数字化全口义齿的临床应用和研究进展

周永胜 孙玉春 王勇

1.北京大学口腔医学院·口腔医院修复科，北京100081；2.国家口腔疾病临床医学研究中心，口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室，口腔数字医学北京市重点实验室，北京100081；3.北京大学口腔医学院·口腔医院口腔医学数字化研究中心，北京100081

1994 年，Maeda等[1]率先提出了数字化全口义齿的制作方案。随后，由于三维数字化技术难以完整、准确地实现其较为复杂的印模制取、颌位记录与平衡排牙，数字化技术在全口义齿修复领域发展较慢，多数工作局限于实验室研究，直到2011 年才出现首套数字化全口义齿制作的商业系统。近来来，随着数字化技术的软硬件和智能技术的快速发展，数字化全口义齿系统在逐渐增加的同时，修复系统的功能也在逐渐完善。本文将对数字化全口义齿的研究现状以及临床应用情况进行综述。

1 数字化全口义齿修复技术的研究现状

1.1 数字化印模技术

数字化印模技术可分为基于模型或印模三维扫描的间接数字化印模技术和基于口内三维扫描的直接数字化印模技术。间接数字化印模技术通常使用非接触式光学扫描仪。Rossini等[2]汇总了35篇既往研究，结果表明数字模型与传统石膏模型一样可靠，具有高精度、可重复的特征，凭借其在所需成本、时间和空间方面的优势，可以将数字模型视为当前实践中的新金标准。近年来，模型扫描仪的扫描效率与精度不断提高，现大多商品化的扫描仪精度在20 μm 以内，3shape E4 扫描仪官方精度可达4 μm，扫描全牙弓仅需11 s。多款扫描仪加入了纹理扫描功能，使模型上的标记线在转化为数字模型后仍然可见，对于设计者而言更加直观、方便。

直接数字化印模技术在固定修复领域应用较多，近年在获取全牙弓数字印模方面获得一些进展。Ender等[3]发现全牙弓的口内三维扫描精度低于橡胶印模材料制取的印模精度，但高于不可逆水凝胶材料制取的印模。随着软件算法以及硬件的更新与优化，新款扫描仪的精度逐步提高，如3shape TRIOS 3 及Medit i500 等新款扫描仪扫描全牙弓的正确度为20 μm，精密度在10 μm 以内[4]。但由于口内扫描仪原理上的局限性，直接数字化印模技术在无牙颌扫描中存在显著不足：1）小面积单视场扫描得到数据后再进行连续重叠拼接是其工作原理，而无牙颌黏膜表面多数区域缺乏曲率变化特征极易导致拼接错误[5]，其误差甚至可最高达0.5 mm，而且还会降低扫描效率[6]；有学者[7]在上颌腭穹窿处涂抹氧化锌或树脂增加标志点/区域以减少数据拼接错误，结果表明，增加标志点可提高获取数字印模的完整性，但标志点/区域过大会影响牙槽黏膜三维形态的准确度。2）基于光学原理的三维扫描技术较难直接获取全口义齿印模获取时边缘整塑的状态，而且扫描时对口周组织的牵拉会导致边缘扫描误差增大。Lo Russo等[8]发现，将边缘修剪后可显著提高印模精度，但印模的完整性会受到较大影响。尽管如此，多个学者对基于直接数字印模制作的义齿进行了尝试，发现上颌义齿能获得良好的固位，但下颌需要进行重衬[9-11]。因此，针对无牙颌的直接数字印模技术还需继续探索。

