數(shù)字化技術在可摘局部義齒修復臨床應用的研究進展*

李柯晨，許樂瑤，邱春杏，馬媛媛

我國中老年因缺牙無法正常行使牙齒功能的患者眾多，因此，對牙列缺損修復的臨床需求較高。口腔修復醫(yī)生通過義齒修復體幫助缺牙患者恢復咀嚼、發(fā)音、美觀等功能，有助于維護其社會心理健康，提高生活質(zhì)量。相較于種植義齒修復，可摘局部義齒具有適應證廣泛且價格低廉的優(yōu)勢，被大量應用于牙列缺損患者[1]。然而傳統(tǒng)可摘局部義齒臨床設計復雜、治療周期長、就診次數(shù)多，且可能出現(xiàn)支架變形、鑄造缺陷等問題，易造成老年人就診不便，因此，需進一步改善可摘局部義齒的設計和制作技術[2]。

伴隨數(shù)字化技術在口腔醫(yī)學各個領域應用的迅速發(fā)展，它將有助于解決臨床修復醫(yī)生面臨的諸多挑戰(zhàn)，更新可摘局部義齒的設計、制作理念及方法。目前，計算機輔助設計和制造(computeraided design and computer-aided manufacture ,CAD/CAM) 技術制作可摘局部義齒支架已逐漸應用于臨床，同時有學者報道了可摘局部義齒的全流程數(shù)字化設計與制作技術[3]。本文將針對數(shù)字化技術在可摘局部義齒修復流程中的臨床應用及最新進展展開論述。

1 數(shù)字化印模與可摘局部義齒修復

數(shù)字化印模的采集是實現(xiàn)數(shù)字化口腔診療的前提和基礎[4]，數(shù)字化模型已廣泛應用于口腔醫(yī)學的多個領域[5]，但在可摘局部義齒修復中的應用尚未普及并且面臨較多挑戰(zhàn)。

1.1 數(shù)字化印模技術的分類 數(shù)字化口內(nèi)掃描印模技術分為間接法和直接法。間接法是通過口外掃描設備對患者的石膏模型或精細模型進行掃描，獲得三維數(shù)字化模型。目前，口外模型掃描技術已較為成熟，使用CAD/CAM 技術制作可摘局部義齒支架時大多使用這種間接法獲取數(shù)字化模型。然而該法仍需要進行傳統(tǒng)的印模制取和石膏模型的翻制，并未實現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化印模[5]。

直接法是使用口內(nèi)掃描儀（intraoral scanner,IOS）直接在患者口內(nèi)掃描牙齒、牙齦等軟硬組織表面形態(tài)，獲得三維數(shù)字化模型數(shù)據(jù)，可直接導入計算機輔助設計（CAD）軟件設計修復體，并進一步使用計算機輔助制造 (CAM) 技術制作修復體。直接法口內(nèi)掃描技術可以簡化臨床操作流程、減少患者的不適感、節(jié)省傳統(tǒng)印模材料并且便于醫(yī)生與技師以及醫(yī)生與患者的溝通。

1.2 數(shù)字化印模技術在可摘局部義齒中的應用目前已發(fā)表的臨床病例報告顯示口內(nèi)直接掃描技術大多數(shù)應用于Kennedy III 類和IV 類牙列缺損患者[6]，少數(shù)涉及Kennedy I 類和II 類牙列缺損[7]。在Kennedy III 類和IV 類牙列缺損的病例中，使用IOS 獲取數(shù)字印模制作可摘局部義齒，其適合度較好，無需較大調(diào)整，患者滿意度較好[8]。這表明數(shù)字化印模可以有效應用于缺牙數(shù)量較少的牙列缺損患者的可摘局部義齒修復。

對于Kennedy I、II 類牙列缺損或存在大面積牙列缺損的患者，傳統(tǒng)的印模方法需要利用個別托盤制取功能性印模，而口內(nèi)掃描技術獲得的數(shù)字化模型無法實現(xiàn)軟組織機械受壓[7]。另外，傳統(tǒng)印模技術通常會通過邊緣整塑來確定可摘局部義齒基托的邊緣，然而口內(nèi)掃描技術無法實現(xiàn)軟組織的功能整塑。而且目前并沒有相應的數(shù)字化技術可以實現(xiàn)邊緣建模以確定基托邊緣[9]。

