全口义齿数字化技术分析

2020-9-25 16:09  来源:国际口腔医学杂志
作者:王勇 阅读量:7463

    全口义齿是口腔修复中最为复杂的一类修复体,在完成过程中临床医生和技师都需要较多的操作步骤和较高的技术要求,数字化技术在口腔医学临床的各个方面都有越来越广泛深入的应用,对提高口腔临床效率和质量起到了很好的作用。随着全球进入老龄化社会,无牙颌患者保持着一个相对高的数量,中国第四次口腔流行病调查数据推算,我国无牙颌患者约2 000万。

    种植支持的全口义齿是首选的修复方案,长期预后效果良好,但由于全身健康条件、经济因素和老年人心理因素,无创的传统黏膜支持的全口义齿在较长一段时间仍是无牙颌患者的主要修复方式,因而数字化技术如何在全口义齿全流程中发挥作用,成为科研和临床应用的热点。

    既往文献报道过的数字化全口义齿系统有10余种,笔者将其分为2类:第一类为已见临床应用且具备完整软、硬件系统的数字化全口义齿系统,主要包括AvaDentDigital Dentures(GDS公司,美国)、DENTCACAD/CAM dentures(DentCA公司,美国)、Baltic Denture System(Merz公司,德国)、Ceramill Full Denture(Amann Girrbach公司奥地利)、Wieland Digital Denture(IvoclarVivadent公司,美国)等;第二类为全口义齿设计软件系统,主要包括3shape(丹麦)、Exo-CAD(德国)、Blueskybio(美国)、Zirkonzhan(意大利)、Dentalwing(加拿大,现归属Straumann集团)等。

    笔者团队自主研发的功能易适数字化全口义齿系统(Functionally Suitable Denture,FSD)(中国)属于第一类系统。上述系统的具体操作流程,读者可阅读相应的专业文献,技术细节的比较可以参考相关的文献综述。由于多方面的原因,国外的全口义齿数字化系统目前尚未正式进入中国口腔临床应用,笔者主要根据文献学习和自主研发数字化全口义齿的体会,谈谈对数字化全口义齿技术的认识和分析。

    1.数字化全口义齿的技术特点

    1.1 患者就诊次数

    传统全口义齿的标准诊疗流程需要患者5次就诊,分别是制取初印模、制取终印模、确定和制取颌位关系、试戴、初戴。极少数经验非常丰富的口腔医生,可在3次就诊完成全口义齿。对老年患者来说,就诊次数多数情况下是一个敏感因素,越少的就诊次数越受欢迎。由于采用了专用设计的个别托盘装置(含哥特式弓描记功能),如AMD(AvaDent系统)、KIT(Dentca系统)和BDKEY(Baltic系统),印模和颌位关系的确定及记录可集中在1次完成,就诊次数可减少到2次,若要试戴则需要增加1次就诊。

    CeraMill FDS(Amann Girrbach公司,奥地利)和其他专业全口义齿软件系统相同,基于传统的终印模和颌位关系,就诊次数和传统方法一样为4~5次。国产FSD全口义齿系统,采用数字化设计和3D打印诊断义齿(具备闭口式个别托盘功能)技术,就诊次数可缩减为2~3次。Wieland系统也采用数字化设计加工个别托盘,就诊次数为3~4次。

    1.2 医生端技术特点(初印模、终印模、颌位关系、试戴、初戴等)

    传统全口义齿技术的临床操作步骤较多、技术难度大,对医生的经验依赖程度高,尤其是全口义齿颌位关系确定的环节,临床主要采用蜡堤材料记录垂直距离和水平关系,对年轻医生很有挑战。通过个别托盘来制取终印模是规范的临床操作步骤,但手工制作个别托盘费时费力。目前的数字化全口义齿系统,采用如下几种策略。

    1.2.1 专用的预成成品托盘(一般包含哥特式弓描记功能)

    AMD(AvaDent系统)、KIT(Dentca系统)、BDKEY(Baltic系统)等都设计了专用的个别托盘装置,以适应不同患者及方便医生制取终印模的同时确定并记录颌位关系(正中关系位),从而将传统全口义齿的前3次就诊合并为1次就诊。医生的第一次诊疗操作并未采用数字化技术。通过专用个别托盘制取的终印模和颌位关系,包括美学信息(中线、口角线、上下唇线、平面等)一并转移到义齿设计加工中心,由技师进行数字化设计与制作义齿。这类装置方便临床医生操作的同时也增加了学习成本以及临床使用成本。