1.2 数字化个别托盘技术

传统方法制作个别托盘需要灌注石膏模型、修整模型、填倒凹、划线、手工雕塑、固化等多个步骤，耗时耗力。使用数字化技术只需将印模三维扫描，计算机设计并加工成实体，避免了繁琐的手工操作，可简化制作流程，提高效率[12]。陈虎等[13]基于印模膏的初印模三维扫描，建立了一种无牙颌个别托盘的数字化设计与3D 打印方法，在三维逆向工程软件Geomagic 中，使用多项命令完成个别托盘的设计，并使用熔融沉积制造技术打印出个别托盘实体，上颌个别托盘内表面整体平均偏差为0.17 mm±0.20 mm，其与石膏模型表面平均间隙为1.98 mm±0.40 mm；与传统手工制作的个别托盘相比，下颌托盘的组织面与石膏模型表面的偏差更小且稳定，其平均距离为2.01～2.02 mm，而传统手工组则为2.08～2.24 mm[14]。Sun等[15]研究表明，3D打印的个别托盘组织面预留空间的厚度分布比传统手工个别托盘更加均匀，设计了有组织终止器的个别托盘比无组织终止器的个别托盘更容易取得厚度均匀一致的印模，未经边缘整塑的印模往往边缘伸展不足。对于不愿意改变经典全口义齿修复流程的医生来说，使用数字化个别托盘技术可以提高托盘的制作效率。

1.3 数字化颌位记录技术

对于颌位关系的直接数字确定与记录的研究较少。李伟伟[18]利用基于双目视觉原理的下颌轨迹记录装置记录并直接确定无牙颌患者的颌位，其精度与哥特式弓记录的正中关系位相比，水平关系偏差在1 mm 以内，说明使用下颌运动轨迹记录装置直接记录无牙颌的颌位关系是一种切实可行的方案。未来有望将下颌运动轨迹直接记录颌位的相关技术整合到相关的软硬件中，以无牙颌患者的运动轨迹驱动调，从而实现全口义齿的平衡。

1.4 全口义齿修复的数字化美学诊断和虚拟预测

全口义齿修复时的面下1/3 软组织容貌重建是修复设计的重要指标。在全口义齿修复数字化的过程中，面部三维数据可起到颜面部分析、辅助诊断、面部虚拟预测等功能，实现对面部容貌更加精确、客观的研究。主要研究领域包括：1）将修复前与修复中采集的面部数据作为义齿设计时的美学参考信息，以提高义齿设计的精准性，同时可虚拟戴牙以实现美学评估。2）通过测量修复前后的颜面部三维数据的形态差异，为修复设计的面部虚拟预测提供数据支持。3）根据患者修复前后容貌变化的测量值获取、验证全口义齿制作中需要的相关数据及精确性。Schweiger等[19]使用面部三维扫描仪拍摄了患者口内戴入托时的静息、微笑、拉开口唇的面部三维图像，将义齿配准后评估虚拟戴牙的美学效果。Lo Russo等[20]使用智能手机获取患者面部三维数据，将无牙颌牙弓、鼻和口周等精度要求较高的区域使用口内三维扫描仪获取信息，二者融合后构建“虚拟患者”，用以在数字义齿设计期间优化牙齿的排列，该技术没有使用额外的面部三维扫描设备，降低了成本，提高了便捷度，利于普及。有学者[21]认为这种虚拟的义齿试戴可以演变成无牙颌数字修复的标准程序，但最大的缺点仍然是缺少实体义齿试戴时的评估内容，如验证颌位关系、评估咬合功能和发音等。除了美学诊断，用以支持全口义齿数字化设计的虚拟预测也是颜面部三维数据在全口义齿修复中的重要应用。Cheng等[22]利用BP 神经网络建立了弹性变形预测模型，利用变形量计算出新特征模板，使用拉普拉斯变形技术模拟术前模型的形变，建立了一种无牙颌面部虚拟预测的方法。Yuan等[23]对这种虚拟预测的方法进一步改进，并进行临床验证，预测的平均准确度为0.77 mm±0.21 mm，说明该方法可以在一定程度上实现对面下1/3部位软组织外观的虚拟预测。

1.5 全口义齿数字化设计

随着全口义齿排牙技术的发展，出现了高效简便的全口义齿设计软件。这些软件设计过程大体相似[31-32]：在扫描石膏模型和堤数据后，重建三维模型数据，通过模型分析，确定平面，确定上下颌牙弓中点、尖牙区、上颌结节、磨牙后垫等特征点，确定基托的范围，自动排列全口义齿人工牙；软件可以将整体牙列、局部牙列、单颗牙在水平、矢状及冠状面上自由移动，并可局部改变牙列弧度，以适应牙弓形态；人工牙排列完成后，根据基托范围设计基托，利用虚拟架调整咬合关系，并利用该软件精细修整全口义齿的基托，直至完成全口义齿的所有三维完整设计。

