CAD/CAM全瓷修復技術在口腔臨床中的應用進展

張建民綜述，苗 芳審校

（1.蘭州市婦幼保健院，甘肅730030；2.蘭州市口腔醫院，甘肅730030）

CAD/CAM全瓷修復技術在口腔臨床中的應用進展

張建民1綜述，苗 芳2審校

（1.蘭州市婦幼保健院，甘肅730030；2.蘭州市口腔醫院，甘肅730030）

計算機輔助設計； 陶瓷制品； 牙瓷料； 牙修復體； 綜述

計算機輔助制作（computeraidedmanufacturing，CAM）系統是利用計算機分級結構來控制與管理制造過程中有關生產和技術設計等方面的工作[1]。其最初應用在工業自動化和航空航天領域，其生產技術水平的高低已經成為評價國家加工制造業水平的重要標準。20世紀 70年代初，法國學者 Frances Duret首次將計算機輔助設計與計算機輔助制作（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）的概念引入口腔修復領域[2]；1983年，首臺采用CAD/CAM技術制作的修復體樣機在法國問世；1985年，該設備制作出首個后牙全冠[1]。CAD/CAM技術的出現被認為是口腔醫學領域的革命性突破，使自動化或半自動化制作修復體成為現實[3]，引發了口腔修復學界重大的技術革命，為牙科修復體的制作提供了全新的方法。

CAD/CAM修復技術[4]是將光電子技術、計算機微信息處理技術及數控機械加工技術集成于一體的口腔修復技術，全瓷牙制作技術[5]就只需要取像、電腦設計、數控車床切割即可出成品口腔內試戴，為醫生及牙科技師省去了印模取模、修模、種釘、裝盒、分模、上頜架、工作模、修整頸緣線、制作內冠模型、安放鑄造蠟、包埋、放入茂福爐、表面磨光、上瓷、燒制等20多道手工制作的繁雜過程，大大縮短了治療周期，且微創修復提高了治療修復體的精密度，減少了患者的就診時間和次數，提高了修復體的制作效率、精密度和質量，減少了患者的痛苦。經過30多年的發展，CAD/CAM在口腔臨床上的應用[6]越來越廣泛，不僅在口腔全瓷修復[7]、套筒冠修復[8]及口腔種植[9]領域的應用方面也日趨成熟和廣泛，此項技術也提高了種植手術的成功率。CAD/CAM全瓷修復系統一般包括：掃描單元、計算機設計軟件、研磨設備、燒結爐等。由于其先進性、快捷性、優良性和自動化程度高，近年來已逐漸成為口腔修復研究和應用的熱點[10]。本文從CAD/CAM目前的常用系統及臨床應用數據的采集、輸出方式、設計制作到臨床應用及數字化牙科的未來展望等方面進行綜述。

1 幾種常用CAD/CAM系統的特點介紹

1.1 Cerec系統 該系統是德國Sirona公司開發的。其數字化印模技術可追溯到1987年第1臺基于激光三角測量原理而推出的Cerec 1系統[11]，到2010年推出的基于短波藍光原理的第4代Cerec AC系統[12]，但這些系統都需噴粉。為了解決這個問題，Sirona公司于2012年8月推出了無需噴粉的基于連續立體攝影技術的Cerec Omnicam口內掃描系統[13]。由于椅旁系統的加工銑床的加工能力有所局限，該公司又推出了新型技工室掃描儀inEosX5，其配備了五軸機械手臂，帶有模型定位功能和開放式接口。其特點是掃描速度快、操作范圍大，可有自動圖像捕獲功能。

