数字化全口义齿的研究和应用进展

2018-3-16 11:03 来源:口腔颌面修复学杂志
作者:王子轩 孙玉春 周永胜阅读量:18561

    利用CAD/CAM技术制作全口义齿相比于传统手工制作全口义齿具有多种优势:可减少患者就诊次数,利用可切削聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂块制成的全口义齿基托具有良好的机械强度和精确度,密合度较高,易进行义齿复制,全口义齿的质量可得到更好地控制,利于全口义齿生产的标准化和规范化等。因此,数字化全口义齿具有良好的研究和应用前景。

    1.数字化全口义齿的制作流程介绍

    1.1无牙颌印模的数字化制取

    数字化印模技术可分为口外数字印模技术和口内数字印模技术。口外数字印模技术主要扫描模型或无牙颌印模。口内数字印模技术省略了制取印模和灌注石膏模型等操作,可有效节约操作时间。但对于无牙颌印模和模型,目前采用口外数字印模技术更加可行,因为利用探入式光学扫描探头直接获取口内数字印模的精度尚不能满足临床要求。苏庭舒发现口内数字化印模的扫描精度会随着牙弓扫描范围增大而降低,只有在扫描范围低于半个牙弓时其精度才符合临床要求。Tabea发现利用口内扫描仪误差较大,而口外扫描仪的精度符合临床要求。Matsuda仅利用口内扫描数据制作个别托盘。

    此外,口内三维扫描用于无牙颌功能印模获取的主要局限性,在于静态光学扫描难于获得“肌肉静力区”的软组织整塑信息。魏菱等利用三维打印技术制作无牙颌个别托盘,比较了数字化个别托盘与传统工艺制作的个别托盘在技工操作时间和临床操作时间的差异,结果表明采用三维打印数字化无牙颌个别托盘能够节约技工的制作时间和临床操作用用时。

    1.2颌位关系的记录

    颌位关系的记录是全口义齿制作的关键环节。Yuan利用非接触式激光扫描仪分别对上、下颌无牙颌模型以及蜡堤进行扫描,分别形成数字化模型或蜡堤,最后形成一组颌位记录并对其精度进行评价,结果表明其精度符合临床要求,证实这种间接取得数字颌位记录的方法提升了数字化全口义齿制作的准确程度。部分商用数字化全口义齿制作系统已有独特的颌位关系记录方法。然而,现阶段的颌位记录仍需要由临床医师手动完成,如何利用数字化技术直接记录垂直距离和咬合关系等将是数字化全口义齿研究领域的难题。李伟伟针对无牙颌患者颌位关系的直接临床数字记录开展了初步研究,自研了一种颌位头架在口外支持下颌的垂直向位置,水平向位置关系由医师确定,用手持式三维扫描仪获取撑开口周软组织暴露的无牙颌患者前弓区的牙槽嵴三维数据,再将上下模型三维数据配准到直接的数字记录颌位上,初步探索了直接数字记录颌位关系的可行性。但该方法仅适合牙槽嵴具有一定高度(满足直接三维扫描要求)的无牙颌患者,应用范围存在局限性,且记录过程中如何维持患者颌位关系不变是难题。

    1.3数字化排牙

    在全口义齿的制作过程中,人工牙的选择和排列是其中非常重要的一环。传统全口义齿质量的优劣,完全依赖于牙科技师排牙水平的高低。利用数字化排牙系统,既可降低技师劳动强度,也可减少对技师工艺水平和经验的依赖,使得人工牙的排列更标准化,科学化。孙玉春通过参数化定位全口义齿人工牙,建立人工牙三维图形数据库及其定位坐标系、标志点、参考线等,用人工牙参数化三维图形数据库描述排牙原则,解决了全口义齿平衡牙合的精确设计问题,可直接用于全口义齿计算机辅助设计。韩景芸将数字化技术与中性区理论相结合,研发了全口义齿数字化设计系统。该系统不仅包含了完全类型的人工牙数据库,更实现了人工牙在排牙线上的个性就位。

    Zhang利用多机械手排列机器人原型系统进行人工牙的排列,验证了使用多个机械手排列机器人实现全口义齿制作策略的可行性。范骐磊研究了一种基于个性化特征驱动的排牙方法,只需手动提取患者的口腔约束可完成自动化排牙。Han使用3 Shape Dental System 2013设计系统进行虚拟排牙,其人工牙可在矢、冠状面和水平面上移动,继而可调整牙列的长、宽和高,因此,该系统排牙个性化程度较高;而Dentca系统的模型解剖特征都是通过软件自动提取,因而其排牙个性化程度较低。此外,国外多个商业制作系统也把研究重点集中在排牙自动化上,通过坐标系统实现人工牙的自动定位。今后,利用前牙或唇侧丰满度的检测自动调整前牙空间位置,通过干涉检测实现邻接、咬合关系的自动调整仍是未来的研究方向。但数字化全口义齿的设计并非意味着完全自动化,医师、技师和患者的参与能够使得排牙的过程更加个性化,而且让患者参与到CAD设计中有助于实现高水平的医患交流。

