計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)在口腔修復(fù)中的應(yīng)用

李 立 ，李婷婷 ，張 昀 ，苗 芳

（1.中國石油蘭州石化總醫(yī)院，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州市口腔醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000）

計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)在口腔修復(fù)中的應(yīng)用

李 立1，李婷婷2，張 昀2，苗 芳2

（1.中國石油蘭州石化總醫(yī)院，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州市口腔醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000）

計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）技術(shù)（以下簡稱CAD/CAM技術(shù)）由于其先進性、快捷性、優(yōu)良性和自動化程度高，近年來已逐漸成為口腔修復(fù)研究與應(yīng)用的熱點。本文就CAD/CAM全瓷修復(fù)系統(tǒng)，綜述其不同系統(tǒng)概況和此項技術(shù)在牙科全瓷修復(fù)領(lǐng)域中的臨床應(yīng)用。

計算機輔助設(shè)計；計算機輔助制造；口腔修復(fù)

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，口腔修復(fù)技術(shù)發(fā)生了由手工制作到數(shù)字化加工的革命性轉(zhuǎn)變。計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacture，CAM）技術(shù)（以下簡稱CAD/CAM技術(shù)）源于70 年代末，法國蘇黎世大學(xué)牙科醫(yī)生Prof.W.Mormann和口腔醫(yī)學(xué)計算機專家M.Brandestini研發(fā)了用于口腔的CAD/CAM，開創(chuàng)性地將計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)引入口腔修復(fù)的設(shè)計與制作中[1～4]。

計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)是將光電子技術(shù)、計算機微信息處理技術(shù)及數(shù)控機械加工技術(shù)集于一體的口腔修復(fù)技術(shù)，此技術(shù)的應(yīng)用大大縮短了治療周期，提高了修復(fù)體的精密度，減少了患者就診時間和次數(shù)，提高了修復(fù)體的制作效率[4～6]。

本文就幾種常用CAD/CAM系統(tǒng)的特點、數(shù)據(jù)采集、輸出方式、設(shè)計制作及臨床應(yīng)用與數(shù)字化牙科的未來展望等方面進行綜述。

1 幾種常用CAD/CAM系統(tǒng)的特點介紹

1.1 Cerec系統(tǒng)

德國Sirona公司開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)字化印模技術(shù)可追溯到1987年第一臺基于激光三角測量原理而推出的Cerec 1系統(tǒng)，到2010年推出的基于短波藍(lán)光原理的第四代Cerec A C系統(tǒng)，2012年8月推出的基于連續(xù)立體攝影技術(shù)的Cerec Omnicam口內(nèi)掃描系統(tǒng)以及最新的技工室in Eos X5五軸系統(tǒng)，其帶有模型定位功能和開放式接口，特點是掃描速度快、操作范圍大，具備自動圖像捕獲功能[7]。

1.2 Lava系統(tǒng)

由美國3M E SP E公司研發(fā)，分為椅旁和技工室系統(tǒng)兩部分。Lava TM椅旁口內(nèi)印模掃描儀是近年來由3M E SP E公司研發(fā)的口內(nèi)印模掃描系統(tǒng)[7]。該系統(tǒng)以激活波前采樣（active wavefront sampling，AWS）為原理，在牙齒上方挪動攝像探頭獲得牙齒的形狀，通過改變軸向位置，計算攝像探頭與牙齒的距離，利用單鏡頭圖像得到三維信息。技工室系統(tǒng)掃描儀由帶有白光的光柵投影采集模型上的數(shù)據(jù)，然后通過Dental Wings Lava Design 5.0軟件進行三維設(shè)計，最后運用自帶的Lava CNC 500切削機設(shè)備進行加工[8]。