1.2 Shape系統 該系統是丹麥近年來研制的針對口內掃描成像和掃描設計的一套系統，其特長是軟件設計，可接受和輸出所有設計類型的STL數據，能與所有開放系統的CAM設備兼容。其中TRIOS口內掃描儀是一種技術較為先進的口內數字印模系統[14]。其運用超快光學切割（ultrafast optical sectioning）技術和共焦顯微技術，每秒可捕捉超過3 000幅二維圖像；通過結合數百幅三維數字圖像，實時地創建出三維數字模型。另外，掃描也無需噴粉，掃描頭端的集成防霧加熱器自動提供最佳溫度，確保掃描不失真且高度清晰。3Shape技工室系統目前共有4代掃描儀。分別是D500系列、D700系列、D800系列和D900系列。前三者都是帶有2個500萬像素的攝像頭，基于紅色激光技術，可掃描設計印模。而D900系列幾乎是一款旗艦型的掃描儀，基于藍色LED光源，配備4個攝像頭，掃描精度可達15 μm并可捕獲模型和印模的所有紋理和顏色。值得一提的是，3Shape強大的軟件設計功能不但能滿足所有固定、種植和活動支架、全口義齒的設計需要[15]，而且能夠接收所有的開放式的數字化印模，可以在線與牙醫進行設計溝通。

1.3 Lava系統 該系統是由美國3M ESPE公司研發，分為椅旁掃描儀和技工室系統兩部分。椅旁掃描儀即數字化印模系統[11]。LavaTM椅旁口內印模掃描儀（LavaTMChairside Oral Scanner，Lava COS）是近年來由3M ESPE公司生產的技術相對成熟的口內印模掃描系統[16]。該系統以激活波前采樣（active wavefront sampling，AWS）為原理，在牙齒上方挪動攝像探頭獲得牙齒的形狀，通過改變軸向位置，計算攝像探頭與牙齒的距離，利用單鏡頭圖像得到三維信息。另外，設備中有3個傳感器可以同時從不同角度捕捉掃描對象的外形，同時通過聚焦-散焦運算法在掃描得到的三維圖像表面生成斑點，以提高數字印模的準確性。技工室系統Lava ScanST掃描儀由帶有白光的光柵投影來采集模型上的數據，然后通過來源于Dental Wings Lava Design 5.0軟件進行三維設計，最后運用自帶的Lava CNC500切削機設備進行加工。值得一提的是，Lava氧化鋯材料由于其高品質在全球建立了防偽系統，但受限于材料形狀，一些長橋尚不能加工。

1.4 Everest系統 該系統是德國Kavo公司專門對技工室設計的CAD/CAM系統。該掃描儀采用多角度光柵投影技術，可以對石膏和蠟型進行掃描，掃描的特點是光柵從15個角度方位進行投射，然后用電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）傳感相機將掃描對象記錄并形成三維數據。軟件設計時可以識別倒凹，配備了多種工具如全冠三維層次、模擬咬合功能等。Everest的CAM設備由5軸聯動裝置構成，具有運作距離長和操作角度大的特點。Vigolo等[17]認為，Everest系統制作的氧化鋯邊緣適合性足以滿足臨床上的要求，并且不受燒結和上釉過程的影響。

1.5 Cercon系統 該系統是由登士柏公司所開發，主要應用于技工室。其核心產品為Cercon brain、Cercon art和Cercon eye。其中Cercon brain集成掃描儀和切削設備于一體，但無設計軟件，只能掃描基底冠橋的蠟型，然后數控切削出基底冠橋。Cercon art是公司2004年推出的設計軟件，Cercon eye為獨立的激光掃描儀，掃描精度可達10 μm，掃描范圍可達14單位的牙位。其CAM設備設計精巧，為封閉式系統，其5軸聯動的主軸只在X軸方向運動，最大限度地減少因車針松動對軟質氧化鋯切削產生的震動裂紋。

1.6 Wieland系統 該系統最早的掃描儀Zeno S100的軟件系統也是起源于Dental Wings。后來推出的掃描儀產品都是3Shape系統。其切削設備也有一系列產品。在國內市場上最常用的是Zenotec Mini和Zenotec Select兩套設備。Select分為儲料倉和工作倉兩部分，5軸聯動，不需換盤，可實現全自動化操作。切削精度可達到5 μm。Wieland系統的特長在于原材料氧化鋯的開發應用[5]。其預染色氧化鋯的顏色達8種，鋯體通透性高，其率先推出的氧化鋯全冠“臻瓷冠”技術通過預染色、內染色、魔術釉、外染色技術可使全鋯冠的顏色可達到與烤瓷冠媲美的程度，用于后牙冠修復解決了烤瓷冠崩瓷的后顧之憂，越來越受到牙醫和患者的歡迎。