    1.4虚拟调牙合

    不同于传统制作全口义齿的调牙合方法,在全口义齿数字化设计中,调牙合能在设计时进行。在CAD设计时通过改变牙齿咬合面的局部形态消除对颌牙之间不合理的干涉,这种方法称为虚拟调牙合。虚拟调牙合的工具为虚拟牙合架,在修复体CAD过程中应用虚拟牙合架,可降低牙科技师利用机械牙合架调牙合时对经验的依赖。寇小希利用Imageware11软件解决了人工牙轴向以及径向干扰问题,但是没能研发自主寻找、自主调整牙合干扰的程序。张翔利用当上下颌牙齿处于牙尖交错位时标准冠牙合面到对颌牙牙合面的法向距离图,引入体样条插值算法,完成虚拟调牙合。

    范骐磊使用了一种基于Laplacian的咬合面调整方法,先找出上下颌牙齿的干扰情况及其强度,利用Laplacian变形方法,迭代地对牙齿咬合面进行调整。以上对于虚拟调牙合的尝试大都建立在静态咬合的基础之上,但是口腔在行使咀嚼功能时,下颌处于运动状态。如何解决下颌运动中义齿的虚拟调牙合将是未来研究的方向。

    1.5全口义齿基托的设计和制作

    利用CAD/CAM技术可有效地制作全口义齿基托,减少技师工作量。韩景芸设计了全口义齿基托设计系统,利用三角网格和NURBS曲面相结合的混合造型技术实现基托美观的功能重建。范骐磊提出了一种基于曲线驱动变形的建模方法,获取高质量的牙龈表面形态,使得全口义齿基托建模变得更有效率。全口义齿基托建模完成后,可用CAM进行基托制造;而对于人工牙,因CAM技术直接完成的人工牙达不到强度、耐磨度和美观的要求,因此,人工牙目前仍主要采用成品牙。CAM的加工方式分为加法制作和减法制作;加法制作即快速成形技术,而减法制作以数控切削为主;两种制作方法各有优劣。加法制作可节约材料,而减法制作可避免基托材料在固化反应过程中造成的变形或收缩,提升固位力和基托强度等,被目前更多的数字化全口义齿制作系统使用。现有的商业化制作系统中,Dentca采用的是加法制作全口义齿的暂时基托(试牙用),而Ava Dent Digital Dentures,Baltic Denture System等主要采用减法制作全口义齿基托。基托制作完成以后,人工牙和基托还要粘接在一起,如Ava Dent Digital Dentures系统;对于BalticDentureSystem,成品人工牙与基托树脂块是预成为一体的,切削完树脂基托即完成了义齿的制作。

    王函使用切削机器制作人工牙与全口义齿基托,人工牙与基托之间的粘接装配精度仅达0.5mm量级,仍需提高。然而,无论是数控切削还是三维打印,直接用于制作最终全口义齿时,均难以兼顾全口义齿的多层颜色、机械强度与牙列-基托装配精度;多色一体化打印技术已经可实现真彩色打印,但目前该技术和所应用材料仅适用于视觉参考模型,打印制件的机械强度有待进一步提高。

    2.数字化全口义齿制作系统的比较

    随着对数字化全口义齿研究的不断深入,部分公司和大学正在或已研制出相应的制作系统。目前,在世界范围内至少有六款商业性制作系统已经投入使用,还有部分系统正在研发中。不同系统之间存在不同的特点,主要表现在制作流程、就诊次数和适应证等方面;此外,在细致的流程方面,如水平和垂直颌位关系记录,牙合平面、唇侧丰满度、标志线记录,试牙义齿及最终全口义齿的基托材料及制作方法等方面,不同系统也有不同的特点。利用Ava Dent Digital Dentures制作全口义齿,患者需就诊两次,若存在试排牙的必要,则需三次。

    Ava Dent Digital Dentures系统利用个性化热塑可调节个别托盘制取终印模以确定基托伸展范围,同时用结构测量工具(anatomical measuring device,AMD,类似哥特式弓)记录颌位关系,利用激光扫描终印模和AMD托盘并形成具有颌位关系的上下颌三维数据,然后在CAD软件上进行虚拟排牙和设计;然后对蜡块或PMMA树脂块进行切削并在基托内插入人工牙,可进行临床试牙,调整排牙和设计;最后切削基托并粘接人工牙和基托,完成全口义齿的制作。该系统不仅能制作全口义齿,还能进行即刻全口义齿修复、单颌全口义齿的制作以及固定全口种植义齿的修复。

