椅旁生物再造功能設計全冠咬合面及鄰面接觸穿透區面積的比較

席 爽,逯 宜,唐青青,王 方*

(1西安交通大學口腔醫院,陜西省顱頜面精準醫學研究重點實驗,西安 710004;2西安交通大學口腔醫院口腔修復科;*通訊作者,E-mail:xjtuff@126.com)

自20世紀80年代末,計算機輔助設計和計算機輔助制造(CAD/CAM)技術廣泛應用于口腔修復學,修復體的制作方式逐漸從人工轉變為計算機智能化操作[1,2]。

以臨床醫師需求為導向的椅旁CAD/CAM系統數字化設計軟件具有以下明顯的技術特點:專一的設計功能;流程化的設計步驟;預設經驗參數;復雜設計環節智能化。除預設參數外,還可以通過智能軟件算法,降低復雜設計環節中交互設計的難度[3]。考慮到大多數臨床醫生缺乏對全冠形態設計相關知識的系統培訓,椅旁系統的這些特點有助于臨床醫師更好地完成修復治療,縮短臨床操作時間。

普遍認為全冠修復體應具有功能性的咬合面形態,與鄰牙、對頜牙相協調,建立無干擾的功能性咬合接觸。在傳統制造過程中,技師通過手工法實現這些目標。CAD/CAM全冠的形態主要由CAD軟件生成。起初,全冠形態是基于標準庫生成的[1,4]。然而,標準形態的全冠無法直接應用于個體,需要利用額外的操作時間進行人工調整,并且可能影響修復體的強度[5-7]。瓷睿刻(CEREC)軟件(Sirona Dental Systems GmbH,Bensheim,Germany)是CAD/CAM技術在口腔修復學中的主要應用之一[8,9]。該系統開發了一種稱為生物再造設計的新功能,能夠利用智能化的數學算法來生成全冠形態。其科學依據是牙齒間存在著可用數學函數表示的形態學關系[6],基于對牙齒形態的數學描述,CEREC軟件的智能形態設計算法可以從三維(3D)數據庫、鄰牙、對頜牙、預備前的牙齒和對側同名牙中獲取信息,自動生成適合患者個性化牙列和咬合特征的全冠。與標準化的傳統方法相比,大大減少了人工調整的工作量和工作時間。

生物再造設計功能包括生物再造復制(BC)、生物再造自定義(BI)、生物再造參考(BR)三種模式。BC模式:復制牙體預備前的牙齒結構,在生物重建功能的幫助下對預備體進行全冠設計,以保留牙齒原有的形態。BI模式:在軟件的3D數據庫中,包括數百個無齲且牙冠完整的牙齒掃描數據。在3D數據庫和數學算法的基礎上,通過分析預備體的形態,重建相應全冠。BR模式:自行確定修復體設計方案中的參照牙,根據參照牙的形態設計全冠[9,10]。

本研究旨在比較CEREC椅旁系統三種生物再造設計功能(BI、BC和BR模式)生成全冠的咬合及鄰接關系的差異,指導臨床醫師更好地選擇合適的椅旁設計策略。

1 材料與方法

1.1 印模制取與全冠預備

選擇上頜中切牙形態完整、自然且對稱,鄰牙及對頜牙無齲壞、充填體或修復體,牙體組織無嚴重磨耗,咬合關系正常,無明顯錯牙合畸形,口腔衛生較好,無牙周疾病的6名志愿者。制取上、下頜硅橡膠印模(Honigum blue,DMG,Hamburg,Germany)。由Ⅳ型石膏(Die-Stone,Heraeus Kulzer,USA)灌制的石膏模型(志愿者上下頜牙列石膏模型見圖1)。使用口內掃描儀(CEREC-3D,Sirona,Bensheim,Germany)掃描并記錄上、下頜牙列和咬合關系,獲取原始模型數據。

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

由同一名經驗豐富的臨床醫師對6副石膏模型的右側上頜中切牙按照全瓷冠標準進行預備(牙體預備后的石膏模型見圖2)。根據上述相同的方法,獲取預備后牙列和咬合關系的虛擬數據。

圖2 按照全瓷冠標準預備后的右上頜中切牙石膏模型Figure 2 Preparation of the right maxillary central incisors

1.2 生物再造設計功能生成全冠

修剪虛擬模型并繪制邊緣線,確保插入軸平行于牙齒的牙體長軸并垂直于合平面。通過CEREC系統(Sirona Dental Systems GmbH,Bensheim,Germany)生物再造設計功能的BC、BI和BR三種模式重建預備體。共生成18個右側上頜中切牙全冠(6個來自BC模式,6個來自BI模式,6個來自BR模式),BC、BI和BR三種模式生成的右側上頜中切牙全冠見圖3。

