數字化個齒托盤制取下頜全牙列全冠預備體印模的體外評價

徐嘯翔，曹 燁△，趙一姣，賈 璐，謝秋菲

(北京大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院，1. 修復科，2. 口腔醫(yī)學數字化研究中心，3.義齒加工中心 國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心 口腔數字化醫(yī)療技術和材料國家工程實驗室 口腔數字醫(yī)學北京市重點實驗室，北京 100081)

印模制取是固定義齒修復的關鍵環(huán)節(jié)之一，理想的工作印模應精確復制預備體形態(tài)，肩臺印跡完整清晰，無氣泡、欠缺、脫模、暴露托盤等缺陷[1]。隨著預備體數量增加，印模制取的難度也增大。對于咬合重建等跨牙列多單位冠橋修復，要獲取所有預備體效果均理想的工作印模，常需多次制取，造成印模材料浪費、就診時間延長及患者不適感增加等問題。因此，研究適合咬合重建等多單位冠橋預備體印模制取的方法是口腔臨床中迫切需要解決的問題。

目前臨床上常用的固定修復印模方法包括一步法和兩步法[2]。一步法是使用雙相或單相印模材料直接制取終印模。兩步法是先用低流動型印模材料制取初印模，將印模組織面均勻刮除一層，再用高流動型印模材料制取終印模。這兩類方法雖然步驟有差異，但臨床操作要點類似，包括：通過排齦等方法暴露預備體肩臺，吹干預備體表面的液體，圍繞預備體周圍注射印模材料，最后就位托盤等步驟。每類印模材料都有工作時間要求，即從混合印模開始到完成托盤就位的時間，超過工作時間后印模材料開始硬固，會造成托盤無法順利就位導致印模制取失敗。當預備體數量較少時，印模制取有充足的操作時間，能保證每一步操作的有效性，獲得理想印模的成功率高。但對于全牙列冠橋預備體，每個預備體可允許的操作時間短，容易影響操作效果，如預備體表面吹干不完全、圍繞預備體周圍注射印模材料不連續(xù)等，從而增加印模缺陷出現的概率。

以往有研究提出通過部分托盤設計分區(qū)段制取印模的技術[3]，部分托盤在伴有牙缺失的牙列模型上較容易制作，但如為完整牙列，各預備體鄰面間距較小，制作分段的部分托盤則較困難，限制了該方法的適用范圍。應用個齒托盤法制取固定修復印模的技術在20世紀60年代就有報道[4]，其原理是先制作一個形態(tài)類似預備體但略大一些的小托盤，其邊緣位于預備體周圍牙齦處，取模時先用此托盤制取預備體局部印模，再用常規(guī)托盤制取含此托盤在內的完整牙列印模，類似方法還有銅圈法[5]、樹脂陰模法[6]、預成冠法[7]、樹脂帽法[8]等。該方法的優(yōu)勢在于個齒托盤就位時有機械排齦作用，可省去排齦操作，托盤更貼合預備體形態(tài)，印模厚度薄且均勻，變形更小。以往文獻報道，個齒托盤法制取全冠預備體印模的效果優(yōu)于常規(guī)方法[9-11]。個齒托盤法還具有可分別就位取模、最后整體取出的特點，能解決同時制取多單位冠橋預備體印模操作時間不足的問題。但是，制作個齒托盤需要提前灌制初模型，在模型上用自凝樹脂等材料制作，還需在口內試戴和調改，步驟繁瑣，費時費力，臨床應用較少[12]。

隨著數字化技術的發(fā)展，利用光學掃描技術在口內直接獲取口腔軟、硬組織表面形態(tài)的數字印模法已成為固定修復印模制取的新方向?？趦葤呙璺梢允∪鹘y(tǒng)的制取印模、灌制模型的步驟，減少了環(huán)節(jié)誤差，患者更加舒適，結合椅旁數字化設計和加工設備可以完成即刻椅旁修復，但口內掃描技術獲取齦下肩臺形態(tài)的難度較大，且對于跨牙列多單位預備體的掃描精度尚不理想[13-15]。目前，是否推薦應用口內掃描法直接制作全牙列多單位修復體還存在爭議。

本研究結合傳統(tǒng)個齒托盤的思路和數字化技術的優(yōu)勢，建立適合多單位冠橋預備體印模制取的數字化個齒托盤的設計和加工方法，并通過體外實驗評價利用數字化個齒托盤制取全牙列全冠預備體印模的效果。

