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数字化全口义齿技术的研究与发展现状

【来源:现代实用医学】

       目前,虽然种植修复得到了迅速的发展,但是传统的全口义齿仍然是解决无牙颌患者修复治疗的最主要手段。近年来,数字化技术已经渗透到了口腔修复临床治疗的方方面面,特别是在固定义齿修复领域得到了成功且广泛的应用;也有学者提出将数字化技术应用于全口义齿修复领域,并进行了初步的临床探索与应用,以期发挥其精确、高效、便捷等优势,提高全口义齿的疗效,提升患者的就医体验。

       本文将从数字化技术在全口义齿修复中各个阶段的应用、目前相应的全口义齿数字化诊疗系统及临床应用等方面做一简单的介绍。

      1.数字化技术在全口义齿修复各个阶段中的应用

      1.1 印模技术

       目前,口内扫描技术在修复领域的应用逐渐增多并日趋成熟。其获取牙体硬组织的数字化信息的准确性已得到业内的认同,且对于软组织信息的获取能力也在不断提高。然而,众所周知,合格的全口义齿印模不但要获得精确的组织面形态信息,而且需要获取患者正常功能运动状态下软组织的形态。然而,口内光学三维扫描仪是通过连续性的拼接与重叠来获取扫描对象的整体表面数据信息,操作过程中单视场扫描得出的数据必须包含明确且精准的曲率变化信息,才能最终形成整体表面数据。所以,口内直接扫描无牙颌难以获得个体肌功能整塑的肌静力边界以及黏膜受功能压力时的形态。

       制取无牙颌印模最为经典的二次印模法,即采用在初模型上制作完成的个别托盘进行终印模的制取。为获得精确的无牙颌组织面形态及边缘形态,符合要求的个别托盘十分重要,而传统的手工制作往往容易出现偏差。因此,有学者提出利用CAD/RP(快速成型)技术。北京大学的研究者在获取初印模的同时利用间装置记录颌位关系,随后采用3D打印制作带有牙列的闭口式托盘,即“诊断义齿”,第二次就诊时可用于再次检查颌位关系及制取终印模。Wendy 等扫描患者旧义齿信息后打印旧义齿模型,利用旧义齿模型制取闭口印模并记录位关系。

      1.2 颌位关系记录

      目前数字化无牙颌颌位记录的解决方案大致有以下4大类:

    (1)采用传统的方法,完成对无牙颌颌位关系的测定,通过堤将上、下颌无牙颌模型颌位关系转移至架上。然后,利用口外扫描仪完成整个架的扫描,获得数字化的信息。

    (2)在无牙颌颌为关系记录过程中,融入数字化技术方法。比如佘文珺等利用JT-3D 下颌轨迹描记仪记录患者习惯性开闭口运动轨迹,寻找下颌姿势位点。

    (3)一些商用的数字化系统推出了各自相应的数字化颌位记录方法。比如,Zirkonhzan 系统利用电子面弓、下颌运动描计仪配合扫描仪进行描记,将扫秒定点装置固定在下颌堤上,记录下颌张闭口运动时的运动轨迹。Zebris 电子面弓系统将下颌运动传感器利用下颌蜡堤固定在下颌,既可以测定患者的正中位,又可以记录患者的下颌运动信息,最终可将信息反映到虚拟合架上。3 Shape Dental System软件支持5 种虚拟架,可输入患者的个性化参数值。

    (4)有学者也开发研制了相应的数字化装备与方法,进行无牙颌颌位关系的直接数字化记录。比如李伟伟等利用自行研制的架固定下颌的垂直向位置,由医师确定水平向位置关系,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,在数据重建过程中,无需制作口内托或三维扫描托,简化了操作步骤,初步实现了颌位关系的直接数字化记录。

    1.3 数字化排牙与虚拟调

    全口义齿人工牙排列的基本原则是功能、美观、组织保健三大原则。基于此,有学者研究开发了不同的自动化(机器人)排牙系统,并且在不断发展。Zhang 等提出了全口义齿多机械手排牙方法。设计了一种基于多机械手臂和牙弓发生器的全口义齿制造机构,基于全口义齿排列原理的解析方法建立了多机器人排牙机器人的运动学模型,根据该模型设计了一种新型的全口义齿制造机构,并建立多机器人排牙机器人原型系统。

    Goodacre 等扫描无牙颌患者的口腔印模,并记录形态数据及位关系,研究适合人工牙列放置的肌肉和发音位置,通过在CERE系统完成虚拟排牙并生成牙龈,并提供了位关系记录的方法。同时,目前也有公司推出了商用的全口义齿排牙的CAD 系统。比如Avadent DigitalDentures、Dentca、3ShapeDentalSystem等系统,可通过计算机在下颌牙槽嵴上排列上下颌人工牙后,调整牙位三维位置,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。排牙完成后可以自动生成牙龈形态。与传统排牙方式相比,具有更快速,可以微调牙齿形态,创造更加个性化的型等优点,但是智能化程度、专业性方面等有待进一步提高和完善。

    当然,全口义齿数字化排牙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。所以对于数字化排牙,如何将智能化与个性化进一步整合,在满足个性化排牙的同时,也能进行邻接、咬合关系的自动调整,形成规范化的排牙系统,是未来进一步研究的重点。

    1.4 试牙与全口义齿的制作

    部分数字化全口义齿系统直接利用颌位测定装置进行试牙或省略试牙步骤,但是大部分临床医师认为正确的试牙,能够校准义齿的美学、发音以及咬合功能,增加最终制作义齿的精度及稳定性。试牙用全口义齿可以采用加法,即三维打印的方式制作完成,如北京大学通过3DP 技术制作聚乳酸一体试牙模型;也可以采用减法,即数控切削技术,整体制作完成一体试牙蜡型或切削蜡基托后安插人工牙的方式。

