口內掃描結合3D打印技術在單牙缺失種植修復中的臨床效果評價*

胡剛剛 袁長永 李 敢 李曉飛 陳琪欣 王鵬來

數十年來，種植修復已經成功地治療了大量牙列缺損和牙列缺失的患者[1]，相比于傳統技術制作種植修復體而言，計算機輔助設計和計算機輔助加工(computer aided design/computer aided manufacture，CAD/CAM)技術成為了另一種選擇[2]。隨著計算機技術的發展，單顆牙的數字化種植修復首先應用于臨床。Joda等[3]采用口掃數據直接設計制作單牙缺失的種植修復體，其精度在臨床可以接受的范圍內。田杰華等[4]對單顆前牙缺失的病人采用CEREC系統進行口內掃描，CAD/CAM制作全瓷螺絲固位一體冠，在椅旁進行調改，發現牙冠需要調改的部位和時間相對較多。由于磨切設備的最小切削厚度有局限性，瓷塊在燒結之后會有收縮，致使修復體的穿齦部分無法進行有效的牙齦塑形無法獲得合理的鄰接形態。實體模型可以解決這個問題，所以傳統的CAD/CAM種植修復體是基于硅橡膠印模，通過口外掃描石膏模型，設計和制作的[5]。

由于印模材料和石膏模型存在變形,導致CAD/CAM種植修復體的設計和制作存在一定的誤差,不能設計和制作出滿意的修復體。而3D打印為解決這一問題提供了一種可能。利用口內掃描的數據打印出3D模型，既實現了數字化印模，又有了實體模型。本實驗采用口內掃描結合3D打印技術制作單牙缺失的種植修復體，并評價其臨床效果，期望解決這一問題，為其廣泛應用提供臨床參考。

1.材料與方法

1.1 病例的選擇與分組 從2017年6月至2018年6月就診于徐州市口腔醫院種植中心的患者中，招募并篩選符合條件的志愿者。本實驗經徐州市口腔醫院醫學倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。納入標準：①全身情況良好，無種植禁忌；②單顆后牙缺失的種植患者；③咬合關系穩定，覆牙合覆蓋基本正常，有完整的鄰牙和對頜牙；④能夠配合醫生完成種植修復過程并填寫滿意度調查表；⑤患者選擇Straumann系統種植體。

分組：共計納入40例患者，隨機分為實驗組和對照組，每組各20例。實驗組采用CS 3600R口內掃描儀結合3D打印模型，CAD/CAM設計制作修復體。對照組硅橡膠取模，灌注石膏模型，制作修復體。

1.2 材料與設備 Straumann種植系統(Straumann公司，瑞士)；CS 3600R口內掃描儀(Carestream公司,美國)、Straumann掃描桿(Straumann公司，瑞士)；Straumann轉移桿(Straumann公司，瑞士)；硅橡膠印模材(DMG公司，美國)；模型處理軟件Dental BD(EXO CAD公司，德國)；3D打印機VIDA(EnvisionTec公司，德國)、3D打印模型材料E-model Light(EnvisionTec公司，德國)、3D打印牙齦材料E-GUM(EnvisionTec公司，德國)、JeltrateR超硬石膏(登士柏公司，美國)；設計軟件Dental CAD(EXO CAD公司，德國)，二氧化鋯瓷塊(愛爾創公司，中國)；切削儀(WEILAND公司，德國)，燒結爐(WEILAND公司，德國)，光固化樹脂(3M公司，美國)；Straumann VariobaseR(Straumann公司，瑞士)。