1 材料與方法

1.1 材料及設備

牙頜模型三維掃描儀(DS-EX Pro，精度<0.01 mm)購自杭州先臨三維公司，三維打印機(Objet EDEN260V)購自美國Stratasys公司，牙科修復設計軟件(Dental System)購自丹麥3 Shape公司，逆向工程軟件(Geomagic 2012)購自美國Raindrop公司，聚醚印模材料(Impregum Soft)、托盤粘接劑(Polyether tray adhesive)和印?；旌蠙C(Pentamix)購自美國3M公司，標準樹脂牙列模型(PRO2002-UL-SP-M-28)購自日本Nissin公司。

1.2 全牙列樹脂牙全冠預備體模型的制備、三維數據獲取和計算機輔助設計

選用一副下頜標準樹脂牙模型(14顆樹脂牙)，對14顆樹脂牙進行全冠預備，后牙及前牙舌側形成平齊牙齦的淺凹型無角肩臺，前牙唇側形成齦下1 mm寬直角肩臺(圖1A)。使用牙頜模型三維掃描儀掃描并獲取全牙列預備體表面數據，將該數據導入Geomagic 2012，使用雕刻刀工具填補人工牙齦與預備體肩臺間過深的間隙，形成類似天然齦溝的深度。在人工牙齦區(qū)域下方保留4 mm高的模型底座，使用平面裁剪工具截掉多余的模型底座部分，底座底部形成封閉平面。使用抽殼工具將模型底座沿軸面法向延伸6 mm，形成加寬的底座(圖1B)。將修改后的數據保存為三角網格(stereolithography，STL)數據格式。

A, the model of full-arch crown abutments; B, the modified digital model of full-arch crown abutments.

1.3 數字化個齒托盤的計算機輔助設計

使用牙科修復設計軟件新建設計項目，選擇下頜牙列14個牙位，每個牙位同時選擇解剖全冠和基底冠設計，將下頜牙列分為右下第二磨牙至右下第一前磨牙，右下尖牙至左下尖牙以及左下第一前磨牙至左下第二磨牙三個區(qū)段，每區(qū)段內的牙位間增加連接體設計為聯冠形式。導入全牙列預備體模型數據，設置牙合平面及就位道。在每個預備體上分別確定其個齒托盤邊緣線，放置在預備體實際頸緣和牙齦緣之間(圖2A)。利用預成解剖牙冠數據庫在每個牙位分別生成外冠形態(tài)，邊緣寬度為0.2 mm，調整相應外冠間連接體至合適的大小及位置(圖2B)。在每個牙位分別設計基底冠形態(tài)，基底冠邊緣止于個齒托盤邊緣線內側，基底冠厚度設為0.5 mm(圖2C)。完成后分別生成外冠和基底冠兩個數據，外冠即為個齒托盤主體形態(tài)數據，基底冠即為個齒托盤容納印模材料的空間(圖2D)。將外冠數據導入Geomagic 2012，分別在后牙牙合面及前牙舌側增加T形或柱形等輔助固位裝置，在組織面牙合方選擇直徑約2 mm區(qū)域，通過抽殼工具沿法向延伸0.5 mm，生成組織終止點(圖2E～H)。將完成的個齒托盤數據保存為STL格式。

1.4 常規(guī)全牙列個別托盤的計算機輔助設計

使用牙科修復設計軟件選擇個別托盤設計模塊，導入全牙列預備體模型數據，設置牙合平面及就位方向，虛擬填倒凹，設置個別托盤邊界，緩沖空間及托盤厚度為2 mm，生成托盤手柄及固位孔，完成常規(guī)全牙列個別托盤A的設計，數據保存為STL格式。

將全牙列預備體模型數據和生成的個齒托盤數據同時導入Geomagic 2012，調整個齒托盤數據位置使其對應各自牙位就位于全牙列預備體模型上。將各對象數據聯合后得到個齒托盤就位于預備體模型的數據，將該數據導入牙科修復設計軟件，按上述同樣方法完成常規(guī)全牙列個別托盤B的設計，數據保存為STL格式。

1.5 數字化個齒托盤、常規(guī)全牙列個別托盤及全牙列預備體模型的三維打印

將數字化個齒托盤、常規(guī)全牙列個別托盤A和B、全牙列預備體模型的STL數據輸入三維打印機配套軟件，打印制作樹脂材料的托盤及模型實體，其中數字化個齒托盤以及全牙列個別托盤A和B分別打印4副，全牙列預備體模型打印1副(圖3)。

A, the design of margin line; B, the design of anatomy crown and the connector; C, the longitudinal section after the design of coping; D, the finalization and separation of external crown and coping; E, the labial view of the anterior individual tooth tray; F, the bottom view of the anterior individual tooth tray; G, the buccal view of the posterior individual tooth tray; H, the bottom view of the posterior individual tooth tray.

