影響3D打印的口腔修復(fù)體精密度的因素

作者：謝明杰，李瀟
來源：口腔醫(yī)學(xué)

3D打印技術(shù)，又稱增量制造技術(shù)，是快速成型技術(shù)（rapid prototyping，RP）之一，它是基于重建的三維數(shù)字模型，采用分層加工和疊加成形的方式制作實(shí)體模型的加工工藝�；�于3D打印技術(shù)具有快速、方便、精確及節(jié)省材料的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。在口腔修復(fù)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)使口腔修復(fù)體在精密度方面得到了很大的提升，包括冠邊緣、內(nèi)冠與牙體之間的密合性及義齒支架與軟組織之間密合性，從而影響修復(fù)體的臨床效果。

目前3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于可摘局部義齒金屬支架、全瓷修復(fù)體、金屬修復(fù)體、修復(fù)體蠟型、頜面贗復(fù)體以及全口義齒。3D打印的基本步驟包括：數(shù)字化數(shù)據(jù)采集、數(shù)字化數(shù)據(jù)處理和3D打印。臨床上使用的數(shù)字化掃描設(shè)備采集印模信息，然后利用相關(guān)CAD設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，設(shè)計(jì)數(shù)字化修復(fù)模型，再利用常用3D技術(shù)打印出修復(fù)體模型，經(jīng)后期處理最后應(yīng)用于臨床。3D打印制作口腔修復(fù)體是一個(gè)連續(xù)的過程，每個(gè)步驟中均存在影響修復(fù)體精密度的因素；另外，3D打印技術(shù)本身的發(fā)展水平也是一個(gè)重要的影響因素。

1.數(shù)字化印模的采集
1.1數(shù)字化印模的準(zhǔn)確性
口腔修復(fù)診療的最終效果，首先取決于印模準(zhǔn)確性。選擇不同的印模采集方式影響著最終印模的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)取模過程中患者唾液、齦溝出血、軟組織運(yùn)動以及材料的形變等因素都會影響印模采集的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響最終修復(fù)體的修復(fù)效果。隨著數(shù)字化印模采集系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)今數(shù)字化印模逐步取代傳統(tǒng)的取模方式。

現(xiàn)臨床上應(yīng)用的口腔修復(fù)CAD/CAM系統(tǒng)，多數(shù)是口外采集方式（間接法），即采用數(shù)字化掃描設(shè)備對患者牙列石膏模型進(jìn)行掃描來獲取數(shù)字化印模，這種模式依然需要經(jīng)歷應(yīng)用彈性印模材料采集患者口腔印模，然后翻制石膏模型的過程。而口內(nèi)采集方式（直接法），即掃描設(shè)備于口內(nèi)直接對口腔內(nèi)軟硬組織進(jìn)行掃描與測量。目前主要從兩方面來評價(jià)口內(nèi)數(shù)字化印模準(zhǔn)確性，一方面是直接通過對數(shù)字化掃描設(shè)備進(jìn)行評價(jià)，掃描設(shè)備的良好精密度是印模準(zhǔn)確性的首要條件。

楊鑫等研究模擬口腔取模環(huán)境下TRIOS口內(nèi)數(shù)字印模的精密度，并與口外模型掃描的精密度比較，通過定量分析得出，TRIOS組的數(shù)字印模精密度差于口外模型組，與Flügge等對iTero系統(tǒng)與D250口外系統(tǒng)精密度比較時(shí)結(jié)論一致；另一方面是通過評價(jià)基于口內(nèi)數(shù)字化印模設(shè)計(jì)制作的修復(fù)體的臨床適合性來反映數(shù)字化印模本身的準(zhǔn)確性。譚發(fā)兵等研究CEREC3D和InlabMCXL系統(tǒng)數(shù)字化印模對CERECBlocs全瓷冠邊緣和內(nèi)部適合性的影響，發(fā)現(xiàn)兩種印模法對CERECBlocs冠邊緣適合性無影響，但對內(nèi)部適合性有一定影響，全瓷冠邊緣適合性均在臨床可接受范圍內(nèi)。

