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作者：
Björn Ludwig 博士（德）
德国正畸诊所
Jens Johannes Bock 博士（德）
Simon Graf 博士（瑞士）
Smile AG正畸诊所
Dirk Wiechmann 教授，博士（德）
德国正畸诊所
特邀翻译/ 校对：曹殿衢/郑旭
Herbst矫治器是一种固定的功能性矫治器，用于治疗Ⅱ类错𬌗。在下面的文章中，将介绍使用现代CAD/CAM技术对其进行数字化设计并将其应用于临床的可能性及优势。
关键词：功能矫治器的数字化设计与制作，Herbst矫治器，II类错𬌗，数字化正畸
早在Edward Angle的书中就已经记载了各种用于矫正咬合位置的固定装置。20世纪初，以Emil Herbst命名的Herbst矫治器发布，并应用于临床。几十年后，Hans Pancherz赋予了它新的生命，并通过广泛的科学研究证明了这种固定功能性矫治器的有效性。德国精萃出版社最新出版的图书《Die Herbst-Apparatur - Erfolgreiche Behandlung von Klasse-II-Dysgnathien》（《Herbst矫治器-有效治疗II类错𬌗》）收录了他的18篇文章，这些文章在2016年至2021年间陆续发表于《KIEFERORTHOPÄDIE》（《正畸》）杂志，是Hans Pancherz一生工作的摘录。它们不仅明确描述了Herbst矫治器的适应证和局限性，还介绍了这一矫治器的各种设计方案。然而，通过口腔工艺技术实现这些改良方案是极富挑战的，需要技工有高水平的专业技能。而专业技工——特别是正畸工艺技术方面的技工——短缺的现状，使得这种虽已得到研究证实的矫治器面临着再次被遗忘的风险。
一个可行的办法，是创建一个CAD/CAM制作流程。由于数字化正畸的快速发展，以前受限的各种设计和制作方案都能以实用和方便的方式得到应用。数字化过程使得生产制造方式更为多样化、经济适用且便捷。本章描绘了Hans Pancherz所阐述的各种矫治器设计方案在数字世界得以实现的蓝图：CAD/CAM技术将是Herbst矫治器发展的下一个阶段！
早在十年前，就已经有了关于Herbst矫治器完全数字化生产的第一份报告，但由于当时的造价十分昂贵，它更多是被视为一种可行性测试。数字化正畸的先驱之一Dirk Wiechmann，很早就在其完全个性化定制的舌侧矫治器中，加入了类似的Herbst部件（图1和2）。
本文的目的，是讲述如何通过CAD/CAM技术来实现Herbst矫治器的全数字化规划。从口内扫描到数字化设计、金属打印和临床粘结，下文将一一描述这些必要的工作步骤（图3）。
第一步，是对上颌、下颌和习惯性咬合进行口内扫描。在过去的十年中，口内扫描仪的发展十分迅速。目前市面上的所有扫描仪原则上都能提供准确的临床数据。区别主要在于：
● 购买价格
● 运营成本
● 存储类型（云端，本地）
● STL文件的输出
● 是否可清洁
● 可否与现有软件兼容
各项研究表明，当前市售的口内扫描仪均适用于所有正畸任务。它们以数字化的方式获得整个牙弓、重要解剖结构和咬合的数据，具有高度的精确性。与传统的藻酸盐印模和石膏模型相比，它们更加准确。当然，这两种方法都需要操作培训，并且总是受到某些小细节的影响，比如唾液或是诊疗室不佳的灯光条件。有意思的是，在正畸领域应用中，高分辨率的扫描模式在较长的时间内可以获得更多的口内数据，但并不一定能提供更高的准确性。
接下来的第二步是咬合重建。事实证明，如先前的那些文章所述，在临床上确定下颌位置是可行的。通常也可以通过数字化的方式（在虚拟𬌗架上）实现下颌前移。更准确且兼顾颞下颌关节的操作是，在扫描完上下牙弓后，直接用数字化的方式记录目标咬合。如果患者由于肌肉紧张或咬合障碍难以保持目标位置，可以在扫描前放入铝箔加固的蜡堤。大多数CAD/CAM软件在设计方案时会自动消除蜡堤。如果需要，模型可以立即载入可打印的固位器中制作底座（图4）。
将扫描数据导入正畸CAD/CAM软件后，设计Herbst矫治器的各个部件。与以前那些文章中提到的各种类似的矫治器相比，唯一的区别在于数字化设计。有多种设计软件可供选择（表1，图5）。
通过CAD/CAM设计Herbst矫治器存在着无限的变化和可能。各种部件都可以通过数字化的方式进行放置，包括：
● 托槽
● 牵引扣
● 螺纹枢轴
● 颊面管（适用于各种预制的Herbst部件）
● 𬌗支托凹
● 横腭杆或舌侧连接体
在一些部件制造商和软件程序供应商的网站上，可以免费下载上述部件的STL文件，还可以找到Herbst矫治器插杆（如DENTAURUM或OnyxCeph3）等预制产品。
此外，可以同时设计骨支持式上颌扩弓装置或减少下颌切牙的倾斜。