1.7 Procera系統 該系統是一種封閉系統，由瑞典的Andersson等[15]發明。它的2臺接觸式掃描儀分別于2003、2004年上市。2009年自主研發的Nobel Procera光學掃描儀也正式投放市場。該掃描儀采用其專利技術——錐光偏振全息技術，可采集高精度的數據，并且該掃描儀的批量掃描功能是為高效率的集約化生產預備的。而軟件中自動化的倒凹封堵工具和實時提醒功能確保設計加工的修復體達到最佳的精密度和準確度。Procera采用遠程終端的集約化的加工方式。由用戶將設計好的數據訂單通過網絡發送到加工中心（目前有4個，分別在瑞典、美國、加拿大、日本），加工好修復體后再寄給用戶。該系統加工單冠和貼面的一個特點是先復制耐火代型，然后在代型上采用超高壓的方式將氧化鋁或氧化鋯材料均勻壓覆在代型表面，然后進行CAM切削加工。這樣的加工方式可使Procera的氧化鋁貼面厚度達到僅0.2 mm。

2 CAD/CAM系統的數據采集

2.1 接觸式掃描系統 顧名思義就是掃描探頭與模型直接接觸的掃描方式。優點是具有良好的掃描精度；缺點是掃描效率較低、測量的時間較長、價格成本較高[10]。目前這種系統已淡出市場，其代表系統就是Procera[18]的Piccolo和Forte。

2.2 非接觸式（光學）掃描系統 包括三維激光掃描、光柵投影測量法、莫爾條紋法、云紋向移法、數字散斑相關測量法、立體攝影測量等[11]。光學掃描具有較高的掃描效率和較高的精度，但缺點是也有掃描盲區的存在。目前CAD/CAm/RP掃描系統的主流仍然是非接觸式（光學）掃描系統。

2.3 自動斷層、CT掃描系統 自動斷層掃描法可以獲得掃描對象的表面數據和內部數據，是真正意義上的三維數據。但由于體積大和破壞模型，還沒用于牙科CAD/ CAM系統[12]。CT也是一種獲得理想三維數據的技術，但存在精度低的缺點，且設備成本高。

3 CAD/CAM系統的數據輸出方式

3.1 封閉式系統 封閉式系統是指CAD輸出的數據必須使用廠商提供的專用CAM數控加工設備和相應材料。目前市場上主流的封閉系有Cerec3、Procera、Cercon、Wol-ceram-epc、GN1、Lava、DCS、Dux等[13]。

3.2 開放式系統 開放式系統是指系統只提供CAD程序和輸出STL通用格式的數據包，用戶可自行選擇所需的CAM設備和加工材料。目前，市面最常見的系統是3Shape系統，還有Digident、Etkon、Prefactory、Xawex、Dntalwings，以及西諾德最新開發的inEosX5系統等[19]。

4 CAD/CAM系統的設計制作

4.1 計算機輔助設計 計算機輔助設計就是在視頻模型上完成修復體的計算機蠟型。CAD研究較成熟的冠的設計，包括外表面、內表面及內外表面結合部分的設計。多數系統帶有標準牙數據庫并以此為依據進行外表面的設計。

4.1.1 生物再造 根據剩余牙體組織的外形、鄰牙的外形和設計軟件所帶的數據庫來獲得修復體的外形。其特點是方法簡單易行，能獲得較好的修復體外形。但是，受基牙剩余牙體組織的形態輪廓、鄰牙形態和位置的影響，形態個性化程度稍欠。多用于后牙修復體形態的設計。

4.1.2 鏡像復制 將同一牙弓對側同名牙的形態鏡像復制來獲取修復體的形態。其相對于生物再造來說具有更好的個性化特征，但是需要對側同名牙的形態完整、排列基本對稱。可用于前、后牙修復體的形態輔助設計。

