可摘局部義齒鈷鉻鑄造支架和數字化打印支架的臨床失敗率對比

楊雷寧，楊 茜，趙君娜，夏慧育，韓曉鵬

可摘局部義齒(removable partial denture，RPD)是牙列缺損的主要修復方式之一[1]，具有創傷性低、價格低廉等優點，但是金屬支架傳統鑄造過程工藝復雜，制約著其精細化、高效化發展趨勢。計算機輔助設計和計算機輔助制造(computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM)技術為可摘局部義齒支架的制作迎來了新的發展方向[2]，該技術包括三維數據獲取、數字化設計及數控制作3個基本步驟，通過3-Shape、D700、iTero、E4D、LAVA C.O.S和DPI-3D等掃描設備獲取模型三維數據[3]，導入3-Shape Dental System、Geomagic Wrap、Materialise Magics、OptiStruct等CAD設計軟件進行支架設計[4-6]，最后進行減法制造(subtractive manufacturing，SM)或加法制造(additive manufacturing，AM)來加工RPD金屬支架。數字化支架的主要優點是制作精度好，生產效率高，實現個性化制作[7]；減法制作數控銑削技術(computer numerical control，CNC)精密度好，但無法切割復雜形狀且浪費材料[8]；加法制作快速成型技術(rapid prototyping，RP)[9]代表方法為三維打印技術(3-Dimensional printing，3DP)[10]，包括立體光固化成型(stereolithography apparatus，SLA)技術、選擇性激光燒結(selective laser sintering，SLS)技術、選擇性激光熔化成型(selective laser melting，SLM)技術、熔融沉積成型(fused deposition modeling，FDM)技術和立體噴墨打印技術等，非金屬類三維打印主要是SLA技術,金屬類三維打印主要是SLM技術[10]。可摘局部義齒支架打印的金屬粉末有鈷鉻合金、鈦合金和純鈦等[7]。

文章通過回顧性研究，統計2020—2021年通過傳統鑄造技術和選擇性激光熔化成型技術(SLM)加工的鈷鉻合金金屬支架1 020例，統計其臨床失敗率，分析失敗原因，指導臨床應用。

1 資料與方法

1.1 研究對象

經煙臺市口腔醫院醫學倫理委員會同意(批準號WZ20191119)，2020—2021年，在修復科進行鈷鉻合金金屬支架可摘局部義齒修復的病例準予納入，所有模型(石膏模型、數字化模型)由3名副主任醫師組成的質檢小組按照標準進行質檢，模型和設計均合格后再轉發本院修復工藝中心，由受過專業培訓的2名高年資技師按照可摘局部義齒制作標準流程進行支架的鑄造加工或選擇性激光熔化成型(SLM)打印，在運輸或加工過程中，如遇到模型損傷重新制取模型，保證模型的準確性和完整性。鑄造支架材料為鈷鉻合金(Wironit，Bego Dental，德國)，SLM支架材料為鈷鉻合金(Wirobond C+，Bego Dental，德國)。

1.2 方法

按照金屬支架加工方式分為兩組，對照組為鑄造組，試驗組為選擇性激光熔化成型組(SLM組)。鑄造組：紅膏+藻酸鹽制取印模，灌注硬石膏模型，通過傳統鑄造技術制作金屬支架。

SLM組，方法一：模型獲取同鑄造組，3-shape D700倉掃(間接掃描法)獲取模型三維數據，3-shape Dental System進行設計，SLM技術打印金屬支架。方法二：利用3-shape Trios口內掃描全牙列(直接掃描法)獲取三維數據，后續同方法一。

1.3 統計學方法

統計僅因金屬支架(不包括樹脂基托和人工牙等因素)失敗的可摘局部義齒病例，匯總失敗原因；鈷鉻合金金屬支架失敗原因分為支架折斷(如卡環折斷和大、小連接體折斷等)和支架精密性不良(如不能調改的不穩定、就位不良、固位不良、不密合、形態不良和壓痛等)。利用SPSS Statistics 26軟件進行統計分析，采用卡方檢驗來檢驗傳統鑄造支架和數字化打印支架的失敗率差異(因研究樣本量和理論T值限制，以校正卡方檢驗和Fisher確切概率法數值為準)，檢驗水準為P<0.05。

2 結 果

2020—2021年可摘局部義齒鈷鉻鑄造支架和SLM支架臨床失敗率比較見表1。2020—2021年鈷鉻合金鑄造支架的臨床失敗率為3.64%，2020年失敗率為4.02%，2021年失敗率為3.31%；2020—2021年鈷鉻合金SLM支架的臨床失敗率為2.63%，2020年失敗率為1.82%，2021年失敗率為3.39%；2020—2021年2種支架的臨床失敗率均無統計學差異(χ2>0.05)。2020—2021年可摘局部義齒鈷鉻鑄造支架和SLM支架臨床失敗原因比較見表2。

