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CAD/CAM诊断饰面在美学诊断中的应用(I)(瑞士)
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作者:
Vincent Fehmer 口腔修复工艺硕士(瑞士)
瑞士日内瓦大学口腔医学系固定义齿和生物材料学门诊

Felix Burkhardt 博士(瑞士)
(地址同Vincent Fehmer)

Manuel Sancho-Puchades 博士(瑞士)
瑞士苏黎世大学修复牙科门诊

Christoph Hämmerle 教授(瑞士)
(地址同Manuel Sancho-Puchades 博士)

Irena Sailer 教授(瑞士)
(地址同Vincent Fehmer)

通讯作者:
Vincent Fehmer
Vincent.Fehmer@unige.ch

诊断对于预测修复治疗的成功至关重要。在制作正式修复体之前,患者和牙医必须就治疗目标达成一致,以确保患者对治疗结果的满意度。然而,要完全理解患者的愿望可能会很困难。诊断蜡型(Wax-up)和诊断饰面(Mock-up)是解决这一问题的有用工具之一。然而,这个耗时的过程只能使可能的治疗结果中的一种可视化。不过,现代数字化技术却提供了更多的可能,帮助患者和医生在诊断步骤中制定决策。本文探讨了数字化技术在修复诊断中可以发挥的作用,并通过病例具体展示这一过程。

本次推送展示文章第一部分,包括研究背景、CAD/CAM工作流程及第一个相关病例;文章第二部分我们将于本周五推送,包括第二、三个病例以及结果、讨论等,敬请期待!

关键词:数字化诊断,诊断饰面,虚拟试戴,可视化修复


引言

希望改善自己微笑的患者,往往心中早有了一个预期的结果。然而,患者设想的外观可能因人而异,因此与患者在治疗目标上达成一致对治疗团队来说常常是一个挑战。在修复治疗开始之前,牙科技师、牙医与患者所组成的团队必须先确认所期望的结果。因此,要在诊断阶段评估患者的需求,并就最终修复体的外观达成一致。为达到使双方满意的效果,该步骤在复杂修复治疗中至关重要。此外,通过对最终结果的可视化,可以尽早发现患者对补充治疗的需求,如冠延长术或正畸移动牙齿。它还能为牙体预备提供指导,因为借助硅橡胶导板可以准确地确定修复体所需的空间。

诊断可以在三个时间点上进行:第一个、也是最理想的时间点是在侵入性操作之前。患者来到诊所就诊,并进行了全面的一般病史采集和临床检查后,就应该给出一个诊断。治疗团队整理初诊时采集的所有信息,并开始诊断牙周、牙髓、龋病学与口腔功能的问题。此外,还要考虑其他的重要方面,如患者的美学诉求和修复材料的选择。为了更好地理解患者需求,详细的美学分析必不可少。鉴于审美观念的复杂性与主观性,必须客观真实地模拟出所有参数,以确保他们能够被患者正确地理解。

美学诊断蜡型(Wax-up)是这种客观模拟的一个有效工具。它改善了患者、口腔医生和牙科技师之间的沟通,并提供了初步治疗目标的3D效果。通常,牙科技师以临床照片和诊断模型上的解剖结构(现有的平面、口内牙齿的长度和位置)为参考点,制作蜡型。该步骤需要大量的时间和精力,因为牙科技师要在考量所有美学准则的基础上,进行个性化的塑型。之后利用诊断蜡型制作的硅橡胶导板和自固化树脂材料制作诊断饰面(Mock-up),并在患者口内试戴以检查其与患者笑容和面部的融合情况。

然而,这种方法在某些临床情况下是不可行的,因为它只在增材制造的修复体方案中有效。因为诊断饰面是贴附在未预备的牙面上的,所以只能展示唇部的轮廓或修复区体积的扩大。如果需要磨除一些牙体组织,则必须在稍后的一个时间点将诊断蜡型转移到患者口内。

可以对设计的修复体进行美学和功能性评估的第二个时间点是暂时修复阶段。如果要重新进行美学微笑设计,最好采用间接暂冠。佩戴不良修复体的、或牙齿不美观的患者最能从这种暂冠技术中获益,因为在牙体初步预备后,美观上的改善会立刻显现出来。