1.6 全口义齿数字化加工

减法加工即数控切削，是数字化全口义齿常用的加工方式。以聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）基托色树脂盘为材料，数控切削出带有人工牙定位孔的义齿基托，将切削的人工牙或成品人工牙粘接至基托定位孔中完成全口义齿的制作。该方案的优点是没有聚合收缩，残余的单体少，切削精度高，制作效率高，组织面适合性高，义齿固位力高[33]。然而，这种方法基托和人工牙的分步加工可能会在牙齿粘接就位的过程中产生较大的误差。Wimmer等[34]研究发现，将人工牙就位于切削的蜡基托后，人工牙偏差在-0.23 mm 到0.25 mm 之间，且此偏差会在后续使用传统工艺制作义齿后进一步增加。另有研究[35]表明，数控切削的全口义齿的磨光面精度较高，而咬合面精度较低，面平均偏差为0.50 mm。Yamamoto等[36]建议将人工牙定位孔设置为0.10～0.25 mm 偏移量，以提高人工牙和基托装配的准确性。部分义齿加工系统（如Baltic Denture System）采用一体化加工义齿方案，即使用特殊的切削树脂盘（如带有预成的人工牙列），基托牙列一体化加工，不需要将人工牙和基托粘接；AvaDent Digital Dentures XCL-1和XCL-2 方案中，切削特制的双色树脂盘，后期对颈缘进行外染色处理；但以上方案均需要配套的软件，技术要求较高。

加法加工即3D 打印，将树脂基托通过光固化技术打印出来，粘接成品或打印的树脂牙，目前尚无法完成牙列和基托的多色一体化打印。迄今，仅有Dentca 公司以及NextDent 公司的基托及人工牙树脂打印材料取得美国食品药品管理局（Food and Drug Administration，FDA）认证，但仅限美国使用，国内尚未有3D 打印树脂材料取得相关注册证。研究[37-38]表明，数字化处理3D 打印的义齿基托与数控切削基托相比，精度相当，均高于传统的装盒法制作的义齿，三者组织面适合性无统计学差异。而Prpić等[39]研究结果显示，3D 打印基托强度不及数控切削基托及传统热压基托，但其弯曲强度为60～84.5 MPa，仍满足ISO规定的65 MPa，可在临床上使用。Kalberer 等[40]将义齿浸泡、干湿循环各21 d 模拟口内环境，结果显示处理后的3D打印组精度低于切削组，同时他也提出了进一步的研究方向：3D 打印义齿的生物安全性、机械性能、致敏性、单体残余量、美观性与传统材料的结合性等。本课题组建立的功能易适数字化全口义齿将3D 打印技术应用于诊断性全口义齿，提高了该技术的应用效果。

2 数字化全口义齿的临床应用现状

近年来，随着软件算法和硬件设备的不断改进，越来越多的学者聚焦于全口义齿的数字解决方案，数字全口义齿逐渐从实验室走向临床。如今，口腔修复临床上已出现了10 余套全口义齿系统。

2.1 不同数字化全口义齿系统的临床应用

2.1.1 AvaDent 系统 AvaDent 系统[41-42]首 先 制 作 诊断模型，利用诊断模型和专有的热塑性托盘制作获取无牙颌患者的终印模。通过系统自身配套提供的解剖测量工具（anatomical measuring device，AMD）记录患者颌位关系，其工作原理类似于哥特式弓。然后再通过扫描终印模和AMD 托盘，获得具有颌位关系的上下颌三维数据；CAD 软件根据平面及无牙颌解剖特征进行人工牙的排列，自动生成龈缘形态和基托，完成义齿的设计。最后数控切削出树脂基托，手工粘接人工牙完成义齿的制作。该系统如果省去义齿试戴步骤，则可实现两次戴牙，但是在实际应用过程中，由于患者所有数据在一次就诊中获得，对于新手来说，具有一定挑战力，可能会出现一定偏差，因此建议增加一次试戴以校正在前一次就诊中所获取的信息。