表1 2020—2021年兩種加工方式鈷鉻合金金屬支架失敗率比較

表2 2020—2021年兩種加工方式鈷鉻合金金屬支架失敗原因比較

2020—2021年鈷鉻合金鑄造支架臨床失敗的主要原因為支架精密性不良，失敗率占比3.42%(其中不能調改的支架不穩定、就位不良和固位不良等為支架精密性不良的前三因素，失敗率分別為1.10%、0.99%和0.55%)；支架折斷率較低，僅為0.22%。2020—2021年鈷鉻合金SLM支架臨床失敗的主要原因為支架折斷，失敗率占比為1.75%；支架精密性不良(主要是支架不穩定)占比0.88%，未發現其他精密性不良問題。2020—2021年鈷鉻合金鑄造支架和SLM支架折斷和精密性不良等無統計學差異(χ2>0.05)，大連接體折斷有統計學差異(χ2<0.05)，其他失敗原因如卡環折斷、不穩定、就位不良和固位不良等均無統計學差異(χ2>0.05)；上述兩種支架均未發現小連接體折斷。

3 討 論

3.1 可摘局部義齒數字化印模的獲取

可摘局部義齒的制作離不開精確的印模技術，數字化印模的出現為可摘局部義齒印模的獲取提供了新的技術支持。根據掃描方式，口腔數字化印模技術分為兩類：間接掃描法(模型或印模掃描)和直接掃描法(口內掃描)。對于上下頜全牙列掃描，Berrendero等[11]、楊雷寧等[12]、陳博[4]均證實直接掃描法和間接掃描法獲取的數字化印模準確可靠。而對于軟組織掃描，口內直接掃描法受到唾液、修復體等反光因素的影響，且無法進行肌功能整塑、無法制取壓力性印模等，因此很難獲取可摘局部義齒修復所需的完整印模數據[13]。D'Arienzo等[14]通過研究無牙頜數字化印模證實直接掃描法與間接掃描法在主承托區上無明顯差異，但在腭皺襞、磨牙后墊、前庭溝位置差異較大。陳博[4]認為可摘局部義齒和全口義齒修復的大多數病例宜制取選擇性壓力印模，因此更建議適合的間接法數字化模型技術。錢飛等[15]也建議游離端缺損的可摘局部義齒應采用間接法獲取三維數據。張楠等[13]報道口內直接掃描法結合3D打印樹脂模型在肯氏Ⅲ、Ⅳ類牙列缺損病例中固位和咬合關系優于傳統方法，但對于肯氏Ⅰ、Ⅱ類牙列缺損需要進一步研究。Wu等[16]對肯氏Ⅱ類牙列缺損患者嘗試數字化修正/功能性印模的應用研究，取得了較好的臨床效果。本研究114例鈷鉻合金數字化打印支架，只有肯氏Ⅲ類牙列缺損病例嘗試了直接掃描法，獲取的支架就位順利、穩定性好，結合3D打印樹脂模型，咬合的準確性良好；其余病例均采用間接掃描法，所獲取的打印支架就位順利，穩定性相對好；研究證實直接掃描法和間接掃描法均可用于可摘局部義齒數字化印模的制取，間接掃描法應用更廣泛。

3.2 SLM鈷鉻合金金屬支架的生物相容性

SLM鈷鉻合金具有良好的生物相容性。Puskar等[17]體外實驗發現SLM鈷鉻鉬合金和傳統鑄造鈷鉻鉬合金對人成纖維細胞系MRC-5的細胞毒性無統計學差異；劉爽等[5]證實SLM鈷鉻合金的耐腐蝕性及生物相容性均優于鑄造件。修復體表面的粗糙度影響牙菌斑的附著能力[18]，3D打印鈷鉻合金表面雖然粗糙度大于減法制作[10]，但張倩等[19]證實其在打磨拋光后明顯低于Quirynrn等[20]研究得到的粗糙度閾值，能夠有效控制菌斑形成。研究發現，所有SLM技術制作的鈷鉻合金金屬支架，2年使用期間未發現有金屬敏感等不良反應，支架的清潔度相對理想。

3.3 SLM鈷鉻合金金屬支架的精密性

傳統失蠟鑄造工藝中，蠟型在制作和包埋過程中易出現變形及收縮問題，SLM技術有效避免了傳統鑄造工藝中金屬收縮等問題，但關于SLM鈷鉻合金金屬支架的精密性，目前的研究結果不一致。觀點一：SLM支架優于傳統鑄造支架，Tregerman等[21]證實SLM鈷鉻合金金屬支架的適合性優于傳統支架；Peng等[1]證實SLM鈷鉻合金RPD支架的準確性均優于鑄造支架；觀點二：SLM支架不如傳統支架，Soltanzadeh等[22]證實SLM鈷鉻合金金屬支架的適合性不如傳統鑄造支架，尤其是在大連接體處；Ye等[23]測量發現SLM鈷鉻合金金屬支架牙合支托與牙體組織的間隙略大于鑄造牙合支托間隙；Chen等[24]報道SLM鈷鉻合金金屬支架在工作模型的間隙略大于鑄造支架。雖然上述研究結果未能最終界定SLM支架和傳統鑄造支架哪一種更優，但是所有學者均認為這兩種支架可滿足臨床應用要求。

