计算机辅助设计与制造技术在口腔修复中的应用

李 立 ，李婷婷 ，张 昀 ，苗 芳

（1.中国石油兰州石化总医院，甘肃 兰州 730060；2.兰州市口腔医院，甘肃 兰州 730000）

计算机辅助设计与制造技术在口腔修复中的应用

李 立1，李婷婷2，张 昀2，苗 芳2

（1.中国石油兰州石化总医院，甘肃 兰州 730060；2.兰州市口腔医院，甘肃 兰州 730000）

计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）技术（以下简称CAD/CAM技术）由于其先进性、快捷性、优良性和自动化程度高，近年来已逐渐成为口腔修复研究与应用的热点。本文就CAD/CAM全瓷修复系统，综述其不同系统概况和此项技术在牙科全瓷修复领域中的临床应用。

计算机辅助设计；计算机辅助制造；口腔修复

随着计算机技术的飞速发展，口腔修复技术发生了由手工制作到数字化加工的革命性转变。计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture，CAM）技术（以下简称CAD/CAM技术）源于70 年代末，法国苏黎世大学牙科医生Prof.W.Mormann和口腔医学计算机专家M.Brandestini研发了用于口腔的CAD/CAM，开创性地将计算机辅助设计与制造技术引入口腔修复的设计与制作中[1～4]。

计算机辅助设计与制造技术是将光电子技术、计算机微信息处理技术及数控机械加工技术集于一体的口腔修复技术，此技术的应用大大缩短了治疗周期，提高了修复体的精密度，减少了患者就诊时间和次数，提高了修复体的制作效率[4～6]。

本文就几种常用CAD/CAM系统的特点、数据采集、输出方式、设计制作及临床应用与数字化牙科的未来展望等方面进行综述。

1 几种常用CAD/CAM系统的特点介绍

1.1 Cerec系统

德国Sirona公司开发的CAD/CAM系统的数字化印模技术可追溯到1987年第一台基于激光三角测量原理而推出的Cerec 1系统，到2010年推出的基于短波蓝光原理的第四代Cerec A C系统，2012年8月推出的基于连续立体摄影技术的Cerec Omnicam口内扫描系统以及最新的技工室in Eos X5五轴系统，其带有模型定位功能和开放式接口，特点是扫描速度快、操作范围大，具备自动图像捕获功能[7]。

1.2 Lava系统

由美国3M E SP E公司研发，分为椅旁和技工室系统两部分。Lava TM椅旁口内印模扫描仪是近年来由3M E SP E公司研发的口内印模扫描系统[7]。该系统以激活波前采样（active wavefront sampling，AWS）为原理，在牙齿上方挪动摄像探头获得牙齿的形状，通过改变轴向位置，计算摄像探头与牙齿的距离，利用单镜头图像得到三维信息。技工室系统扫描仪由带有白光的光栅投影采集模型上的数据，然后通过Dental Wings Lava Design 5.0软件进行三维设计，最后运用自带的Lava CNC 500切削机设备进行加工[8]。

1.3 Everest系统

该系统是德国Kavo公司专门针对技工室设计的CAD/CAM系统，扫描仪采用多角度光栅投影技术，可以对石膏和蜡型进行扫描，扫描特点是光栅从15个角度进行投射，然后用CCD传感相机记录并形成三维数据。软件设计时可识别倒凹，配备了多种工具，如全冠三维层次等，具备多种功能，如模拟咬合功能等。Everest系统的CAM设备由五轴联动装置构成，具有运作距离长和操作角度大的特点。

1.4 Wieland系统

该系统的扫描仪软件系统源于Dental Wings。其切削设备在国内市场最常用的是Zenotec Mini和Zenotec Select两套设备。Zenotec Select分为储料仓和工作仓两部分，五轴联动，不需换盘，可实现全自动化操作，切削精度可达5μm。

1.5 Procera系统

由瑞典的Andersson教授发明[9]。该扫描仪采用锥光偏振全息技术，可采集高精度的数据，而软件中自动化的倒凹封堵工具和实时提醒功能能确保设计加工的修复体达到最佳精密度与准确度。Procera系统采用远程终端的集约化加工方式，其加工单冠和贴面的特点是先复制耐火代型，然后采用超高压方式将氧化铝或氧化锆材料均匀压覆在代型表面，最后进行CAM切削加工。

2 CAD/CAM系统的数据采集

2.1 接触式扫描系统

即扫描探头与模型直接接触的扫描方式，优点是具有较高的扫描精度，缺点是扫描效率较低、测量时间较长、成本较高[10]。目前这种系统已淡出市场，其代表系统是Procera的Piccolo和Forte。

2.2 非接触式（光学）扫描系统

包括三维激光扫描、光栅投影测量法、莫尔条纹法、云纹向移法、数字散斑相关测量法、立体摄影测量等[11，12]。光学扫描的优点是具有较高的扫描效率和精度，缺点是存在扫描盲区。目前CAD/CAM/R P扫描系统的主流仍然是非接触式（光学）扫描系统。