2.1.2 Dentca/WholeYou Nexteeth系统 Dentca/Whole You Nexteeth 配套的专用印模托盘可分离托盘两侧后部，根据患者的情况选择大小合适的托盘[41]。取完印模后，使用手术刀将托盘后部分开，在下颌托盘安装一个记录笔，利用哥特式弓原理确定正中关系，传统方法确定垂直关系，颌位关系记录完成后，将上下颌托盘后部安装，三维扫描，CAD 软件设计义齿，将义齿三维打印，手工粘接人工牙。该系统与AvaDent系统相似，可选义齿试戴环节，仍推荐增加试戴以校正可能的错误。

2.1.3 Ceramill Full Denture系统 Ceramill Full Denture 系统印模制取和颌位记录同传统方法[43-44]，三维扫描后使用自带的CAD 软件D-Flow 设计全口义齿，D-Flow 利用人工牙数据库，通过提取平面、第一前磨牙的位置、中线、前牙的切缘等解剖位置，辅助人工牙排列，并且完成基托和牙龈缘的个性化设计。全口义齿设计完成后，由数控加工设备加工蜡块完成基托蜡型的制作，将人工牙就位基托内完成试戴义齿制作，最后结合技工室传统工艺制作完成终义齿。该方案支持在椅旁进行试戴义齿的调整。

2.1.4 Wieland Digital Denture系统 Wieland Digital Denture系统[31,45]在患者第一次就诊中用传统方法获取患者的无牙颌初印模，使用正中托盘（centric tray，Ivoclar-Vivadent 公司）获取初步的颌位齿，患者第3次就诊时试戴并进行调整。技工室再次扫描调整后的试戴义齿设计终义齿，切削基托粘接人工牙，于患者第4次就诊时戴牙。该系统最大的优点在于采用了二次印模法，对于牙槽嵴吸收严重的患者能取得较好的临床修复效果。

2.1.5 Baltic Denture系统 Baltic Denture系统[21,44]在一次就诊中获得患者的终印模，使用配套的BD Key套装获得患者的颌位关系并进行美学诊断，之后扫描印模和颌位关系，在配套的设计软件中选择匹配的牙列模板（牙齿和牙列各分大中小三个型号）完成义齿设计，最后切削带有预成牙列的坯料，该坯料上的预成牙列与设计软件中所选择记录，使用配套的平面板确定平面，在技工室三维扫描并配准后使用全口义齿设计软件（3shape）设计一种可以安装哥特式弓的托，数控切削后在患者第2 次就诊时制取终印模，确定位关系，校准 平面。技工室扫描设计义齿并切削单色义的牙列模板相同，最后打磨抛光完成义齿制作。该方案最大的优点在于两次即可戴牙，无需试牙，但是BD Key 对于初学者来说操作难度大，在制取咬合关系时容易失败，并且人工牙列为预成，适应范围有一定局限，不适用于上下颌位关系不协调的患者。

2.1.6 功能易适数字化全口义齿（functionally suitable complete denture，FSD）系统 FSD系统[46]在患者第1次就诊时获取初印模、初始颌位记录及美学信息，设计和3D 打印一种全口义齿形态的闭口式个别托盘，称为诊断义齿，用以第2次就诊时制取终印模、颌位关系及美学诊断。扫描终印模后软件设计出最终的全口义齿，将其一体化三维打印，结合传统技工室方法完成义齿的制作，在患者第3次就诊时戴牙。该方案的优势在于特殊设计的诊断义齿可在一次就诊中完成传统全口义齿修复中的终印模、颌位关系、义齿试戴三个步骤，大大简化了临床操作流程，提高了效率。

2.1.7 Vita Vionic 系统 Vita Vionic系统[47]可为开放式CAD/计算机辅助制造（computer aided manufacturing，CAM）系统提供切削材料。该系统没有固定的扫描仪、软件及加工设备，可以应用5个步骤的常规全口义齿制作方案，也可以应用仅3次就诊的简化方案。将终印及颌位关系数字化后，可切削蜡型进行试戴，也可直接制作义齿。对于医生而言，如果不愿意改变经典的全口义齿修复习惯，可以使用该系统仅替代义齿的制作步骤。尽管开放系统能集成扫描仪、软件或切削设备，但是该系统没有固定的临床流程，需要医生和技工室共同建立一个工作流程。