    Baltic Denture System利用带有指示器的专用面弓(BDKeys)记录颌位关系,将垂直距离、正中关系、牙合平面、中线以及唇侧丰满度等信息转移到设计软件上,以上步骤均由临床医师一次完成。技工室收到相关数据后进行全口义齿的设计,然后用五轴切削机器制作完成全口义齿。不同于Ava Dent Digital Dentures的独立人工牙,Baltic Denture System系统的人工牙和基托是连在一起的。该系统的最大优势是一次预约就可以看到最终的修复效果,但该系统目前只能制作双颌全口义齿,不能制作单颌全口义齿。在Ceramill Full Dental System制作系统中,技师的工作占了非常大的比重。

    临床医师利用传统印模技术获得初印模、功能性印模,利用面下1/3距离获取垂直距离,通过哥特式弓获得水平颌位关系。灌注无牙颌模型,再到获取数字化无牙颌模型都需技师来完成,然后在数字化模型上需要找出解剖标志以生成排牙线,进而依照排牙线进行自动排牙。排牙完成后,用CAM将蜡块切削成基托形状,和人工牙装配以后转入临床进行试排牙或者试基托,接着进行装盒装胶,打磨抛光完成义齿制作。利用Ceramill Full Dental System系统进行全口义齿修复,患者需要就诊5次,其中包括全口义齿的试戴。DENTCA系统(曾被称为Whole You Nexteeth)采用特制的Dentca印模托盘(三种标准尺寸,托盘在后牙区可分开)制取功能性印模,下颌托盘上安装描记针,上颌托盘上带有描记平面,通过该哥特式弓描记器记录颌位关系。最后进行模型的扫描、CAD虚拟排牙和基托设计,3D打印白色树脂基托及人工牙进行试排牙。该系统自动化程度高,因而个性化制作程度较低,需进行义齿的试戴以确保良好的修复效果。

    利用该系统进行全口义齿修复,患者只需就诊3次,但目前只能进行双颌全口义齿的修复。Wieland Digital Denture系统需在患者第一次就诊时用正中托盘(centrictray)确定垂直距离,在第二次就诊时使用带有合适垂直距离的切削个别托盘再确认和调整,同时,应用功能印模和专门制作的哥特式弓描记装置(click-in set called gnathometer CAD)记录水平颌位关系。接下来的制作步骤和AvaDentDigitalDentures系统的制作步骤相同。Wieland Digital Denture系统目前也只能进行双颌全口义齿的修复。

    3.数字化全口义齿的临床应用情况

    Kattadiyil综合多位学者发表的临床报告,归纳了影响数字化全口义齿临床应用效果的方面主要有固位力、言语影响、美学、患者选择、需复查调整的次数、就诊次数以及患者满意度等。Kattadiyil让患者分别戴用Avadent数字化全口义齿和传统全口义齿,评价共分为指导教师对义齿各方面的评价、患者满意度、义齿制作人对义齿的评价;结果显示数字化全口义齿更加标准、科学;传统义齿对医师取模、技师制作要求高,经验依赖性强,而数字化全口义齿的制作对于年轻医师、技师更易学;患者对于其评价也远远好于传统义齿,这表明数字化全口义齿制作已成必然趋势;但是依然需要长期的临床研究才能得出上述结论。Bidra对戴牙1年后的数字化全口义齿的使用情况做了追踪;由于椅旁时间的缩短和就诊次数的减少,患者对于数字化全口义齿的认可度要好过临床医师;同时数字化全口义齿可进行数码预览效果和促进医技交流的优点值得重视。Saponaro发现,由于某些义齿固位力不足或咬合关系不准确,就诊次数会比系统预定的略多。

    Kattadiyil对数字化全口义齿的临床纠纷和质量评估进行总结,患者的不满意、固位力不足和美学修复效果差异成为最常见的临床纠纷;有时,修复效果的不可预知性也可能导致临床纠纷。除用全口义齿制作外,数字化技术也可用于种植全口义齿和即刻全口义齿修复。Alhelal结合传统与数字化技术制作种植全口义齿,减少了患者的就诊次数,为低牙槽嵴患者提供了一种新的修复方法。Amato利用数字化技术对拔牙后的患者实施即刻全口义齿修复,不仅减少了患者就诊次数、节约了椅旁时间,还维持了患者现有垂直距离和容貌。

    4.数字化全口义齿的发展趋势

    现有的数字化全口义齿制作技术还不能实现全程数字化,如功能印模的直接数字获取尚未实现,垂直距离和颌位关系的确定需要人为干预,CAD设计时不能考虑唇颊侧肌肉的支持作用,无法借助计算机选择人工牙的颜色,不能一体化完成基托及人工牙的数字化制作等;此外,数字化全口义齿所需的材料和加工费过高也是其推广应用的制约因素。针对以上不足,未来数字化全口义齿制作系统应进行针对性地改进。因此,随着上述问题的逐步解决,数字化全口义齿将具有良好的应用前景。

编辑: 陆美凤

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