因此，口內(nèi)掃描技術在可摘局部義齒修復中的應用具有局限性，主要適用于缺牙數(shù)量較少的牙支持式可摘局部義齒[10]，而對于大面積牙列缺損和游離端牙列缺損的患者仍需使用傳統(tǒng)印模方法制備石膏模型。

2 數(shù)字化可摘局部義齒設計

目前，口腔修復體數(shù)字化設計主要基于CAD技術[11]，CAD 技術在固定修復體的設計中展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢并被廣泛應用，而在活動義齒設計中的應用仍較局限，發(fā)展相對緩慢。

在可摘局部義齒中，CAD 技術目前主要應用于支架的數(shù)字化設計。現(xiàn)有研究常使用Freeform（3D Systems，美國）、Geomagic Studio（3D Systems，美國）、Dental System（3Shape，丹麥）、DentalCAD（Exocad，德國）等CAD 軟件[12]，其可實現(xiàn)以視圖方向或自定義方向為就位道的自動模型觀測，以不同顏色顯示不同倒凹深度；還封裝可生成支架各組件的功能模塊，操作者僅需確定義齒基托固位網(wǎng)、大連接體的輪廓線以及舌桿、卡環(huán)臂、外終止線的引導線，即可通過軟件專門命令自動生成各組件[11]。與傳統(tǒng)設計方法相比，數(shù)字化設計可更快確定義齒就位道，可以節(jié)省設計時間、提高設計效率。但在臨床上，可摘局部義齒設計常需綜合考慮患者余留牙、缺牙區(qū)牙槽嵴的條件、咬合情況以及美學要求等問題，涉及復雜的臨床考量和個性化設計，因此，目前的CAD 設計難以實現(xiàn)完全自動化。

3 數(shù)字化可摘局部義齒支架制作

3.1 數(shù)字化制作技術 口腔數(shù)字化制作技術即應用CAM 技術加工制作各類口腔修復體，因其高效、精確的制造工藝和廣泛的材料應用等諸多優(yōu)點而逐漸成為各類修復體制作的主流技術。

口腔數(shù)字化制作技術按照原理主要分為減材制造和增材制造兩大類。減材制造主要指數(shù)控切削成型技術（computer numerical control processing technology，CNC），采用銑削或磨削的加工方式去除塊狀、餅狀或棒狀坯料的部分材料形成口腔修復體所需形狀。切削成型技術的優(yōu)勢在于技術成熟、加工精度高、材料適用范圍廣，但不足之處在于減材制造較浪費加工材料，修復體成本較高。

增材制造主要指快速成型技術（rapid prototyping technology，RP），是基于離散堆積成型技術，通過離散化過程將三維數(shù)字模型轉變?yōu)槎S片層模型的連續(xù)疊加，再由計算機程序控制按順序?qū)⒊尚筒牧蠈訉佣逊e成型。RP 技術克服了傳統(tǒng)減材制造技術的局限性，能在較短時間內(nèi)制作出各種形態(tài)復雜的模型，更加能適用口腔修復體制作的要求。現(xiàn)今主流的RP 技術包括：立體光固化成型（stereo lithography apparatus，SLA）技術、選擇性激光燒結（selective laser sintering，SLS）技術、選擇性激光熔融（selective laser melting，SLM）技術 、熔融沉積成型（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）技術等[11]。

金屬可摘局部義齒支架多使用增材制造技術制作，其中以SLM 技術為主，隨著增材制造技術趨于成熟，并匹配以相對完善的材料與設備，SLM 打印金屬義齒支架逐漸應用于可摘局部義齒修復。

3.2 數(shù)字化可摘局部義齒支架的臨床應用及評價現(xiàn)階段數(shù)字化制作技術在可摘局部義齒修復領域的主要應用是金屬支架，相關評價研究主要集中于支架及其組件的精確度和適合性等方面。

