可摘局部义齿纯钛支架制作的研究现状和发展

    随着中国进入老龄化，通过义齿来修复牙列缺损，恢复病人的咀嚼功能，对提高人们的生活质量，促进健康越来越重要。RPD适应症广泛，当缺失牙数目多、基牙牙周健康不理想、组织缺损等不适合固定修复的情况依旧可以采用可摘局部义齿修复。此外，RPD还具有对基牙磨除量少，方便摘戴，易于修理，价格相对低廉等优点，因此目前为止，RPD依旧是无法替代的主要修复方式之一。如何快速，准确的制作RPD支架也是目前可摘局部义齿研究的重要方向之一。

    近几年来，CAD/CAM发展迅速，铣削（CNC）技术和快速成型（RP）技术在口腔冠桥修复，嵌体，口腔种植基台，冠和上部结构等方面均有了飞速的发展，但RPD支架的研究还处于探索阶段。本文综述了计算机辅助设计与制作CAD/CAM，尤其是CNC技术和RP技术在口腔纯钛支架中的研究现状和应用发展。

    1. RPD铸造材料

    临床上在可摘局部义齿的的制作中应用比较广泛的金属材料有高钼钴铬合金（Vitallium2000），纯钛，以及钴铬合金等。其中钴铬合金支架应用广泛，有较高的硬度和强度，并且价格相对低廉，但生物相容性相对较差。高钼钴铬合金（Vitallium2000）是近年来新问世的新型材料，具有良好的机械性能。

    钛拥有良好的生物相容性，患者过敏反应少，耐腐蚀，机械性能好，重量轻，患者舒适度较高，微生物不易附着，纯钛因其良好的性能以及临床中长期使用过程中患者良好得反馈，因此纯钛依旧是RPD修复中使用最多的金属之一，但由于纯钛支架铸造过程中存在着诸多问题，仍旧是目前修复领域研究的热点。

    传统铸造的研究方向主要是四个方面：一：改进合金，包埋材料等的性能，改善性能，提高制作精度；二，提高模型和蜡型的精确度，提高可摘义齿的焊接工艺等关键性技 术；三是改进铸造设备；四是研发铸造支架用的各种材料临床使用过程中，我们发现了多例纯钛支架断裂的案例，首先支架设计本身可造成支架的折断，如卡环设计细小，没有足够的横截面积。

    除此之外，支架中的裂隙，气孔也是造成支架断裂的重要因素，而这些裂隙都是由纯钛金属的铸造缺陷引起的。低密度，高熔点，高反应温度的特点是钛在铸造过程中的重要影响因素。影响钛铸造的因素主要有如下几点：（1）铸造前的模板燃尽时间较长，超过10H。（2）铸造缺陷：特别是铸件孔隙，在钛铸件中经常发生。（3）较硬的氧化层：通过机械和化学的方法消除氧化层的同时，钛支架精度会相应下降。（4）抛光喷砂处理时对钛的抗疲劳性能有一定影响。其中铸造缺陷纯钛铸造过程最常见的问题，纯钛支架内裂隙，气孔产生的的原因与氩气压力，包埋材料，铸造方式、铸道及排气道设计、铸模温度等有关。除此之外，传统的失蜡制造法，耗时较长，并且需要耗费大量的人工成本。

    随着材料学的发展，虽然已经研究了无金属材料，如高性能聚合物，但由于其低导热性，脆性较大，相比金属机械强度较低，影响咀嚼功能，高的热膨胀系数，低的弹性模量，比金属更易老化，并且有可能浸出的细胞毒性化学品。因此需要应谨慎使用，目前尚未被推荐作为金属支架的替代品。