國外學(xué)者Da利用CEREC系統(tǒng)在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中比較了口內(nèi)直接掃描牙齒和傳統(tǒng)印模配合口外掃描石膏模型制作出的CAD/CAM后牙全瓷高嵌體的邊緣適合性，認(rèn)為兩者之間無明顯差異且均符合臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。與應(yīng)用較成熟的牙列石膏模型三維掃描技術(shù)相比，口內(nèi)數(shù)字印模技術(shù)存在一定局限性：由于口腔空間狹小，容易受唾液、光照、舌頭移動和探頭抖動等因素的影響，且采集的圖像位于不同的坐標(biāo)系中，對圖像的拼接次數(shù)越多，數(shù)據(jù)精度越低。

1.2口內(nèi)數(shù)字化印模采集系統(tǒng)

自1987年Sirona成功發(fā)布了世界上第一臺商業(yè)化的口內(nèi)掃描儀至今，世界各國其他公司也陸續(xù)推多個(gè)品牌的口內(nèi)掃描系統(tǒng)（3Shape、CEREC、iTero、Lava、Planscan等），國內(nèi)也已研發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的口內(nèi)掃描系統(tǒng)（朗呈科技、先臨三維科技）。因各掃描系統(tǒng)掃描原理、性能特點(diǎn)不同，以及是否需要噴粉，掃描的精度存在一定差異。Ender等運(yùn)用最佳適配校準(zhǔn)（best fit alignment）方法評價(jià)四種口內(nèi)數(shù)字化印模系統(tǒng)采集全牙列印模的精度，CERECBluecam的掃描精度最高，但與Renne的研究結(jié)果相反；而在王亞妹等的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨掃描區(qū)域的增大，CERECBluecam掃描精度明顯下降。對于小范圍掃描而言，Planscan的掃描精度較高；TRIOS在全牙列的采集時(shí)，掃描速度與精度之間取得了良好的平衡，可能更適合用于采集全牙列印模。

關(guān)于噴涂光學(xué)成像粉對數(shù)字化印模準(zhǔn)確性的影響，學(xué)者持有不一致的意見。目前臨床上要求光學(xué)成像粉噴涂均勻，但是尚無統(tǒng)一的操作標(biāo)準(zhǔn)；對于不需要噴粉的TRIOS和CERECOmnicam，也可能由于人員操作的問題在一定程度上影響了印模的準(zhǔn)確性。在臨床應(yīng)用中，操作人員必須熟悉口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)的性能特點(diǎn)；而無論使用哪一種系統(tǒng)，對預(yù)備的牙體進(jìn)行排齦，清晰地暴露牙體預(yù)備的邊緣以及對口腔進(jìn)行嚴(yán)密隔濕，是保證印模質(zhì)量的基礎(chǔ)。

1.3數(shù)字化印模采集的適應(yīng)證
就口內(nèi)采集方式而言，單個(gè)固定修復(fù)病例進(jìn)行印模采集，印模準(zhǔn)確性能符合臨床應(yīng)用的要求。在楊鑫等研究中，TRIOS系統(tǒng)于口內(nèi)獲取單個(gè)牙的數(shù)字印模精密度小于10μm。對于多單位固定修復(fù)病例（5個(gè)單位以內(nèi)）進(jìn)行印模采集時(shí)，多數(shù)學(xué)者對口內(nèi)采集方式持謹(jǐn)慎的態(tài)度。Flügge等的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，iTero系統(tǒng)于口內(nèi)獲取完整牙列數(shù)字印模精密度為50μm，而Ender等使用CERECBluecam系統(tǒng)和LavaTMC.O.S系統(tǒng)于體外獲得全牙列數(shù)字印模的精密度分別為（30.9±7.1）μm和（60.1±31.3）μm，這說明了多單位口內(nèi)數(shù)字印模不如單個(gè)牙準(zhǔn)確。

