数字化技术在可摘局部义齿和全口义齿制作中的应用现状与未来

    随着生活水平的提高，人民群众口腔保健意识也越来越高，“口腔健康，全身健康”的理念也越来越得到更广泛认可。根据全国第四次口腔流行病调查数据显示，中老年患者的口腔健康问题虽有一定改善，但牙列缺损/缺失人口数在总人口数中仍占较大的比重。因此，选择合适的义齿修复牙列缺损或缺失，对维护患者口颌系统及全身健康具有重要意义。
    虽然种植义齿具有不磨损健康邻牙、修复后舒适度高的优点，但也存在价格高、治疗周期较长等不足，特别是对于年龄过大、全身健康欠佳或存在难以修复的软硬组织缺失、严重糖尿病、牙周病等无法使用种植义齿的患者来说。而可摘局部义齿或常规全口义齿因具有强度高、价格低、适应证广、创伤小及可修理等特点，目前仍然是牙列缺损/牙列缺失最常用的修复方式，对那些无法采用种植修复的患者更是唯一选择。
    当前，可摘局部义齿/全口义齿的临床和技工室操作仍是以传统方法为主，即在制取多次印模后，需要通过颌位关系记录与转移、熔模制作、精密铸造、排牙蜡型、装盒热处理等一系列过程。临床就诊次数多、耗时长；且制作方法存在着过程复杂、污染高、浪费多、效率低、质量不易控制等不足。
    自从20世纪80年代初，法国学者Duret教授首次成功应用计算机辅助设计/计算机辅助制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）技术制作冠修复体以来，数字化技术（包括数字化印模、数字化设计和数字化制造）已成为口腔修复学领域的热门技术之一，并在冠桥、贴面、嵌体等固定修复领域得到成功应用。
    与传统方法相比，CAD/CAM技术具有加工精度高、制作速度快的突出优点，尤其是利用CAD/CAM即刻修复，极大提升了临床接诊效率和患者满意度。随着软件和加工设备的不断更新，通过数字化技术设计并制作可摘局部义齿/全口义齿，也越来越受到人们的关注并取得了一系列重要研究成果。本文结合我们在该领域的实践与探索，从临床应用角度出发，概述数字化技术在可摘局部义齿和全口义齿制作中的应用现状，预估该技术的未来发展趋势，期望对读者全面认识该技术能有所帮助。
    1.数字化技术制作可摘局部义齿和全口义齿的技术要点
    应用数字化技术制作可摘局部义齿和全口义齿也需要经过印模、模型、设计、颌位关系转移及加工制作等环节，这和传统技术是一致的，但是二者在技术、使用的材料和设备上却是完全不同的。其中，最能体现数字化技术特征的包括下面几个方面。
    1.1数字化印模技术
    数字化印模是义齿数字化加工制作的重要特征，通过扫描仪将口腔内情况转变为数字化信息保存到系统里，成为后续设计和制作的基础。扫描仪是该步骤的关键设备，自从1982年瑞士Mormann教授开发出第一台手持式口内扫描仪以来，市面上已涌现出一大批功能强大、扫描精度高的口腔数字化印模系统。
    目前，口腔数字化印模系统主要包括口外（仓式）扫描和口内扫描两种方式。其中，口外扫描主要是扫描印模或者石膏模型以获得数字化模型，其中扫描印模多用于获取无牙颌的数字化模型。最新的口外扫描仪内部通常装有多个高像素摄像头，可以实现高效的代型或印模在模型内的扫描，因此节省了单独扫描时间，甚至可以扫描印模，不用创建石膏模型或可以同时组合印模和代型。
    常见的口外扫描仪有AutoScan-DS300、D2000、Hybrid、inEOSX5、Medit和PlanScanLab。其中AutoScan-DS300、D2000和Hybrid可以扫描彩色纹理，有助于将工作模上绘制的支架设计方案转移至数字化模型上，方便支架的数字化设计；AutoScan-DS300、Hybrid和inEOSX5还可以扫描牙合架，辅助可摘局部义齿支架的数字化设计。口内扫描则是用扫描仪直接扫描口内软硬组织信息。
    依据其使用光源不同可主要分为两大类：一类是基于激光技术的口内扫描系统，所应用的技术原理主要为平行共焦成像技术和激光三角测量等技术，口内扫描时能从不同的角度和位置捕捉口腔组织图像；第二类是基于可见光技术的口内扫描系统，技术原理是通过静态图像采集、视频捕获及实时图像捕捉等技术方法采集图像。
