席 爽,逯 宜,唐青青,王 方*

(1西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院,陜西省顱頜面精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn),西安 710004;2西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院口腔修復(fù)科;*通訊作者,E-mail:xjtuff@126.com)

自20世紀(jì)80年代末,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)廣泛應(yīng)用于口腔修復(fù)學(xué),修復(fù)體的制作方式逐漸從人工轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)智能化操作[1,2]。

以臨床醫(yī)師需求為導(dǎo)向的椅旁CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件具有以下明顯的技術(shù)特點(diǎn):專(zhuān)一的設(shè)計(jì)功能;流程化的設(shè)計(jì)步驟;預(yù)設(shè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù);復(fù)雜設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)智能化。除預(yù)設(shè)參數(shù)外,還可以通過(guò)智能軟件算法,降低復(fù)雜設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中交互設(shè)計(jì)的難度[3]。考慮到大多數(shù)臨床醫(yī)生缺乏對(duì)全冠形態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的系統(tǒng)培訓(xùn),椅旁系統(tǒng)的這些特點(diǎn)有助于臨床醫(yī)師更好地完成修復(fù)治療,縮短臨床操作時(shí)間。

普遍認(rèn)為全冠修復(fù)體應(yīng)具有功能性的咬合面形態(tài),與鄰牙、對(duì)頜牙相協(xié)調(diào),建立無(wú)干擾的功能性咬合接觸。在傳統(tǒng)制造過(guò)程中,技師通過(guò)手工法實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。CAD/CAM全冠的形態(tài)主要由CAD軟件生成。起初,全冠形態(tài)是基于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)生成的[1,4]。然而,標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)的全冠無(wú)法直接應(yīng)用于個(gè)體,需要利用額外的操作時(shí)間進(jìn)行人工調(diào)整,并且可能影響修復(fù)體的強(qiáng)度[5-7]。瓷?？?CEREC)軟件(Sirona Dental Systems GmbH,Bensheim,Germany)是CAD/CAM技術(shù)在口腔修復(fù)學(xué)中的主要應(yīng)用之一[8,9]。該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一種稱為生物再造設(shè)計(jì)的新功能,能夠利用智能化的數(shù)學(xué)算法來(lái)生成全冠形態(tài)。其科學(xué)依據(jù)是牙齒間存在著可用數(shù)學(xué)函數(shù)表示的形態(tài)學(xué)關(guān)系[6],基于對(duì)牙齒形態(tài)的數(shù)學(xué)描述,CEREC軟件的智能形態(tài)設(shè)計(jì)算法可以從三維(3D)數(shù)據(jù)庫(kù)、鄰牙、對(duì)頜牙、預(yù)備前的牙齒和對(duì)側(cè)同名牙中獲取信息,自動(dòng)生成適合患者個(gè)性化牙列和咬合特征的全冠。與標(biāo)準(zhǔn)化的傳統(tǒng)方法相比,大大減少了人工調(diào)整的工作量和工作時(shí)間。

生物再造設(shè)計(jì)功能包括生物再造復(fù)制(BC)、生物再造自定義(BI)、生物再造參考(BR)三種模式。BC模式:復(fù)制牙體預(yù)備前的牙齒結(jié)構(gòu),在生物重建功能的幫助下對(duì)預(yù)備體進(jìn)行全冠設(shè)計(jì),以保留牙齒原有的形態(tài)。BI模式:在軟件的3D數(shù)據(jù)庫(kù)中,包括數(shù)百個(gè)無(wú)齲且牙冠完整的牙齒掃描數(shù)據(jù)。在3D數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)學(xué)算法的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析預(yù)備體的形態(tài),重建相應(yīng)全冠。BR模式:自行確定修復(fù)體設(shè)計(jì)方案中的參照牙,根據(jù)參照牙的形態(tài)設(shè)計(jì)全冠[9,10]。