另外，蘇庭舒等的研究表明，口內(nèi)數(shù)字化印模掃描精密度隨著牙弓掃描范圍增大而降低，其在掃描范圍小于半個(gè)牙弓時(shí)表現(xiàn)出的精密度符合臨床要求；而口外臺式掃描儀在掃描任意范圍牙弓時(shí)均表現(xiàn)出較好的精密度。所以對于5個(gè)單位以上的印模采集，我們建議采用口外采集方式采集印模。牙齒形狀影響掃描精度，表面曲率變化較大的區(qū)域（特別是鄰面區(qū)域）掃描精度下降，建議臨床上預(yù)備體應(yīng)光滑圓鈍，可適當(dāng)增加鄰面聚合度，避免形成鄰面倒凹。

Müller等認(rèn)為不同的掃描順序影響全牙列數(shù)字化印模精度的獲取，他們使用TRIOS口內(nèi)掃描儀于口內(nèi)獲取完整牙列數(shù)字印模，“沿上頜第二磨牙咬合面及腭側(cè)面，從遠(yuǎn)中開始掃描至目標(biāo)區(qū)域另一端，然后經(jīng)頰側(cè)面返回”掃描順序的印模準(zhǔn)確性最高。

另外計(jì)算機(jī)X線體層掃描（computerized tomography，CT）也是數(shù)字化印模采集方式之一。它的優(yōu)點(diǎn)是掃描速度快、偽影少，無光學(xué)掃描存在的盲區(qū)問題，可同時(shí)掃描多個(gè)模型，缺點(diǎn)是輻射量高，不宜常規(guī)使用。CBCT的輻射量僅為螺旋CT的20%，空間分辨率高，價(jià)格更便宜，但Al-Rawi等認(rèn)為，其精度不足以用于CAD/CAM固定修復(fù)體的制作。

2.修復(fù)體的數(shù)字化設(shè)計(jì)
數(shù)字化印模采集是為了精確獲取牙或牙模表面數(shù)據(jù)，而口腔修復(fù)CAD軟件則是對獲取的表面數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)以滿足臨床口腔修復(fù)需求。根據(jù)使用人群不同，將其分為椅旁CAD設(shè)計(jì)軟件和技術(shù)室CAD設(shè)計(jì)軟件。椅旁CAD設(shè)計(jì)軟件使用人群多為臨床醫(yī)師及助手，適合設(shè)計(jì)簡單的貼面、嵌體、冠橋及種植基臺；而技術(shù)室CAD設(shè)計(jì)軟件使用人群為專業(yè)的修復(fù)技師，功能更加完善，適合于設(shè)計(jì)精度要求高的修復(fù)體。目前口腔修復(fù)CAD軟件設(shè)計(jì)涵蓋臨床上常用的固定修復(fù)體類型，包括全解剖型冠橋、內(nèi)冠、嵌體、高嵌體、貼面、咬合貼面、套筒冠、樁核冠、臨時(shí)冠等。

全冠和全冠橋數(shù)字化設(shè)計(jì)是其他類型修復(fù)體數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其關(guān)鍵技術(shù)將決定CAD軟件系統(tǒng)的整體質(zhì)量。當(dāng)前國外成熟商業(yè)化的口腔修復(fù)軟件基本能夠滿足固定修復(fù)體個(gè)性化設(shè)計(jì)需求，而國內(nèi)產(chǎn)品方面則需盡快取得對關(guān)鍵技術(shù)的突破，形成具有完全知識產(chǎn)權(quán)的口腔修復(fù)軟件系統(tǒng)。在固定修復(fù)體設(shè)計(jì)過程中，其全冠解剖形態(tài)生成方面主要來源有標(biāo)準(zhǔn)牙數(shù)據(jù)庫、生物再造和生物復(fù)制與參照三種。