确定修复体外观的第三个也是最后一个时间点是蜡型试戴阶段。取最终印模后,在制作基底之前,会在工作模型的预备体上重新设计修复体。该步骤会考虑到在前两次诊断过程中(诊断蜡型与暂冠阶段)收集的经患者和治疗团队共同确认的信息。牙科技师会用牙色蜡制作颜色和形态都与修复体相似的试戴蜡型。如果要修复较大的间隙,或者包含多个修复体,则须用金属或树脂基底加固蜡型。蜡的可塑性在该诊断步骤中极其有利,因为可以在试戴时直接在患者口内调整。在患者与治疗团队就最佳方案达成一致后,试戴的蜡型可作为确定基底形状和厚度以及修复体饰面层的参考。

在牙科技师开始制作正式修复体之前,确定并将其美学效果可视化是极其耗时的。然而,即使在诊断阶段为设计投入了大量的时间和精力,结果有时也是既不符合患者的外貌,也未达到治疗团队与患者共同设定的目标。这种情况下,可以尝试小幅修改初始设计。不过,能做的改动也是有限的,往往需要重新设计诊断蜡型。如果蜡型试戴时未能达到预期的美观性,不仅患者会不满意,治疗团队也会倍感沮丧。如果还要重复上述诊断步骤,治疗时间和成本就会增加。

上述弊端可以通过计算机辅助流程克服。现代科技正在越来越多地改变口腔医学的实操方式。CAD/CAM技术将过去的纯手工操作方式转换为更简单、更快速和更可预测的机械方式。如果没有CAD技术,现代工业产品的开发是无法想象的。今天,没有哪个工程师还愿意通过手工堆叠或切割来生产样本原型。而是应用一个虚拟的开发环境,在其中可以测试不同的模型,这不会大幅地增加时间或影响成本。在特殊软件的帮助下,手工切割形状已经演变成样品的虚拟设计。在修复学中,手工制作蜡型也发展成为鼠标点击软件工具完成建模的技术。治疗团队可以从网上数据库中选择各种牙齿形状(exocad公司、3Shape公司、Dental Wings公司、登士柏西诺德公司)。在这些软件工具中,根据尺寸、患者年龄或表型将众多牙齿形态分类。此外,患者的牙齿也可以作为模版生成牙体形态的参考。这些标准形态又可以被修改和个性化处理。手工制作诊断蜡型步骤的取消,显著减少了工作时间。这使牙科技师能够将注意力集中在牙齿的形状和位置上。此外,通过某些软件可将患者面部逼真的三维重建整合到虚拟设计中。该面部重建是将患者的二维照片投影到一个虚拟的三维头骨上,或者直接用三维面部扫描仪完成。依据一些重要的面部参照标志,如垂直面中线、笑线和实际水平面,可开始新的微笑虚拟设计。另一个优点是,可以迅速修改最初的设计,并且还可以很轻松地尝试不同的牙齿形态。这样,牙科技师能够高效地制作若干不同形态的修复体。也就是说,在一次诊疗中可为患者提供不同的修复体形态,这不仅缩短了诊断阶段,还能满足患者和牙医更高的要求。

到目前为止,主要采用减材CAM工艺加工口腔修复体。在计算机控制的铣削设备帮助下,将材料块切削成所设计的修复体形状。然而,这些方法有一定的缺点,如浪费较多的材料,无法实现小于铣削钻头直径的几何形状,以及无法批量生产部件。这些限制可以通过,例如材料逐层累积的增材制造技术克服。针对这种技术的一个典型例子是3D打印机,它可以精确而低成本地同时打印多个部件。在这类3D打印机中,光固化材料可以以极薄的层累积,每层在沉积后立即用紫外线固化,从而形成完全聚合的部件。双光束打印需要两种材料:一种坚硬的基底材料和一种凝胶状的支撑材料。支撑材料用于在制造过程中将复杂构型的基底材料固定住,并可在打印后被高压水枪轻松去除。通过这种方式,各种聚合物的组合可以以几微米的精度打印成型,并获得特定的机械和光学性能。因此,可以生产出具有不同硬度、刚度、颜色、透明度、耐热性和表面纹理的工件。这种制造技术大大拓宽了计算机辅助口腔医学的适用范围。