本研究旨在比較CEREC椅旁系統(tǒng)三種生物再造設(shè)計(jì)功能(BI、BC和BR模式)生成全冠的咬合及鄰接關(guān)系的差異,指導(dǎo)臨床醫(yī)師更好地選擇合適的椅旁設(shè)計(jì)策略。

1 材料與方法

1.1 印模制取與全冠預(yù)備

選擇上頜中切牙形態(tài)完整、自然且對(duì)稱,鄰牙及對(duì)頜牙無(wú)齲壞、充填體或修復(fù)體,牙體組織無(wú)嚴(yán)重磨耗,咬合關(guān)系正常,無(wú)明顯錯(cuò)牙合畸形,口腔衛(wèi)生較好,無(wú)牙周疾病的6名志愿者。制取上、下頜硅橡膠印模(Honigum blue,DMG,Hamburg,Germany)。由Ⅳ型石膏(Die-Stone,Heraeus Kulzer,USA)灌制的石膏模型(志愿者上下頜牙列石膏模型見(jiàn)圖1)。使用口內(nèi)掃描儀(CEREC-3D,Sirona,Bensheim,Germany)掃描并記錄上、下頜牙列和咬合關(guān)系,獲取原始模型數(shù)據(jù)。

圖1 灌注石膏模型Figure 1 Gypsum model with uniform perfusion

由同一名經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床醫(yī)師對(duì)6副石膏模型的右側(cè)上頜中切牙按照全瓷冠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)備(牙體預(yù)備后的石膏模型見(jiàn)圖2)。根據(jù)上述相同的方法,獲取預(yù)備后牙列和咬合關(guān)系的虛擬數(shù)據(jù)。

圖2 按照全瓷冠標(biāo)準(zhǔn)預(yù)備后的右上頜中切牙石膏模型Figure 2 Preparation of the right maxillary central incisors

1.2 生物再造設(shè)計(jì)功能生成全冠

修剪虛擬模型并繪制邊緣線,確保插入軸平行于牙齒的牙體長(zhǎng)軸并垂直于合平面。通過(guò)CEREC系統(tǒng)(Sirona Dental Systems GmbH,Bensheim,Germany)生物再造設(shè)計(jì)功能的BC、BI和BR三種模式重建預(yù)備體。共生成18個(gè)右側(cè)上頜中切牙全冠(6個(gè)來(lái)自BC模式,6個(gè)來(lái)自BI模式,6個(gè)來(lái)自BR模式),BC、BI和BR三種模式生成的右側(cè)上頜中切牙全冠見(jiàn)圖3。

1.3 咬合及鄰接關(guān)系的比較

在CEREC軟件的分析工具中選擇“彩色模型”,可顯示右側(cè)上頜中切牙全冠與鄰牙及對(duì)頜牙的接觸關(guān)系。全冠顯示紅色部分表示接觸區(qū)穿透深度/壓力>100 μm,黃色部分為50-100 μm,綠色部分為0-50 μm。全冠顯示淺藍(lán)色部分表示接觸面距離0-50 μm,中藍(lán)部分為距離50-100 μm,深藍(lán)部分為距離>100 μm。分別保存每個(gè)修復(fù)體鄰面及咬合面的圖像,圖像均按相同的角度及大小顯示,縮放比例為100%;觀察選項(xiàng)分別選擇局部視圖的咬合面、近中和遠(yuǎn)中,咬合面接觸區(qū)圖像見(jiàn)圖4,鄰面接觸區(qū)圖像見(jiàn)圖5,共獲得54張圖片。

將圖片導(dǎo)入軟件ImagePro Plus(IPP)中,分別計(jì)算右側(cè)上頜中切牙全冠咬合面和鄰面接觸穿透區(qū)(紅色、黃色及綠色)及穿透深度>100 μm區(qū)(紅色)的面積。