標(biāo)準(zhǔn)牙數(shù)據(jù)庫是CAD軟件內(nèi)置的一系列預(yù)先設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)牙冠的三維數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)時(shí)供用戶選擇使用，市面上絕大多數(shù)的CAD軟件都屬于此類。此功能生成的牙冠需經(jīng)后續(xù)繁瑣的手動調(diào)整，操作較為復(fù)雜，且高度依賴于口腔修復(fù)技師個(gè)人水平。當(dāng)前市面上還可見成熟的可摘局部義齒（3 shape dental system、Geramill）和全口義齒（avadent、Dentca）的CAD設(shè)計(jì)軟件，但可摘局部義齒和全口義齒的修復(fù)無法實(shí)現(xiàn)全程數(shù)字化，其修復(fù)體精度仍然依賴于傳統(tǒng)功能性印模的準(zhǔn)確性；另外，在設(shè)計(jì)過程中高度依賴于口腔修復(fù)技師的專業(yè)知識。如今通用的口腔修復(fù)CAD軟件幾乎可設(shè)計(jì)全部臨床上常見的修復(fù)體，在數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上，修復(fù)體的精度似乎取決于設(shè)計(jì)軟件的選擇以及設(shè)計(jì)者的技術(shù)水平。

3.與3D打印的精度的關(guān)系
3.1固定義齒修復(fù)體
就金屬類固定義齒修復(fù)體精度而言，3D打印出的金屬冠邊緣、金屬內(nèi)冠與預(yù)備后牙體的精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法鑄造金屬冠。Bindl等的研究結(jié)果顯示3D打印的金屬冠邊緣與預(yù)備后牙體之間的間隙相較于鑄造金屬冠與牙體的間隙平均小65μm。Ortorp等利用四種不同的技術(shù)制作三單位鈷鉻合金固定修復(fù)體，比較其冠邊緣、內(nèi)冠與牙體的密合度，發(fā)現(xiàn)利用直接金屬激光燒結(jié)技術(shù)（DLMS）制作的修復(fù)體密合性最佳；李美康采用三種不同工藝制作下頜第一前磨牙鈷鉻合金基底冠，邊緣適合性最好的為直接金屬激光燒結(jié)組基底冠，內(nèi)部適合性最好的為CAD/CAM切削鈷鉻金屬組，傳統(tǒng)鑄造組基底冠邊緣及內(nèi)部適合性均最差。以上三者的研究均證明3D打印出的金屬冠邊緣、金屬內(nèi)冠精密度較高，該技術(shù)在金屬材料的修復(fù)體上應(yīng)用較成熟。

有關(guān)樁核體方面，通過SLA直接制作出樹脂型實(shí)體樁核，相對于常規(guī)失蠟精密鑄造法具有更好的邊緣適合性和內(nèi)部適應(yīng)性。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)可制造全瓷修復(fù)體。3D打印陶瓷技術(shù)的起源于噴墨打印技術(shù)（ink jet printing，IJP），發(fā)展至今已經(jīng)比較成熟。目前制約3D陶瓷噴墨打印技術(shù)發(fā)展的因素主要有兩方面：一是墨水的微方向性及形狀、濃度一致性不能精確控制，在一定程度上影響了打印的精度和質(zhì)量；二是噴墨打印頭的堵塞問題，無論是降低陶瓷墨水的粘度還是增大噴頭毛細(xì)管的直徑，都將使打印效果大大降低，成品精密度下降。

陶瓷3D打印技術(shù)除了噴墨打印技術(shù)還有熔化沉積成型技術(shù)（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）、光固化成型技術(shù)（stereolithography，SLA）、分層實(shí)體制造技術(shù)（laminated object manufacturing，LOM）和激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)（selective lasers intering，SLS），根據(jù)成型方法和使用原料的不同，每種打印技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。

總體而言，3D打印用陶瓷材料稀缺，面臨材料配比、后期加工等一系列技術(shù)難題，目前打印制造全瓷修復(fù)體打印成本高、效率低、精度有限。

3.2義齒修復(fù)體
由于口內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜精細(xì)，可摘局部義齒和全口義齒修復(fù)體的形態(tài)多為復(fù)雜的三維曲面，利用傳統(tǒng)印模方法和傳統(tǒng)修復(fù)工藝制作的義齒與口腔組織密合性尚待提高�？谇粩�(shù)字化印模技術(shù)聯(lián)合3D打印技術(shù)有望提高義齒與口腔組織的密合性。陳光霞等研發(fā)的利用激光快速成型技術(shù)制作的金屬零件精度可達(dá)到96%以上，應(yīng)用該設(shè)備制造的可摘局部義齒金屬支架，平均加工精度可達(dá)±0.172mm；Chen等應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并3D打印出局部義齒，義齒與組織黏膜均勻貼合。