1.3 咬合及鄰接關系的比較

在CEREC軟件的分析工具中選擇“彩色模型”,可顯示右側上頜中切牙全冠與鄰牙及對頜牙的接觸關系。全冠顯示紅色部分表示接觸區穿透深度/壓力>100 μm,黃色部分為50-100 μm,綠色部分為0-50 μm。全冠顯示淺藍色部分表示接觸面距離0-50 μm,中藍部分為距離50-100 μm,深藍部分為距離>100 μm。分別保存每個修復體鄰面及咬合面的圖像,圖像均按相同的角度及大小顯示,縮放比例為100%;觀察選項分別選擇局部視圖的咬合面、近中和遠中,咬合面接觸區圖像見圖4,鄰面接觸區圖像見圖5,共獲得54張圖片。

將圖片導入軟件ImagePro Plus(IPP)中,分別計算右側上頜中切牙全冠咬合面和鄰面接觸穿透區(紅色、黃色及綠色)及穿透深度>100 μm區(紅色)的面積。

A. BC組 B. BI組 C. BR組圖3 CEREC系統生物再造設計功能生成右側上頜中切牙全冠Figure 3 The full crowns generated by the biogeneric design function

A. BC組 B. BI組 C. BR組圖4 “彩色模型”中右側上頜中切牙咬合面接觸區圖像Figure 4 The images of contact area of occlusal surface in “color model”

A. BC組 B. BI組 C. BR組圖5 “彩色模型”中右側上頜中切牙鄰面接觸區圖像Figure 5 The images of contact area of adjacent surface in “color model”

1.4 統計分析

使用SPSS 18.0統計軟件對數據進行統計分析。采用隨機區組設計的方差分析分別分析BC、BR、BI三種模式生成右側上頜中切牙全冠咬合面及鄰面接觸穿透區(紅色、黃色及綠色)及穿透深度>100 μm區(紅色)的面積,采用LSD檢驗進一步作兩兩比較。檢驗的α水平為0.05。

2 結果

2.1 右側上頜中切牙全冠接觸穿透區(紅色、黃色及綠色)面積比較

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式咬合面接觸穿透區面積組內的差異有統計學意義(F=10.102,P<0.05)。組間兩兩比較表明,BR與BI之間的差異無統計學意義(P>0.05);BC與BR之間,BC與BI之間的差異有統計學意義(P<0.05)。三種模式重建的全冠咬合面接觸穿透區面積的統計學結果表明,與BR及BI模式相比,BC模式生成的全冠咬合關系最佳。

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式鄰面接觸穿透區面積組內的差異無統計學意義(F=1.705,P>0.05)。鄰面接觸穿透區面積的統計學結果表明,三種模式重建的全冠鄰接關系無顯著差異。BC、BR和BI三種模式咬合面和鄰面接觸穿透區面積見表1。

表1 BC、BR和BI三種模式咬合面和鄰面接觸穿透區面積(像素)

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

組別咬合面鄰面BC組2015±23857853±5105BI組 19327±6410?8253±2731BR組 13615±11565?7959±2520

與BC組比較,*P<0.05

2.2 右側上頜中切牙全冠穿透深度>100 μm區(紅色)面積比較

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式咬合面穿透深度>100 μm區面積組內的差異有統計學意義(F=11.244,P<0.05)。組間兩兩比較表明,BR與BI之間的差異無統計學意義(P>0.05);BC與BR之間,BC與BI之間的差異有統計學意義(P<0.05)。三種模式重建的全冠咬合面穿透深度>100 μm區面積的統計學結果表明,與BR及BI模式相比,BC模式的生成的全冠咬合關系最佳。

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式鄰面穿透深度>100 μm區面積組內的差異無統計學意義(F=0.502,P>0.05)。鄰面穿透深度>100 μm區面積的統計學結果表明,三種模式重建的全冠鄰接關系無顯著差異。BC、BI和BR三種模式咬合面和鄰面穿透深度>100 μm區面積見表2。

表2 BC、BI和BR三種模式咬合面和鄰面穿透深度>100 μm區面積(像素)

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

組別咬合面鄰面BC組1099±1341964±849BI組 17902±6325?899±608BR組 12752±11814?1720±2174

與BC組比較,*P<0.05

3 討論

自然和諧的牙體形態對全冠具有重要意義[6]。重建功能性咬合面和鄰面,與對頜牙和鄰牙相協調,對口頜系統的穩定至關重要[11]。精確的形態可以減少臨床調改,從而減少椅旁操作時間。同時,較少的研磨意味著可以在較少損壞材料的情況下更好地使全冠就位[12]。全冠咬合面的設計不僅是咀嚼功能的關鍵,也是整個口頜系統穩定的關鍵[13]。協調的咬合關系確保了咀嚼過程中下頜的功能性運動不受干擾,有利于避免潛在的有害剪切力[14]。

