臨床口腔計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

董 麗，潘 成，梁 正

(1山東醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，濟(jì)南250002;2濟(jì)南市口腔醫(yī)院)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、電影等多個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代，法國(guó)口腔醫(yī)生Francois開(kāi)創(chuàng)性地將CAD/CAM技術(shù)引入到口腔修復(fù)體的設(shè)計(jì)與制作中來(lái)。1985年，Duret利用該系統(tǒng)制作了世界上第1個(gè)CAD/CAM全冠，1986年德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)了世界上第1臺(tái)商用口腔修復(fù)CAD/CAM系統(tǒng)——CEREC系統(tǒng)，從而開(kāi)創(chuàng)了以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐平臺(tái)的數(shù)字化口腔修復(fù)時(shí)代［1］。本文主要就CAD/CAM技術(shù)在口腔修復(fù)、正畸、種植中的應(yīng)用綜述如下。

1 CAD/CAM在口腔修復(fù)中的應(yīng)用

1.1 制作部分冠、全冠、嵌體、高嵌體、貼面、固定橋等多種修復(fù)體 CEREC 3D系統(tǒng)是最具有代表性的牙科CAD/CAM系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可制作部分冠、全冠、嵌體、高嵌體、貼面、固定橋等多種修復(fù)體。其特點(diǎn)是:設(shè)備操作在綜合治療臺(tái)旁直接完成，不需取實(shí)體印模，不需要臨時(shí)牙，加工成的修復(fù)體為成品。它打破過(guò)去磨牙、取模、刻臘、燒瓷等傳統(tǒng)假牙制造程序，患者只需一次就診即可獲得滿意的牙齒修復(fù)體。該系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、3D立體攝影機(jī)、無(wú)線傳輸裝置、3D全瓷修復(fù)設(shè)計(jì)制作軟件及全自動(dòng)瓷塊研磨機(jī)。利用CEREC 3D系統(tǒng)制作全瓷冠的過(guò)程為:醫(yī)師首先根據(jù)患者牙齒顏色選擇顏色合適的瓷塊，然后進(jìn)行牙體制備，并在制備的牙體和臨牙上噴粉，用系統(tǒng)攝像頭獲得基牙的三維影像圖片后，系統(tǒng)屏幕上就會(huì)呈現(xiàn)出基牙的光學(xué)印模。對(duì)于咬合面的設(shè)計(jì)，可以先采集硅橡膠咬合記錄，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)修正咬合記錄，手工畫(huà)出邊緣線，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整牙體形態(tài)。之后，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)好的牙體形態(tài)控制機(jī)床高速切削出全瓷冠，經(jīng)過(guò)口內(nèi)調(diào)整咬合、對(duì)全瓷冠表面進(jìn)行拋光處理、上釉窩溝染色后，對(duì)全瓷冠進(jìn)行燒結(jié)，最后對(duì)全瓷冠進(jìn)行酸蝕處理、雙固化粘接，修復(fù)完成，整個(gè)過(guò)程不到2 h。利用CAD/CAM制作的修復(fù)體比手工制作的可靠性高，能夠避免裂紋、不均勻和微孔等缺陷。此外，CAD/CAM工藝的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在更好的材料性能、較少的殘留單體、較高的生物相容性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。

1.2 制作活動(dòng)義齒 近年來(lái)，活動(dòng)義齒(如可摘局部義齒、全口義齒)CAD/CAM技術(shù)取得了一定的進(jìn)展。Williams等基于一種具有力回饋功能的人機(jī)交互設(shè)備，嘗試進(jìn)行了可摘局部義齒的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與金屬支架的快速成形，并在患者口內(nèi)初步驗(yàn)證了適合性。北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院呂培軍等公開(kāi)了基于CAD/RP(Rapid Prototyping快速成型)技術(shù)的中性區(qū)全口義齒的制作方法［1］。該方法包括以下步驟:基于參數(shù)化定位的全口義齒人工牙三維圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、基于帶有空間位置關(guān)系的三維激光掃描技術(shù)采集具有正中關(guān)系的上下無(wú)牙頜及中性區(qū)頜堤數(shù)據(jù)、基于逆向工程軟件設(shè)計(jì)符合中性區(qū)及全口義齒平衡排牙理論的全口義齒人工牙列、基于逆向工程軟件設(shè)計(jì)符合全口義齒中性區(qū)理論及美學(xué)原則的牙齦和基托、基于CAD/RP技術(shù)的全口義齒型盒設(shè)計(jì)和加工、手工插牙裝膠完成全口義齒修復(fù)體。首創(chuàng)“兩步法”思路將傳統(tǒng)制作技術(shù)含量最高，操作最復(fù)雜的手工排牙和蠟型制作由計(jì)算機(jī)和快速成形技術(shù)完成，只需最后輔以簡(jiǎn)單的手工步驟，即“兩步法”的第2步，即可完成全口義齒的全部制作，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)手工工藝的繁雜工序，提高了效率和修復(fù)體的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了全口義齒的設(shè)計(jì)制作過(guò)程從手工向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。