研究發現，2020—2021年SLM鈷鉻合金金屬支架的精密性優于傳統鑄造支架，與觀點一的研究結果相同。鑄造支架精密性不良占比3.42%，SLM支架精密性不良占比0.88%，二者的檢驗結果無統計學差異(χ2=0.237)。鑄造支架精密性不良的原因主要為支架不穩定、就位不良和固位不良等，占比分別為1.10%、0.99%和0.55%。SLM支架精密性不良的具體原因為不穩定，占比為0.88%，未發現就位不良和固位不良等其他原因。SLM鈷鉻合金金屬支架表現出良好的精密性，與數字化模型觀測保證了RPD支架合適的就位道、CAD軟件準確定位倒凹深度保證RPD卡環精確放置、CAD軟件實時優化支架形態和位置以防止RPD支架緩沖不足對牙齦、黏膜等形成過大壓力等有重要關系[10]。

3.4 SLM鈷鉻合金金屬支架的強度

本研究結果顯示，2020—2021年傳統鈷鉻合金金屬支架折斷2例(1例為卡環折斷，1例為大連接體折斷，未發現小連接體折斷)，折斷率0.22%；SLM鈷鉻合金金屬支架折斷2例(均為大連接體折斷)，折斷率為1.75%；鈷鉻合金鑄造支架和SLM支架大連接體折斷率有統計學差異(χ2=0.033)，卡環折斷無統計學差異(χ2=1)。這兩種鈷鉻合金金屬支架(卡環和大連接體)折斷率差異原因分析如下。

3.4.1 SLM鈷鉻合金和傳統鑄造鈷鉻合金金屬性能對比 研究的觀點不太一致，多數研究表明SLM技術金屬支架性能優于傳統鑄造支架。Takaichi等[2]證實SLM鈷鉻合金抗拉強度、屈服強度、伸長率等性能均優于鑄造組；Wu等[25]證明SLM鈷鉻合金試件的抗拉強度更優；Puskar等[17]發現SLM鈷鉻合金由半月形分層形成更均勻緊湊的結構，硬度值更高，而鑄造鈷鉻合金內致密不規則樹枝狀網格降低了其強度；劉爽等[5]證實SLM鈷鉻合金強度優于鑄造組。Yager等[8]證實鑄造和SLM卡環雖有相等的平均屈服強度和最大的彈性形變，但SLM卡環更均質且未發現易引起裂紋產生的次相結構。Jevremovic等[26]證實SLM鈷鉻合金與傳統鑄造鈷鉻合金屈服強度、最大伸長率類似。但Lapcevic等[27]認為傳統鑄造支架的硬度和抗疲勞強度優于SLM支架。本研究結果與Lapcevic的研究結果相似，SLM鈷鉻合金的抗疲勞強度弱于傳統鑄造鈷鉻合金，傳統鈷鉻合金支架折斷率為0.22%，而SLM鈷鉻合金折斷率為1.75%；上述研究結果的差異與SLM支架金屬粉末的性能(化學成分、有害成分、球形度、粉粒粒度及分布、粉末流動性、固相線和液相線溫度等)[28]、SLM的工藝參數[29]、SLM支架自身幾何結構、SLM打印件打印方向以及打印后熱處理息息相關[28]。

3.4.2 SLM鈷鉻合金卡環構建方向 卡環作為可摘局部義齒的薄弱環節，Kajima等[30]研究發現，SLM技術不同構建方向對鈷鉻合金卡環的抗疲勞性有顯著的影響，卡環構建方向與其長軸垂直強度更高。研究發現傳統鑄造鈷鉻合金卡環的折斷位置在卡環中部的應力集中區，與朱彥紅等[31]報道相同；研究未發現SLM金屬支架卡環折斷病例，可能與本研究在進行SLM卡環構建時，為保證其強度，要求其構建方向盡量與其長軸垂直相關。為了保證研究結果的準確性，建議更長時間的臨床跟蹤觀察。

3.4.3 SLM鈷鉻合金打印支撐角度 未發現鈷鉻合金金屬支架打印支撐角度的相關研究，但倪達[32]證實鈦合金打印支撐角度對支架、牙合支托、卡環等均有影響，水平組最優。

4 小 結

以SLM技術為代表的金屬3DP,是一種新的加工方式，雖然存在一些問題，如金屬支架材料種類有限、支架材料的物理和機械性能還需更長時間的臨床觀察、技術工藝和設備需要進一步提高和完善等，但該技術加工出的鈷鉻合金金屬支架生物相容性好、精密性較高、臨床失敗率相對低，能夠滿足臨床應用，其對可摘局部義齒的發展具有很好的推動作用。

本研究為臨床應用研究，未能對納入病例的復雜程度(如牙列缺損類型等)進行分類，臨床觀察時間僅為2年，所得結果有一定的局限性，后續會繼續跟蹤觀察。