    由于不用取模，因此摆脱了印模材料对印模质量的影响，避免了取模时部分患者咽反射对印模精度的影响，就诊体验更佳；并且数字化文件的储存比传统石膏模型占用空间小，储存更方便。Kattadiyil和吴江等分别应用口内扫描制取了KennedyⅢ类牙列缺损和严重开口受限患者的牙列缺损数字化模型，并成功用于可摘局部义齿修复；LoRusso等也尝试使用口内扫描直接获取了无牙颌印模，进行了全口义齿的数字化设计与制作。目前临床上常见的口内扫描仪有CS3600、iTero、Omnicam、PlanScan、Trios和TrueDefinition。
    1.2数字化设计
    数字化设计，即计算机辅助设计，是集计算、绘图设计、网络通信、信息管理等多领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分，也是口腔修复CAD/CAM流程中的中间环节。数字化设计在可摘局部义齿和全口义齿的临床应用主要包括可摘局部义齿支架、个别托盘和全口义齿排牙三个方面。
    ①可摘局部义齿支架的数字化设计：其基本流程是在数字化模型上观测并选择合适的就位道、自动填补倒凹；参考临床设计图完成可摘局部义齿支架各组成结构的绘制与检查。节省了大量材料、人力和时间，且避免了修复体质量因人为因素导致的差异。当前，主要的商用设计软件包括国外的SensAbleSystem、3ShapeDentalSystem和Cerami，以及国产的维视可摘局部义齿设计软件。
    ②个别托盘的数字化设计：用于混合支持式、黏膜支持式可摘局部义齿或全口义齿二次印模的个别托盘设计。其设计过程也基本同手工传统操作，即在软件中进行模型观测及填倒凹，绘制托盘边缘线，最后添加手柄与指支托。针对个别患者的牙槽嵴顶索状松软黏膜，还可设计开窗式个别托盘。
    目前，个别托盘的数字化设计主要是通过上述数字化设计软件完成，而专用个别托盘设计软件主要是国产华天全口义齿个别托盘设计软件和吴江等研发的可摘局部义齿修正印模个别托盘软件。
    ③全口义齿的数字化设计：其基本流程是在带有颌位关系的无牙颌数字化印模基础上，由软件自动完成义齿基板和人工牙的排列。和传统人工操作相比，数字化技术排牙效率更高。目前国外可查及的全口义齿修复系统主要是AvaDent、Dentca、CeramillFDS系统、Dentalwings、3Shape系统、BalticDenture系统。北京大学口腔医院孙玉春教授团队研发的全口义齿设计软件SVivaFDDesigner，可自动设置人工牙位置，半自动设计美学和个性化人工牙龈，自动设计虚拟的全口义齿阴模。
    1.3数字化制造
    数字化制造即计算机辅助制造（CAM），主要包括减材制造（subtractive manufacturing，SM）和增材制造（additive manufacturing，AM）。减材制造主要是通过数控切削方式完成修复体的制作，已在全瓷冠、桥、贴面、嵌体等领域广泛应用。但是，可摘局部义齿由于具有如卡环等复杂的结构，加工难度高；并且切削过程中容易导致支架变形，能加工的支架类型取决于坯块的厚度，受到较多制约。同时，此过程中有近90%的材料在制造过程中被移除，且无法回收使用，浪费原材料并大幅增加制作成本。
    目前，减材制造多用于制作小型或结构简单的支架，常用的材料有树脂、钴铬合金、钛合金和纯钛等。对于全口义齿而言，也有学者通过将人工牙粘接到切削制作的树脂基托上预留的凹槽直接完成；或者排列到切削制作的蜡基托，再按照常规技工室流程完成义齿制作。
    近年来，一种名为聚醚醚酮（polyether ether ketone，PEEK）的可切削非金属材料也因其较好的力学性能和不易磨耗，颜色与牙齿接近等诸多优点，用于可摘局部义齿支架的减材制作。增材制造则与减材制造方法相反，是通过层层堆叠的方法制造三维实体的过程，其代表方法为三维打印技术（3-Dimensional printing，3DP）。目前三维打印技术根据加工材料不同可分为非金属类和金属类三维打印。