1.3 頜面贗復(fù)體 第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院趙銥民教授將CAD/CAM技術(shù)引入頜面缺損贗復(fù)領(lǐng)域，合作研制成功可見(jiàn)光位相輪廓快速掃描機(jī)，能在3 s內(nèi)快速掃描患者面部容貌，形成“數(shù)字化印模”。在數(shù)字化印模的基礎(chǔ)上，成功實(shí)現(xiàn)頜面部對(duì)稱器官(如眼眶、耳、面頰)的CAD;對(duì)單一器官(如鼻)則通過(guò)建立“數(shù)字化鼻庫(kù)”，為鼻缺損修復(fù)提供設(shè)計(jì)模板，完成缺損側(cè)贗復(fù)體設(shè)計(jì)。采用激光選擇性燒結(jié)技術(shù)快速制作贗復(fù)體。在成功研制燒結(jié)蠟粉的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聯(lián)合研制的程控激光燒結(jié)機(jī)可在2 h內(nèi)直接燒結(jié)制作贗復(fù)體蠟型，簡(jiǎn)化贗復(fù)體的制作程序，縮短制作時(shí)間［2］。

2 CAD/CAM在口腔正畸中的應(yīng)用

2003年，首都醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院與清華大學(xué)機(jī)械工程系和北京時(shí)代天使生物科技有限公司共同合作，研制出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的口腔正畸無(wú)托槽隱形矯治器系統(tǒng)［3］，該系統(tǒng)使患者在無(wú)鋼絲、無(wú)托槽的狀態(tài)下完成牙齒矯治，滿足了人們既矯治牙齒又可實(shí)現(xiàn)舒適、衛(wèi)生、不影響美觀的需求。無(wú)托槽隱形矯治技術(shù)由臨床口腔醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、快速成型技術(shù)等多學(xué)科組成。矯治過(guò)程如下:醫(yī)師首先獲得患者的原始牙頜石膏模型，再利用先進(jìn)的層析掃描技術(shù)在計(jì)算機(jī)中重建三維牙頜模型;利用專用的數(shù)字化隱形牙頜矯治軟件，可對(duì)數(shù)字化三維牙頜模型進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)觀察，進(jìn)行牙齒、牙弓、基骨等各項(xiàng)目的測(cè)量和分析，自動(dòng)輸出模型的各項(xiàng)測(cè)量結(jié)果及診斷意見(jiàn)，并給出可視化的三維矯正輔助過(guò)程。然后通過(guò)激光快速成型設(shè)備進(jìn)行輸出母模，并通過(guò)壓膜成形器制作各個(gè)治療階段的系列透明隱形矯治器。患者戴入隱形矯治器后牙齒因受力而逐漸移動(dòng)，通常需每?jī)芍芨鼡Q一副矯治器，半年到1年后牙齒就會(huì)從初始的畸形狀態(tài)逐漸移動(dòng)至正常排列狀態(tài)。

3 CAD/CAM在口腔種植中的應(yīng)用

在制定種植方案時(shí)，采用二維全景圖評(píng)估現(xiàn)有的骨質(zhì)具有局限性，存在植體在頜骨上的定位不佳以及重要的解剖結(jié)構(gòu)遭到破壞的風(fēng)險(xiǎn)［4］。近年來(lái)，利用CAD/CAM技術(shù)，種植醫(yī)生可以精確地制定并模擬治療方案。治療方案模擬后，就可以對(duì)植體以高度的準(zhǔn)確性和可預(yù)見(jiàn)性分毫不差地進(jìn)行定位，借助參數(shù)精確的種植導(dǎo)板，可以使微創(chuàng)手術(shù)得以順利實(shí)施，縮短手術(shù)時(shí)間，簡(jiǎn)化治療過(guò)程。比較有代表性的種植設(shè)計(jì)軟件有比利時(shí)Materialise公司的Simplant和瑞典N(xiāo)obel Biocare公司的Nobel Guide。醫(yī)師首先為患者制作并戴入掃描成像用義齒，然后對(duì)義齒、牙槽骨等進(jìn)行CT掃描，利用相關(guān)軟件在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行三維重建。通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕醫(yī)生可以直觀地觀察患者的骨條件、下齒槽神經(jīng)的位置、對(duì)頜牙的位置等信息，從而根據(jù)患者情況，確定種植體的數(shù)目、位置、角度、深度，并完成種植導(dǎo)板的設(shè)計(jì)。將導(dǎo)板模型數(shù)據(jù)輸入快速成型設(shè)備加工制作種植導(dǎo)板，最后為患者戴入種植導(dǎo)板，外科植入種植體。

4 小結(jié)

CAD/CAM系統(tǒng)在很大程度上將是牙科未來(lái)發(fā)展的方向［5］。CAD/CAM系統(tǒng)具有直觀可視的優(yōu)勢(shì)，有利于醫(yī)患雙方治療前進(jìn)行有效的溝通;自動(dòng)化將代替很多過(guò)去手工操作的步驟，保證治療的精確度和安全快捷。

［1］呂培軍，孫玉春.口腔修復(fù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制作的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)，2010，42(1):14-19.

［2］全國(guó)第六屆口腔醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)使用研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要［EB/OL］.http://www.qinghualunwen.com/article-512.

［3］法晨，潘曉崗，田杰.無(wú)托槽隱形矯治器的臨床研究進(jìn)展［J］.口腔材料器械，2010，19(1):30-33.

［4］Steffen Hobl，Buxtehude.利用導(dǎo)航技術(shù)虛擬制定種植治療方案—借助于掃描成像義齒和種植導(dǎo)板預(yù)見(jiàn)修復(fù)體制作［J］.世界牙科技術(shù)(綜合版)，2009，10(4):24-26.

［5］Martin Gobel.數(shù)字化是牙科發(fā)展的趨勢(shì)［J］.世界牙科技術(shù)(綜合版)，2010，10(4):63-64.