A. BC組 B. BI組 C. BR組圖3 CEREC系統(tǒng)生物再造設(shè)計(jì)功能生成右側(cè)上頜中切牙全冠Figure 3 The full crowns generated by the biogeneric design function

A. BC組 B. BI組 C. BR組圖4 “彩色模型”中右側(cè)上頜中切牙咬合面接觸區(qū)圖像Figure 4 The images of contact area of occlusal surface in “color model”

A. BC組 B. BI組 C. BR組圖5 “彩色模型”中右側(cè)上頜中切牙鄰面接觸區(qū)圖像Figure 5 The images of contact area of adjacent surface in “color model”

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方差分析分別分析BC、BR、BI三種模式生成右側(cè)上頜中切牙全冠咬合面及鄰面接觸穿透區(qū)(紅色、黃色及綠色)及穿透深度>100 μm區(qū)(紅色)的面積,采用LSD檢驗(yàn)進(jìn)一步作兩兩比較。檢驗(yàn)的α水平為0.05。

2 結(jié)果

2.1 右側(cè)上頜中切牙全冠接觸穿透區(qū)(紅色、黃色及綠色)面積比較

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式咬合面接觸穿透區(qū)面積組內(nèi)的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=10.102,P<0.05)。組間兩兩比較表明,BR與BI之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);BC與BR之間,BC與BI之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。三種模式重建的全冠咬合面接觸穿透區(qū)面積的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果表明,與BR及BI模式相比,BC模式生成的全冠咬合關(guān)系最佳。

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式鄰面接觸穿透區(qū)面積組內(nèi)的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=1.705,P>0.05)。鄰面接觸穿透區(qū)面積的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果表明,三種模式重建的全冠鄰接關(guān)系無(wú)顯著差異。BC、BR和BI三種模式咬合面和鄰面接觸穿透區(qū)面積見(jiàn)表1。

表1 BC、BR和BI三種模式咬合面和鄰面接觸穿透區(qū)面積(像素)

Table 1 The contact penetration areas of occlusal and adjacent surface in BC, BR and BI modes(points)

組別咬合面鄰面BC組2015±23857853±5105BI組 19327±6410?8253±2731BR組 13615±11565?7959±2520

與BC組比較,*P<0.05

2.2 右側(cè)上頜中切牙全冠穿透深度>100 μm區(qū)(紅色)面積比較

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式咬合面穿透深度>100 μm區(qū)面積組內(nèi)的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=11.244,P<0.05)。組間兩兩比較表明,BR與BI之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);BC與BR之間,BC與BI之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。三種模式重建的全冠咬合面穿透深度>100 μm區(qū)面積的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果表明,與BR及BI模式相比,BC模式的生成的全冠咬合關(guān)系最佳。

方差分析表明,BC、BR和BI三種模式鄰面穿透深度>100 μm區(qū)面積組內(nèi)的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.502,P>0.05)。鄰面穿透深度>100 μm區(qū)面積的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果表明,三種模式重建的全冠鄰接關(guān)系無(wú)顯著差異。BC、BI和BR三種模式咬合面和鄰面穿透深度>100 μm區(qū)面積見(jiàn)表2。

表2 BC、BI和BR三種模式咬合面和鄰面穿透深度>100 μm區(qū)面積(像素)

Table 2 The areas of penetration depth>100 μm of occlusal and adjacent surface in BC, BI and BR modes(points)

組別咬合面鄰面BC組1099±1341964±849BI組 17902±6325?899±608BR組 12752±11814?1720±2174

與BC組比較,*P<0.05

3 討論

自然和諧的牙體形態(tài)對(duì)全冠具有重要意義[6]。重建功能性咬合面和鄰面,與對(duì)頜牙和鄰牙相協(xié)調(diào),對(duì)口頜系統(tǒng)的穩(wěn)定至關(guān)重要[11]。精確的形態(tài)可以減少臨床調(diào)改,從而減少椅旁操作時(shí)間。同時(shí),較少的研磨意味著可以在較少損壞材料的情況下更好地使全冠就位[12]。全冠咬合面的設(shè)計(jì)不僅是咀嚼功能的關(guān)鍵,也是整個(gè)口頜系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵[13]。協(xié)調(diào)的咬合關(guān)系確保了咀嚼過(guò)程中下頜的功能性運(yùn)動(dòng)不受干擾,有利于避免潛在的有害剪切力[14]。