目前用于評價可摘局部義齒支架加工精確度的常用方法是三維擬合法,即使用三維檢測軟件對支架掃描數(shù)據(jù)與原始設計數(shù)據(jù)進行三維偏差分析來評價支架的制作精確度。Tasaka 等[13]發(fā)現(xiàn)與鑄造支架相比，SLM 制作的鈷鉻支架具有更高的精確度。劉一帆等[14]的研究顯示SLM 打印的Ti6Al4V 鈦合金支架與設計數(shù)據(jù)的整體三維偏差為0.089±0.076mm，其精確度可以滿足臨床要求。

可摘局部義齒支架適合性的評價手段主要包括定性與定量兩類方法。Tregerman 等[15]使用定性評價對傳統(tǒng)鑄造方法、間接法獲取數(shù)字化模型后SLM 制作、全數(shù)字化SLM 制作的可摘局部義齒支架的適合性進行比較，結果顯示全數(shù)字化SLM 制作的義齒支架適合性最佳。定量測量方法包括復膜法和三維測量分析法。復膜法是指在牙頜模型表面或支架組織面注射彈性印模材料如硅橡膠輕體，將支架就位，分別掃描支架、牙頜模型后分析兩者間間隙的方法；三維測量分析法通過掃描獲得軟、硬組織表面完整的三維形態(tài)，使用軟件在測量模型表面均勻大量取點并且分別測量每個測量點至參考模型表面與其對應點的距離。尹禎敏等[16]比較了可用于RPD 適合性評價的三種方法，結果顯示硅橡膠膜切片測量法的測量結果受測量點數(shù)量影響，可靠性較差，而石膏模型三維分析法、翻制模型三維分析法的測量結果較硅橡膠膜切片測量法能更全面、有效地反映RPD的適合性。針對SLM 打印支架的適合性，學者們分別采用復膜法和三維測量分析法進行了測量，結果均顯示相較于傳統(tǒng)鑄造支架，SLM 打印支架的適合性略差，但仍在臨床可接受的范圍內(nèi)（50～311 μm）[17-18]。

綜上，SLM 打印可摘局部義齒支架的精確度和適合性能滿足臨床需求，但尚缺乏長期隨訪的臨床報道和隨機對照的實驗研究，仍需要更多的數(shù)據(jù)信息完善數(shù)字化可摘局部義齒支架的臨床評價。

4 數(shù)字化咬合關系記錄

數(shù)字化咬合關系在可摘局部義齒修復中的應用較少，現(xiàn)有報道使用IOS 掃描技術可實現(xiàn)上下頜關系（maxillomandibular relationship，MMR）記錄的數(shù)字化。數(shù)字化MMR 咬合記錄大致分為兩類：一類不使用暫基托和牙合堤，直接通過IOS 于口內(nèi)掃描獲取；另一類需使用暫基托和牙合堤確定咬合關系后口內(nèi)掃描記錄[3,6]。一般來說，對于少數(shù)牙缺失的Kennedy III 類和IV 類牙列缺損患者，有穩(wěn)定的咬合關系，可直接通過IOS 獲取MMR 咬合記錄，無需制作暫基托和牙合堤；而對于Kennedy I、II 類牙列缺損或存在大面積牙列缺損的患者，需要制作暫基托及牙合堤以確定其正中關系，再使用IOS 記錄上下頜咬合關系，以保證咬合關系記錄的準確性。

目前對于數(shù)字化MMR 的研究較少，其準確性并未得到驗證，未來仍需更多的研究以確定其應用于臨床的標準和指導原則。

5 數(shù)字化可摘局部義齒基托和人工牙

數(shù)字化技術在可摘局部義齒中的應用在現(xiàn)階段主要集中于義齒支架的制作中，而基托和人工牙的CAD/CAM 制作則大多應用于全口義齒[19]，但也有學者嘗試將數(shù)字化技術應用于可摘局部義齒的人工牙排列和義齒基托制作。