3 CAD/CAM系统的数据输出方式

3.1 封闭式系统

指CAD输出的数据必须使用厂商提供的专用CAM数控加工设备和相应材料。目前市场上主流的封闭式系统有Cerec3、Procera、Cercon、Wol-ceram-epc、GN1、Lava、DCS、Dux等[13]。

3.2 开放式系统

指系统只提供CAD程序和输出S T L通用格式的数据包，用户可自行选择所需的CAM设备和加工材料。目前市场上最常见的是 3Shape 系统，此外还有 Digident、Etkon、Prefactory、Xawex、Dntalwings以及西诺德新开发的in Eos X5系统等。

4 CAD/CAM系统的设计制作

4.1 计算机辅助设计

即在视频模型上完成修复体的计算机蜡型。CAD研究较成熟的冠的设计，包括外表面、内表面及内外表面结合部分的设计。大多数系统带有标准牙数据库，并以此为依据进行外表面的设计。

4.1.1 生物再造 根据剩余牙体组织的外形、邻牙外形和设计软件数据库来获得修复体的外形。其特点是简单易行，能获得较好的修复体外形，但受基牙剩余牙体组织的形态轮廓、邻牙形态和位置的影响，形态个性化程度较低，多用于后牙修复体形态的设计。

4.1.2 镜像复制 将同一牙弓对侧同名牙的形态镜像复制来获取修复体的形态。相对于生物再造来说，其具有更好的个性化特征，但需要对侧同名牙形态完整、排列基本对称，可用于前、后牙修复体的形态辅助设计。

4.1.3 复制模式 通过复制牙体预备前的形态或诊断蜡型来获得修复体的形态，其形态的个性化程度高，设计灵活，但是需要基牙牙体预备前形态完好或者事先制作诊断蜡型，可用于前、后牙修复体的形态辅助设计。

4.2 计算机辅助制造

将计算机蜡型转换成修复体，替代包埋铸造或装盒充填热处理等工序。目前的CAD/CAM系统大多采用3.5～5.0自由度的精密数控机床，可铣削陶瓷或合金，加工嵌体、瓷贴面、全冠、固定桥等修复体。

5 CAD/CAM全瓷修复技术的临床应用

5.1 应用步骤

（1）数据采集（直接数字化印模或间接印模，模型扫描）；（2）对数据进行三维软件设计；（3）输出设计好的数据，并进行CAM加工。

5.2CAD/CAM全瓷修复适应证

可针对牙体缺损、牙列缺损、牙列缺失、前牙美观修复的患者。

5.3 可制作的修复体种类

嵌体、高嵌体、部分冠、3/4冠、全冠、后牙、前牙、贴面、带有解剖形态的多单位聚合树脂桥体、二氧化锆瓷桥、蜡型等。

5.4CAD/CAM不同材料的适应证

（1）陶瓷类的适合做嵌体、高嵌体、贴面、全冠、部分冠、桩冠联合修复。

（2）树脂类的适合做暂时多单位树脂桥体、树脂蜡型。

（3）氧化锆、氧化铝类的适合做氧化锆全冠、内冠、精密附着体、种植个性化基台。

6 数字化牙科的展望

CAD/CAM数字化口腔全瓷修复技术、数字化印模、数字化制作种植导板、快速成型技术制作各类义齿，在数字化领域代表着口腔修复工艺未来的新技术，是从手工操作到自动化、智能化加工的突破性转变，标志着口腔修复工艺已进入计算机时代，代表着口腔修复技术的发展潮流和方向[1～3，11]。

随着科学技术的发展，应用CAD/CAM技术与CAD/R P快速成型技术（俗称“3D打印”技术）是口腔高科技发展的趋势。CAD/CAM技术和“3D打印”技术的相似之处在于需要利用计算机进行辅助设计（即CAD）；不同之处在于CAD/CAM技术为“减法”技术，通过对材料进行切割从而制造出需要的义齿形态，而“3D打印”技术则是“加法”技术，通过把离散材料逐层累加，让材料快速成型，“生长”出一颗完整的义齿或者颌骨模型[12，13]。

当前，牙科CAD/CAM技术正从封闭式系统过渡到开放式系统，越来越多的技术可以输出统一的数字格式，为材料开放式加工提供可能。一些CAD/CAM系统的组件可以单独购买，这就增加了系统的灵活性，使数据获得方式更为广泛（如口内扫描、触点式与光式模型数字转换器、C T、M R I），设计的软件更适合各类修复体的制作。开放式系统的使用，使制造技术应用范围更广，人们能够选择最佳的制造方法与相关材料。当前，科学技术越来越发达，CAD/CAM技术将成为未来口腔修复技术发展的必然趋势。

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R782．05

A

1671-1246（2017）19-0152-03

注：本文系兰州口腔临床医学中心建设项目（兰卫科教发[2014]608号）；2014年兰州市卫生科技发展项目（LZWSKY2014-1-01）；兰州市人才创新创业项目（2015-R C-19）