1.3 修復體制作 種植外科完成后，隨機分為實驗組和對照組，每組各20例。實驗組：采用CS 3600R口內掃描儀按照推薦的流程采集患者的口內信息(圖1)，掃描1/4牙列。包括對頜牙列及咬合記錄，生成標準鑲嵌語言(Standard Tessellation Language，STL)格式的通用型文件，導入模型處理軟件EXO dentalDB中，編輯生成帶有種植體三維位置及其周圍軟硬組織形態的模型數據(圖2)，生成STL文件，導入3D打印機中(圖3)，分別打印出模型和人工牙齦。同時，在模型處理軟件中生成的STL格式的文件，導入修復設計軟件EXO dental CAD中，進行上部修復體設計(圖4)，設計完成后，傳遞給WIELAND切削儀，切削二氧化鋯瓷塊，燒結爐燒結出修復體。修復體和VariobaseR分別戴入已經打印好的3D打印模型上，牙冠上釉、燒結，VariobaseR與牙冠粘接后，除去多余粘接劑。在模型上試戴調磨，高度拋光(圖5、圖6)。記錄從口內開始掃描到掃描完成的時間。對照組：采用開窗取模法，材料為硅橡膠印模材。取下愈合帽，連接印模桿，口內試托盤，開窗打孔，手動調拌硅橡膠印模材，制取工作頜印模，同樣采用硅橡膠印模材制取對頜模型。在工作頜印模上注入人工牙齦，灌制石膏模型，口外掃描儀掃描模型，導入EXO dental CAD中，進行上部修復體設計，WIELAND切削二氧化鋯瓷塊，燒結爐燒結出修復體，上釉、燒結，VariobaseR與牙冠粘接后，除去多余粘接劑。在模型上試戴調磨，高度拋光。記錄從連接印模桿開始到制取對頜牙印模完成的時間。

圖1 口內掃描

圖2 生成模型

圖3 設計修復體

圖4 排版打印模型

圖5 3D打印的種植模型

圖6 修復體戴入3D種植模型中

1.4 口內試戴，固位 將修復體戴入患者口內進行調改，如果鄰接松，或者無咬合接觸需要加飾瓷，則返回技工室修改完成后，再戴入患者口內。調改至正中咬牙合，天然磨牙輕咬時，種植修復體與對牙合牙無早接觸，磨牙緊咬時，所有牙有均勻接觸；下頜側向運動時，種植修復體無接觸[6]。調改合適后，高度拋光，加扭力35N·cm，使用光固化樹脂封閉螺絲口。記錄每個修復體調磨的時間及調磨的部位。所有治療過程均由同一名醫生完成(圖7，圖8)，術后拍攝X線片，檢查修復體與基底、基底與植體之間是否有間隙，上部修復是否完全被動就位(圖9)。

圖7 修復體戴入患者口內面照

圖8 修復體在患者口內的頰面照

圖9 術后X線片

1.5 修復效果評價 請患者使用視覺模擬評分(VAS)量表對制取印模時的感受進行打分。修復結束后請患者填寫關于對修復體滿意程度的調查問卷。

1.6 修復體評價 如表1所示，根據改良的美國公共衛生署的(United StatesPublicHealth Service，USPHS)修復體評價標準[7]，由一名未參與修復過程的種植修復醫生對所有調磨完成的修復體進行盲測，盲測項目包括外形、表面質地、顏色匹配。

表1 修復體評價標準

1.7 復診 術后3～6個月對患者進行逐一隨訪，檢查有無食物嵌塞、咬合高點等情況，以及牙齦，牙周，對頜牙及鄰牙的健康狀態。

1.8 數據處理 應用SPSS 18.0軟件包進行統計學分析，對數據進行正態性檢驗，如符合正態分布，則采用t檢驗；如不符合正態分布，則采用Wilcoxon秩和檢驗進行數據處理，P＜0.05為差異具有統計學意義。

2.結果

2.1 患者的一般情況 在招募的志愿者中，實驗組20例，其中男9性例，女11性例；年齡44～83歲，平均(61.3±5.6)歲。對照組20例，其中男性12例，女性8例；年齡43～84歲，平均(63.7±5.2)歲。兩組患者性別、年齡差異均無統計學意義(P＞0.05)，具有可比性。

2.2 患者取模的滿意度(VAS)評分 我們從取模的時間、便利程度、焦慮程度、不適的味道、惡心、疼痛等方面，比較患者對數字化印模和傳統印模的主觀感受。結果顯示，如表所示(表2)，數字化取模對患者造成的不適感小，花費時間少，滿意度高(P＜ 0.05)。

