余牙体组织的外形、邻牙的外形和设计软件所带的数据库来获得修复体的外形。其特点是方法简单易行，能获得较好的修复体外形。但是，受基牙剩余牙体组织的形态轮廓、邻牙形态和位置的影响，形态个性化程度稍欠。多用于后牙修复体形态的设计。

4.1.2 镜像复制 将同一牙弓对侧同名牙的形态镜像复制来获取修复体的形态。其相对于生物再造来说具有更好的个性化特征，但是需要对侧同名牙的形态完整、排列基本对称。可用于前、后牙修复体的形态辅助设计。

4.1.3 复制模式 该模型是通过复制牙体预备前的形态或诊断蜡型来获得修复体的形态，其形态的个性化程度高、设计灵活，但是需要基牙牙体预备前形态完好或者需要事先制作诊断蜡型。可用于前后牙修复体的形态辅助设计。

4.2 计算机辅助制作 该制作是将计算机蜡型转换成修复体，替代了包埋铸造或装盒充填热处理等工序。其实现是依靠小型精密数控机床或激光成型机完成。目前的CAD/CAM系统多采用3.5～5.0自由度的精密数控机床，可铣削陶瓷或合金，加工出嵌体、瓷贴面、全冠、固定桥等修复体。此外，还有一种数控的“线切割”及“电火花”加工技术，被用于义齿加工。“机械手”也正用于全口义齿自动排牙的研究。激光成型机可以像堆砌蛋糕样堆砌全口义齿，边堆砌边分层固化光敏复合树脂，完成全口义齿的制作。

5 CAD/CAM全瓷修复术的临床应用

5.1 应用步骤 （1）数据采集（直接数字化印模或间接印模，模型扫描）；（2）对数据进行三维软件设计；（3）输出设计好的数据进行CAM加工。

5.2 CAD/CAM全瓷修复适应证 可针对牙体缺损、牙列缺损、牙列缺失、前牙美观修复的患者。

5.3 可制作修复体种类 嵌体、高嵌体、部分冠、3/4冠、全冠、后牙、前牙、贴面、带有解剖形态的多单位聚合树脂桥体、二氧化锆瓷桥、蜡型等。

5.4 CAD/CAM不同材料的适应证 （1）陶瓷类的适合做嵌体、高嵌体、贴面、全冠、部分冠、桩冠联合修复。（2）树脂类适合做暂时多单位树脂桥、树脂蜡型。（3）氧化锆、氧化铝类适合做氧化锆全冠、内冠、精密附着体及种植个性化基台。

6 展 望

CAD/CAM数字化口腔全瓷修复技术、CAD/CAM数字化口腔套筒冠修复技术、数字化印模、数字化制作种植导板、快速成形技术都是在CAD/CAM领域代表着口腔修复工艺未来的高新技术，是从手工操作到自动化、智能化加工的突破性转变，标志着口腔修复工艺已进入“计算机”时代，也代表着口腔修复技术的潮流和方向。

随着科技的发展，目前除了CAD/CAM技术外，CAD/ RP快速成型技术（俗称的“3D打印”）[20]的应用也是口腔高科技发展的趋势。CAD/CAM技术和“3D打印”的相似之处在于第一步需要利用计算机进行辅助设计 （即CAD）；但不同之处在于下一步，可以把CAD/CAM技术理解为做“减法”，对材料进行切割从而制造出需要的义齿形态，而“3D打印”则是做“加法”，把离散材料逐层累加，让材料快速成型，“生长”堆出一颗完整的义齿或颌骨模型。

当今牙科CAD/CAM技术的发展正在从封闭式（如一种设备只能绑定加工特定的材料）系统过渡到开放式系统，现在越来越多的技术可以输出统一的数字格式，为材料开放式的加工提供可能。一些CAD/CAM系统的组件可以单独购买，这增加了系统的灵活性，数据获得的方式更为广泛（如口内扫描、触点式、光式模型数字转换器、CT、MRI）[21]，设计软件更能匹配各类修复体的制作（如冠桥架构、局部义齿架构、个性化种植体与种植体基台）。开放式系统的使用[22]，能够使制造技术的应用范围更广，人们能够选择最佳的制造方法与相关材料。在高科技越来越发达的现今，CAD/CAM系列技术将会成为未来修复技术发展的必然趋势。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.18.020

A

1009-5519（2015）18-2781-04

2015-07-30）

张建民（1957-），男，山东冠县人，主治医师，主要从事数字化修复研究工作；E-mail：442678040@qq.com。

苗芳（E-mail：285765410@qq.com）。