A, the 3D printed full-arch abutments; B, the 3D printed digital individual tooth tray; C, the try-in of digital individual tooth tray on the abutments; D, the try-in of conventional full-arch individual tray.

1.6 應用常規(guī)法和數字化個齒托盤法制取全牙列全冠預備體印模

常規(guī)法：在全牙列預備體模型上試戴全牙列個別托盤A，確認順利就位。在預備體模型上涂布一層牙科分離劑，在個別托盤內涂布印模粘接劑。開始混合聚醚印模材料并計時，將混合好的印模材料裝填入個別托盤A及注射槍內，用三用槍頭吹凈預備體表面分離劑，用注射槍將印模材料注射到每個預備體周圍，將盛有印模材料的托盤就位到預備體模型上，保持至印模完全固化。

數字化個齒托盤法：在全牙列預備體模型上試戴數字化個齒托盤及全牙列個別托盤B，確認順利就位。在預備體模型上涂布一層牙科分離劑，在數字化個齒托盤及全牙列個別托盤內涂布印模粘接劑。開始混合聚醚印模材料并計時，將印模材料裝入注射槍內，取一側后牙區(qū)個齒托盤，其余兩區(qū)段的個齒托盤保持就位在預備體上。吹干相應區(qū)段的預備體，將印模材料注射到預備體周圍及個齒托盤內，就位個齒托盤，同法用其他區(qū)段的個齒托盤分別制取相應預備體印模。最后，使用全牙列個別托盤B裝填混合好的聚醚印模，用注射槍將印模材料注射到個齒托盤周圍，就位個別托盤B，保持至印模完全固化。

1.7 印模效果評價

分別記錄使用兩種方法制取印模所用的時間。記錄印模中每個牙位預備體肩臺及軸面/牙合面出現印模缺陷的數目，參考預備體印模評價標準[16]對每個牙位預備體印模質量進行評價：優(yōu)，肩臺及軸面/牙合面均無缺陷；良，肩臺無缺陷，軸面/牙合面有1至多個缺陷；合格，肩臺有小缺陷，但臨床可接受；不合格，肩臺有臨床不可接受的明顯缺陷。統(tǒng)計每次印模中預備體的合格率，即優(yōu)、良和合格的預備體個數/14×100%。

1.8 統(tǒng)計學分析

數據以均數±標準差表示，采用IBM SPSS Statistics 20.0軟件進行統(tǒng)計分析，通過Mann-WhitneyU獨立樣本秩和檢驗比較常規(guī)法和數字化個齒托盤法制取印模的預備體質量分布、肩臺缺陷數目和軸面/牙合面缺陷數目，對兩種方法制取印模的時間、預備體合格率進行獨立樣本t檢驗(雙側)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 數字化個齒托盤打印效果及就位情況

所有數字化個齒托盤均一次打印成功，未見明顯打印缺陷，可直接在相應區(qū)段預備體模型上就位。

2.2 兩種方法制取的印模效果評價

常規(guī)法制取全牙列預備體印模用時(360±0) s，數字化個齒托盤法用時(642±5) s，兩者差異有統(tǒng)計學意義(t=112.6, df=3,P<0.001)。常規(guī)法制取全牙列預備體印模肩臺缺陷數目為4.5±2.4，數字化個齒托盤法為0.5±0.6，兩者差異有統(tǒng)計學意義(P=0.029)。常規(guī)法制取全牙列預備體印模軸面/牙合面缺陷數目為5.8±4.0，數字化個齒托盤法為5.5±2.9，兩者差異無統(tǒng)計學意義(P=0.857，圖4)。

常規(guī)法制取全牙列預備體印模的預備體合格率為83.9%±3.6%，數字化個齒托盤法4次制取印模的預備體合格率均為100.0%，兩者差異有統(tǒng)計學意義(t=9.000, df=3,P=0.003，表1)。常規(guī)法與數字化個齒托盤法制取印模的預備體質量分布差異有統(tǒng)計學意義(P=0.002)，數字化個齒托盤法優(yōu)于常規(guī)法(表2)。