表2 患者對取模的滿意度

2.3 椅旁時間 數字化的印模時間為(14.1±2.2)min，傳統取模的時間為(17.4±1.5)min，兩者具有統計學差異。實驗組患者試戴修復體的平均時間為(5.8±1.2)min，對照組平均時間為(10.7±1.5)min。實驗組有12顆修復體無需調改即刻就位，對照組僅有6顆修復體無需要調改。對不能直接就位的修復體，實驗組的調磨部位和調改時間也顯著小于對照組(表3)。

表3 試戴修復體的時間和調磨部位

2.4 修復效果評價 根據改良的美國公共衛生署的(United States Public Health Service，USPHS)修復體評價標準，兩組試戴調磨后的修復體均取得較高的評價。在表面質地和顏色匹配方面，均達到A類標準，無統計學差異。在外形方面，實驗組有85%的修復體達到A類標準(表面外形正確，或外形略有過突，接觸點緊)，其余15%的修復體達到了B類標準(表面外形不正確，外形突度不足，接觸點松)，對照組僅有70%的修復體達到了A類標準，其余30%的修復體達到了B類標準。

實驗組有90%的患者對修復體非常滿意，而對照組僅有70%的患者對修復體非常滿意，兩者具有統計學差異。

2.5 隨訪 術后我們對所有患者進行了3～6個月的隨訪，所有患者均無食物嵌塞、咬合高點的情況，對頜牙、鄰牙、牙周及牙齦情況良好。

3.討論

口內光學掃描的精度已有較多報道，較多學者認為目前口內掃描技術用于種植單冠修復的精度在臨床可接受范圍內[8,9]。本實驗采用的CS 3600R口內掃描儀的精密度已有報道。Imburgia等[10]對四種口內掃描儀(CS 3600R、3shape Trios 3R、Cerec OmnicamR、True DefinitionR)的精準性進行了比較，發現四種口內掃描儀都可以獲得精準的掃描數據，掃描部分口內信息比掃描全口信息更精準。其中CS 3600R口內掃描的精準度最高，其次是Trios 3R、OmnicamR、DefinitionR。

影響口內光學掃描精度的因素有：口內掃描儀的基本原理、掃描的操作方法、熟練程度、掃描的范圍等。不同的口內掃描儀，其掃描成像的原理各不相同，不同掃描儀的精度均有一定的差異[11]。在掃描時，應按照廠商要求的操作方法進行掃描。口內掃描儀掃描部分牙列比掃描全口牙列更精準[9，11]。關于口內光學掃描的精度和傳統取模精度的比較也有報道。目前，對口內光學掃描的精度研究有所報道。其掃描范圍不同，與傳統硅橡膠印模相比，精度也不同。Seelbach等[12]，Henkel等[13]研究了口內掃描儀掃描部分牙列時，口內掃描儀的精度比傳統印模的精度高；Ender等[14]，Patzelt等[15]認為掃描全口牙列時，傳統印模的精度比口內掃描儀的精度高。

兩種取模方式的評價方式都是獨立制定的。口內掃描成功的標準是種植掃描桿及鄰牙清晰可見，咬合記錄可被電腦系統確認。傳統取模成功的標準是無人為干擾及印模材料無變形條件下獲取的種植轉移桿的位置。咬合記錄則經過在口中再次確認來檢查是否可以重復無干擾就位。所有流程由一位有經驗的種植科醫師和助手共同完成。這名醫師也負責評價印模的成功與否。結果表明，兩組患者均成功獲得了種植體的三維位置，無失敗及并發癥。

