影響3D打印的口腔修復體精密度的因素

作者：謝明杰,李瀟.
3D打印技術,，又稱增量制造技術,，是快速成型技術（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體模型的加工工藝�,；���3D打印技術具有快速,、方便,、精確及節(jié)省材料的優(yōu)點，被廣泛應用于多個領域,。在口腔修復領域,，3D打印技術使口腔修復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,，從而影響修復體的臨床效果。

目前3D打印技術主要應用于可摘局部義齒金屬支架,、全瓷修復體,、金屬修復體、修復體蠟型,、頜面贗復體以及全口義齒,。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)字化掃描設備采集印模信息,，然后利用相關CAD設計軟件進行數(shù)據(jù)處理，設計數(shù)字化修復模型,，再利用常用3D技術打印出修復體模型,，經(jīng)后期處理最后應用于臨床。3D打印制作口腔修復體是一個連續(xù)的過程,，每個步驟中均存在影響修復體精密度的因素,；另外，3D打印技術本身的發(fā)展水平也是一個重要的影響因素,。


1.數(shù)字化印模的采集

1.1數(shù)字化印模的準確性
口腔修復診療的最終效果,，首先取決于印模準確性。選擇不同的印模采集方式影響著最終印模的準確性,。傳統(tǒng)取模過程中患者唾液,、齦溝出血、軟組織運動以及材料的形變等因素都會影響印模采集的準確性,，進而影響最終修復體的修復效果,。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)臨床上應用的口腔修復CAD/CAM系統(tǒng),，多數(shù)是口外采集方式（間接法），即采用數(shù)字化掃描設備對患者牙列石膏模型進行掃描來獲取數(shù)字化印模,，這種模式依然需要經(jīng)歷應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）,，即掃描設備于口內(nèi)直接對口腔內(nèi)軟硬組織進行掃描與測量,。目前主要從兩方面來評價口內(nèi)數(shù)字化印模準確性,，一方面是直接通過對數(shù)字化掃描設備進行評價，掃描設備的良好精密度是印模準確性的首要條件,。


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)精密度比較時結論一致；另一方面是通過評價基于口內(nèi)數(shù)字化印模設計制作的修復體的臨床適合性來反映數(shù)字化印模本身的準確性,。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),。

國外學者Da利用CEREC系統(tǒng)在體內(nèi)實驗中比較了口內(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，認為兩者之間無明顯差異且均符合臨床應用標準,。與應用較成熟的牙列石膏模型三維掃描技術相比,，口內(nèi)數(shù)字印模技術存在一定局限性：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,、性能特點不同,，以及是否需要噴粉，掃描的精度存在一定差異,。Ender等運用最佳適配校準（best fit alignment）方法評價四種口內(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，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,。

關于噴涂光學成像粉對數(shù)字化印模準確性的影響，學者持有不一致的意見,。目前臨床上要求光學成像粉噴涂均勻,，但是尚無統(tǒng)一的操作標準；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確性,。在臨床應用中，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,；而無論使用哪一種系統(tǒng),，對預備的牙體進行排齦，清晰地暴露牙體預備的邊緣以及對口腔進行嚴密隔濕,，是保證印模質(zhì)量的基礎,。

1.3數(shù)字化印模采集的適應證
就口內(nèi)采集方式而言，單個固定修復病例進行印模采集,，印模準確性能符合臨床應用的要求,。在楊鑫等研究中，TRIOS系統(tǒng)于口內(nèi)獲取單個牙的數(shù)字印模精密度小于10μm,。對于多單位固定修復病例（5個單位以內(nèi)）進行印模采集時,，多數(shù)學者對口內(nèi)采集方式持謹慎的態(tài)度。Flügge等的研究結果發(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)字印模不如單個牙準確,。

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牙弓時表現(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均表現(xiàn)出較好的精密度。所以對于5個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,，建議臨床上預備體應光滑圓鈍,，可適當增加鄰面聚合度,，避免形成鄰面倒凹。

Müller等認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面，從遠中開始掃描至目標區(qū)域另一端,，然后經(jīng)頰側面返回”掃描順序的印模準確性最高,。

另外計算機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)點是掃描速度快,、偽影少，無光學掃描存在的盲區(qū)問題,，可同時掃描多個模型,，缺點是輻射量高，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，價格更便宜,，但Al-Rawi等認為,，其精度不足以用于CAD/CAM固定修復體的制作。

2.修復體的數(shù)字化設計
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CAD軟件則是對獲取的表面數(shù)據(jù)進行數(shù)字化設計以滿足臨床口腔修復需求,。根據(jù)使用人群不同，將其分為椅旁CAD設計軟件和技術室CAD設計軟件,。椅旁CAD設計軟件使用人群多為臨床醫(yī)師及助手,，適合設計簡單的貼面、嵌體,、冠橋及種植基臺,；而技術室CAD設計軟件使用人群為專業(yè)的修復技師，功能更加完善,，適合于設計精度要求高的修復體,。目前口腔修復CAD軟件設計涵蓋臨床上常用的固定修復體類型，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,、臨時冠等。

