数字化个齿托盘制取下颌全牙列全冠预备体印模的体外评价

徐啸翔，曹 烨△，赵一姣，贾 璐，谢秋菲

(北京大学口腔医学院·口腔医院，1. 修复科，2. 口腔医学数字化研究中心，3.义齿加工中心 国家口腔疾病临床医学研究中心 口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室 口腔数字医学北京市重点实验室，北京 100081)

印模制取是固定义齿修复的关键环节之一，理想的工作印模应精确复制预备体形态，肩台印迹完整清晰，无气泡、欠缺、脱模、暴露托盘等缺陷[1]。随着预备体数量增加，印模制取的难度也增大。对于咬合重建等跨牙列多单位冠桥修复，要获取所有预备体效果均理想的工作印模，常需多次制取，造成印模材料浪费、就诊时间延长及患者不适感增加等问题。因此，研究适合咬合重建等多单位冠桥预备体印模制取的方法是口腔临床中迫切需要解决的问题。

目前临床上常用的固定修复印模方法包括一步法和两步法[2]。一步法是使用双相或单相印模材料直接制取终印模。两步法是先用低流动型印模材料制取初印模，将印模组织面均匀刮除一层，再用高流动型印模材料制取终印模。这两类方法虽然步骤有差异，但临床操作要点类似，包括：通过排龈等方法暴露预备体肩台，吹干预备体表面的液体，围绕预备体周围注射印模材料，最后就位托盘等步骤。每类印模材料都有工作时间要求，即从混合印模开始到完成托盘就位的时间，超过工作时间后印模材料开始硬固，会造成托盘无法顺利就位导致印模制取失败。当预备体数量较少时，印模制取有充足的操作时间，能保证每一步操作的有效性，获得理想印模的成功率高。但对于全牙列冠桥预备体，每个预备体可允许的操作时间短，容易影响操作效果，如预备体表面吹干不完全、围绕预备体周围注射印模材料不连续等，从而增加印模缺陷出现的概率。

以往有研究提出通过部分托盘设计分区段制取印模的技术[3]，部分托盘在伴有牙缺失的牙列模型上较容易制作，但如为完整牙列，各预备体邻面间距较小，制作分段的部分托盘则较困难，限制了该方法的适用范围。应用个齿托盘法制取固定修复印模的技术在20世纪60年代就有报道[4]，其原理是先制作一个形态类似预备体但略大一些的小托盘，其边缘位于预备体周围牙龈处，取模时先用此托盘制取预备体局部印模，再用常规托盘制取含此托盘在内的完整牙列印模，类似方法还有铜圈法[5]、树脂阴模法[6]、预成冠法[7]、树脂帽法[8]等。该方法的优势在于个齿托盘就位时有机械排龈作用，可省去排龈操作，托盘更贴合预备体形态，印模厚度薄且均匀，变形更小。以往文献报道，个齿托盘法制取全冠预备体印模的效果优于常规方法[9-11]。个齿托盘法还具有可分别就位取模、最后整体取出的特点，能解决同时制取多单位冠桥预备体印模操作时间不足的问题。但是，制作个齿托盘需要提前灌制初模型，在模型上用自凝树脂等材料制作，还需在口内试戴和调改，步骤繁琐，费时费力，临床应用较少[12]。

随着数字化技术的发展，利用光学扫描技术在口内直接获取口腔软、硬组织表面形态的数字印模法已成为固定修复印模制取的新方向。口内扫描法可以省去传统的制取印模、灌制模型的步骤，减少了环节误差，患者更加舒适，结合椅旁数字化设计和加工设备可以完成即刻椅旁修复，但口内扫描技术获取龈下肩台形态的难度较大，且对于跨牙列多单位预备体的扫描精度尚不理想[13-15]。目前，是否推荐应用口内扫描法直接制作全牙列多单位修复体还存在争议。

本研究结合传统个齿托盘的思路和数字化技术的优势，建立适合多单位冠桥预备体印模制取的数字化个齿托盘的设计和加工方法，并通过体外实验评价利用数字化个齿托盘制取全牙列全冠预备体印模的效果。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

牙颌模型三维扫描仪(DS-EX Pro，精度<0.01 mm)购自杭州先临三维公司，三维打印机(Objet EDEN260V)购自美国Stratasys公司，牙科修复设计软件(Dental System)购自丹麦3 Shape公司，逆向工程软件(Geomagic 2012)购自美国Raindrop公司，聚醚印模材料(Impregum Soft)、托盘粘接剂(Polyether tray adhesive)和印模混合机(Pentamix)购自美国3M公司，标准树脂牙列模型(PRO2002-UL-SP-M-28)购自日本Nissin公司。