    1.2.2 数字化设计制作个别托盘

    Wieland系统采用了依据初印模、正中托盘制取的初步颌位关系,以及UTS CAD专用装置确定的平面等信息,由技师进行个别托盘的数字化设计和切削加工,其个别托盘可安装配套的哥特式弓装置,从而完成终印模及准确颌位关系的制取。FSD系统通过三维扫描初印模和专用个别托盘设计软件完成托盘的三维设计,个别托盘设计时可实现厚度均匀、边缘由临床医生确定、可增加组织终止器及个性化手柄,再由3D打印完成托盘制作,相比传统手工个别托盘制作,提高了效率和质量。

    目前在部分修复临床工作中已常规使用。FSD数字化全口义齿的个别托盘为闭口式类型,托盘兼具初步的牙列及初步咬合关系(也称为诊断义齿),在该闭口式个别托盘引导下制取终印模的同时,可通过“诊断义齿”进行颌位关系的确定和记录(肌位),在一定程度上简化了通过蜡材料来确定和记录颌位关系的方法。文献报道有部分学者采用通用设计软件(如Geomagic等)进行了个别托盘的设计,临床效果得到了肯定。近年来,各口腔修复专业设计软件也相继推出个别托盘的设计模块(3Shape、Exocad等),相信随着3D打印速度的提高和3D打印材料价格的调整,个别托盘的数字化设计制作将成为全口义齿的常规操作步骤。

    1.2.3 颌位关系确定和记录方法

    前述全口义齿系统中,AvaDent系统、DENTCA系统、Baltic系统和Wieland系统以及国产FSD系统采用专用装置确定和记录颌位关系,以规范临床操作环节。其他大部分商业系统(如Ceramill系统)和设计软件(如Ceramill系统)仍基于传统手工方法(牙合托)确定和记录颌位关系,这些系统的核心技术聚焦于全口义齿牙列和基托的数字化设计。无论借助何种个别托盘制取印模(初印模、终印模),其解剖功能要素尤其是印模边缘,目前仍依赖临床医生的经验和主观判断,需要医生具备一定的全口义齿知识和临床操作经验。

    理论上由哥特式弓描记的正中关系颌位有较高的可靠性,教科书推荐使用,尤其是年轻医生应先选哥特式弓描记颌位关系。FSD系统采用3D打印个性化的“诊断义齿”来辅助医生确定和记录颌位关系,比传统的蜡堤相对简单且容易操作,但颌位关系是否“最适”,仍需要临床医生依经验主观判断。美学信息(中线、口角线、上下唇线、平面等)目前仍使用传统方法记录传递。

    1.2.4 试戴义齿

    在终义齿正式制作之前,临床试戴可有效提高患者的可预期性,并可及时修正之前操作的误差,从而增加终义齿的满意度,尤其对美观要求高或条件复杂的患者。传统方法制作全口义齿在试戴环节发现问题时,有时需要从头返工,使得医、技、患三方成本大大增加。多数数字化全口义齿系统,可选择是否制作试戴义齿进行临床验证和医患沟通。

    由于数字化全口义齿就诊次数普遍缩减为2~3次,义齿设计和加工主要采用数字化技术(基托可数控切削或3D打印成型,牙列也为数控切削成型,如Dentca系统、Wieland系统等),操作简单、快捷,试戴即使发现问题,调整成本也相对较低。国产FSD系统采用初步颌位关系—诊断义齿—终颌位关系的流程,适合性逐步调整、误差不断减少,终印模和终颌位关系接近终义齿的形态和功能,通常可省略试戴义齿环节。

