臨床口腔計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造技術(shù)的應(yīng)用進展

董 麗，潘 成，梁 正

(1山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，濟南250002;2濟南市口腔醫(yī)院)

計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、電影等多個領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代，法國口腔醫(yī)生Francois開創(chuàng)性地將CAD/CAM技術(shù)引入到口腔修復(fù)體的設(shè)計與制作中來。1985年，Duret利用該系統(tǒng)制作了世界上第1個CAD/CAM全冠，1986年德國西門子公司生產(chǎn)了世界上第1臺商用口腔修復(fù)CAD/CAM系統(tǒng)——CEREC系統(tǒng)，從而開創(chuàng)了以計算機技術(shù)為支撐平臺的數(shù)字化口腔修復(fù)時代［1］。本文主要就CAD/CAM技術(shù)在口腔修復(fù)、正畸、種植中的應(yīng)用綜述如下。

1 CAD/CAM在口腔修復(fù)中的應(yīng)用

1.1 制作部分冠、全冠、嵌體、高嵌體、貼面、固定橋等多種修復(fù)體 CEREC 3D系統(tǒng)是最具有代表性的牙科CAD/CAM系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可制作部分冠、全冠、嵌體、高嵌體、貼面、固定橋等多種修復(fù)體。其特點是:設(shè)備操作在綜合治療臺旁直接完成，不需取實體印模，不需要臨時牙，加工成的修復(fù)體為成品。它打破過去磨牙、取模、刻臘、燒瓷等傳統(tǒng)假牙制造程序，患者只需一次就診即可獲得滿意的牙齒修復(fù)體。該系統(tǒng)主要包括計算機、3D立體攝影機、無線傳輸裝置、3D全瓷修復(fù)設(shè)計制作軟件及全自動瓷塊研磨機。利用CEREC 3D系統(tǒng)制作全瓷冠的過程為:醫(yī)師首先根據(jù)患者牙齒顏色選擇顏色合適的瓷塊，然后進行牙體制備，并在制備的牙體和臨牙上噴粉，用系統(tǒng)攝像頭獲得基牙的三維影像圖片后，系統(tǒng)屏幕上就會呈現(xiàn)出基牙的光學(xué)印模。對于咬合面的設(shè)計，可以先采集硅橡膠咬合記錄，通過計算機設(shè)計修正咬合記錄，手工畫出邊緣線，計算機會自動調(diào)整牙體形態(tài)。之后，計算機會根據(jù)設(shè)計好的牙體形態(tài)控制機床高速切削出全瓷冠，經(jīng)過口內(nèi)調(diào)整咬合、對全瓷冠表面進行拋光處理、上釉窩溝染色后，對全瓷冠進行燒結(jié)，最后對全瓷冠進行酸蝕處理、雙固化粘接，修復(fù)完成，整個過程不到2 h。利用CAD/CAM制作的修復(fù)體比手工制作的可靠性高，能夠避免裂紋、不均勻和微孔等缺陷。此外，CAD/CAM工藝的優(yōu)勢還體現(xiàn)在更好的材料性能、較少的殘留單體、較高的生物相容性和長期的穩(wěn)定性。

1.2 制作活動義齒 近年來，活動義齒(如可摘局部義齒、全口義齒)CAD/CAM技術(shù)取得了一定的進展。Williams等基于一種具有力回饋功能的人機交互設(shè)備，嘗試進行了可摘局部義齒的計算機輔助設(shè)計與金屬支架的快速成形，并在患者口內(nèi)初步驗證了適合性。北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院呂培軍等公開了基于CAD/RP(Rapid Prototyping快速成型)技術(shù)的中性區(qū)全口義齒的制作方法［1］。該方法包括以下步驟:基于參數(shù)化定位的全口義齒人工牙三維圖形數(shù)據(jù)庫的建立、基于帶有空間位置關(guān)系的三維激光掃描技術(shù)采集具有正中關(guān)系的上下無牙頜及中性區(qū)頜堤數(shù)據(jù)、基于逆向工程軟件設(shè)計符合中性區(qū)及全口義齒平衡排牙理論的全口義齒人工牙列、基于逆向工程軟件設(shè)計符合全口義齒中性區(qū)理論及美學(xué)原則的牙齦和基托、基于CAD/RP技術(shù)的全口義齒型盒設(shè)計和加工、手工插牙裝膠完成全口義齒修復(fù)體。首創(chuàng)“兩步法”思路將傳統(tǒng)制作技術(shù)含量最高，操作最復(fù)雜的手工排牙和蠟型制作由計算機和快速成形技術(shù)完成，只需最后輔以簡單的手工步驟，即“兩步法”的第2步，即可完成全口義齒的全部制作，大大簡化了傳統(tǒng)手工工藝的繁雜工序，提高了效率和修復(fù)體的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)了全口義齒的設(shè)計制作過程從手工向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。