全冠和全冠橋數(shù)字化設計是其他類型修復體數(shù)字化設計的基礎,，其關鍵技術將決定CAD軟件系統(tǒng)的整體質(zhì)量,。當前國外成熟商業(yè)化的口腔修復軟件基本能夠滿足固定修復體個性化設計需求，而國內(nèi)產(chǎn)品方面則需盡快取得對關鍵技術的突破,，形成具有完全知識產(chǎn)權的口腔修復軟件系統(tǒng),。在固定修復體設計過程中，其全冠解剖形態(tài)生成方面主要來源有標準牙數(shù)據(jù)庫,、生物再造和生物復制與參照三種,。

標準牙數(shù)據(jù)庫是CAD軟件內(nèi)置的一系列預先設計好的標準牙冠的三維數(shù)據(jù)，設計時供用戶選擇使用,，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，操作較為復雜,，且高度依賴于口腔修復技師個人水平,。當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設計軟件,，但可摘局部義齒和全口義齒的修復無法實現(xiàn)全程數(shù)字化，其修復體精度仍然依賴于傳統(tǒng)功能性印模的準確性,；另外,，在設計過程中高度依賴于口腔修復技師的專業(yè)知識。如今通用的口腔修復CAD軟件幾乎可設計全部臨床上常見的修復體,，在數(shù)字化設計環(huán)節(jié)上,，修復體的精度似乎取決于設計軟件的選擇以及設計者的技術水平。

3.修復體類型本身與3D打印的精度的關系

3.1固定義齒修復體
就金屬類固定義齒修復體精度而言,，3D打印出的金屬冠邊緣,、金屬內(nèi)冠與預備后牙體的精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法鑄造金屬冠。Bindl等的研究結果顯示3D打印的金屬冠邊緣與預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制作三單位鈷鉻合金固定修復體,，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技術（DLMS）制作的修復體密合性最佳,；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,，該技術在金屬材料的修復體上應用較成熟,。

有關樁核體方面，通過SLA直接制作出樹脂型實體樁核,，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)部適應性,。利用計算機輔助設計和3D打印技術可制造全瓷修復體。3D打印陶瓷技術的起源于噴墨打印技術（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打印技術除了噴墨打印技術還有熔化沉積成型技術（fused deposition modeling,，F(xiàn)DM）、光固化成型技術（stereolithography,，SLA）,、分層實體制造技術（laminated object manufacturing，LOM）和激光選區(qū)燒結技術（selective lasers intering,，SLS）,，根據(jù)成型方法和使用原料的不同，每種打印技術都有自己的優(yōu)缺點,。

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難題,，目前打印制造全瓷修復體打印成本高、效率低,、精度有限,。

3.2可摘局部義齒和全口義齒修復體

由于口內(nèi)解剖結構復雜精細，可摘局部義齒和全口義齒修復體的形態(tài)多為復雜的三維曲面,，利用傳統(tǒng)印模方法和傳統(tǒng)修復工藝制作的義齒與口腔組織密合性尚待提高,。口腔數(shù)字化印模技術聯(lián)合3D打印技術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制作的金屬零件精度可達到96%以上,，應用該設備制造的可摘局部義齒金屬支架，平均加工精度可達±0.172mm；Chen等應用計算機輔助設計并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)工藝反復翻制模型，從而提高義齒的精度,。Dawood等認為,，先利用3D打印技術制作蠟型，再以傳統(tǒng)工藝鑄造制作固定修復體內(nèi)冠或活動義齒金屬支架,，相對于3D打印直接制作修復體而言,，能減少修復體的后期加工處理，是一個更可行的方法,。計算機輔助設計聯(lián)合3D打印技術制作全口義齒在國內(nèi)外可見文獻報道,。Kattadiyil等應用AvaDent和Dentca系統(tǒng)進行全口義齒的數(shù)字化設計，并利用3D打印技術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CAD軟件（3 shape Dental system 2012）進行上頜義齒的數(shù)字化設計，選擇性激光熔積技術制作上頜全口義齒金屬基托,，證明選擇性激光熔積（SLM）技術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體成功的關鍵環(huán)節(jié)，利用3D打印技術高效制作精確的無牙頜石膏模型可能是一個研究方向,。Sun等運用直接噴墨打印技術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制作個別托盤，能提高印模準確性,，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)字化印模技術聯(lián)合3D打印技術,，制作厚度一致,、邊緣準確，并與設計要求高度一致的個性化托盤及石膏模型,，能更加完善和規(guī)范義齒制作程序,，最終使修復體精密度高，臨床效果好。

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

4.結語

3D打印技術以高效,、精確的性能正逐步取代口腔修復傳統(tǒng)工藝,，但存在技術敏感性強的問題。在臨床應用的過程中,，醫(yī)生和技師均需要嚴格控制影響修復體精密度的因素,，從而獲得良好的修復效果。今后的研究當中,，除了要關注3D打印修復體的精密度以外,，還需要關注其生物相容性以及其機械性能。隨著研究的深入,，3D打印技術進一步提升,，有望成為口腔領域制備修復體的主流加工工藝。
作者：謝明杰,李瀟.影響3D打印的口腔修復體精密度的因素[J].口腔醫(yī)學,2018(09):860-864.