    1.3 技师端技术特点

    目前数字化全口义齿系统中的数字化技术环节(三维扫描、数字化设计、数字化加工)主要体现在技师端的应用,如个别托盘设计与制作、牙列和基托设计、试戴义齿数字化加工等。

    1.3.1 全口义齿的选牙和排牙设计

    技师端最关键、最具技术含量的操作是选牙和排牙设计,对应的核心技术是全口义齿数字化设计软件。据文献报道和各系统网站信息,笔者分类中第一类的数字化全口义齿系统(AvaDent Digital Dentures、DENTCA CAD/CAM dentures、Baltic DentureSystem、Ceramill Full Denture、Wieland Digital Denture等)的牙列和基托的设计由义齿加工机构完成,不提供给用户独立使用,从而无法评价其设计软件。第二类的全口义齿设计软件系统(3shape、ExoCAD、Blueskybio、Zirkonzhan、Dentalwing等),可提供一定智能的交互式全口义齿设计平台,由医生和技师主导完成基托和牙列的数字化设计。

    国产FSD全口义齿系统采用智能匹配算法进行牙列设计,大大简化排牙操作,可有效降低技师设计的工作量,义齿设计的速度和效率得到明显提高。随着软件系统义齿模板库的不断丰富,会有更好的适应性。总体来说,数字化全口义齿技师端的工作时间均少于传统方法。

    1.3.2 终义齿加工方式

    终义齿由基托和牙列两部分构成。传统工艺的终义齿基托制作采用装盒、除蜡、装胶、热压成型工艺,为手工操作完成,较易出现不致密等问题。数字化加工技术在基托制作方面,无论是数控切削还是3D打印,其材料的力学性能比传统手式装胶热压成型方法稳定可靠,树脂材料的成型收缩和单体残留也可以得到很好的控制。

    传统工艺的牙列为工业化批量生产的预成人工牙,其强度和色泽能较好地满足全口义齿临床需求。数字化全口义齿的牙列部分,目前仍以使用预成人工牙为主流技术,与数字化加工(切削或3D打印)的基托进行粘接实现全口义齿的制作。最新的材料技术可以预成由白色和粉色分别按基托与牙列布局的一体化(monolithic)树脂饼(如AvaDent系统的XCL树脂饼),通过数控加工一次成型全口义齿基托与牙列。也有系统将成品预成的人工牙按多种型号预排列在树脂块中(相当于预成牙列),数控切削相应的基托部分,从而实现一体化的全口义齿(如Baltic的BDKEY树脂块)。上述技术由于树脂材料为三类医疗器械,新材料需要在我国进行医疗器械注册许可,临床应用尚未见国内报道。

    目前,国产FSD系统采用技工室“复制”的方式,用传统基托树脂和预成人工牙“置换”3D打印的终义齿模型获得终义齿,属于折中过渡方案。随着材料技术的不断发展完善,相信3D打印一次成型全口义齿(不同色彩、不同强度)会成为现实。

    2.数字化全口义齿技术讨论

    早在1994年日本学者Maeda就开始尝试将数字化技术用于全口义齿制作,国内一些学者2000年开始进行全口义齿数字技术的理论探索。商用的数字全口义齿文献在2013年开始发表,目前以AvaDent系统最多。分析上述数字化全口义齿技术的优缺点,可做如下总结。

    2.1 数字化全口义齿的优势

    2.1.1 缩短医生椅旁工作时间

    医生椅旁操作时间同时也是患者的实际就诊时间,据初步统计,常规全口义齿医生椅旁工作时间累计约120 min(初印模20 min,终印模30 min,颌位关系40 min,试戴10 min,初戴20 min),但目前尚无相关数字化全口义齿系统椅旁医生工作的计时数据研究。不计学习新装置的过程,采用专用装置制取终印模和颌位关系比传统的蜡堤技术有一定的简化,从而可以缩减医生椅旁工作时间。如国产的FSD全口义齿技术,医生3次椅旁累计工作时间约为60 min。由于口腔医生的成长周期长、成本高,医生的椅旁工作时间和工作难度是2个主要的经济指标,应特别关注。

    2.1.2 提高义齿制作的质量控制

    质量控制是口腔医疗行业一项重要指标。传统的口腔技师以手工操作为主,质量控制成本高。数字化技术以工业技术为依托,三维扫描、数字化设计、数字化加工、原材料工业批量制备,这些技术的采用可大大提高个性化义齿的质量稳定性,长期观察结果显示可降低成本和提高效益。

