口内扫描结合3D打印技术在单牙缺失种植修复中的临床效果评价*

胡刚刚 袁长永 李 敢 李晓飞 陈琪欣 王鹏来

数十年来，种植修复已经成功地治疗了大量牙列缺损和牙列缺失的患者[1]，相比于传统技术制作种植修复体而言，计算机辅助设计和计算机辅助加工(computer aided design/computer aided manufacture，CAD/CAM)技术成为了另一种选择[2]。随着计算机技术的发展，单颗牙的数字化种植修复首先应用于临床。Joda等[3]采用口扫数据直接设计制作单牙缺失的种植修复体，其精度在临床可以接受的范围内。田杰华等[4]对单颗前牙缺失的病人采用CEREC系统进行口内扫描，CAD/CAM制作全瓷螺丝固位一体冠，在椅旁进行调改，发现牙冠需要调改的部位和时间相对较多。由于磨切设备的最小切削厚度有局限性，瓷块在烧结之后会有收缩，致使修复体的穿龈部分无法进行有效的牙龈塑形无法获得合理的邻接形态。实体模型可以解决这个问题，所以传统的CAD/CAM种植修复体是基于硅橡胶印模，通过口外扫描石膏模型，设计和制作的[5]。

由于印模材料和石膏模型存在变形,导致CAD/CAM种植修复体的设计和制作存在一定的误差,不能设计和制作出满意的修复体。而3D打印为解决这一问题提供了一种可能。利用口内扫描的数据打印出3D模型，既实现了数字化印模，又有了实体模型。本实验采用口内扫描结合3D打印技术制作单牙缺失的种植修复体，并评价其临床效果，期望解决这一问题，为其广泛应用提供临床参考。

1.材料与方法

1.1 病例的选择与分组 从2017年6月至2018年6月就诊于徐州市口腔医院种植中心的患者中，招募并筛选符合条件的志愿者。本实验经徐州市口腔医院医学伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。纳入标准：①全身情况良好，无种植禁忌；②单颗后牙缺失的种植患者；③咬合关系稳定，覆牙合覆盖基本正常，有完整的邻牙和对颌牙；④能够配合医生完成种植修复过程并填写满意度调查表；⑤患者选择Straumann系统种植体。

分组：共计纳入40例患者，随机分为实验组和对照组，每组各20例。实验组采用CS 3600R口内扫描仪结合3D打印模型，CAD/CAM设计制作修复体。对照组硅橡胶取模，灌注石膏模型，制作修复体。

1.2 材料与设备 Straumann种植系统(Straumann公司，瑞士)；CS 3600R口内扫描仪(Carestream公司,美国)、Straumann扫描杆(Straumann公司，瑞士)；Straumann转移杆(Straumann公司，瑞士)；硅橡胶印模材(DMG公司，美国)；模型处理软件Dental BD(EXO CAD公司，德国)；3D打印机VIDA(EnvisionTec公司，德国)、3D打印模型材料E-model Light(EnvisionTec公司，德国)、3D打印牙龈材料E-GUM(EnvisionTec公司，德国)、JeltrateR超硬石膏(登士柏公司，美国)；设计软件Dental CAD(EXO CAD公司，德国)，二氧化锆瓷块(爱尔创公司，中国)；切削仪(WEILAND公司，德国)，烧结炉(WEILAND公司，德国)，光固化树脂(3M公司，美国)；Straumann VariobaseR(Straumann公司，瑞士)。

1.3 修复体制作 种植外科完成后，随机分为实验组和对照组，每组各20例。实验组：采用CS 3600R口内扫描仪按照推荐的流程采集患者的口内信息(图1)，扫描1/4牙列。包括对颌牙列及咬合记录，生成标准镶嵌语言(Standard Tessellation Language，STL)格式的通用型文件，导入模型处理软件EXO dentalDB中，编辑生成带有种植体三维位置及其周围软硬组织形态的模型数据(图2)，生成STL文件，导入3D打印机中(图3)，分别打印出模型和人工牙龈。同时，在模型处理软件中生成的STL格式的文件，导入修复设计软件EXO dental CAD中，进行上部修复体设计(图4)，设计完成后，传递给WIELAND切削仪，切削二氧化锆瓷块，烧结炉烧结出修复体。修复体和VariobaseR分别戴入已经打印好的3D打印模型上，牙冠上釉、烧结，VariobaseR与牙冠粘接后，除去多余粘接剂。在模型上试戴调磨，高度抛光(图5、图6)。记录从口内开始扫描到扫描完成的时间。对照组：采用开窗取模法，材料为硅橡胶印模材。取下愈合帽，连接印模杆，口内试托盘，开窗打孔，手动调拌硅橡胶印模材，制取工作颌印模，同样采用硅橡胶印模材制取对颌模型。在工作颌印模上注入人工牙龈，灌制石膏模型，口外扫描仪扫描模型，导入EXO dental CAD中，进行上部修复体设计，WIELAND切削二氧化锆瓷块，烧结炉烧结出修复体，上釉、烧结，VariobaseR与牙冠粘接后，除去多余粘接剂。在模型上试戴调磨，高度抛光。记录从连接印模杆开始到制取对颌牙印模完成的时间。