1.3 頜面贗復(fù)體 第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院趙銥民教授將CAD/CAM技術(shù)引入頜面缺損贗復(fù)領(lǐng)域，合作研制成功可見光位相輪廓快速掃描機，能在3 s內(nèi)快速掃描患者面部容貌，形成“數(shù)字化印?！薄Ｔ跀?shù)字化印模的基礎(chǔ)上，成功實現(xiàn)頜面部對稱器官(如眼眶、耳、面頰)的CAD;對單一器官(如鼻)則通過建立“數(shù)字化鼻庫”，為鼻缺損修復(fù)提供設(shè)計模板，完成缺損側(cè)贗復(fù)體設(shè)計。采用激光選擇性燒結(jié)技術(shù)快速制作贗復(fù)體。在成功研制燒結(jié)蠟粉的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聯(lián)合研制的程控激光燒結(jié)機可在2 h內(nèi)直接燒結(jié)制作贗復(fù)體蠟型，簡化贗復(fù)體的制作程序，縮短制作時間［2］。

2 CAD/CAM在口腔正畸中的應(yīng)用

2003年，首都醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院與清華大學(xué)機械工程系和北京時代天使生物科技有限公司共同合作，研制出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的口腔正畸無托槽隱形矯治器系統(tǒng)［3］，該系統(tǒng)使患者在無鋼絲、無托槽的狀態(tài)下完成牙齒矯治，滿足了人們既矯治牙齒又可實現(xiàn)舒適、衛(wèi)生、不影響美觀的需求。無托槽隱形矯治技術(shù)由臨床口腔醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、計算機科學(xué)、快速成型技術(shù)等多學(xué)科組成。矯治過程如下:醫(yī)師首先獲得患者的原始牙頜石膏模型，再利用先進的層析掃描技術(shù)在計算機中重建三維牙頜模型;利用專用的數(shù)字化隱形牙頜矯治軟件，可對數(shù)字化三維牙頜模型進行三維旋轉(zhuǎn)觀察，進行牙齒、牙弓、基骨等各項目的測量和分析，自動輸出模型的各項測量結(jié)果及診斷意見，并給出可視化的三維矯正輔助過程。然后通過激光快速成型設(shè)備進行輸出母模，并通過壓膜成形器制作各個治療階段的系列透明隱形矯治器?；颊叽魅腚[形矯治器后牙齒因受力而逐漸移動，通常需每兩周更換一副矯治器，半年到1年后牙齒就會從初始的畸形狀態(tài)逐漸移動至正常排列狀態(tài)。

3 CAD/CAM在口腔種植中的應(yīng)用

在制定種植方案時，采用二維全景圖評估現(xiàn)有的骨質(zhì)具有局限性，存在植體在頜骨上的定位不佳以及重要的解剖結(jié)構(gòu)遭到破壞的風(fēng)險［4］。近年來，利用CAD/CAM技術(shù)，種植醫(yī)生可以精確地制定并模擬治療方案。治療方案模擬后，就可以對植體以高度的準(zhǔn)確性和可預(yù)見性分毫不差地進行定位，借助參數(shù)精確的種植導(dǎo)板，可以使微創(chuàng)手術(shù)得以順利實施，縮短手術(shù)時間，簡化治療過程。比較有代表性的種植設(shè)計軟件有比利時Materialise公司的Simplant和瑞典Nobel Biocare公司的Nobel Guide。醫(yī)師首先為患者制作并戴入掃描成像用義齒，然后對義齒、牙槽骨等進行CT掃描，利用相關(guān)軟件在計算機中進行三維重建。通過計算機屏幕醫(yī)生可以直觀地觀察患者的骨條件、下齒槽神經(jīng)的位置、對頜牙的位置等信息，從而根據(jù)患者情況，確定種植體的數(shù)目、位置、角度、深度，并完成種植導(dǎo)板的設(shè)計。將導(dǎo)板模型數(shù)據(jù)輸入快速成型設(shè)備加工制作種植導(dǎo)板，最后為患者戴入種植導(dǎo)板，外科植入種植體。

4 小結(jié)

CAD/CAM系統(tǒng)在很大程度上將是牙科未來發(fā)展的方向［5］。CAD/CAM系統(tǒng)具有直觀可視的優(yōu)勢，有利于醫(yī)患雙方治療前進行有效的溝通;自動化將代替很多過去手工操作的步驟，保證治療的精確度和安全快捷。

［1］呂培軍，孫玉春.口腔修復(fù)計算機輔助設(shè)計/制作的過去、現(xiàn)在和將來［J］.北京大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版)，2010，42(1):14-19.

［2］全國第六屆口腔醫(yī)學(xué)計算機使用研討會會議紀(jì)要［EB/OL］.http://www.qinghualunwen.com/article-512.

［3］法晨，潘曉崗，田杰.無托槽隱形矯治器的臨床研究進展［J］.口腔材料器械，2010，19(1):30-33.

［4］Steffen Hobl，Buxtehude.利用導(dǎo)航技術(shù)虛擬制定種植治療方案—借助于掃描成像義齒和種植導(dǎo)板預(yù)見修復(fù)體制作［J］.世界牙科技術(shù)(綜合版)，2009，10(4):24-26.

［5］Martin Gobel.數(shù)字化是牙科發(fā)展的趨勢［J］.世界牙科技術(shù)(綜合版)，2010，10(4):63-64.