3 討論

數字化個齒托盤通過三維掃描獲取預備體數據，使用牙科修復設計軟件和逆向工程設計軟件進行計算機輔助設計，最后通過三維打印制作完成。傳統(tǒng)個齒托盤的制作過程包括模型灌制與修整，鋪緩沖蠟片，用自凝樹脂制作托盤，最后調磨、修整完成[12]。相比之下，數字化加工過程更加簡便、高效，可避免自凝揮發(fā)性單體刺激和粉塵污染，同時，數字化方法可更加精準地設計個齒托盤的邊緣位置、厚度及容納印模材料的空間，特別是在多單位預備體印模制取的應用中，數字化個齒托盤加工方法可顯著降低制作時間和難度。在結構上，數字化個齒托盤設計為分區(qū)段的聯冠形式，可根據實際預備體數量、軸向和間距情況靈活設計分段位置，而傳統(tǒng)個齒托盤多為單牙位形式。合理的分段設計可保證印模制取時有充足的操作時間，同時可減少個齒托盤就位次數，進一步簡化臨床操作。在數字化設計中可以在個齒托盤表面增加各種形狀的輔助固位裝置，以利于最終印模完成后個齒托盤能固位于常規(guī)全牙列托盤的印模內，同時也便于術者對個齒托盤的操作。數字化個齒托盤在組織面還增加了組織終止點，有利于提高就位的準確性，進一步保證印模制取的效果。

以往有研究比較了個齒托盤法與常規(guī)法制取全冠預備體印模的效果，發(fā)現個齒托盤法復制預備體肩臺的印模質量優(yōu)于常規(guī)法[10-11]，但對于個齒托盤法在全牙列固定修復印模制取中的應用效果尚未見報道。本研究評價了數字化個齒托盤法與常規(guī)法制取全牙列14顆全冠預備體印模的效果，發(fā)現應用數字化個齒托盤法制取的預備體印模質量優(yōu)于常規(guī)法，預備體肩臺缺陷數目少于常規(guī)法，預備體合格率高于常規(guī)法，考慮其原因有：(1)可允許操作時間：本研究使用的機混聚醚印模材料的工作時間為165 s，其中混合印模、裝填托盤和注射槍的時間約40 s，醫(yī)護傳遞器械、術者完成托盤就位以及預留一定緩沖時間等約占20 s，留給中間允許操作的時間約105 s，14顆預備體每顆平均分配到的時間為7 s左右，需要完成吹干預備體表面液體和圍繞預備體注射印模的動作，時間比較緊張；而數字化個齒托盤法是分段操作，同樣的允許操作時間只需要處理4～6顆牙齒，每顆預備體可用時間為18～27 s，時間充足，有利于保證理想的操作效果。(2)托盤形態(tài)和印?？臻g：個齒托盤的形態(tài)更貼合預備體表面，印?？臻g較薄而且均一，在就位時能更好地將印模材料分布到預備體表面；而常規(guī)法托盤與預備體之間的距離較大，托盤形態(tài)并不與每個預備體表面對應，托盤就位過程不能保證印模材料沿預備體表面分布的方向和壓力，這也容易造成印模缺陷的發(fā)生。

A, the impression of anterior abutments made by conventional method; B, the impression of anterior abutments made by digital individual tooth tray technique; C, the impression of right posterior abutments made by conventional method; D, the impression of right posterior abutments made by digital individual tooth tray technique; E, the impression of left posterior abutments made by conventional method; F, the impression of left posterior abutments made by digital individual tooth tray technique.

本研究發(fā)現數字化個齒托盤法制取的印模中預備體軸面/牙合面缺陷數目與常規(guī)法沒有明顯差異，這些部位的印模缺陷主要是由于印模材料注射和混合時混入氣泡導致，數字化個齒托盤法的主要優(yōu)勢在于操作時間充足，可以更徹底地吹干預備體表面特別是肩臺區(qū)域的液體，但并不能減少操作時印?；烊霘馀莸母怕?。本研究還分析了數字化個齒托盤法和常規(guī)法完成印模制取所需的時間，就單次印模制取而言，數字化個齒托盤法用時更長，但實際臨床應用還需考慮成功率，特別是對于多單位預備體的印模制取，只要有一個牙位印模質量不合格，整體印模就需要重新制取。雖然常規(guī)法單次印模制取用時短，但其成功率低，常需多次制取，這樣會顯著增加所需的臨床時間。成功率高的印模制取方法可以減少制取次數，節(jié)約材料和時間，也能減少患者的不適感。本研究使用了一步法作為常規(guī)印模方法，與數字化個齒托盤法使用相同的印模材料，以控制印模材料性能因素對印模效果的影響，更有利于對比兩種印模方法本身的差異。臨床上也常用兩種流動型印模材料搭配使用的兩步法，未來可以進一步探索數字化個齒托盤法使用不同印模材料的效果，并與傳統(tǒng)的兩步法進行比較。