    自从20世纪80年代首次对钛在口腔修复学中的应用进行研究以来，已经设计了许多设备和材料来使钛成为传统合金的替代品。

    2. CAD/CAM在RPD支架制作方面的研究应用

    在过去的25年里，计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）已经成为口腔修复体设计和制作研究的主要方向。因为纯钛支架优良的特性，以及铸造法所带来的诸多问题，因此自计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）出现以来，学者一直致力于纯钛支架CAD/CAM的研究。就制造工艺而言，计算机辅助制造可分为“减法”和“加法”两种。可用于RPD制作的（CAD / CAM）的有铣削（CNC）和快速成型（RP）技术两种技术，铣削是减材技术，属于“减法”工艺，而RP技术则为增材技术，属于“加法”工艺。

    RP制造技术常见的加工工艺包括立体光刻（SLA），熔融沉积建模（FDM），选择性激光烧结（SLS），3D打印等。比起固定义齿，RPD形状更为复杂，RPD框架的无论是3D设计还是加工，都需要花费大量的时间和心血。优点：1）减少患者就诊次数；2）增加了义齿的强度和适合性；3）减少操作的持续时间；4）表面光滑减少微生物附着；5）支架数据进行数字化储存，利于复制；6）制作过程中，临床医生和技术人员可以很好的对支架质量进行控制。

    3. 数控铣削技术（CNC）

    计算机辅助铣削或加工（CNC），也被称为计算机集成制造（CAD/CIM），CIM指的是计算机集成加工或铣削。减法制造技术顾名思义，就是从原材料通过切割得到所需要形态的物体。临床医师可以把模型送到加工厂进行加工，或者直接在诊室进行计算机辅助设计和椅旁加工。首先通过扫描模型得到数字化模型，基于数字化模型，进行CAD设计，CNC接受CAD软件传输的设计信息，进行铣削等加工制作。

    随着口内扫描技术的发展，逐渐由模型的扫描渐渐发展成为直接口内扫描软硬组织。因此，有两种方法用于获得数字化模型：直接口内扫描或间接口外扫描石膏模型。口外光学扫描仪可以快速的得到高质量的扫描图像但精度较低，调模时的水/粉比和印模或石膏模型的不适当储存条件均会对模型的精准度有一定的影响。

    由于RPD模型要求较高，不仅需要广泛的牙列，还需要一定量软组织，由于唾液的覆盖，口腔粘膜光滑，无法获得类似腭皱壁等软组织纹理。因此有关可摘局部义齿口内数字化扫描的发展不如固定义齿广泛，目前很少有关于全口口内数字化印模的相关文献，尤其是口腔软组织部分。CNC铣削过程，包括了排序铣削刀具和刀具运动方向和大小。由于修复体的解剖学差异，数控机床结合了不同尺寸的钻头，铣削的精度较高，通常为10μm以内。铣削分为直接铣削和间接铣销，间接铣销通过计算机辅助设计完成CAD设计，通过数控铣削制作支架铸型，之后常规进行包埋铸造后得到金属支架。而直接铣削是在完成CAD设计后直接铣削出金属修复体。

    有学者通过实验表明间接铣削的RPD和直接铣削的RPD比传统制造的RPD适合性精密度更好。数控铣削主要由技术人员控制，节省了大量的人力成本，并且铣削件的生产率、表面光洁度、加工时间等质量由数控机床的切削参数决定。有学者研究表明Firefly算法可以得到铣削刀具工作组合的最佳CNC参数，该算法几乎可以解决一切CNC中的问题。

    但是在铣削过程中，我们也发现了铣削钛框架的缺点：（1）无法切割复杂的形状。（2）材料的浪费，数控铣削作为减材的加工方法，无论使用圆盘形或者是方形的钛盘，在铣销制造的过程存在着材料的浪费现象（3）刀具磨损时，铣削精度下降。（4）加工时间长。

    4. 快速成型技术（RP）

    口腔修复中常使用RP制造技术包括立体光刻（SLA），熔融沉积建模（FDM），以及最近的选择性激光熔融（SLM）和选择性激光烧结（SLS），3D打印，电子束熔化（EBM）等。从上个世纪90年代开始，RP技术进入医学领域。2006年，有学者报道了第一例RP技术生产钴铬合金可摘局部义齿用于临床的病例报告。首先通过扫描获得患者模型的数字化文件，在三维计算机模型上完成了框架的设计，通过直接法制造合金框架。无论是患者还是医生，都得到了满意的结果。