本文旨在展示CAD/CAM工作流程在复杂修复治疗的诊断过程中的应用优势。为此,将会详细描述计算机辅助诊断和治疗序列,并通过具体的临床病例来呈现可能的治疗效果。


CAD/CAM诊断饰面(Mock-up)的工作流程

图1展示了数字化和传统美学诊断时的各个治疗步骤与估算时间。上下颌的解剖数据可以通过口内扫描仪直接获取,也可以通过技工室扫描仪将石膏模型数字化(图2和3)。生成的STL数据被导入修复体设计软件。首先,选择相关的基牙,然后从虚拟数据库中选择一组特定的牙齿形状。这些牙形由牙科技师手动排列在牙弓上(图4)。通过设计软件,可以轻易地改变牙齿的近远中径、颊舌径、冠根长、牙轴或者牙位。一旦第一个版本完成并保存在电脑上,只需点击几下,就能高效地生成更多版本。例如,只需要拖动一个虚拟点就可以压低或旋转移动牙齿,个性化地调整牙位。

图1.png

图1:传统和数字诊断工作流程的比较。各个工作步骤下面的时间条显示了每种情况下需要的相对时间。

图2.png

图2:口内直接扫描的信息。

图3.png

图3:技工室扫描仪扫描使石膏模型数字化。

图4a.png

图4b.png

图4c.png

图4a至c:用数字化软件虚拟设计修复体。

选定的设计被保存为STL数据集,并发送给3D打印机,分层打印出修复体(图5)。现在有高生物相容性的光聚合物可用于制造刚性的牙色修复体。尽管有生物相容性的,制造商仍建议将其与口腔粘膜的接触限制在24小时之内。因此,该材料适用于制作诊断饰面,但不适用于制作暂时冠。这种易于操作、快速、低成本的诊断程序和精确的诊断饰面,使修复过程变得高效,而且值得推荐。

图5a 拷贝.png

图5a:用3D打印机为一个临床病例同时打印不同的诊断饰面:在虚拟打印载体上,放置不同STL版本的诊断饰面。

图5b 拷贝.png

图5b:在3D打印机内同时打印多个树脂诊断饰面。

下文的三个病例阐释了所描述的流程。


临床病例报告

病例1


一位女性患者(52岁)来到瑞士日内瓦大学口腔门诊,希望治疗她冠折的21号牙齿并改善前牙美观性(图6a)。患者觉察到自己口内的副功能,导致了她牙齿的磨损。自体牙与陶瓷修复体之间不同的磨损程度,使她的咬合功能不均衡。用硅橡胶导板直接将树脂修复体压在牙齿上,以抬高咬合。患者很快就适应了新定义的垂直咬合关系以及调后的咬合功能。

图6a 拷贝.png

图6a:治疗前患者的口内情况:牙齿功能性磨损,临时修复了21牙冠上的缺口,牙冠边缘过长。

在戴入正式修复体之前,通过数字化面弓(Tizian JMA Optic byzebris System;Sch¨¹tz Dental公司,德国)记录临时修复阶段测试的患者咬合功能,并在考虑到患者动态咬合的前提下将其整合到一个CAD软件(Tizian Creativ RT;Sch¨¹tz Dental公司)内辅助设计(图 6b与c)。

图6b.png

图6b:借助一个双组份硅橡胶导板在打印模型上直接制作诊断饰面。

图6c.png

图6c:考虑到患者咬合功能的前提下设计冠和贴面。

在用冠和贴面美学修复前牙的最终治疗阶段中,先在数字化工作流程中3D打印诊断饰面(Straumann CARES P30;Straumann公司,瑞士;SHERAprint-model,Shera公司,德国),以详细地检查其在口内的适合性和准确的外形,再用陶瓷制作最终修复体。如必要,还可以做适当的调改,不过在本病例中未做调整(图6d)。

图6d 拷贝.png

图6d:在制作正式修复体之前,打印修复体模型以检查适合性。

美学试戴后,在绝对干燥的环境下,用光固化复合树脂(Variolink Esthetic LC;义获嘉伟瓦登特公司,列支敦士登)粘接贴面和冠修复体(图6e)。

图6e.png

图6e:患者口内戴入了正式修复体。



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