    2.1.3 降低临床经验依赖程度

    口腔医生的临床经验是非常宝贵的,病例的积累是每个临床医生的必由之路。传统全口义齿技术流程对医生的经验依赖程度较高,年轻医生做好一副合适可用的全口义齿并不容易。数字化技术的引用一定程度可降低对临床经验的依赖程度。如FSD技术提供的数字化设计制作的个性化“诊断义齿”,可相对简便地确定和记录颌位关系,使临床医生相对于学习传统方法(蜡材料确定和记录颌位关系)更便于掌握和使用。

    2.1.4 义齿数字化存储提高可复制性

    数字化技术的特点是全部三维数据化,患者的义齿信息可长期保存,且在需要时快速制作出一副“复制义齿”。除了复制义齿的优势外,义齿的数字化模型还可用于基于旧义齿的重衬或调整,实现快速、简单的新义齿制作,这是数字化义齿的又一优势。此外,充分发挥互联网的优势,数字化义齿可进行数据远程传输和异地加工,有利于技术的普及和推广。

    2.2 数字化全口义齿的不足

    2.2.1 技术成本

    数字化全口义齿技术需要在三维扫描、数字化设计软件、数字化加工设备方面具有一定的条件基础,对于口腔医院、诊所或义齿加工单位无疑会增加一定的资金投入。但数字化全口义齿技术可降低医生和技师的操作技术难度,减少患者的就诊次数,提高义齿的适合性。从长计议,相关成本投入是值得的,也是发展趋势。

    2.2.2 学习成本

    目前,各商业化的数字化全口义齿系统增加了相关专用个别托盘装置(AMD、KIT、BDKEY等)及专业平面装置(UTSCAD、个性化诊断义齿等),目的是为了规范临床操作步骤和质量,但这些都需要医生或技师学习、理解并掌握相关新技术,学习成本和学习周期的增加是毋庸置疑的,而年轻医生在这方面具有一定的后发优势。

    3.数字化全口义齿发展趋势

    3.1 口内扫描技术的应用

    口内直接扫描可省略印模环节,是口腔临床印模技术的一个发展方向。该技术也可充分发挥互联网的技术优势,三维数据直接进行诊断分析及远程传输。目前在口腔正畸(无托槽隐形矫治技术)、口腔固定修复、口腔种植修复等方面应用广泛。也有学者在从事口内扫描直接获取无牙颌的牙槽黏膜形态相关的探索研究。由于无牙颌患者黏膜有其特殊性,下一步需要有明确的临床适应证分类。

    3.2 一体化数控切削和3D打印材料的应用

    随着材料技术的不断发展,基于数控切削和3D打印技术一体化一次成型全口义齿值得期待。一体化成型的义齿强度优于采用传统人工牙和基托分别成型再热压成一体的技术制作的义齿,而且可有效避免传统材料的热收缩效应。尤其是3D打印技术材料具有利用率近100%的优点,是未来全口义齿数字化制作的发展方向。目前AvaDent系统基于数控切削的XCL树脂块已经实现了粉红色基托和白色牙列的一体化成型,但因材料注册问题还未在国内临床使用。

    3.3 面部三维数据的集成

    随着三维颜面部数据的集成,全口义齿的数字化设计目前也可以进行一定程度的三维虚拟颜面形态预测,评估无牙颌患者戴入全口义齿后的容貌改变情况,从而更好地为患者服务,使得全口义齿的数字化设计更加完善。

    3.4 数字化颌位关系的确定和记录

    颌位关系确定是全口义齿设计制作的核心,传统的蜡堤确定和记录颌位关系有较高的技术敏感性,哥特式弓是一种可靠的颌位关系(正中关系位)记录技术。随着电子面弓及虚拟架技术的普及,基于无牙颌患者个性化的下颌功能运动轨迹自动计算出最适颌位,将是全口义齿颌位关系确定的一种新策略,或可大大简化临床操作。

    总之,全口义齿一直会是一类有现实需求的口腔修复类型,数字化技术引入全口义齿设计和制作流程且在不断发展之中,相信不久的将来,全口义齿会与固定义齿一样进入全数字化的时代,为患者、医生、技师提供全新的诊疗体验。

编辑: 陆美凤

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