图1 口内扫描

图2 生成模型

图3 设计修复体

图4 排版打印模型

图5 3D打印的种植模型

图6 修复体戴入3D种植模型中

1.4 口内试戴，固位 将修复体戴入患者口内进行调改，如果邻接松，或者无咬合接触需要加饰瓷，则返回技工室修改完成后，再戴入患者口内。调改至正中咬牙合，天然磨牙轻咬时，种植修复体与对牙合牙无早接触，磨牙紧咬时，所有牙有均匀接触；下颌侧向运动时，种植修复体无接触[6]。调改合适后，高度抛光，加扭力35N·cm，使用光固化树脂封闭螺丝口。记录每个修复体调磨的时间及调磨的部位。所有治疗过程均由同一名医生完成(图7，图8)，术后拍摄X线片，检查修复体与基底、基底与植体之间是否有间隙，上部修复是否完全被动就位(图9)。

图7 修复体戴入患者口内面照

图8 修复体在患者口内的颊面照

图9 术后X线片

1.5 修复效果评价 请患者使用视觉模拟评分(VAS)量表对制取印模时的感受进行打分。修复结束后请患者填写关于对修复体满意程度的调查问卷。

1.6 修复体评价 如表1所示，根据改良的美国公共卫生署的(United StatesPublicHealth Service，USPHS)修复体评价标准[7]，由一名未参与修复过程的种植修复医生对所有调磨完成的修复体进行盲测，盲测项目包括外形、表面质地、颜色匹配。

表1 修复体评价标准

1.7 复诊 术后3～6个月对患者进行逐一随访，检查有无食物嵌塞、咬合高点等情况，以及牙龈，牙周，对颌牙及邻牙的健康状态。

1.8 数据处理 应用SPSS 18.0软件包进行统计学分析，对数据进行正态性检验，如符合正态分布，则采用t检验；如不符合正态分布，则采用Wilcoxon秩和检验进行数据处理，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2.结果

2.1 患者的一般情况 在招募的志愿者中，实验组20例，其中男9性例，女11性例；年龄44～83岁，平均(61.3±5.6)岁。对照组20例，其中男性12例，女性8例；年龄43～84岁，平均(63.7±5.2)岁。两组患者性别、年龄差异均无统计学意义(P＞0.05)，具有可比性。

2.2 患者取模的满意度(VAS)评分 我们从取模的时间、便利程度、焦虑程度、不适的味道、恶心、疼痛等方面，比较患者对数字化印模和传统印模的主观感受。结果显示，如表所示(表2)，数字化取模对患者造成的不适感小，花费时间少，满意度高(P＜ 0.05)。

表2 患者对取模的满意度

2.3 椅旁时间 数字化的印模时间为(14.1±2.2)min，传统取模的时间为(17.4±1.5)min，两者具有统计学差异。实验组患者试戴修复体的平均时间为(5.8±1.2)min，对照组平均时间为(10.7±1.5)min。实验组有12颗修复体无需调改即刻就位，对照组仅有6颗修复体无需要调改。对不能直接就位的修复体，实验组的调磨部位和调改时间也显著小于对照组(表3)。

表3 试戴修复体的时间和调磨部位

2.4 修复效果评价 根据改良的美国公共卫生署的(United States Public Health Service，USPHS)修复体评价标准，两组试戴调磨后的修复体均取得较高的评价。在表面质地和颜色匹配方面，均达到A类标准，无统计学差异。在外形方面，实验组有85%的修复体达到A类标准(表面外形正确，或外形略有过突，接触点紧)，其余15%的修复体达到了B类标准(表面外形不正确，外形突度不足，接触点松)，对照组仅有70%的修复体达到了A类标准，其余30%的修复体达到了B类标准。

实验组有90%的患者对修复体非常满意，而对照组仅有70%的患者对修复体非常满意，两者具有统计学差异。

2.5 随访 术后我们对所有患者进行了3～6个月的随访，所有患者均无食物嵌塞、咬合高点的情况，对颌牙、邻牙、牙周及牙龈情况良好。

3.讨论

口内光学扫描的精度已有较多报道，较多学者认为目前口内扫描技术用于种植单冠修复的精度在临床可接受范围内[8,9]。本实验采用的CS 3600R口内扫描仪的精密度已有报道。Imburgia等[10]对四种口内扫描仪(CS 3600R、3shape Trios 3R、Cerec OmnicamR、True DefinitionR)的精准性进行了比较，发现四种口内扫描仪都可以获得精准的扫描数据，扫描部分口内信息比扫描全口信息更精准。其中CS 3600R口内扫描的精准度最高，其次是Trios 3R、OmnicamR、DefinitionR。