    非金属类三维打印主要是立体光固化技术（sterolithography apparatus，SLA），在可摘局部义齿支架中的应用更多的是用来打印树脂蜡型，继而利用传统的铸造方法进行金属支架的制作。此外，SLA技术也常用于制作个别托盘、诊断式义齿和全口义齿蜡型。金属类三维打印主要是选择性激光熔融（selective laser melting，SLM），该技术可以制作致密度接近100%的高密度试件，且试件尺寸加工精度高、机械性能优良。
    2006年，Williams首次使用SLM技术制作了钴铬合金可摘局部义齿支架，临床试戴获得了较佳的效果。吴江等也多次应用SLM技术制作钛合金可摘局部义齿支架和全口义齿钛基托，并进行了成功的临床应用。鉴于减材或增材制造仅能制作义齿支架或基托，后期仍需通过常规技工室排牙、装盒等技术完成义齿制作，空军军医大学高勃教授提出了基于增－减材理念的可摘局部义齿/全口义齿的数字化复合制作技术：应用增材制造技术完成可摘局部义齿支架或全口义齿基托的制作，同时应用减材制造技术加工人工牙，两者再通过特殊基台结构粘接完成义齿的制作，省去了排牙蜡型、装盒热处理等传统技工室流程，极大提高了临床效率，并进行了初步临床应用，效果良好。
    1.4数字化颌位关系记录与转移
    在可摘局部义齿和全口修复中，颌位关系的记录与转移对于修复体的设计、制作以及最终使用效果具有极其重要的意义。特别是对于缺失牙较多、丧失颌位关系的患者，如何采用数字化的手段模拟咬合接触及下颌运动，从而替代传统过程中的面弓转移上牙合架过程，也是数字化技术在可摘局部义齿和全口义齿应用中的关键问题。其中的关键环节就是上下颌数字化模型数据、颌位关系数据与虚拟牙合架在三维空间中的匹配。
    按照匹配实现方式可分为两类：①基于面（口）扫数据的直接匹配；②基于模型扫描和运动面弓（下颌运动轨迹描记）数据的间接匹配。前者代表为Planesystem，核心设备为面部扫描仪与牙合平面确定装置，在软件中通过牙合关系记录与面扫的三维数据相匹配上颌模型。后者则是通过各类运动面弓获得患者个性化下颌运动数据，转移至传统牙合架上，通过仓式扫描牙合架与模型获取相关信息，导入配套软件中获取对应的个性化颌位关系和下颌运动数据。
    2.数字化技术在可摘局部义齿和全口义齿制作中的优点与局限性
    2.1数字化印模技术的优点与局限性
    数字化印模具有精度高、便于储存的优点，特别是通过口内扫描技术，可以避免传统印模技术因托盘不合适等造成的脱模、咽反射过重等问题。但限于扫描头尺寸、患者张口度、缺牙类型和唾液影响，软硬组织扫描时也常会出现模型数据缺失的问题，影响确定咬合关系时的配准精度，导致后期修复体设计和制作质量出现波动。
    此外，对于可摘局部义齿和全口义齿的修复而言，口内扫描只能获得牙列及黏膜组织的表面形态，暂无法直接获得功能状态下的印模。因此，口内扫描仅适合KennedyⅢ类牙列缺损的数字化工作模型的获取。而对于KennedyⅠ、Ⅱ类牙列缺损或全口牙列缺失患者，通常还是应用传统方法制取印模、灌制石膏，再通过口外扫描获得数字化模型。
    此外，在应用口内扫描技术直接获取印模的过程中，应注意扫描时间不宜过长，否则造成冗余数据量过大，易导致最终的数字化模型出现精度波动，通常10min左右应完成单颌印模的口扫。此外，手持扫描头扫描时，应平缓移动，确保识别牙牙合数据的连贯，提高精准度。若患者存在腭穹窿过高、唾液分泌量过多等情况，建议配合喷粉、吸唾等，以提高口扫设备的识别率。
    2.2数字化设计的优点与局限性
    当前商用可摘局部义齿数字化设计软件种类较多，且功能非常强大。通过构建可摘局部义齿支架不同结构的数据库，可以很方便地进行数字化设计，和传统手工方法相比，操作更简单、效率更高、医技沟通更直观、质量波动小且节省材料。特别是国内已有软件公司，研发了可摘局部义齿数字化设计平台和手机端可视化软件，极大地方便了医技、医患之间的沟通和交流。
