口腔数字化修复技术的研究

口腔数字化修复技术的研究

计算机辅助设计（cd）和计算机科学生产（commerciadmovementofcam）的技术被称为cad-rom，现在它被广泛用于牙科修复体的加工和生产。CAD主要指以计算机作为主要工具来生成和运用各种数字信息和图形信息,辅助进行修复体的设计;而CAM则是指由计算机控制的数控加工设备对产品进行自动加工成型,获得修复体目前市售的牙科CAD/CAM加工系统非常多,如常见的Cercon、Lava、Procera、Everest、CERECInlab等系统,这些系统大部分是用在牙科技工室中完成修复体的设计与加工椅旁数字化修复设备致力于在椅旁完成修复体的设计与加工,缩短患者的就诊时间,长期以来比较成熟的只有CEREC和E4D2个系统,其中CEREC系统创立最早,并且一直专注于椅旁数字化修复设备的开发和改进1cerec3系统现状1980年,瑞士苏黎世大学的WernerH.Mue383rmann教授在脑海中构建了椅旁数字化修复系统的最初想法。1985年,世界上第一个椅旁数字化修复系统在苏黎世大学问世,被命名为CEREC(chairsideeconomicalrestorationsofestheticceramics,椅旁经济型美学全瓷修复)系统。该系统使用一台低分辨率摄像机来获得修复体的光学印模,集成了一台8位计算机系统和一个小型的单色显示器,配备了一部内置的液压单金刚砂铣轮,仅能通过研磨单个的全瓷瓷块加工全瓷嵌体。当时采用的首款可用于椅旁CAD/CAM加工的瓷块是VI-TABLOCS1994年,CEREC2系统被投放市场。相比于1代产品,CEREC2更换了性能更强的快速微处理器,使用了更高分辨率的摄影机以获得更精确的光学印模,系统的驱动软件也进行了升级。研磨部件中,加入了1个金刚砂磨盘和1根铣钻,使CEREC2系统可进行嵌体和高嵌体牙合面的研磨。此时,CEREC2系统尚不能完成全冠的研磨制作,所能加工的修复体仅限于嵌体、高嵌体和全瓷贴面2000年,CEREC3系统问世。该系统软件基于微软Windows平台开发。系统的研磨和图像单元分开成独立的组件,简化了CEREC3系统的椅旁组件,在诊室中所需的空间更小。通过软硬件的升级,CEREC3系统可以设计并加工出嵌体、高嵌体、全冠、部分冠以及贴面等多种全瓷修复体。此时的系统配套软件只能显示修复体的二维平面设计图,可进行宽度和长度的测量,尚不能在设计阶段实现修复体全貌的可视化。要将牙科专业人员训练成可以操作CEREC3系统高效工作的专业人员需要3~6个月的时间[5]。2003年,在美国召开的辛曼(Hinman)牙科会议上,CEREC3D系统被发布。CEREC3D系统在修复体设计阶段即可提供多维的、高度直观的软件界面[6]。CEREC3D系统的用户眼前所呈现的是预备体以及修复体的真实感三维图像。减少了用户在头脑中想象的工作,操作CEREC3D系统的学习时间仅为数天直至今天,CEREC系统的配套软件、取像系统、烧结系统、研磨组件、加工材料仍在不断改进中。2009年面世的采集系统CERECAC配备了蓝光照相机。厂商称基于短波蓝光的扫描系统可使取像精度更高。2011年,可供CEREC系统使用的半透明氧化锆瓷块inCoris上市。根据厂商的说明,inCoris可用于制作氧化锆全瓷冠、桥及个性化种植基台。最近面世的CERECOminicam真彩摄像椅旁扫描仪可以无需喷粉,直接从口内连续采集彩色图像数据生成3D模型。厂商称该取像系统能取得精准的数字印模,而且生成具有天然色泽的三维图像,以便用户更直观地看到预备体的表面细节。2波光图像的在线测像技术2.1CEREC系统应用CERECAC系统成功制作修复体需要多个临床过程有机结合,包括病例的选择、材料的准备、口腔环境控制、正确应用CAD/CAM系统、图像的采集与分析、修复体的美学设计和完成以及粘接固定。总的说来,CEREC系统大致分为取像系统、CAD系统、CAM系统3个单元2.1.1取像系统CERECAC系统的摄像头能自动检测正确的曝光。因此,口腔医生不需要按照相钮或操作脚踏开关,系统会自动捕捉清晰图像后释放快门。扫描牙齿的扩展焦距为14mm,这允许摄像头可根据需要停留在牙齿上,同时对牙尖和牙齿的边缘进行成像。此功能可将必要的信息保存在一个图像中,而非多个图像中,从而保证了最佳的光学影像。CERECAC系统采用蓝光替代了初期使用的红外光。CERECAC蓝光成像系统使口腔医生能够制作更高分辨率的虚拟模型,并且更接近于技工室成像水平[7]。