椅旁生物再造功能设计全冠咬合面及邻面接触穿透区面积的比较

席 爽,逯 宜,唐青青,王 方*

(1西安交通大学口腔医院,陕西省颅颌面精准医学研究重点实验,西安 710004;2西安交通大学口腔医院口腔修复科;*通讯作者,E-mail:xjtuff@126.com)

自20世纪80年代末,计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)技术广泛应用于口腔修复学,修复体的制作方式逐渐从人工转变为计算机智能化操作[1,2]。

以临床医师需求为导向的椅旁CAD/CAM系统数字化设计软件具有以下明显的技术特点:专一的设计功能;流程化的设计步骤;预设经验参数;复杂设计环节智能化。除预设参数外,还可以通过智能软件算法,降低复杂设计环节中交互设计的难度[3]。考虑到大多数临床医生缺乏对全冠形态设计相关知识的系统培训,椅旁系统的这些特点有助于临床医师更好地完成修复治疗,缩短临床操作时间。

普遍认为全冠修复体应具有功能性的咬合面形态,与邻牙、对颌牙相协调,建立无干扰的功能性咬合接触。在传统制造过程中,技师通过手工法实现这些目标。CAD/CAM全冠的形态主要由CAD软件生成。起初,全冠形态是基于标准库生成的[1,4]。然而,标准形态的全冠无法直接应用于个体,需要利用额外的操作时间进行人工调整,并且可能影响修复体的强度[5-7]。瓷睿刻(CEREC)软件(Sirona Dental Systems GmbH,Bensheim,Germany)是CAD/CAM技术在口腔修复学中的主要应用之一[8,9]。该系统开发了一种称为生物再造设计的新功能,能够利用智能化的数学算法来生成全冠形态。其科学依据是牙齿间存在着可用数学函数表示的形态学关系[6],基于对牙齿形态的数学描述,CEREC软件的智能形态设计算法可以从三维(3D)数据库、邻牙、对颌牙、预备前的牙齿和对侧同名牙中获取信息,自动生成适合患者个性化牙列和咬合特征的全冠。与标准化的传统方法相比,大大减少了人工调整的工作量和工作时间。

生物再造设计功能包括生物再造复制(BC)、生物再造自定义(BI)、生物再造参考(BR)三种模式。BC模式:复制牙体预备前的牙齿结构,在生物重建功能的帮助下对预备体进行全冠设计,以保留牙齿原有的形态。BI模式:在软件的3D数据库中,包括数百个无龋且牙冠完整的牙齿扫描数据。在3D数据库和数学算法的基础上,通过分析预备体的形态,重建相应全冠。BR模式:自行确定修复体设计方案中的参照牙,根据参照牙的形态设计全冠[9,10]。

本研究旨在比较CEREC椅旁系统三种生物再造设计功能(BI、BC和BR模式)生成全冠的咬合及邻接关系的差异,指导临床医师更好地选择合适的椅旁设计策略。

1 材料与方法

1.1 印模制取与全冠预备

选择上颌中切牙形态完整、自然且对称,邻牙及对颌牙无龋坏、充填体或修复体,牙体组织无严重磨耗,咬合关系正常,无明显错牙合畸形,口腔卫生较好,无牙周疾病的6名志愿者。制取上、下颌硅橡胶印模(Honigum blue,DMG,Hamburg,Germany)。由Ⅳ型石膏(Die-Stone,Heraeus Kulzer,USA)灌制的石膏模型(志愿者上下颌牙列石膏模型见图1)。使用口内扫描仪(CEREC-3D,Sirona,Bensheim,Germany)扫描并记录上、下颌牙列和咬合关系,获取原始模型数据。

图1 灌注石膏模型Figure 1 Gypsum model with uniform perfusion

由同一名经验丰富的临床医师对6副石膏模型的右侧上颌中切牙按照全瓷冠标准进行预备(牙体预备后的石膏模型见图2)。根据上述相同的方法,获取预备后牙列和咬合关系的虚拟数据。

图2 按照全瓷冠标准预备后的右上颌中切牙石膏模型Figure 2 Preparation of the right maxillary central incisors

1.2 生物再造设计功能生成全冠

修剪虚拟模型并绘制边缘线,确保插入轴平行于牙齿的牙体长轴并垂直于合平面。通过CEREC系统(Sirona Dental Systems GmbH,Bensheim,Germany)生物再造设计功能的BC、BI和BR三种模式重建预备体。共生成18个右侧上颌中切牙全冠(6个来自BC模式,6个来自BI模式,6个来自BR模式),BC、BI和BR三种模式生成的右侧上颌中切牙全冠见图3。