4.1.3 復制模式 該模型是通過復制牙體預備前的形態或診斷蠟型來獲得修復體的形態，其形態的個性化程度高、設計靈活，但是需要基牙牙體預備前形態完好或者需要事先制作診斷蠟型。可用于前后牙修復體的形態輔助設計。

4.2 計算機輔助制作 該制作是將計算機蠟型轉換成修復體，替代了包埋鑄造或裝盒充填熱處理等工序。其實現是依靠小型精密數控機床或激光成型機完成。目前的CAD/CAM系統多采用3.5～5.0自由度的精密數控機床，可銑削陶瓷或合金，加工出嵌體、瓷貼面、全冠、固定橋等修復體。此外，還有一種數控的“線切割”及“電火花”加工技術，被用于義齒加工。“機械手”也正用于全口義齒自動排牙的研究。激光成型機可以像堆砌蛋糕樣堆砌全口義齒，邊堆砌邊分層固化光敏復合樹脂，完成全口義齒的制作。

5 CAD/CAM全瓷修復術的臨床應用

5.1 應用步驟 （1）數據采集（直接數字化印模或間接印模，模型掃描）；（2）對數據進行三維軟件設計；（3）輸出設計好的數據進行CAM加工。

5.2 CAD/CAM全瓷修復適應證 可針對牙體缺損、牙列缺損、牙列缺失、前牙美觀修復的患者。

5.3 可制作修復體種類 嵌體、高嵌體、部分冠、3/4冠、全冠、后牙、前牙、貼面、帶有解剖形態的多單位聚合樹脂橋體、二氧化鋯瓷橋、蠟型等。

5.4 CAD/CAM不同材料的適應證 （1）陶瓷類的適合做嵌體、高嵌體、貼面、全冠、部分冠、樁冠聯合修復。（2）樹脂類適合做暫時多單位樹脂橋、樹脂蠟型。（3）氧化鋯、氧化鋁類適合做氧化鋯全冠、內冠、精密附著體及種植個性化基臺。

6 展 望

CAD/CAM數字化口腔全瓷修復技術、CAD/CAM數字化口腔套筒冠修復技術、數字化印模、數字化制作種植導板、快速成形技術都是在CAD/CAM領域代表著口腔修復工藝未來的高新技術，是從手工操作到自動化、智能化加工的突破性轉變，標志著口腔修復工藝已進入“計算機”時代，也代表著口腔修復技術的潮流和方向。

隨著科技的發展，目前除了CAD/CAM技術外，CAD/ RP快速成型技術（俗稱的“3D打印”）[20]的應用也是口腔高科技發展的趨勢。CAD/CAM技術和“3D打印”的相似之處在于第一步需要利用計算機進行輔助設計 （即CAD）；但不同之處在于下一步，可以把CAD/CAM技術理解為做“減法”，對材料進行切割從而制造出需要的義齒形態，而“3D打印”則是做“加法”，把離散材料逐層累加，讓材料快速成型，“生長”堆出一顆完整的義齒或頜骨模型。

當今牙科CAD/CAM技術的發展正在從封閉式（如一種設備只能綁定加工特定的材料）系統過渡到開放式系統，現在越來越多的技術可以輸出統一的數字格式，為材料開放式的加工提供可能。一些CAD/CAM系統的組件可以單獨購買，這增加了系統的靈活性，數據獲得的方式更為廣泛（如口內掃描、觸點式、光式模型數字轉換器、CT、MRI）[21]，設計軟件更能匹配各類修復體的制作（如冠橋架構、局部義齒架構、個性化種植體與種植體基臺）。開放式系統的使用[22]，能夠使制造技術的應用范圍更廣，人們能夠選擇最佳的制造方法與相關材料。在高科技越來越發達的現今，CAD/CAM系列技術將會成為未來修復技術發展的必然趨勢。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.18.020

A

1009-5519（2015）18-2781-04

2015-07-30）

張建民（1957-），男，山東冠縣人，主治醫師，主要從事數字化修復研究工作；E-mail：442678040@qq.com。

苗芳（E-mail：285765410@qq.com）。