用同一或相似的材料,CERECAC系统制作出的修复体在适合性与边缘精确度上与技工室水平相当。CEREC短波蓝光图像非常精确,不仅适用于单冠,也适用于多张图像采集及多个单位桥的制作。西诺德公司正采用一种反光膜粉末来优化蓝光的成像水平,这种粉末可迅速应用且很轻,可轻松地用水冲洗干净,几乎对治疗区无污染。2012年,Omnicam真彩摄像问世。该取像系统通过自动频闪摄像获取精确的3D自然色彩影像,不需喷粉直接扫描。厂商称该取像系统能取得精准的数字印模,而且生成具有天然色泽的三维图像,以便用户更直观地看到预备体的表面细节。2.1.2CAD系统CERECAC系统一旦获得修复区图像,口腔医生可以向近中或远中移动相机以获取相邻牙齿的图像,构建虚拟模型。通过5颗或更少的牙齿图像可以在不到20s的时间内构建一个5齿象限模型。由于软件的升级,全牙列图像可以在60~90s内获得,对颌牙图像也只需数秒钟获得,无法使用的信息计算机将自动舍弃CERECAC系统以2种方式与对颌牙做咬合关联。一种是扫描已预备的基牙和对颌牙的咬合记录,利用计算机内储存的牙合面形态模型和计算咬合关系而设计成像,这样就不需要对颌牙的扫描图像。另一种是分别扫描上下两个对颌牙列,然后获取对应颌弓的闭口正中位颊侧图像。将取像镜头平行于闭合牙列的颊面,取得1个或2个颊面的图像就能用软件将患者的闭合正中位咬合关系精确地关联,确定上颌牙列和下颌牙列的虚拟模型,确保了修复体能够与患者的咬合关系相适应。CERECAC软件具有的“生物再造”模式,能自动地确认现存的结构,并且能以患者不同的牙齿形态为基础重建咬合面,医生可根据不同患者的需要,通过生物再造构建牙齿模型;“复制”功能也就是一种复制、粘贴功能,能够复制预备体处理前图像或蜡型;“镜像”功能是复制对侧同名牙齿,通过反光镜的原理创建对称的镜像图像2.1.3CAM系统CEREC研磨单元包括紧凑型CEREC3和高端CERECMCXL。CEREC3简洁、实用,价格低,但只能用于单颗义齿修复;CERECMCXL具有精确、快速、低噪及友好用户界面等特性,适用于单牙或桥体制作。无论采用哪个研磨单元,医生选择好与患者牙列匹配的瓷块后,就可以开始使用机床进行研磨,并在10min内完成全冠轮廓的制备。这种使用水溶性润滑剂的机床在连续水冷喷雾下,以间断接触程序打磨出修复体的最终形状,可以将研磨对陶瓷修复体的破坏降至最低。机床使用2个车针(1个是圆锥状,另1个是平头状)来三维打磨和精修修复体在研磨完成后,医生检测其适合性,用车针和橡皮轮打磨并抛光陶瓷表面,以消除瑕疵,然后可以用浸渍金刚石粉的硬毛刷制作出“湿润外观”表面。另外,医生也可以在12min甚至更短的时间内进行染色和上釉,正确上釉应当不会影响修复体的咬合。如果患者的牙齿存在斑点、裂隙或多层色,口腔医生可以采用单色块通过染色上釉制作出与患者年龄相符的修复体,也可以采用多层色瓷块模拟天然牙的颜色。通过培训,辅助人员可完成大多数修复体的精加工。修复体制作完成后,医生就可以采用全酸蚀或自酸蚀技术等一系列粘接方法将修复体固定于基牙上。椅旁制作改变了原有的修复体加工工艺流程,大大缩短了修复体制作时间3anmecaperaclita系统提供了方案目前市售的另一种主要椅旁CAD/CAM系统,是于2008年E4DTechnologies推出的E4D系统。E4D系统商品名为PlanmecaPlanScan-E4DTechnologies和PlanMill-E4DTechnologies。E4D系统和CEREC一样,几乎能够制作所有的单颗陶瓷或复合树脂修复体。E4D系统的修复过程与CEREC系统大同小异。首先对患牙进行牙体预备,之后使用E4D系统配套的PlanScan系统进行扫描获取高质量的数字印模。接下来采用系统配套软件进行修复体的设计,设计完成后使用PlanmecaPlanMill40研磨设备精确加工成型修复体。随后在同一次就诊中就可以为患者进行修复体的试戴。3.1PlanmecaPlanScan系统PlanScan系统是一种无粉扫描系统,其配有直观的电脑引导下图像捕捉系统。该系统的口内扫描仪采用蓝色激光技术,波长为450nm,反射强,可以获得锐利的图像,确保精确复制临床修复所需的口内细节。该系统的图像捕捉是基于光学相干断层成像和共焦显微技术实现的,图像捕捉开始后通过逐一获得多张图像后利用系统软件生成三维图像。PlanScan系统配备的Thunderbolt3.2PlanmecaPlanCAD系统PlanCAD系统是E4D系统配备的CAD系统。