    最终全口义齿数字化的制作方式主要也是基于三维打印和数控切削两种方式制作完成。对于三维打印方式来说,多色一体化打印技术已经可实现真彩色打印,精度也能满足要求,且节约材料。但目前该技术和所应用材料更多的是适用于视觉参考模型,材料的机械强度、生物安全性等有待进一步提高。对于数控切削方式来说,主要有两种实现方式。一种是先完成基托的切削,在基托相应部位预留人工牙的凹槽,将人工牙逐个插入并粘接于基托上完成全口义齿的制作。

    或者在基托人工牙部位形成凸起的基桩,再通过切削与基桩相匹配的树脂或氧化锆牙冠与基托进行粘结,完成全口义齿的制作。然而通过粘结方式,全口义齿的咬合精确性和长期稳定性仍不确定。另一种是进行基托与人工牙的整体切削,一方面保证精度,另一方面在人工牙和基托交界处可以通过CAD进行很好的仿生设计。基托的颜色可以通过使用有分层色的树脂盘,或者在前牙区基托染色或回切制作牙龈色树脂加以解决。另外,也有研究尝试将数字化技术与传统的装盒冲胶方式结合,完成全口义齿的制作。

    2.面部三维扫描技术的应用

    随着患者对义齿美学修复需求的不断提升,将面部软组织的信息融入到义齿设计中去已然成为了一个方向。对于全口义齿来说同样如此。在传统的全口义齿制作过程中,人工牙及基托与患者软组织的关系是影响今后全口义齿患者修复后美学的重要因素之一。传统操作中,技师在排牙和基托修正过程中无法获知患者面部软组织信息,只能在模型和堤的一些信息上考虑今后可能的美学因素。直观性及精准性上均不尽人意。因此,在数字化全口义齿当中,为提高最终修复的美学效果,以及能有更好的医患沟通,面部软组织的数字化信息也被很好的整合进来。

    部分商用全口义齿数字化系统,如3ShapeDentalSystem及Zirkohnzan 等研发了面扫系统辅助美学设计,扫描带堤的患者面部信息,通过标记点记录,使模型数据与面部特征整合。面部三维数据与无牙颌模型、托信息进行整合后可以指导技师排牙,也更便于医患沟通。但是目前技术只能进行静态扫描,无法做到动态调整。面部三维扫描技术在全口义齿设计中的作用仍有一定的发展空间。

    3.目前商用数字化全口义齿系统介绍

    目前,数字化全口义齿已成为口腔修复领域的一个热点。其路线的不断发展,制作工艺的不断提升,市场上也已经出现多种数字化制作全口义齿的商业系统。不同系统之间,在患者就诊次数、医师操作难易度、印模制取、颌位关系记录、平面确定、美学设计、试牙及最终全口义齿的材料及制作方法等方面有一定的区别。这类数字化全口义齿系统仍需要不断发展完善及临床验证。

    4.数字化全口义齿的临床应用

    自上世纪90 年代起,学者们就尝试将数字化技术应用于全口义齿的诊疗中。比如个别托盘的CAD/CAM设计制作;扫描原旧义齿,数字化设计加工个别托盘,采用闭口印模,再扫描颌位关系,获得数字化信息;也有利用一些商用软件,结合面部扫描信息,完成数字化全口义齿的制作;也有结合自身开发的软件系统获得患者下颌运动信息,利用开发软件完成CAD排牙;数字化加工方面,三维打印技术和数控切削技术也在被不断应用和完善。

    另一方面,设计合理正确的临床研究对于一项技术,特别是新技术的临床应用推广至关重要。Inokoshi、Kattadiyil、Saponaro 和Bidra 等将数字化与传统全口义齿从美观、适合性、整体满意度等方面进行横向或者纵向比较,表明CAD/CAM全口义齿的临床效果良好,无论从医生还是患者角度,满意度均显著高于传统全口义齿,特别是在椅旁操作时间、加工密度及可操作性方面。

    Dargo 等以全口义齿初戴后,非预期的复诊次数为评价指标,比较了不同制作方式(数字化组73 例,传统对照组33 例)是否存在差别。结果显示制作方式与非预期的复诊次数没有显著差异。然而,查阅文献,这类相关临床研究还很少。建议今后应开展更多的以各种主客观临床指标为评价依据的临床研究,以助于数字化全口义齿技术在临床更好地推广。

    5.展望

    近年来数字化全口义齿已越来越受到业内的关注,显示了良好的临床应用前景。然而,此项技术目前仍处于研发阶段,在诸多技术环节也存在不少限制。笔者认为,下一步的研究方向大致有以下3 个方面。一是整个数字化全口义齿修复流程需进一步优化完善,特别是CAD 方面,比如如何更准确的获取下颌数字化运动信息、排牙软件的智能化、简便化、基托与人工牙形态及界面的处理与设计等。

    二是数字化全口义齿材料的开发。无论是三维打印,还是数控切削,都应开发出既符合加工工艺要求,又满足临床性能(机械性能、生物安全性、颜色等)要求的针对全口义齿基托及人工牙的数字化材料。三是要开展设计合理的临床研究(多中心),以此来进行数字化全口义齿的临床评价与数据分析。这一方面可以对全口义齿CAD/CAM系统的不断完善优化提供有益的反馈,另一方面也能加快此项技术在临床上更快更好的推广应用。


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