数字化技术在全口义齿中的应用

智库 (10) 2021-04-10 10:18:27

隨着世界人口老龄化的加重,无牙颌患者数量逐渐增多,全口义齿修复的需求也将日益增长。目前种植全口义齿因具有良好的预后及使用效果常作为口腔医生的首选,但其费用高昂、对患者全身健康状况要求严格等特点,在临床推广中具有一定局限性。因此传统全口义齿在未来较长时间内仍将是无牙颌患者的主要修复方式。传统全口义齿的设计及制作方式多依赖于牙科医生及口腔技师的临床经验和加工制作技术,存在患者就诊次数多,义齿加工制作步骤繁琐,耗时长,牙列精确度不高等问题。目前,随着计算机技术、快速成型技术、成像技术等数字化技术的发展,数字化扫描、计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)等数字化技术在全口义齿修复的临床操作与设计加工方面已有广泛研究与应用,并且在医师临床操作、患者就诊体验、义齿设计与制作、义齿修复疗效等方面较传统全口义齿有显著优势[1]。因此全口义齿设计与制作的数字化发展也将是必然趋势。本文就数字化技术在全口义齿修复不同步骤中的研究与应用进展进行综述,旨在为提高口腔医生、牙科技师及无牙颌患者的诊疗体验提供参考。
1无牙颌印模及模型   全口义齿的固位、稳定和支持,首先取决于印模的精确度。传统的无牙颌印模是运用可塑性的印模材料取得的牙槽嵴和周围软组织的印模,该过程中的人为因素和材料变形均会使印模产生一定的偏差,从而对修复体组织适合性和精度产生影响。数字化印模技术是运用三维扫描技术来获取天然牙、无牙颌牙槽嵴、印模或石膏模型、颌位关系记录、面部信息等数据,并进行数据分析完成模型重建,形成虚拟的确定好颌位关系及颌面关系的数字化无牙颌模型的现代化技术。目前常用的数字化印模技术主要分为口内数字化印模技术和口外数字化印模技术两种类型。口内数字印模技术是直接扫描无牙颌牙槽嵴及周围相关软组织形态。然而,无牙颌患者咀嚼功能状态下口内软组织形态与静息状态下相比会发生明显变化,口内光学扫描仪只能在患者开口状态下扫描获取无牙颌的表面静态数据信息,无法辨别无牙颌的肌静力区边界以及黏膜功能状态下的形态,因此,利用探入式光学扫描头来直接获取口内数字印模的精度目前仍无法满足制作最终修复体的临床要求[2]。口外扫描技术是扫描无牙颌印模或石膏模型。北京大学学者分别使用i500,Trios 3 和 CEREC Primescan 三维扫描仪扫描无牙颌患者红膏初印模,其正确度和精密度均能够满足制作诊断义齿或个别托盘要求[3]。另有学者运用口外扫描技术和三维打印技术设计制作无牙颌个别托盘,或使用旧义齿作为个别托盘制取终印模并扫描终印模形成数字化阴模[4-6],该技术不仅降低了印模及模型材料消耗和成本,减少了人为因素和模型材料变形所导致的误差,所获得的的数字化模型其精度更加满足临床需求。另外数字化模型更加便于实现海量模型的长期存储以及通过互联网实现医技远程交流,也为后续义齿的数字化设计和制作奠定了基础。
2颌位关系记录及转移
当牙列缺失后,上下颌骨之间失去了上下颌后牙间的支持与牙尖锁结作用,仅有颞下颌关节、颌骨周围肌肉和周围软组织的连接,由于肌张力的作用,常导致垂直距离变短和下颌习惯性前伸。无牙颌患者唯一稳定可重复的参考位是正中关系位,即两侧髁突在下颌关节凹生理后位时的上下颌关系。因此,颌位关系记录是全口义齿制作过程中信息采集的重要环节。传统的颌位关系记录多借助上下托和蜡堤进行口内咬合实现。多位学者运用数字化技术对颌位关系记录进行改进。赵甜等[5]运用口外扫描技术与三维打印技术制作了数字化闭口式个别托盘,在取终印模的同时可以获得精确地颌位关系记录。Schweiger等[7]分别对上下颌无牙颌石膏模型及蜡堤进行扫描,形成数字化模型及颌位关系记录。另有学者运用旧义齿取得咬合记录并进行口外扫描,为新义齿的咬合关系提供了参考[6]。
然而,无论采用闭口式个别托盘、蜡堤或旧义齿记录咬合关系,其效果仍依赖于医生的主观判断,需要医生具备扎实的理论基础和丰富的临床经验,比较容易产生误差。另外,全口义齿人工牙列不仅需要排列美观,还要符合患者口颌系统的生理健康,即功能状态下的接触,因此排牙过程中对患者的前伸、开闭口及侧方咬合运动进行模拟尤为重要。下颌运动轨迹描记仪是一种能在三维位置关系上对下颌运动进行记录进而直观反映下颌运动的数字化设备。佘文珺等[8]利用美国 Bioresearch公司生产的JT-3D 下颌轨迹描记仪确定下颌姿势位点,进而确定确定患者的颌位关系。林宗建等[9]将4D下颌运动轨迹描记仪与CBCT相结合,实现了前伸髁导、切导斜度以及侧向髁导斜度等相关参数的定量分析,并将结果导入数字化虚拟架,为牙列缺失的数字化修复提供了条件。以上数字化技术的运用成功避免了操作者的主观判断,进而减小了误差。
3基托设计、制作与排牙