在臨床椅旁修復(fù)中,全冠的設(shè)計(jì)主要由臨床醫(yī)師獨(dú)立完成。然而,與技師相比,大多數(shù)臨床醫(yī)師缺乏牙齒形態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)[8,10]。盡管模擬或復(fù)制下頜運(yùn)動(dòng)的虛擬合架現(xiàn)在可用于CAD/CAM系統(tǒng),但這些牙合架的應(yīng)用大多需要具備專(zhuān)用設(shè)備,要求臨床醫(yī)師掌握相關(guān)知識(shí),并且操作過(guò)程相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間[10]。因此,自動(dòng)生成適合患者個(gè)性化牙列和咬合關(guān)系的全冠,對(duì)于椅旁系統(tǒng)應(yīng)用于臨床具有重要意義。CEREC軟件開(kāi)發(fā)的生物再造設(shè)計(jì)功能可以自動(dòng)生成個(gè)性化的全冠,能夠在一定程度上彌補(bǔ)臨床醫(yī)師的不足,提升修復(fù)效果。生物再造設(shè)計(jì)功能的BC、BI和BR三種模式在臨床中的具體應(yīng)用特點(diǎn)還有待進(jìn)一步研究。

在臨床中,CAD/CAM全冠在黏接前不可避免地需要一定量的調(diào)磨,臨床調(diào)改時(shí)間也是評(píng)價(jià)全冠的重要指標(biāo)之一。一般來(lái)說(shuō),虛擬全冠在軟件中的接觸穿透區(qū)面積越小,椅旁調(diào)磨時(shí)間越短。全冠接觸區(qū)穿透深度>100 μm(紅色)部分在臨床中需要大量的調(diào)磨,不僅增加椅旁操作時(shí)間,同時(shí)也會(huì)降低材料的強(qiáng)度。因此接觸穿透區(qū)尤其是穿透深度>100 μm區(qū)域的面積越小,臨床操作時(shí)間越短,并能更好地保持修復(fù)體的力學(xué)性能,降低因臨床調(diào)磨導(dǎo)致的修復(fù)體崩瓷。

在本研究中,選擇形態(tài)完整、自然且對(duì)稱的上頜中切牙,采用CERCE軟件的生物再造設(shè)計(jì)功能(BC、BI和BR模式)對(duì)全冠進(jìn)行設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明,BC模式生成全冠的咬合關(guān)系優(yōu)于BR和BI模式。三種模式生成全冠的鄰接關(guān)系無(wú)明顯差異。

口頜系統(tǒng)的重建是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程[15]。由于長(zhǎng)期的磨耗與磨損,牙齒的形態(tài)會(huì)逐漸發(fā)生變化。牙齒形態(tài)的突然變化可能導(dǎo)致口頜系統(tǒng)紊亂。例如,鄰面突度的變化可能引起食物嵌塞,咬合面的變化可能引起咬合干擾,垂直距離異常,甚至導(dǎo)致顳下頜關(guān)節(jié)紊亂綜合征[16]。對(duì)臨時(shí)冠效果滿意的牙齒,或形態(tài)完整但需要根管治療的牙齒,可使用BC模式進(jìn)行全冠修復(fù),從而獲得咬合關(guān)系的穩(wěn)定[5,17]。對(duì)于口內(nèi)僅余留幾顆牙但仍能保持咬合關(guān)系的患者,當(dāng)其中一顆或幾顆牙齒需要全冠修復(fù),牙體預(yù)備后原有的咬合關(guān)系會(huì)消失。在這種情況下,傳統(tǒng)的口腔修復(fù)治療需要重新確定咬合關(guān)系,這會(huì)延長(zhǎng)治療周期,且修復(fù)效果不確定。如果全冠能使預(yù)備體恢復(fù)原有的牙合面形態(tài),就能恢復(fù)患者原有的咬合關(guān)系,從而提高治療效率。對(duì)于上述患者,使用BC模式維持牙冠形態(tài)的穩(wěn)定對(duì)口腔頜面系統(tǒng)的健康具有重要意義。