本實驗結果顯示使用數字化方式取模，患者就診體驗更舒適，更高效，焦慮減少，患者的滿意度較高。尤其在室溫低、患者張口度小以及腭咽反應較重的情況下，數字化的舒適度體現的更為明顯，這與Joda等[16]、Yuzbasioglu等[17]的實驗結果相似。但是，從患者滿意度調查問卷表中，我們也看到了口內掃描儀也存在著一些問題，需要進一步優化和改進，如當種植體位于下頜第二磨牙時，掃描頭偏大，在掃描舌側時會引起患者的異物感和腭咽反應。口內牙齒、掃描桿、牙齦等各種軟硬組織需要保持干燥，患者會有不適感。

本實驗采用的VIDA打印機是采用的激光光固化成型技術，該工藝的特點是：零件精度高，強度及硬度好，不易變形及磨損。而石膏模型相較于3D打印模型存在明顯不足。石膏模型在硬化過程中會產生純膨脹現象，膨脹率約為0.085%，且石膏模型材料的晶體為12～25um，形狀呈棱柱狀或不規則針狀；3D打印用的樹脂模型材料，微粒相較于石膏晶體小得多，且樹脂微粒均勻一致，因此石膏材料的精細結構復制能力較差[18]。馮全勝等[19]對口腔3D打印模型和傳統石膏模型的精確性進行了比較，發現3D打印模型的精密度高于石膏模型。在臨床操作中傳統石膏模型也存在一系列缺陷，如在灌注時可能產生氣泡而影響義齒制作，在儲存時占用空間，會發生膨脹變形，在運輸時存在破損的危險，重量過沉等，影響了修復體的制作，也不便于與相關專業人士和患者的交流溝通。

關于數字化印模結合3D打印種植模型的精度，國外已有研究報道。有學者在體外比較了單牙缺失的數字化印模結合3D打印種植模型同傳統方式印模灌注石膏模型的精度，認為口內掃描結合3D打印模型的精度要優于傳統方式[20]。但也有學者研究發現，在后牙缺失兩顆植體的患者中，數字化印模結合3D打印模型不如傳統方式準確[21,22]。口內掃描結合3D打印技術在種植修復中的作用是在數字化的流程中，精準獲得植體及鄰牙的信息，從而更精準的制作修復體，減少醫生的椅旁時間，改善患者滿意度。通過口內掃描，可以直接在軟件中設計，省去了取模，灌注石膏模型、修整模型及口外掃描的步驟，減少了誤差；3D打印種植模型，可以在切削的瓷塊上更精準地修整外形，調整鄰接及咬合，更為有效地對牙齦進行塑形，使種植修復體能發揮良好的功能。

本實驗以外形、顏色匹配、表面質地作為修復體的評價指標。在修復體制作完成時，這三個指標均達到A類標準。在患者口內試戴時，無需調改的修復體數量實驗組比對照組多。當調改完成時，修復體的外形發生了改變，主要體現在調磨鄰接和咬合區，此時進行UPSHS評分，結果顯示達到A標準的修復體的數量實驗組多于對照組，說明口內掃描結合3D打印技術制作的種植修復體精度較對照組高。這同調改修復體部位的結果是一致的，這體現了數字化的精準。本實驗兩組的顏色及表面質地均無統計學差異，說明修復體經過少量調磨即可達到要求。實驗組的椅旁時間少于對照組，說明口內掃描結合3D打印模型制作的修復體，能夠減少醫師的椅旁時間，體現了數字化的高效。患者的滿意度實驗組高于對照組，體現了數字化的舒適。

本病例選擇了Straumman系統的植體，因其系統有掃描桿及原廠的成品鈦基底基臺，技工室CAD/CAM軟件有與其相匹配的掃描桿及成品鈦基底基臺的數據；本研究由于病例篩選較為局限，多顆牙缺失及全口缺失的種植修復等病例并未納入，此類病例的修復效果仍需后續研究。在術后3～6個月的短期隨訪中，無螺絲松動，食物嵌塞，植體松動等現象的發生，初步效果良好，其遠期效果還需要進一步的觀察隨訪。

本研究結果提示：口內掃描結合3D打印技術制作單牙缺失的種植修復體，精度高，印模時間及椅旁調改時間短，患者滿意度高，體現了數字化的優勢：精準、高效、舒適，在臨床上值得推廣。