1.3 Everest系統(tǒng)

該系統(tǒng)是德國Kavo公司專門針對技工室設(shè)計的CAD/CAM系統(tǒng)，掃描儀采用多角度光柵投影技術(shù)，可以對石膏和蠟型進行掃描，掃描特點是光柵從15個角度進行投射，然后用CCD傳感相機記錄并形成三維數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計時可識別倒凹，配備了多種工具，如全冠三維層次等，具備多種功能，如模擬咬合功能等。Everest系統(tǒng)的CAM設(shè)備由五軸聯(lián)動裝置構(gòu)成，具有運作距離長和操作角度大的特點。

1.4 Wieland系統(tǒng)

該系統(tǒng)的掃描儀軟件系統(tǒng)源于Dental Wings。其切削設(shè)備在國內(nèi)市場最常用的是Zenotec Mini和Zenotec Select兩套設(shè)備。Zenotec Select分為儲料倉和工作倉兩部分，五軸聯(lián)動，不需換盤，可實現(xiàn)全自動化操作，切削精度可達(dá)5μm。

1.5 Procera系統(tǒng)

由瑞典的Andersson教授發(fā)明[9]。該掃描儀采用錐光偏振全息技術(shù)，可采集高精度的數(shù)據(jù)，而軟件中自動化的倒凹封堵工具和實時提醒功能能確保設(shè)計加工的修復(fù)體達(dá)到最佳精密度與準(zhǔn)確度。Procera系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程終端的集約化加工方式，其加工單冠和貼面的特點是先復(fù)制耐火代型，然后采用超高壓方式將氧化鋁或氧化鋯材料均勻壓覆在代型表面，最后進行CAM切削加工。

2 CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

2.1 接觸式掃描系統(tǒng)

即掃描探頭與模型直接接觸的掃描方式，優(yōu)點是具有較高的掃描精度，缺點是掃描效率較低、測量時間較長、成本較高[10]。目前這種系統(tǒng)已淡出市場，其代表系統(tǒng)是Procera的Piccolo和Forte。

2.2 非接觸式（光學(xué)）掃描系統(tǒng)

包括三維激光掃描、光柵投影測量法、莫爾條紋法、云紋向移法、數(shù)字散斑相關(guān)測量法、立體攝影測量等[11，12]。光學(xué)掃描的優(yōu)點是具有較高的掃描效率和精度，缺點是存在掃描盲區(qū)。目前CAD/CAM/R P掃描系統(tǒng)的主流仍然是非接觸式（光學(xué)）掃描系統(tǒng)。

3 CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出方式

3.1 封閉式系統(tǒng)

指CAD輸出的數(shù)據(jù)必須使用廠商提供的專用CAM數(shù)控加工設(shè)備和相應(yīng)材料。目前市場上主流的封閉式系統(tǒng)有Cerec3、Procera、Cercon、Wol-ceram-epc、GN1、Lava、DCS、Dux等[13]。

3.2 開放式系統(tǒng)

指系統(tǒng)只提供CAD程序和輸出S T L通用格式的數(shù)據(jù)包，用戶可自行選擇所需的CAM設(shè)備和加工材料。目前市場上最常見的是 3Shape 系統(tǒng)，此外還有 Digident、Etkon、Prefactory、Xawex、Dntalwings以及西諾德新開發(fā)的in Eos X5系統(tǒng)等。

4 CAD/CAM系統(tǒng)的設(shè)計制作

4.1 計算機輔助設(shè)計

即在視頻模型上完成修復(fù)體的計算機蠟型。CAD研究較成熟的冠的設(shè)計，包括外表面、內(nèi)表面及內(nèi)外表面結(jié)合部分的設(shè)計。大多數(shù)系統(tǒng)帶有標(biāo)準(zhǔn)牙數(shù)據(jù)庫，并以此為依據(jù)進行外表面的設(shè)計。

4.1.1 生物再造 根據(jù)剩余牙體組織的外形、鄰牙外形和設(shè)計軟件數(shù)據(jù)庫來獲得修復(fù)體的外形。其特點是簡單易行，能獲得較好的修復(fù)體外形，但受基牙剩余牙體組織的形態(tài)輪廓、鄰牙形態(tài)和位置的影響，形態(tài)個性化程度較低，多用于后牙修復(fù)體形態(tài)的設(shè)計。

