三维数字化技术在全口义齿修复中的应用进展

王莉莉 刘洪臣

我国已步入了老龄化阶段，随着老龄人口的逐渐增多，无牙颌患者也呈增多趋势。目前，全口义齿的修复方式主要为粘膜支持式，制作方式仍是传统的手工方式。对于手工方式而言，存在很多的不足，比如复诊次数过多、椅旁操作时间过长、人为造成的各种误差等。三维数字化技术即计算机辅助设计及辅助制造技术，它于20世纪80年代开始被逐渐应用于口腔领域[1]。随着三维数字化技术的高速发展，如今它已被广泛应用于全冠、嵌体、贴面、种植基台、颌面赝复体等多项口腔修复技术之中，但在全口义齿修复的应用中起步则较晚[2]。本文将对三维数字化技术在全口义齿修复中的应用情况进行如下的综述。

1.三维数字化技术的优势及存在的问题

1.1 三维数字化技术的优势 全口义齿因为不规则的形态以及义齿需要多色多材质[3]，因此全口义齿数字化的研究仍进展较慢，一体化数字化制作全口义齿仍是尚需攻克的难题。传统的通过热聚合方式制作出的树脂基托，在聚合过程中不可避免的会出现由于冷却收缩和聚合收缩造成的尺寸细微变化，从而可能会影响腭部的密封性[4]。但是，通过计算机辅助设计及辅助制作(Computer-aided Design and Computer-aided Manufacturing,CAD/CAM)制作出的树脂基托在受控条件的温度及压力下，与常规制作出的树脂基托相比，不仅机械性能相同，其抗弯曲性能也更高，与传统方法相比，数字化加工制作出的树脂基托更能有效的降低聚合收缩[5]。国外有研究人员证实，通过CAD/CAM技术制作出的树脂基托比传统技术制作出的基托适合性及边缘封闭性更佳，固位力及稳定性更好。同时，通过数字化加工出来的基托孔隙率低，表面也更光滑，细菌及微生物也不易滋生[6,7]。

此外，无需人工排牙，大大降低了技师的劳动强度。数字化技术还可以将病人的资料以数字化保存，当义齿短期内损坏或丢失时，若口内无变化，则可重新即刻制作全口义齿。对于旧义齿，可利用数字化技术进行扫描作为个别托盘，减少了义齿制作工序[8]。

1.2 三维数字化技术存在的问题 无牙颌患者由于长期失牙，口腔内的软硬组织形态、颌位关系已经发生了改变，数字化技术还不能将人体精细的咀嚼活动全部复制下来，直接制作成型。对于直接口内扫描的数字化印模技术还不能获取无牙颌的功能性压力印模，静态光学扫描亦难以获得“肌肉静力区”的软组织整塑信息。而且，已有的全口义齿数字化修复系统中，有的系统仍需要依赖于成品的人工牙，在这方面未体现数字化的优势。此外，制作全口义齿的数字化软硬件成本仍较高，全口义齿的工序繁杂，很难用单一的设备或工序来完成[9]，因此也需要临床医生对于数字化系统的操控有熟练的掌握。对于全口义齿的数字化印模的获得，多采用口外数字化印模技术，因为口内印模技术的精确度尚不能满足临床的需求，扫描的牙弓范围越大，精确度越降低。

目前，相关的数字化技术主要集中在数据的获取、CAD等方面，目前已出现了数套全口义齿系统，如加拿大的Avadent、丹麦的3shape、北大口腔医学数字化研究中心自主研发的CAD软件等，但临床上义齿直接数字控制加工方面仍未见突破性进展。