在臨床椅旁修復中,全冠的設計主要由臨床醫師獨立完成。然而,與技師相比,大多數臨床醫師缺乏牙齒形態設計相關知識與經驗[8,10]。盡管模擬或復制下頜運動的虛擬合架現在可用于CAD/CAM系統,但這些牙合架的應用大多需要具備專用設備,要求臨床醫師掌握相關知識,并且操作過程相當耗費時間[10]。因此,自動生成適合患者個性化牙列和咬合關系的全冠,對于椅旁系統應用于臨床具有重要意義。CEREC軟件開發的生物再造設計功能可以自動生成個性化的全冠,能夠在一定程度上彌補臨床醫師的不足,提升修復效果。生物再造設計功能的BC、BI和BR三種模式在臨床中的具體應用特點還有待進一步研究。

在臨床中,CAD/CAM全冠在黏接前不可避免地需要一定量的調磨,臨床調改時間也是評價全冠的重要指標之一。一般來說,虛擬全冠在軟件中的接觸穿透區面積越小,椅旁調磨時間越短。全冠接觸區穿透深度>100 μm(紅色)部分在臨床中需要大量的調磨,不僅增加椅旁操作時間,同時也會降低材料的強度。因此接觸穿透區尤其是穿透深度>100 μm區域的面積越小,臨床操作時間越短,并能更好地保持修復體的力學性能,降低因臨床調磨導致的修復體崩瓷。

在本研究中,選擇形態完整、自然且對稱的上頜中切牙,采用CERCE軟件的生物再造設計功能(BC、BI和BR模式)對全冠進行設計。研究結果表明,BC模式生成全冠的咬合關系優于BR和BI模式。三種模式生成全冠的鄰接關系無明顯差異。

口頜系統的重建是一個漫長而復雜的過程[15]。由于長期的磨耗與磨損,牙齒的形態會逐漸發生變化。牙齒形態的突然變化可能導致口頜系統紊亂。例如,鄰面突度的變化可能引起食物嵌塞,咬合面的變化可能引起咬合干擾,垂直距離異常,甚至導致顳下頜關節紊亂綜合征[16]。對臨時冠效果滿意的牙齒,或形態完整但需要根管治療的牙齒,可使用BC模式進行全冠修復,從而獲得咬合關系的穩定[5,17]。對于口內僅余留幾顆牙但仍能保持咬合關系的患者,當其中一顆或幾顆牙齒需要全冠修復,牙體預備后原有的咬合關系會消失。在這種情況下,傳統的口腔修復治療需要重新確定咬合關系,這會延長治療周期,且修復效果不確定。如果全冠能使預備體恢復原有的牙合面形態,就能恢復患者原有的咬合關系,從而提高治療效率。對于上述患者,使用BC模式維持牙冠形態的穩定對口腔頜面系統的健康具有重要意義。

然而,在臨床上,由于齲齒、外傷等原因需要全冠修復的牙齒,其形態大多不完整,自身不具備良好的咬合和鄰接關系,這類患牙不適合使用BC模式設計全冠。如果患牙的同名牙形態完整,BR模式可以根據同名牙形態生成全冠,也是一種有效的設計方法,尤其適用于前牙美學修復,利用同名牙的形態重建前牙有助于實現全冠的對稱性[4,9,18,19]。中切牙是美學修復的重點,應在中線顯示出高度的對稱性。傳統實驗室制作的全冠很難實現對稱,能否成功很大程度上取決于技師的經驗[20]。BR模式可以參考同名牙的線角和切端形態,更易獲得較好的修復效果[4,9]。

如果原牙和同名牙的形態均不佳,也可以采用BI模式設計全冠。BI模式是基于數學算法,根據鄰牙和對合牙生成全冠。文獻表明,BI模型也可以獲得良好的形態,接近原始牙齒[1,6,11]。有研究評價了生物再造設計功能生成的全冠的咬合關系,認為在臨床隨機病人選擇條件下BI模式的咬合接觸比BC模式更接近原始牙齒[18]。結論與本研究不同的原因可能是本研究建立在中切牙形態完整、自然且對稱的志愿者這一條件下,這樣的條件設定有利于排除牙冠形態差異化對比較結果的影響,有利于在統一標準的條件下顯示出三種算法的差異,但也會提高生物復制功能(BC)的修復效果。

對于形態完整、自然且對稱的上頜中切牙,其鄰面與鄰牙接觸,使用口內掃描儀無法獲取完整的鄰面圖像。在BC、BI、BR三種模式下鄰面接觸區的設計大部分還是由軟件的算法得出,而非依據原牙或同名牙的接觸區形態設計,弱化了生物再造設計三種模式的設計特點,這可能是造成三組全冠鄰接關系無顯著差異的原因。

綜上,為了更好地為患者服務,臨床醫師有必要花時間學習牙冠外形設計相關知識,提高在椅旁設計軟件上調改全冠外形的能力。同時,相關設計軟件應繼續優化系統,以便能自動生成更接近臨床需求的全冠[2,10]。

本研究的局限性在于研究對象僅針對形態完整、自然且對稱的上頜中切牙,實驗結果的適用范圍有限。后續研究將進一步分析在不同情況下,椅旁設計策略的制定。