4.1.2 鏡像復(fù)制 將同一牙弓對側(cè)同名牙的形態(tài)鏡像復(fù)制來獲取修復(fù)體的形態(tài)。相對于生物再造來說，其具有更好的個性化特征，但需要對側(cè)同名牙形態(tài)完整、排列基本對稱，可用于前、后牙修復(fù)體的形態(tài)輔助設(shè)計。

4.1.3 復(fù)制模式 通過復(fù)制牙體預(yù)備前的形態(tài)或診斷蠟型來獲得修復(fù)體的形態(tài)，其形態(tài)的個性化程度高，設(shè)計靈活，但是需要基牙牙體預(yù)備前形態(tài)完好或者事先制作診斷蠟型，可用于前、后牙修復(fù)體的形態(tài)輔助設(shè)計。

4.2 計算機輔助制造

將計算機蠟型轉(zhuǎn)換成修復(fù)體，替代包埋鑄造或裝盒充填熱處理等工序。目前的CAD/CAM系統(tǒng)大多采用3.5～5.0自由度的精密數(shù)控機床，可銑削陶瓷或合金，加工嵌體、瓷貼面、全冠、固定橋等修復(fù)體。

5 CAD/CAM全瓷修復(fù)技術(shù)的臨床應(yīng)用

5.1 應(yīng)用步驟

（1）數(shù)據(jù)采集（直接數(shù)字化印?；蜷g接印模，模型掃描）；（2）對數(shù)據(jù)進行三維軟件設(shè)計；（3）輸出設(shè)計好的數(shù)據(jù)，并進行CAM加工。

5.2CAD/CAM全瓷修復(fù)適應(yīng)證

可針對牙體缺損、牙列缺損、牙列缺失、前牙美觀修復(fù)的患者。

5.3 可制作的修復(fù)體種類

嵌體、高嵌體、部分冠、3/4冠、全冠、后牙、前牙、貼面、帶有解剖形態(tài)的多單位聚合樹脂橋體、二氧化鋯瓷橋、蠟型等。

5.4CAD/CAM不同材料的適應(yīng)證

（1）陶瓷類的適合做嵌體、高嵌體、貼面、全冠、部分冠、樁冠聯(lián)合修復(fù)。

（2）樹脂類的適合做暫時多單位樹脂橋體、樹脂蠟型。

（3）氧化鋯、氧化鋁類的適合做氧化鋯全冠、內(nèi)冠、精密附著體、種植個性化基臺。

6 數(shù)字化牙科的展望

CAD/CAM數(shù)字化口腔全瓷修復(fù)技術(shù)、數(shù)字化印模、數(shù)字化制作種植導(dǎo)板、快速成型技術(shù)制作各類義齒，在數(shù)字化領(lǐng)域代表著口腔修復(fù)工藝未來的新技術(shù)，是從手工操作到自動化、智能化加工的突破性轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著口腔修復(fù)工藝已進入計算機時代，代表著口腔修復(fù)技術(shù)的發(fā)展潮流和方向[1～3，11]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)與CAD/R P快速成型技術(shù)（俗稱“3D打印”技術(shù)）是口腔高科技發(fā)展的趨勢。CAD/CAM技術(shù)和“3D打印”技術(shù)的相似之處在于需要利用計算機進行輔助設(shè)計（即CAD）；不同之處在于CAD/CAM技術(shù)為“減法”技術(shù)，通過對材料進行切割從而制造出需要的義齒形態(tài)，而“3D打印”技術(shù)則是“加法”技術(shù)，通過把離散材料逐層累加，讓材料快速成型，“生長”出一顆完整的義齒或者頜骨模型[12，13]。