2.1.8 3shape系统 3shape全口义齿系统[32,48]为开放性系统，提供无牙颌个别托盘及全口义齿设计模块，全口义齿设计完成后可导出牙列基托一体数据，也可分别导出基托或牙列，义齿加工端需与其他设备结合使用。该软件最大的特点是软件的可操作性强、功能多。许多学者使用该软件进行全口义齿数字化操作流程的探索。Clark等[49]结合3shape 软件的二维照片微笑设计功能设计义齿，最终切削单色义齿并用粉色复合材料修饰牙龈。Lo Russo等[48]在不改变临床医生修复诊疗习惯的前提下，使用3shape 软件设计无牙颌个别托盘、托、全口义齿，以替代传统技工室手工操作，Lo Russo等[9]尝试使用3shape 软件的单颌总义齿设计模块并利用虚拟调功能设计单颌总义齿，分别切削基托和牙列并粘接，完成义齿的制作。Qu等[50]使用3shape 软件设计了可安装哥特式弓的托盘，并3D 打印，用于下一次患者就诊时的印模及颌位关系制取。

2.1.9 其他系统 Dentalwings Full Dentures、Exocad Full Denture 与3shape 系统相似，为开放性系统，主要提供设计软件方面的支持。可导入STL数据进行全口义齿的三维设计并将设计完成的数据输出，义齿加工端需与其他设备结合使用。

2.2 数字化全口义齿的优缺点

相较于经典的全口义齿，数字化全口义齿具有诸多优势[43,51]，包括：减少患者就诊次数，这对于老年患者来说尤为重要；减少椅旁时间，提高操作的便利性；所有数据均以数字的形式保存，当义齿丢失或需要制作外科阻射导板时，可以迅速调用数据进行制作；减少技工室操作，提高效率及义齿制作精度；与常规的义齿基托材料相比，PMMA 树脂块具有更好的临床适合性，没有聚合收缩与单体残余。Srinivasan 等[52]的研究表明，与传统的全口义齿方案相比，数字化全口义齿的临床及技工室耗时更短。

数字化全口义齿技术也存在一些缺点[43,51]：尚未见将面部三维扫描技术常规应用于数字诊疗流程中；用于全口义齿数字化设计的软件很难实现平衡，需要在义齿制作完成后临床调磨才能达到平衡；与经典修复流程不同的数字化全口义齿系统具有学习曲线，在这期间制作的CAD/CAM全口义齿可能会出现失败或达不到临床预期；省略义齿试戴的步骤会使医生无法在椅旁评估美学与发音并且失去了校正颌位与印模错误的机会，可能会增加义齿失败的概率。Yilmaz 等[53]认为现阶段的数字化全口义齿技术仍有许多不足，因而结合传统工艺能够最大体现优势，但是这需要增加就诊次数。此外，切削法制作的数字全口义齿的材料成本较高，多数系统未在国内注册应用，这也导致了商品化全口义齿系统在我国难以大范围推广使用等。

3 数字化全口义齿技术的应用展望

伴随我国社会老龄化的进程，无牙颌患者将逐渐递增。尽管使用数字化技术辅助医疗已经成为发展的大趋势，但是相比于固定义齿，全口义齿数字化技术的成熟度相对较低，未来，可在多个研究方面进行探索：在义齿制作上，如能实现多色一体化3D 打印将能极大地提高义齿的制作效率，但需在提高打印义齿强度、耐磨度、精准性、美观、生物安全性等方面完善3D 打印材料和打印工艺；在临床流程上，需在推进全流程数字化方面开展深入研究，如利用口内三维扫描、下颌运动轨迹、面部虚拟预测等技术，摆脱实体印模及颌位关系记录，降低对医生的经验依赖，以提高临床诊疗效率等。

致谢：感谢北京大学口腔医院修复科博士后邓珂慧协助文献收集和整理。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。