然而,在臨床上,由于齲齒、外傷等原因需要全冠修復(fù)的牙齒,其形態(tài)大多不完整,自身不具備良好的咬合和鄰接關(guān)系,這類(lèi)患牙不適合使用BC模式設(shè)計(jì)全冠。如果患牙的同名牙形態(tài)完整,BR模式可以根據(jù)同名牙形態(tài)生成全冠,也是一種有效的設(shè)計(jì)方法,尤其適用于前牙美學(xué)修復(fù),利用同名牙的形態(tài)重建前牙有助于實(shí)現(xiàn)全冠的對(duì)稱性[4,9,18,19]。中切牙是美學(xué)修復(fù)的重點(diǎn),應(yīng)在中線顯示出高度的對(duì)稱性。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室制作的全冠很難實(shí)現(xiàn)對(duì)稱,能否成功很大程度上取決于技師的經(jīng)驗(yàn)[20]。BR模式可以參考同名牙的線角和切端形態(tài),更易獲得較好的修復(fù)效果[4,9]。

如果原牙和同名牙的形態(tài)均不佳,也可以采用BI模式設(shè)計(jì)全冠。BI模式是基于數(shù)學(xué)算法,根據(jù)鄰牙和對(duì)合牙生成全冠。文獻(xiàn)表明,BI模型也可以獲得良好的形態(tài),接近原始牙齒[1,6,11]。有研究評(píng)價(jià)了生物再造設(shè)計(jì)功能生成的全冠的咬合關(guān)系,認(rèn)為在臨床隨機(jī)病人選擇條件下BI模式的咬合接觸比BC模式更接近原始牙齒[18]。結(jié)論與本研究不同的原因可能是本研究建立在中切牙形態(tài)完整、自然且對(duì)稱的志愿者這一條件下,這樣的條件設(shè)定有利于排除牙冠形態(tài)差異化對(duì)比較結(jié)果的影響,有利于在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的條件下顯示出三種算法的差異,但也會(huì)提高生物復(fù)制功能(BC)的修復(fù)效果。

對(duì)于形態(tài)完整、自然且對(duì)稱的上頜中切牙,其鄰面與鄰牙接觸,使用口內(nèi)掃描儀無(wú)法獲取完整的鄰面圖像。在BC、BI、BR三種模式下鄰面接觸區(qū)的設(shè)計(jì)大部分還是由軟件的算法得出,而非依據(jù)原牙或同名牙的接觸區(qū)形態(tài)設(shè)計(jì),弱化了生物再造設(shè)計(jì)三種模式的設(shè)計(jì)特點(diǎn),這可能是造成三組全冠鄰接關(guān)系無(wú)顯著差異的原因。

綜上,為了更好地為患者服務(wù),臨床醫(yī)師有必要花時(shí)間學(xué)習(xí)牙冠外形設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí),提高在椅旁設(shè)計(jì)軟件上調(diào)改全冠外形的能力。同時(shí),相關(guān)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng),以便能自動(dòng)生成更接近臨床需求的全冠[2,10]。

本研究的局限性在于研究對(duì)象僅針對(duì)形態(tài)完整、自然且對(duì)稱的上頜中切牙,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的適用范圍有限。后續(xù)研究將進(jìn)一步分析在不同情況下,椅旁設(shè)計(jì)策略的制定。