1.3 咬合及邻接关系的比较

在CEREC软件的分析工具中选择“彩色模型”,可显示右侧上颌中切牙全冠与邻牙及对颌牙的接触关系。全冠显示红色部分表示接触区穿透深度/压力>100 μm,黄色部分为50-100 μm,绿色部分为0-50 μm。全冠显示浅蓝色部分表示接触面距离0-50 μm,中蓝部分为距离50-100 μm,深蓝部分为距离>100 μm。分别保存每个修复体邻面及咬合面的图像,图像均按相同的角度及大小显示,缩放比例为100%;观察选项分别选择局部视图的咬合面、近中和远中,咬合面接触区图像见图4,邻面接触区图像见图5,共获得54张图片。

将图片导入软件ImagePro Plus(IPP)中,分别计算右侧上颌中切牙全冠咬合面和邻面接触穿透区(红色、黄色及绿色)及穿透深度>100 μm区(红色)的面积。

A. BC组 B. BI组 C. BR组图3 CEREC系统生物再造设计功能生成右侧上颌中切牙全冠Figure 3 The full crowns generated by the biogeneric design function

A. BC组 B. BI组 C. BR组图4 “彩色模型”中右侧上颌中切牙咬合面接触区图像Figure 4 The images of contact area of occlusal surface in “color model”

A. BC组 B. BI组 C. BR组图5 “彩色模型”中右侧上颌中切牙邻面接触区图像Figure 5 The images of contact area of adjacent surface in “color model”

1.4 统计分析

使用SPSS 18.0统计软件对数据进行统计分析。采用随机区组设计的方差分析分别分析BC、BR、BI三种模式生成右侧上颌中切牙全冠咬合面及邻面接触穿透区(红色、黄色及绿色)及穿透深度>100 μm区(红色)的面积,采用LSD检验进一步作两两比较。检验的α水平为0.05。

2 结果

2.1 右侧上颌中切牙全冠接触穿透区(红色、黄色及绿色)面积比较

方差分析表明,BC、BR和BI三种模式咬合面接触穿透区面积组内的差异有统计学意义(F=10.102,P<0.05)。组间两两比较表明,BR与BI之间的差异无统计学意义(P>0.05);BC与BR之间,BC与BI之间的差异有统计学意义(P<0.05)。三种模式重建的全冠咬合面接触穿透区面积的统计学结果表明,与BR及BI模式相比,BC模式生成的全冠咬合关系最佳。

方差分析表明,BC、BR和BI三种模式邻面接触穿透区面积组内的差异无统计学意义(F=1.705,P>0.05)。邻面接触穿透区面积的统计学结果表明,三种模式重建的全冠邻接关系无显著差异。BC、BR和BI三种模式咬合面和邻面接触穿透区面积见表1。

表1 BC、BR和BI三种模式咬合面和邻面接触穿透区面积(像素)

Table 1 The contact penetration areas of occlusal and adjacent surface in BC, BR and BI modes(points)

组别咬合面邻面BC组2015±23857853±5105BI组 19327±6410∗8253±2731BR组 13615±11565∗7959±2520

与BC组比较,*P<0.05

2.2 右侧上颌中切牙全冠穿透深度>100 μm区(红色)面积比较

方差分析表明,BC、BR和BI三种模式咬合面穿透深度>100 μm区面积组内的差异有统计学意义(F=11.244,P<0.05)。组间两两比较表明,BR与BI之间的差异无统计学意义(P>0.05);BC与BR之间,BC与BI之间的差异有统计学意义(P<0.05)。三种模式重建的全冠咬合面穿透深度>100 μm区面积的统计学结果表明,与BR及BI模式相比,BC模式的生成的全冠咬合关系最佳。

方差分析表明,BC、BR和BI三种模式邻面穿透深度>100 μm区面积组内的差异无统计学意义(F=0.502,P>0.05)。邻面穿透深度>100 μm区面积的统计学结果表明,三种模式重建的全冠邻接关系无显著差异。BC、BI和BR三种模式咬合面和邻面穿透深度>100 μm区面积见表2。

表2 BC、BI和BR三种模式咬合面和邻面穿透深度>100 μm区面积(像素)

Table 2 The areas of penetration depth>100 μm of occlusal and adjacent surface in BC, BI and BR modes(points)

组别咬合面邻面BC组1099±1341964±849BI组 17902±6325∗899±608BR组 12752±11814∗1720±2174

与BC组比较,*P<0.05

3 讨论

自然和谐的牙体形态对全冠具有重要意义[6]。重建功能性咬合面和邻面,与对颌牙和邻牙相协调,对口颌系统的稳定至关重要[11]。精确的形态可以减少临床调改,从而减少椅旁操作时间。同时,较少的研磨意味着可以在较少损坏材料的情况下更好地使全冠就位[12]。全冠咬合面的设计不仅是咀嚼功能的关键,也是整个口颌系统稳定的关键[13]。协调的咬合关系确保了咀嚼过程中下颌的功能性运动不受干扰,有利于避免潜在的有害剪切力[14]。