由于尚無針對可摘局部義齒設計的專業(yè)數(shù)字化設計軟件，現(xiàn)有的研究[20-22]均采用口腔通用CAD 軟件設計義齒基托和排列人工牙。其中，F(xiàn)reeform（3D Systems，美國）軟件常用來設計義齒基托。Nishiyama 等[20]顯示使用Dental System（3Shape，丹麥）軟件設計排列人工牙并在虛擬牙合架上進行咬合調(diào)整，可獲得較好的準確性。

基托和人工牙目前較主流的數(shù)字化制作方式是數(shù)控切削。用于制作義齒基托的可切削材料主要是聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA），用于制作人工牙的可切削材料主要為丙烯酸樹脂或以丙烯酸樹脂為基體的復合樹脂，以及新型高分子材料聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）。此外，玻璃陶瓷、氧化鋯等用于固定修復的材料也可用作可摘局部義齒的可切削人工牙材料。近年來，備受關注的新型生物材料PEEK因其優(yōu)良的力學性能、熱穩(wěn)定性、生物相容性和耐磨損性，應用范圍從整形、創(chuàng)傷外科逐漸擴展到口腔修復、種植、頜面外科等領域，其理化性能的優(yōu)化也從單純PEEK 材料發(fā)展到PEEK 與其他材料復合的研究，具有良好的應用和發(fā)展前景。目前臨床上所使用的樹脂人工牙硬度低、耐磨性差，而PEEK 材料具有與牙釉質(zhì)和牙本質(zhì)相匹配的拉伸性能和彈性模量，以及良好的拋光性及低菌斑黏附性，因此相較于復合樹脂，PEEK 用作可切削人工牙的材料具備一定的優(yōu)勢[23]。Ye 等[22]利用PEEK 切削出一體化可摘局部義齒，在石膏模型上適合性良好，但其臨床遠期效果仍需進一步的研究驗證。

增材制造也可用于制作義齒基托[9]，但相關研究和應用多集中于全口義齒領域。3D 打印技術用于全口義齒鈦基托的制作，效率高，精度準；用于整體打印全口義齒的牙列和基托，可快速實現(xiàn)無牙頜的修復[24]。隨著材料性能的不斷優(yōu)化，3D 打印技術在全口義齒修復中的應用逐漸由試排牙階段發(fā)展到最終義齒的制作完成[25]。

6 數(shù)字化可摘局部義齒的優(yōu)勢與未來發(fā)展方向

傳統(tǒng)可摘局部義齒修復具有臨床設計操作復雜、就診次數(shù)多以及支架變形、鑄造缺陷、患者滿意度欠佳等問題，與之相比，數(shù)字化可摘局部義齒在這些方面則具有明顯的優(yōu)勢。口內(nèi)掃描技術可以一次性獲取初印模及終印模，減少患者就診次數(shù)；數(shù)字化印模不再使用傳統(tǒng)印模材料，可以提高老年患者就診的舒適度，并且降低了臨床的材料成本；醫(yī)生可以及時對獲取的數(shù)字化印模進行測量分析，確認基牙的預備結果；CAD/CAM支架工藝流程較為簡單，可以提高生產(chǎn)效率。

但是，數(shù)字化技術在可摘局部義齒修復的臨床應用中仍存在一定的局限性。比如，數(shù)字化印模技術現(xiàn)主要應用于Kennedy III 類和IV 類牙列缺損的患者，若要擴展到Kennedy I 類和II 類牙列缺損的修復，需要開發(fā)一種算法以便模擬黏膜壓力位移實現(xiàn)數(shù)字功能性印模；CAD/CAM 義齒支架在臨床中的應用廣泛，但仍需要進一步提升CAD 軟件，實現(xiàn)基于基牙狀況的支架個性化、自動化設計。隨著多材料一體化增材制造技術和材料的發(fā)展，可摘局部義齒支架與基托、人工牙的同期制作可能成為現(xiàn)實，這將推動可摘局部義齒修復全流程的數(shù)字化。