影响口内光学扫描精度的因素有：口内扫描仪的基本原理、扫描的操作方法、熟练程度、扫描的范围等。不同的口内扫描仪，其扫描成像的原理各不相同，不同扫描仪的精度均有一定的差异[11]。在扫描时，应按照厂商要求的操作方法进行扫描。口内扫描仪扫描部分牙列比扫描全口牙列更精准[9，11]。关于口内光学扫描的精度和传统取模精度的比较也有报道。目前，对口内光学扫描的精度研究有所报道。其扫描范围不同，与传统硅橡胶印模相比，精度也不同。Seelbach等[12]，Henkel等[13]研究了口内扫描仪扫描部分牙列时，口内扫描仪的精度比传统印模的精度高；Ender等[14]，Patzelt等[15]认为扫描全口牙列时，传统印模的精度比口内扫描仪的精度高。

两种取模方式的评价方式都是独立制定的。口内扫描成功的标准是种植扫描杆及邻牙清晰可见，咬合记录可被电脑系统确认。传统取模成功的标准是无人为干扰及印模材料无变形条件下获取的种植转移杆的位置。咬合记录则经过在口中再次确认来检查是否可以重复无干扰就位。所有流程由一位有经验的种植科医师和助手共同完成。这名医师也负责评价印模的成功与否。结果表明，两组患者均成功获得了种植体的三维位置，无失败及并发症。

本实验结果显示使用数字化方式取模，患者就诊体验更舒适，更高效，焦虑减少，患者的满意度较高。尤其在室温低、患者张口度小以及腭咽反应较重的情况下，数字化的舒适度体现的更为明显，这与Joda等[16]、Yuzbasioglu等[17]的实验结果相似。但是，从患者满意度调查问卷表中，我们也看到了口内扫描仪也存在着一些问题，需要进一步优化和改进，如当种植体位于下颌第二磨牙时，扫描头偏大，在扫描舌侧时会引起患者的异物感和腭咽反应。口内牙齿、扫描杆、牙龈等各种软硬组织需要保持干燥，患者会有不适感。

本实验采用的VIDA打印机是采用的激光光固化成型技术，该工艺的特点是：零件精度高，强度及硬度好，不易变形及磨损。而石膏模型相较于3D打印模型存在明显不足。石膏模型在硬化过程中会产生纯膨胀现象，膨胀率约为0.085%，且石膏模型材料的晶体为12～25um，形状呈棱柱状或不规则针状；3D打印用的树脂模型材料，微粒相较于石膏晶体小得多，且树脂微粒均匀一致，因此石膏材料的精细结构复制能力较差[18]。冯全胜等[19]对口腔3D打印模型和传统石膏模型的精确性进行了比较，发现3D打印模型的精密度高于石膏模型。在临床操作中传统石膏模型也存在一系列缺陷，如在灌注时可能产生气泡而影响义齿制作，在储存时占用空间，会发生膨胀变形，在运输时存在破损的危险，重量过沉等，影响了修复体的制作，也不便于与相关专业人士和患者的交流沟通。

关于数字化印模结合3D打印种植模型的精度，国外已有研究报道。有学者在体外比较了单牙缺失的数字化印模结合3D打印种植模型同传统方式印模灌注石膏模型的精度，认为口内扫描结合3D打印模型的精度要优于传统方式[20]。但也有学者研究发现，在后牙缺失两颗植体的患者中，数字化印模结合3D打印模型不如传统方式准确[21,22]。口内扫描结合3D打印技术在种植修复中的作用是在数字化的流程中，精准获得植体及邻牙的信息，从而更精准的制作修复体，减少医生的椅旁时间，改善患者满意度。通过口内扫描，可以直接在软件中设计，省去了取模，灌注石膏模型、修整模型及口外扫描的步骤，减少了误差；3D打印种植模型，可以在切削的瓷块上更精准地修整外形，调整邻接及咬合，更为有效地对牙龈进行塑形，使种植修复体能发挥良好的功能。

本实验以外形、颜色匹配、表面质地作为修复体的评价指标。在修复体制作完成时，这三个指标均达到A类标准。在患者口内试戴时，无需调改的修复体数量实验组比对照组多。当调改完成时，修复体的外形发生了改变，主要体现在调磨邻接和咬合区，此时进行UPSHS评分，结果显示达到A标准的修复体的数量实验组多于对照组，说明口内扫描结合3D打印技术制作的种植修复体精度较对照组高。这同调改修复体部位的结果是一致的，这体现了数字化的精准。本实验两组的颜色及表面质地均无统计学差异，说明修复体经过少量调磨即可达到要求。实验组的椅旁时间少于对照组，说明口内扫描结合3D打印模型制作的修复体，能够减少医师的椅旁时间，体现了数字化的高效。患者的满意度实验组高于对照组，体现了数字化的舒适。

本病例选择了Straumman系统的植体，因其系统有扫描杆及原厂的成品钛基底基台，技工室CAD/CAM软件有与其相匹配的扫描杆及成品钛基底基台的数据；本研究由于病例筛选较为局限，多颗牙缺失及全口缺失的种植修复等病例并未纳入，此类病例的修复效果仍需后续研究。在术后3～6个月的短期随访中，无螺丝松动，食物嵌塞，植体松动等现象的发生，初步效果良好，其远期效果还需要进一步的观察随访。

本研究结果提示：口内扫描结合3D打印技术制作单牙缺失的种植修复体，精度高，印模时间及椅旁调改时间短，患者满意度高，体现了数字化的优势：精准、高效、舒适，在临床上值得推广。