在临床椅旁修复中,全冠的设计主要由临床医师独立完成。然而,与技师相比,大多数临床医师缺乏牙齿形态设计相关知识与经验[8,10]。尽管模拟或复制下颌运动的虚拟合架现在可用于CAD/CAM系统,但这些牙合架的应用大多需要具备专用设备,要求临床医师掌握相关知识,并且操作过程相当耗费时间[10]。因此,自动生成适合患者个性化牙列和咬合关系的全冠,对于椅旁系统应用于临床具有重要意义。CEREC软件开发的生物再造设计功能可以自动生成个性化的全冠,能够在一定程度上弥补临床医师的不足,提升修复效果。生物再造设计功能的BC、BI和BR三种模式在临床中的具体应用特点还有待进一步研究。

在临床中,CAD/CAM全冠在黏接前不可避免地需要一定量的调磨,临床调改时间也是评价全冠的重要指标之一。一般来说,虚拟全冠在软件中的接触穿透区面积越小,椅旁调磨时间越短。全冠接触区穿透深度>100 μm(红色)部分在临床中需要大量的调磨,不仅增加椅旁操作时间,同时也会降低材料的强度。因此接触穿透区尤其是穿透深度>100 μm区域的面积越小,临床操作时间越短,并能更好地保持修复体的力学性能,降低因临床调磨导致的修复体崩瓷。

在本研究中,选择形态完整、自然且对称的上颌中切牙,采用CERCE软件的生物再造设计功能(BC、BI和BR模式)对全冠进行设计。研究结果表明,BC模式生成全冠的咬合关系优于BR和BI模式。三种模式生成全冠的邻接关系无明显差异。

口颌系统的重建是一个漫长而复杂的过程[15]。由于长期的磨耗与磨损,牙齿的形态会逐渐发生变化。牙齿形态的突然变化可能导致口颌系统紊乱。例如,邻面突度的变化可能引起食物嵌塞,咬合面的变化可能引起咬合干扰,垂直距离异常,甚至导致颞下颌关节紊乱综合征[16]。对临时冠效果满意的牙齿,或形态完整但需要根管治疗的牙齿,可使用BC模式进行全冠修复,从而获得咬合关系的稳定[5,17]。对于口内仅余留几颗牙但仍能保持咬合关系的患者,当其中一颗或几颗牙齿需要全冠修复,牙体预备后原有的咬合关系会消失。在这种情况下,传统的口腔修复治疗需要重新确定咬合关系,这会延长治疗周期,且修复效果不确定。如果全冠能使预备体恢复原有的牙合面形态,就能恢复患者原有的咬合关系,从而提高治疗效率。对于上述患者,使用BC模式维持牙冠形态的稳定对口腔颌面系统的健康具有重要意义。

然而,在临床上,由于龋齿、外伤等原因需要全冠修复的牙齿,其形态大多不完整,自身不具备良好的咬合和邻接关系,这类患牙不适合使用BC模式设计全冠。如果患牙的同名牙形态完整,BR模式可以根据同名牙形态生成全冠,也是一种有效的设计方法,尤其适用于前牙美学修复,利用同名牙的形态重建前牙有助于实现全冠的对称性[4,9,18,19]。中切牙是美学修复的重点,应在中线显示出高度的对称性。传统实验室制作的全冠很难实现对称,能否成功很大程度上取决于技师的经验[20]。BR模式可以参考同名牙的线角和切端形态,更易获得较好的修复效果[4,9]。

如果原牙和同名牙的形态均不佳,也可以采用BI模式设计全冠。BI模式是基于数学算法,根据邻牙和对合牙生成全冠。文献表明,BI模型也可以获得良好的形态,接近原始牙齿[1,6,11]。有研究评价了生物再造设计功能生成的全冠的咬合关系,认为在临床随机病人选择条件下BI模式的咬合接触比BC模式更接近原始牙齿[18]。结论与本研究不同的原因可能是本研究建立在中切牙形态完整、自然且对称的志愿者这一条件下,这样的条件设定有利于排除牙冠形态差异化对比较结果的影响,有利于在统一标准的条件下显示出三种算法的差异,但也会提高生物复制功能(BC)的修复效果。

对于形态完整、自然且对称的上颌中切牙,其邻面与邻牙接触,使用口内扫描仪无法获取完整的邻面图像。在BC、BI、BR三种模式下邻面接触区的设计大部分还是由软件的算法得出,而非依据原牙或同名牙的接触区形态设计,弱化了生物再造设计三种模式的设计特点,这可能是造成三组全冠邻接关系无显著差异的原因。

综上,为了更好地为患者服务,临床医师有必要花时间学习牙冠外形设计相关知识,提高在椅旁设计软件上调改全冠外形的能力。同时,相关设计软件应继续优化系统,以便能自动生成更接近临床需求的全冠[2,10]。

本研究的局限性在于研究对象仅针对形态完整、自然且对称的上颌中切牙,实验结果的适用范围有限。后续研究将进一步分析在不同情况下,椅旁设计策略的制定。