本研究對預備后的標準牙列模型進行了三維掃描，對其數據進行修整后，再打印出1副修整后的預備體樹脂模型進行兩種印模制取方法的比較。標準牙列的商品模型直接進行印模制取存在以下問題：(1)樹脂牙與人工牙齦之間有間隙，某些位置間隙較寬、較深，與天然齦溝差異大，印模進入較深的間隙后會增加脫模難度，也容易造成印模撕裂，影響印模效果；(2)樹脂牙用螺絲固定于下頜牙列模型的牙窩中，印模脫位時力量較大可能造成個別樹脂牙出現位置偏移，影響后續(xù)個齒托盤的就位及印模制取；(3)標準模型底座與牙列寬度相近，取模時印模材料會向底座方向流走，影響印模在牙列托盤中的固位；(4)人工牙齦與印模材料間結合力較大，增加脫模難度。因此，本研究對預備體模型的三維數據進行了相應修整，填補過深的牙齦間隙，形成加寬的底座阻止印模流出，用樹脂材料將預備體和牙齦部分作為整體打印完成，從而利于后續(xù)印模制取的操作。

表1 常規(guī)法與數字化個齒托盤法制取全牙列預備體印模的制取時間、印模缺陷數和預備體合格率

表2 常規(guī)法和數字化個齒托盤法制取全牙列預備體印模中的預備體印模質量分布

本研究中用牙科分離劑涂布在預備體表面，一方面可以減少脫模阻力，另一方面分離劑較黏稠，與唾液性狀類似，可起到模擬唾液的效果。只有徹底吹凈預備體表面的分離劑，才能制取出理想的印模，從而更好地模擬臨床實際情況。本研究另外也制作了上頜全牙列預備體及其數字化個齒托盤，上頜個齒托盤同樣能順利就位。由于體外環(huán)境制取上下頜印模過程類似，而下頜牙列印模制取所需印模材料的體積少于上頜牙列，所以本研究的印模制取只選擇了下頜牙列，可以達到評價個齒托盤法印模制取效果的目的，同時減少印模材料的浪費。印模質量的評價方法參考以往研究使用的預備體肩臺印跡評價標準[16]，在其基礎上增加了軸面/牙合面印模缺陷的評價，將原標準中的Ⅰ級(肩臺無缺陷)根據有無軸面/牙合面缺陷進一步分為優(yōu)和良兩類。評價印模是否合格的標準主要依據肩臺部位質量，如預備體肩臺印跡有不可接受的明顯缺陷，即判為不合格印模。

本研究結果可證明數字化個齒托盤更適于制取全牙列冠橋預備體印模，具有更好的效果和更高的合格率，但本研究模擬印模制取的體外操作與實際臨床過程仍存在不同。實際臨床印模制取時還會受張口度、頰舌軟組織阻擋、唾液持續(xù)分泌、患者配合度等因素影響，難度會比體外實驗更大。因此，未來仍需進一步開展臨床研究以檢驗數字化個齒托盤法在口內實際制取多單位固定修復印模的效果。另外，臨床上制取印模前對制備齊齦和齦下肩臺的預備體需要進行排齦操作以暴露預備體肩臺，而個齒托盤本身具有機械排齦作用，可節(jié)省排齦占用的臨床時間，避免排齦造成的患者不適。本研究使用三維打印預備體模型，其肩臺與牙齦部分間隙清楚，不需要也無法進行排齦操作，因此，本研究未能檢驗個齒托盤機械排齦的效果，也需后續(xù)臨床研究進一步評價。

咬合重建等多單位固定修復屬復雜修復治療，臨床上多采用分次牙體預備以及暫時修復等步驟，可以在初步牙體預備后通過制取傳統(tǒng)印模或口內掃描獲取預備體形態(tài)用于制作個齒托盤，不需額外增加患者的就診次數。數字化個齒托盤的設計基于流行的牙科修復軟件，容易掌握，可培訓相應技師進行操作，減少占用臨床醫(yī)師的時間。三維打印費用低廉，有利于成本控制和推廣，有較好的應用前景，值得后續(xù)進一步研究以評價其臨床使用效果。