當(dāng)前，牙科CAD/CAM技術(shù)正從封閉式系統(tǒng)過渡到開放式系統(tǒng)，越來越多的技術(shù)可以輸出統(tǒng)一的數(shù)字格式，為材料開放式加工提供可能。一些CAD/CAM系統(tǒng)的組件可以單獨購買，這就增加了系統(tǒng)的靈活性，使數(shù)據(jù)獲得方式更為廣泛（如口內(nèi)掃描、觸點式與光式模型數(shù)字轉(zhuǎn)換器、C T、M R I），設(shè)計的軟件更適合各類修復(fù)體的制作。開放式系統(tǒng)的使用，使制造技術(shù)應(yīng)用范圍更廣，人們能夠選擇最佳的制造方法與相關(guān)材料。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，CAD/CAM技術(shù)將成為未來口腔修復(fù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

[1]Sheng Z．Metal-Ceramic Bond Mechanism of the Co-Cr Alloy Denture with Original Rough Surface Produced by Selective Laser Melting[J]．Chinese Journal of Mechanical Engineering，2014（1）：69．

[2]Shishkousky I，Yadroitsev I B P，Smorv I．Alumina-zirconium ceramic synthesis by selective Laser sintering/melting[J]．Applied Surface Science，2007（25）：966-970．

[3]Fuster-Torres M A，Albalat-Estela S，Alcaniz-Raya M，et al．CAD/CAM dental systems in implant dentistry：update[J]．Medicina Oral，Patologia Oraly Cirugia Bucal，2009（14）：141-145．

[4]Kapos T，Evans C．CAD/CAM technology for implant abutments，crowns，and superstructures[J]．The International Journal of Oral&Maxillofacial Implants，2014（29）：117-136．

[5]Miyazaki T，Hotta Y，Kunii J，et al．A review of dental CAD/CAM：current status and future perspectives from 20 years of experience[J]．Dental Materials Journal，2009（28）：44-56．

[6]Miyazaki T，Hotta Y．CAD/CAM systems available for the fabrication ofcrown and bridge restorations[J]．Australian Dental Journal，2011（56）：97-106．

[7]Santos G C，Jr Santos M J，Rizkalla A S，et al．Overview of CEREC CAD/CAM[J]．Chairside System General Dentistry，2013（61）：36-40．

[8]Re D，Cerutti F，Augusti G，et al．Comparison of marginal fit of Lava CAD/CAM crown-copingswith two finish lines[J]．The International Journal of Esthetic Dentistry，2014（9）：426-435．

[9]Vigolo P，F(xiàn)ozi F．An in Vitro evaluation of fit of zirconium-oxide-base ceramic four-unit fixed partial dentures，generated with three different CAD/CAM systems，beforeand after porcelain firig cycles and glaze cycles[J]．JProsthodont，2008，17（8）：621-626．

[10]蘇海軍．激光快速成形技術(shù)新進展及其在高性能材料加工中的應(yīng)用[J]．中國有色金屬學(xué)報，2013（6）：1567-1574．

[11]Hagedornyc W J，Meiners W，Wissenbachk Poprawe R．Net Shaped high performance oxide ceramic parts by selective laser melting[J]．Physics Procedia，2010（5）：587-594．

[12]趙銥民．口腔修復(fù)學(xué)[M]．北京：人民衛(wèi)生出版社，2008．

[13]楊堅．CAD/CAM椅旁系統(tǒng)在微創(chuàng)美學(xué)修復(fù)中的應(yīng)用[J]．中國實用口腔科雜志，2013（6）：337-341．

R782．05

A

1671-1246（2017）19-0152-03

注：本文系蘭州口腔臨床醫(yī)學(xué)中心建設(shè)項目（蘭衛(wèi)科教發(fā)[2014]608號）；2014年蘭州市衛(wèi)生科技發(fā)展項目（LZWSKY2014-1-01）；蘭州市人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（2015-R C-19）