与其他类似制作的矫治器有一定区别的，是带环的设计。带环不高于接触点，也就不需要分牙。除了环绕冠部一周的带环外，局部带环的固定方式也被证明是成功的。这有利于整个矫治器更贴合，也使之后去除更容易（图6）。
在数字化设计过程中，可以将模型与头颅侧位片（FRS）或其他三维数据（CBCT、CT、面部扫描）重叠。理想的情况下，Herbst矫治器的CAD/CAM设计是在虚拟𬌗架上完成的（图7）。插杆的具体位置，特别是在垂直方向和矢状方向上，可以更容易地计划。完整的矫治器设计完成后，可以生成可打印的STL文件并发送给专门负责金属打印的制造商。
除了金属打印的部件，还需要制作工作模型。工作模型可以用来加工金属坯件，固定螺纹部件和精确切割部件的长度。完成Herbst装置简单的方法是使用数字打印的固位器。如果出于成本、时间或环保方面的原因，不想使用3D打印模型，那至少可以借助它来打印一个方便切割部件长度的卡尺。
各项研究表明，3D打印模型的准确性在很大程度上受到打印机技术的影响。尽管如此，所有的3D打印模型都被确认具有临床可接受的精度水平，因为记录的尺寸与参考模型的误差小于100 µm。与传统石膏模型相比，3D打印的模型不仅显示出更好的机械性能，还具备更高的准确性。大多数研究支持使用3D打印的牙齿模型。然而，临床可接受的用于正畸的模型不一定适用于修复或种植。3D打印的上颌牙模型的后牙咬合面，特别是窝沟部位，比其他的牙齿和位置显示出更多的变形。3D打印的模型，其使用时长不应超过打印制作完成后的三到四周。
在过去的几十年里，CAD/CAM技术的进步在金属3D打印领域尤为显著。该领域已经取得重大的改进，并达到了牙科所需的精确度水平（图8）。
选择性激光熔融甚至比钴铬合金铸造更为精确，或至少与之相当。金属3D打印在正畸领域的先驱Simon Graf将其描述为：金属3D打印过程由两个阶段组成。首先，将remanium star钴铬铸造合金粉末（DENTAURUM公司）铺成厚度为25 µm（取决于金属合金粉末的颗粒大小）的一层，并在所需的位置进行激光熔化，来建立一个坚实的结构。打印逐层进行，直到整个结构都完成打印。未熔化的粉末被移除后，第二阶段才是烧结本身以及消除结构中熔化区域的累积应力（均质化）。在烧结过程中，金属被加热到1150 ℃，并在该温度下保持一小时。总时间（包括加热和冷却）约为5小时。之后，须将烧结完成的装置连支持杆一起与基底分开；接着分离支持杆与装置本身，并进行抛光。与普通烧结相比，激光熔融的主要优点是不需要计算收缩率。通过激光熔融，基本结构已经具备正确的形状和大小。
以下几点可以证明金属3D打印是成功的：
● 简单的部件设计
● 软件辅助避开倒凹
● 根据口腔的支持结构进行设计，因此，不需要针对牙齿抛光
原则上，任何由CAD/CAM创建的文件都可以被打印出来（托槽等）。然而，仍存在一个限制，即螺纹的生成。由于金属3D打印还无法精确地打印螺纹，所以必须手动切割Herbst矫治器枢轴的螺纹。建议设计一个焊接面，更好是精确的相贴合的焊接面，以通过激光或WIG（钨极惰性气体保护焊）连接预制的枢轴。激光焊接和WIG是应用于正畸领域的无焊料的替代方法（图9）。两者都有差不多的良好表现，但激光焊接是更有成效的技术。
现在，CAD/CAM Herbst矫治器已经制作完成，可以进行临床戴用（图10）。
CAD/CAM Herbst矫治器的临床应用在原理上与之前没有区别，只是金属打印的部件不是用普通粘结剂粘结在牙齿上，当然有时也使用粘结剂（图11和12）。
下面介绍的是作者之间已达成共识的粘结报告。
牙齿
1.清洗，可以使用氧化铝粉末喷砂枪
2.用隔湿系统或开口器（如Nola-Dry-Field-System，Great Lakes Dental Technologies公司）隔离牙齿
3.逐点酸蚀（降低粘合强度）
4.用水冲洗
5.涂粘结剂
6.用气流吹干并进行光照（取决于使用的产品）
矫治器
7.喷砂后在表面喷涂有机硅
8.用气流吹干并进行光照（取决于使用的产品）
9.将光固化粘结剂（如Transbond XT，3M公司，德国）涂在粘结部位
口腔
10.轻压戴入矫治器
11.去除多余的粘结剂
12.光固化
工作步骤一览见图13。此外应提前想到矫治器的去除，在CAD/CAM设计时就考虑方便去除的刺突设计。用去带环钳夹住特殊的刺突设计，只在牙体长轴方向施力（图14）。
Emil Herbst提出的Herbst矫治器被Hans Pancherz再次带入大众视野。而CAD/CAM技术是Herbst矫治器的下一个发展阶段，其将有助于Herbst矫治器的进一步推广。数字化流程使得生产制作方式更为多样、经济和便捷。此外，许多规划和设计步骤都可以在牙医自己的诊所中完成。
稿源：本文摘自口腔专业杂志《Kieferorthopädie》2022;36(1):21-33
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