    其不足之处在于：①大多数情况下，在临床医生未给出具体设计图时，仍更多依赖于技师个人经验，智能化和自动化程度有待提升；②现有数字化可摘局部义齿设计软件购买费用高、需要缴纳年费；③部分软件存在后台数据收集，存在一定的信息泄露/泄密风险；④修复体的功能和美学性能常需通过临床佩戴或试戴来评价，无法实现自动化评价和结构拓扑优化等；⑤进行排牙设计时，虽可以提高效率，但是如何确定最佳牙齿排列位置，更多地依赖技师经验与解剖标志点，尚无法实现依据患者咬合特点的个性化排牙。
    2.3数字化制造的优点与局限性
    2.3.1减材制造的优点与局限性
    减材制造的优点在于：①加工精度高，适合制作对表面光洁度要求较高的修复体，加工完成后无需过多的后处理步骤；②加工过程较为简单，不容易出现错误；③对修复体CAD设计生成的STL格式文件的完整性要求不高，允许出现小部分立体几何结构上的错误，如模型存在小孔、钉状物、坏边等错误；④几乎所有常见的修复材料都能加工；⑤加工后的修复体内部均质性较好。
    其缺点在于：①无法加工嵌套、镂空结构等复杂修复体；②刀具磨耗；③浪费材料，90%以上的材料被浪费掉，且无法回收利用；④加工效率低，数控切削设备由于本身的工作原理和坯料的体积限制，同一时间只能对一个修复体进行加工，一次工作循环加工的修复体总量也较少，价格较高。
    2.3.2增材制造的优点与局限性
    增材制造的优点包括：①可加工精细、复杂的几何结构。包括镂空、中空、倒凹等复杂结构，并且可一次成型，无需后续的组装；②节约材料。除了用于支撑结构的材料外，几乎无其他材料损耗；③能同时加工大量修复体；④支架或基板的成型质量高，不会出现传统铸造方法造成的缩孔、缩穴等。以SLM为例，其制作的金属支架的质量和适合性均已满足临床要求。
    但也存在以下缺点：①成本和场地限制。目前市面上的金属三维打印及后处理设备价格较高，小型的口腔技工室无法承担；②与减材制造相比，表面粗糙度较高，需进行手动打磨抛光等后处理，存在一定的加工误差；③可加工的材料较少；④对STL格式文件的完整性要求很高。不允许存在任何立体几何结构错误，常需通过第三方软件修复模型后才能用于加工。
    3.未来发展趋势
    3.1数字化印模技术
    对游离端牙列缺损以及牙列缺失患者而言，功能性印模的制取对于义齿修复效果以及远期口颌健康的稳定具有重要意义。针对现有口内扫描技术无法直接获取功能性印模的问题，需要结合传统或者采用创新的技术实现功能状态下的数字化印模。吴江等在KennedyⅡ类牙列缺损患者，通过“传统方法+数字方法”，进行了数字化修正/功能性印模的应用研究，获得了较好的临床效果，实现了修正/功能性印模的数字化快速构建，并开展了相关软件的研究。
    3.2数字化设计技术
    鉴于现有数字化设计方面的不足，未来的可摘局部义齿/全口义齿设计软件可尝试通过结合大数据技术，开发具有智能化、自动化特点的辅助设计软件。即医生通过在软件界面输入患者相应的口腔余留牙条件、黏膜和结构特征，软件结合大数据分析，自动给出多个设计方案；确定后的设计方案直接转换为三维可摘局部义齿支架文件。
    3.3数字化制造技术
    无论是减材制造还是增材制造都存在各自的不足，而基于增－减材理念的复合技术为可摘局部义齿和全口义齿的自动化快速制作提供了新的思路和方向，但也存在着美学区修复以及复诊重衬较难的问题。这些都要从数字化设计方法、材料更新以及设备上进行创新。此外，现有设备都过于庞大，虽然也有金属类口腔专用数字化加工设备投入市场，但未来小型化、椅旁化必将是可摘局部义齿/全口义齿制作设备的发展方向。
    3.4数字化颌位关系的记录与转移
    随着CBCT的逐渐普及与精度的提高，下颌运动数据不仅仅局限于匹配虚拟牙合架，模拟动态接触，还可进一步将口扫数据、上下颌骨重建数据及下颌运动数据相匹配，通过软件精准实现具有个性化咬合特点的可摘局部义齿和全口义齿的制作。
    综上，和传统方法相比，数字化技术在可摘局部义齿和全口义齿的印模制取、数字化设计和制造中显示了其无可比拟的优势，但仍然存在亟待解决的问题。随着新的理念、新的材料和新型加工方式的不断出现，数字化技术在可摘局部义齿和全口义齿修复中也将呈现出智能化和个性化的特点，为医患双方带来更多的便利。