传统的全口义齿的设计与制作,过多的依赖于技师的技术和经验,存在程序繁琐、效果稳定性差、较难无法实现旧义齿复制等问题。目前,数字化技术在义齿设计领域已有广泛研究和应用。韩景芸等[10]以患者的无牙颌牙槽嵴和个性化堤数模作为定位设计参考,研发了基于中性区理论的个性化全口义齿设计软件系统。金地等[11]将Ceramill Mind软件与患者面部美容标志点相结合发明了数字化全口义齿设计系统,并实现了三维数字化微笑設计。以上数字化技术均以高效、精确、自动而又人性化的数字化设计流程取代了传统繁重的经验型手工操作。另外,集成口腔修复专家和技师丰富经验和技术制作而成的机器人也实现了全口义齿排牙的自动化。吕培军等[12]基于CRS-4506自由度机器人建立了完整的机器人辅助全口义齿人工牙列设计系统,已用该系统为一例患者试作了基本符合要求的人工牙列。Zhang等[13]设计的基于牙弓发生器的多机械手排牙机器人运动学模型,能够根据颌弓参数自动设计制作适合患者的全口义齿。可见,义齿排列机器人因其智能化等优点也逐渐成为数字化口腔医疗的发展方向之一。
传统全口义齿排牙、上蜡完成后的试戴可以及时发现问题并及时修改或返工,以免造成最终义齿修复的失败。然而,现有的数字化义齿设计制作流程几乎都由设计到制作一步完成,无法实现最终义齿完成前的试戴评估。因此,有学者通过面部扫描与印模扫描相结合,通过CAD建模获取虚拟排牙数据,并将其导入到面部扫描软件中,对数字化的牙齿排列进行虚拟评估,并逐步进行必要的修改[7]。该方法作为评价数字化牙齿的排列方式的工具,既减少了患者的就诊次数,也避免了因关系扫描与印模扫描匹配不准确而引起的误差。
热聚合甲基丙烯酸甲酯作为全口义齿基托材料,在压缩或注塑成型过程中存在收缩变形的缺点,为避免这些加工方式导致的义齿适合性的降低,数字化的义齿加工方式成为近来研究热点。数字化技术全口义齿制作根据义齿成型方式的不同主要有减法式的计算机辅助研磨技术和加法式的3D打印技术两大类[14]。 尽管研究表明机械研磨与热压注塑相比,避免了基托树脂的聚合收缩,使全口义齿基托有更好的几何稳定性及组织适合性[15]。然而机械研磨技术存在材料消耗大、成本高等问题。随着快速成型技术的发展,以数字模型文件为基础通过逐层打印的方式来构造物体的3D打印技术在全口义齿制作方面也取得良好效果,其不仅避免传统工艺缺点,也成功解决了研磨技术的材料浪费问题。另外Yoon SN等[16]利用3D打印技术制作全口义齿基托,并与5轴研磨技术、压缩成型技术相比较,表明3D打印技术制作的全口义齿基托有更好的表面适合性。   牙齿与牙龈的“红白美学”目前已成为评价义齿修复效果重要方面,然而数字化全口义齿的人工牙与基托的颜色问题一直是机械研磨或3D打印技术的难点。目前该难题的解决主要有以下几种方式实现。一种是用成品人工牙替代数字化技术制作全口义齿上的牙列[17]。另一种是用不同颜色的材料分别切削牙列和基托,再将两者进行粘接[18]。也有学者通过对义齿的牙列和基托进行染色加以解决[19]。然而上述方法均未成功解决基托与人工牙列一体化加工完成终义齿的问题。
4试戴与调颌
传统的全口义齿即使采用面弓及可调节架排牙取得了平衡,其后续的制作步骤仍可能产生误差,并且义齿戴入后口内软组织的弹性变化,使最终完成的全口义齿在口内无法实现咬合平衡。因此,咬合检查和选磨是全口义齿不可或缺的步骤。目前口腔临床医师多依赖于咬合片、咬合纸等对患者的咬合接触情况进行检测,并结合其临床经验进行调,具体咬合力和调磨程度无法定量化,其结果的可靠性与准确性均受到限制[20]。T-Scan咬合分析系统是一种通过压力映射传感器在口内记录咬合力动态,并将数据存储在硬盘上以视频格式播放,进而记录分析病人咬合力大小、咬合力位置和咬合时间的诊断装置。该系统能够进一步分析咬合接触顺序,测量咬合力从最初的咬合接触到最大牙尖交错位的咬合力变化和咬合效率,已在国际上广泛应用于咬合的分析和研究[21]。
5总结
目前多种商业化的数字化全口义齿系统已应用于临床,数字化全口义齿有着良好的前景。然而,各种数字化技术在全口义齿中的应用仍存在许多尚未解决的难题。如由于无牙颌功能状态下的软组织形变和位移,口内直接扫描技术仍无法完全替代传统印模技术;数字化排牙技术、排牙机器人等虽然能够避免人工经验产生的误差,但是难以实现患者在义齿设计中的参与性以及牙齿排列的个性化;受限于义齿材料的性能和数字化制造技术的局限性,目前仍难以实现能够体现红白美学的全口义齿一步法制作等。另外全口义齿的数字化发展也存在着成本昂贵、技术人员匮乏、难以广泛推广等问题。因此要实现数字化全口义齿在临床中的广泛应用,还需要材料学、计算机科学、人工智能以及各种数字化设备等多学科的发展及交叉应用,致力于解决数字化全口义齿设计与制作过程中的上述问题将是口腔修复学领域发展的趋势和热点。

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