2.三维数字化技术在全口义齿制作中的应用现状

2.1 全口义齿虚拟排牙及基托设计制作方面的研究 制作全口义齿，排牙是影响全口义齿修复效果的关键因素之一。传统的排牙一直是通过技师手工来操作，既费时又费力，且排牙效果受技师的技术水平影响较大。因此，有学者研发了6自由度的单操作机排牙机器人，利用排牙软件中整合的专家排牙系统进行自动的预排牙，然后医师进行局部的调改，最终形成排牙方案，将方案以指令形式输入计算机，开始自动排牙的操作[10]。还有学者在此基础上又研发了多操作机排牙机器人，对其结构进行优化，整合了牙弓曲线发生器，进一步提高了排牙的精确度，排牙效率也得到了提高[11]。近几年来，随着计算机技术、快速成型技术的发展，数字化的排牙技术已被提出并应用到全口义齿的设计制作当中。对于全口义齿的虚拟排牙，与传统的手工排牙和机器人辅助排牙相比，虚拟排牙有更明显的优势，虚拟排牙的精准度更稳定可靠，而且虚拟排牙可在电脑上直接观察排牙情况，可以随意调整排牙形态。Yu X[12]等提出了一种虚拟排牙的方法，利用计算机数控技术、快速成型技术及三维打印技术进行制作，最后将人工牙嵌入蜡缘，该研究对于技工选择牙齿有辅助作用，提高了牙齿排列的准确性。目前，用于商业的全口义齿软件众多，如奥地利的Ceramill FDS系统，在软件中进行虚拟排牙后，通过数控工艺制作出带齿槽的蜡型基托，再将合适的人工牙加入齿槽内完成全口义齿的制作[13]；美国的Dentca系统在进行全口义齿虚拟排牙和基托设计后使用3D打印机进行整体加工[14]。对于数字化全口义齿基托的制作，早期的研究中，有学者利用数控机床制作了牙列和基托的塑料外壳，然后分别注入牙色和基托色的流动树脂来制作仿全口义齿[15]。目前，数字化全口义齿基托部分主要依靠所得的数据输入软件，基托形态由软件自动生成，基托从粉红色的聚甲基丙烯酸甲酯盘中切割成型，然后用树脂水门汀将人工牙粘接到义齿的基托上[16]。Bilgin等首先制作了3D打印的牙列，将其插入蜡基托后，也是通过与传统制作方法相结合的方式制做出了终义齿，制作出的全口义齿咬合及颌位关系良好，并且这种一体式的牙列对于提高人工牙和基托之间的粘接强度有很大帮助[17]。此外，有研究人员提出，如能合理设置全口义齿的基托设计系统，充分发挥三角网格、NURBS曲面等的最大效应，构建出混合造型技术，从而达到重建基托美观性的效果[18]。还有学者提出，利用曲线驱动变形建模方式，可以获得高质量的牙及表面形态相关的数据信息，从而保障全口义齿基托建模设计的效果[19]。Deng、Chen H等先后利用三维数字技术对下颌全口义齿聚乳酸蜡型进行打印，与传统蜡型相比较，对其精确度及组织面密合性进行评价，证实其可满足临床使用的需求[20，21]。Chen等通过三维技术制作出的蜡型，与传统手工制作的蜡型相比，无明显差异，均符合临床应用的要求[22]。有学者利用CAD/RP技术制作了全口义齿的树脂阴模，然后进行计算机排牙，最后对树脂基托进行铸压，完成最终的全口义齿。通过此种数字化的设计和制作减少了取模时的误差，避免了基托边缘的不准确，更有利于临床上的推广应用[23]。还有研究者应用CBCT测量出无牙颌的组织面以及成品人工牙的形态，通过快速成型技术制作出全口义齿，对此全口义齿进行数据分析，显示其颊侧磨光面的精确度高于牙合面[24]。

2.2 数字化技术在全口义齿个别托盘制作方面的研究 数字化技术还可应用于制作全口义齿的个别托盘等方面。魏菱等学者通过三维数字软件制作出了全口义齿的个别托盘，整个过程灵活精确，制作出的个别托盘精确度高，且能够符合个性化设计，减少了患者的就诊次数，同时也减少了椅旁的操作时间[25]。Sun Y等[26]对无牙颌患者分别制作了数字化的个别托盘及手工化的个别托盘，比较两者的边缘伸展差异及形态差异，结果证实数字化个别托盘制取的印模厚度分布优于手工制作的托盘，但两者的印模形态无明显差异。Chen H[27]等亦应用制作的数字化个别托盘与手工个别托盘相比，前者精确度更高，与模型的匹配度更好。陈虎等[28]基于红色打样膏制取的初印模获得个性化托盘的三维设计数据，打印出聚乳酸材质的个性化托盘，与CAD获得的数据相比，各承托区、缓冲区的间隙无明显差异，可成功实现上颌无牙颌个性化托盘的数字化设计和制作。因此，应用数字化技术建立了一种高效的个别托盘制作方法，具有较高的重现性及准确性。

2.3 数字化技术在面型预测、虚拟调牙合等方面的研究 虚拟现实的出现，为进一步提高医疗实践能力提供了帮助。对于无牙颌患者，口腔治疗不仅要改善功能，同时也要恢复美观的外貌。随着口腔治疗的数字化发展，全口义齿的设计也需要提前预测面型来作为参考。目前，基于数字化技术的面型仿真主要以头面部软组织的变形方法为主要研究对象，还缺少具有针对性的预测方法。成诚等[29]应用Oral Treat System软件系统，以牙齿及牙龈作为驱动，研究了新的排牙算法和面形预测方法，其中部分功能已经在北京大学口腔医学院进行了临床试用。虚拟现实在全口义齿中的应用，还体现在虚拟调牙合中。它是在CAD的设计中，通过改变牙齿咬合面的局部形态从而消除与对颌牙之间的不合理干扰。虚拟调牙合的工具为虚拟牙合架，应用它可降低技师对机械牙合架的依赖，消除牙合干扰[30]。另有学者采用计算机设计牙齿的形态，在体外模拟牙齿的运动轨迹，动态掌握牙合力的大小，这样制作出的全口义齿咬合接触能够更加准确[31]。

3.结语

三维数字化技术应用于全口义齿的加工制作中，可大大改善全口义齿的制作工艺，用数字系统来代替手工的制作基托、代替人工的排牙，不但以数字的方式更精准的重复操作，还能避免技师及医生因个人经验、技巧等主观因素对全口义齿最终效果的影响，同时数字化系统还可以把医师所设计的特殊咬合关系、牙合面形态等都体现在最终的全口义齿上，使全口义齿的设计及制作进入到一个既能满足牙列缺失患者个体生理功能及美观需求，又能达到规范化、标准化、自动化、工业化流程的水平。但目前数字化技术存在费用高昂、技术人员匮乏、难以推广到基层医院等问题。此外，三维数字化系统大多数集中在CAD排牙、虚拟调牙合等方面，若能对全口义齿印模制取的数字化解决方案、无牙颌个别托盘的临床适用性、直接数字化确定颌位关系等环节逐步实现，将是具有重要的现实意义。这需要生物材料学、分子生物学、计算机科学以及数字化打印设备等多学科的发展以及交叉应用，这将是数字化技术在口腔全口义齿修复乃至整个医学领域发展的趋势和热点[32]。