    RP技术作为一种“增材技术”，顾名思义，就是通过材料逐层堆积的进行制作。和数控铣削一样RP技术也分为直接和间接两种，间接法通过快速制作技术（RP）获得树脂或其他材料的模型，经过铸造后获得金属支架，相比起传统的失蜡铸造法，在一定程度上节省了时间和成本。但由于可摘局部义齿金形状复杂，有很多地方比较薄弱，在铸造过程中，铸型移动可产生变形从而对义齿的精密度产生了影响。

    直接法鲜少报道，有学者曾通过RP技术直接获得用钴铬合金RPD，但耗费了大量的成本。选择性激光熔融（SLM）和选择性激光烧结（SLS）技术是近几年来修复学邻域比较热门的研究方向，SLS/SLM是一种精密的增材技术，它可以针对不同的高精度金属进行快速加工，通过有选择地将连续的粉末状材料聚拢在一起，利用聚焦和计算机控制的激光束提供的热能，制造出复杂的三维零件。

    不同于减材技术的大浪原材料的浪费，RP技术剩余的材料可以重复使用。RP技术的CAD/CAM程序和CNC一样包括三个主要步骤：获取模型数字化STL文件，设计RPD形态并进行数字化建模的，SLS/SLM生成RPD支架。整个过程简化了传统的框架制作过程，通过使用3D成像、CAD和RP加速了生产周转周期。这是一种非常高效、快速的方法，节省了大量的人力成本，加快了制作周期。

    5. CAD/CAM在RPD的应用展望

    随着中国进入老龄化，通过义齿来恢复病人的咀嚼功能，对人们的生活质量，促进健康越来越重要。义齿下支架的压力会影响骨骼局部血液的供应，引发疼痛和不适，从而影响患者的生活质量，甚至会引起牙槽骨的吸收。随着种植学的迅速发展，种植体支持固位的RPD能增加固位和稳定，减少牙槽嵴的吸收，减轻基牙的应力。除此之外，有学者将有限元分析用于生物力学分析和支架设计中。

    通过与CT的结合使用，建立患者牙槽嵴和软组织精确的3D形态，通过真实地模拟组织行为，利用计算机设计优化支架CAD设计，从而用于解决支架对牙槽嵴的压力问题。通过对支架进行修改和调整，进行预制和临床前试验，避免过大的压力对牙槽嵴的压迫，减少患者的不适感及牙槽骨的吸收。CAD/CAM技术的不断发展，牙科材料飞速进步，对口腔领域，尤其是口腔修复有着重要的意义。市面上常见到的CAD设计软件基本可以满足医师和技工的要求，但在数字化的取模和计算机辅助上，我们还有巨大的发展空间。

    随着数字化的进一步发展，RP技术和CNC技术用于临床制作中，是可摘局部义齿的巨大变革。如今，不仅仅是RPD，CAD/CAM在牙冠和固定部分义齿（FPDs）应用更加广泛，正畸，种植有关CAD/CAM的研究也逐渐增多。此外，由于CAD出现，可以使设计方案通过动态的画面模拟跟患者进行更好的沟通。因此，紧跟发展的脚步，不断地应用新材料，新技术，是口腔修复发展的必然趋势。

    6. 结论

    CAD/CAM技术在口腔领域的应用提供了创新的、最先进的服务，无论是在固定义齿，活动义齿，还是正畸，种植领域都有着举足轻重的意义。CAD/CAM在纯钛支架制作方面的应用不仅可以缩短修复周期，提高制作精度，还有助于提升缺牙患者的健康和生活质量。但数字化制造技术在可摘局部义齿的制作尚处于探索阶段，很多工艺还不够完善，有一些仅仅是实验室的研究并未投入在实际生产当中。如何选择合适的加工工艺，怎样设置制作过程中的具体参数，如何避免加工过程中出现问题，这些只有通过大量的实践和积累以及学者们的进一步研究才能逐渐得到解决和完善。

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