此系统软件可全部装载于PlanCAD便携式电脑上。PlanCAD的软件系统直观易用,具有图像操作界面,并有导航功能。该系统可以将选定的牙齿模板进行自动定位和外形设计,将目标牙齿和真实的邻牙进行中央沟、牙尖高度以及边缘嵴的自动匹配,从而设计出个性化的修复体外形。3.3PlanmecaPlanMill40系统PlanMill40系统是E4D系统的双轴自动研磨组件。目前该系统可以研磨最新的无金属修复材料,加工出全冠、嵌体、高嵌体和贴面。现市售的兼容Planmeca系统的材料主要有IvoclarVivadent和3M两个品牌的产品。加工过程中可实现修复体的个性化研磨,并可以达到微米级加工精度。研磨组件与设计组件可以进行无线连接,方便诊室的布局。该系统配备了自动研磨工具选择系统,可以实现在加工过程中自动选择合适的钻针,并能自动替换磨损的钻针。3.4PlanmecaRomexis软件系统Romexis软件系统采用开放的STL文件格式,可与其他系统无缝对接。用户在使用中可将病例资料传输至任何第三方终端进行资料读取和修复体加工。4非织造材料在各种修复体中的应用目前市售比较成熟的椅旁数字化修复设备仅有CEREC和E4D2种系统。其中CEREC系统的应用时间更长、更为成熟,目前有文献证据支持的临床研究大多是关于CEREC系统的研究[10]。就目前公开发表的文献来看,椅旁数字化修复由于产品更新迅速,临床应用时间相对较短,所以尚未有严格的随机对照试验见刊。可以查询到的科学研究证据主要是前瞻性和回顾性研究。从修复体的种类来看,因为早在1985年第一代CEREC系统问世时,就可以设计制作全瓷嵌体,且当时的CEREC系统也仅仅能进行全瓷嵌体的设计加工,所以椅旁数字化修复设备制作的全瓷嵌体经历了最长期的临床应用和观察,至今已超过28年。有可靠数据支持的研究显示,椅旁数字化修复设备加工的全瓷嵌体10年成功率约可达90%,观察延长至16年,成功率约在85%相对于全瓷嵌体,椅旁数字化修复设备加工的全瓷冠修复体临床应用时间较短,从其5年成功率来看,与全瓷嵌体及高嵌体的5年成功率基本相当,可达90%以上(不同文献报道在92%~95%)。在椅旁数字化修复设备加工的各种修复体中,使用髓室进行固位的牙冠5年成功率最低,约在82%;其次5年成功率较低的是临床冠高度不足的全冠修复体,约在88%。较多的临床研究提示,使用髓室固位来制作的牙冠可能并非一个可预测的临床选择。目前尚缺少采用椅旁数字化修复设备设计加工多单位固定修复体的临床研究就目前应用于椅旁数字化修复设备的全瓷材料来看,失败率最高的是玻璃陶瓷材料。含有氧化铝或氧化镁的全瓷材料、长石质全瓷材料和复合树脂材料制作的修复体5年成功率无明显差异目前多数用于椅旁数字化修复设备的修复材料均可与CEREC和E4D系统兼容,仅有VitablocMarkⅡ和CERECBlocs2种全瓷材料以及VitaCAD-Temp临时修复体用树脂材料只能在CEREC系统中使用。2010年之前的文献报道认为,用于椅旁数字化修复的修复材料不仅要具有良好的可加工性能,能够在通常不超过20min的时间内完成研磨加工,而且还要有很短的研磨后加工时间,这样才能在一次约诊的时间内完成全部的修复治疗过程。当时的氧化锆全瓷修复材料尽管能够在CAD/CAM系统(并非椅旁系统)中进行加工,但是由于研磨后加工时间长达6~8h,因此无法在1次就诊中完成修复体的试戴工作目前一些厂商官方网站上公布的信息显示,椅旁数字化修复设备已经可以使用配套的氧化锆全瓷材料加工出氧化锆全瓷修复体,但仍缺少有关椅旁数字化修复设备加工的氧化锆全瓷修复体临床成功率的科学的临床研究。亦有越来越多的研究者开始致力于应用CAD/CAM系统设计和制作个性化种植基台和活动义齿等其他类型修复体。然而目前尚未见有关于采用椅旁数字化修复设备加工制作种植义齿或活动义齿的报道。5非座椅旁数字化技术的应用前景与展望椅旁数字化修复系统的优势很明显。工业化预成和质量控制的修复材料可使修复体的质量得到更好的保障;数字化的存储和传输使多种多样、多环节的治疗程序得以简化和标准化,并能实现更加有效的管理;尽管目前看来CAD/CAM设备的购置成本较高,但是综合考虑修复体设计制作的各个环节所需要的人力、物力、耗材、空间等因素,未来的数字化修复设备终将有助于治疗成本的降低。除去以上CAD/CAM系统所具备的优势外,椅旁数字化修复设备还拥有一次就诊完成全部修复治疗过程的巨大优势,可以大量节省患者、医生的时间,