以專業(yè)樹脂蠟為材料3D打印制作義齒的蠟型，制作的蠟型精度高，能避免傳統(tǒng)工藝反復(fù)翻制模型，從而提高義齒的精度。Dawood等認(rèn)為，先利用3D打印技術(shù)制作蠟型，再以傳統(tǒng)工藝鑄造制作固定修復(fù)體內(nèi)冠或活動義齒金屬支架，相對于3D打印直接制作修復(fù)體而言，能減少修復(fù)體的后期加工處理，是一個(gè)更可行的方法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)聯(lián)合3D打印技術(shù)制作全口義齒在國內(nèi)外可見文獻(xiàn)報(bào)道。Kattadiyil等應(yīng)用AvaDent和Dentca系統(tǒng)進(jìn)行全口義齒的數(shù)字化設(shè)計(jì)，并利用3D打印技術(shù)打印出樹脂型全口義齒，獲得良好的臨床效果。

葉頁等使用口腔修復(fù)CAD軟件（3 shape Dental system 2012）進(jìn)行上頜義齒的數(shù)字化設(shè)計(jì)，選擇性激光熔積技術(shù)制作上頜全口義齒金屬基托，證明選擇性激光熔積（SLM）技術(shù)制作上頜全口義齒金屬基托具有可行性。就現(xiàn)階段而言，口內(nèi)數(shù)字化的全牙列印模并不能完全滿足制作全口義齒的需要，全口義齒的制作仍以傳統(tǒng)方法制作為主。精確的無牙頜石膏模型依然是全口義齒類修復(fù)體成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，利用3D打印技術(shù)高效制作精確的無牙頜石膏模型可能是一個(gè)研究方向。Sun等運(yùn)用直接噴墨打印技術(shù)制作出了精確的全口義齒石膏陰模，然后充填人工牙，再對基托樹脂進(jìn)行壓鑄，制作完成了精密度較高的全口義齒。

林園園等提出有效簡化并精準(zhǔn)制作個(gè)別托盤，能提高印模準(zhǔn)確性，從而提高石膏模型的質(zhì)量，最大程度滿足臨床及患者要求。利用數(shù)字化印模技術(shù)聯(lián)合3D打印技術(shù)，制作厚度一致、邊緣準(zhǔn)確，并與設(shè)計(jì)要求高度一致的個(gè)性化托盤及石膏模型，能更加完善和規(guī)范義齒制作程序，最終使修復(fù)體精密度高，臨床效果好。

3.3修復(fù)體的后期處理
應(yīng)用3D打印技術(shù)制作口腔修復(fù)體可以簡化制作工序，縮短加工時(shí)間，同時(shí)避免出現(xiàn)鑄造缺陷。但3D打印的修復(fù)體完成后并不能直接應(yīng)用于臨床，修復(fù)體從3D打印機(jī)中取出后需要進(jìn)行噴砂處理、表面拋光，檢查零件是否有缺損，檢查合格后超聲清洗，否則會影響修復(fù)體的精密度。

4.結(jié)語
3D打印技術(shù)以高效、精確的性能正逐步取代口腔修復(fù)傳統(tǒng)工藝，但存在技術(shù)敏感性強(qiáng)的問題。在臨床應(yīng)用的過程中，醫(yī)生和技師均需要嚴(yán)格控制影響修復(fù)體精密度的因素，從而獲得良好的修復(fù)效果。今后的研究當(dāng)中，除了要關(guān)注3D打印修復(fù)體的精密度以外，還需要關(guān)注其生物相容性以及其機(jī)械性能。隨著研究的深入，3D打印技術(shù)進(jìn)一步提升，有望成為口腔領(lǐng)域制備修復(fù)體的主流加工工藝。