1.2 全牙列树脂牙全冠预备体模型的制备、三维数据获取和计算机辅助设计

选用一副下颌标准树脂牙模型(14颗树脂牙)，对14颗树脂牙进行全冠预备，后牙及前牙舌侧形成平齐牙龈的浅凹型无角肩台，前牙唇侧形成龈下1 mm宽直角肩台(图1A)。使用牙颌模型三维扫描仪扫描并获取全牙列预备体表面数据，将该数据导入Geomagic 2012，使用雕刻刀工具填补人工牙龈与预备体肩台间过深的间隙，形成类似天然龈沟的深度。在人工牙龈区域下方保留4 mm高的模型底座，使用平面裁剪工具截掉多余的模型底座部分，底座底部形成封闭平面。使用抽壳工具将模型底座沿轴面法向延伸6 mm，形成加宽的底座(图1B)。将修改后的数据保存为三角网格(stereolithography，STL)数据格式。

A, the model of full-arch crown abutments; B, the modified digital model of full-arch crown abutments.

1.3 数字化个齿托盘的计算机辅助设计

使用牙科修复设计软件新建设计项目，选择下颌牙列14个牙位，每个牙位同时选择解剖全冠和基底冠设计，将下颌牙列分为右下第二磨牙至右下第一前磨牙，右下尖牙至左下尖牙以及左下第一前磨牙至左下第二磨牙三个区段，每区段内的牙位间增加连接体设计为联冠形式。导入全牙列预备体模型数据，设置牙合平面及就位道。在每个预备体上分别确定其个齿托盘边缘线，放置在预备体实际颈缘和牙龈缘之间(图2A)。利用预成解剖牙冠数据库在每个牙位分别生成外冠形态，边缘宽度为0.2 mm，调整相应外冠间连接体至合适的大小及位置(图2B)。在每个牙位分别设计基底冠形态，基底冠边缘止于个齿托盘边缘线内侧，基底冠厚度设为0.5 mm(图2C)。完成后分别生成外冠和基底冠两个数据，外冠即为个齿托盘主体形态数据，基底冠即为个齿托盘容纳印模材料的空间(图2D)。将外冠数据导入Geomagic 2012，分别在后牙牙合面及前牙舌侧增加T形或柱形等辅助固位装置，在组织面牙合方选择直径约2 mm区域，通过抽壳工具沿法向延伸0.5 mm，生成组织终止点(图2E～H)。将完成的个齿托盘数据保存为STL格式。

1.4 常规全牙列个别托盘的计算机辅助设计

使用牙科修复设计软件选择个别托盘设计模块，导入全牙列预备体模型数据，设置牙合平面及就位方向，虚拟填倒凹，设置个别托盘边界，缓冲空间及托盘厚度为2 mm，生成托盘手柄及固位孔，完成常规全牙列个别托盘A的设计，数据保存为STL格式。

将全牙列预备体模型数据和生成的个齿托盘数据同时导入Geomagic 2012，调整个齿托盘数据位置使其对应各自牙位就位于全牙列预备体模型上。将各对象数据联合后得到个齿托盘就位于预备体模型的数据，将该数据导入牙科修复设计软件，按上述同样方法完成常规全牙列个别托盘B的设计，数据保存为STL格式。

1.5 数字化个齿托盘、常规全牙列个别托盘及全牙列预备体模型的三维打印

将数字化个齿托盘、常规全牙列个别托盘A和B、全牙列预备体模型的STL数据输入三维打印机配套软件，打印制作树脂材料的托盘及模型实体，其中数字化个齿托盘以及全牙列个别托盘A和B分别打印4副，全牙列预备体模型打印1副(图3)。

A, the design of margin line; B, the design of anatomy crown and the connector; C, the longitudinal section after the design of coping; D, the finalization and separation of external crown and coping; E, the labial view of the anterior individual tooth tray; F, the bottom view of the anterior individual tooth tray; G, the buccal view of the posterior individual tooth tray; H, the bottom view of the posterior individual tooth tray.

A, the 3D printed full-arch abutments; B, the 3D printed digital individual tooth tray; C, the try-in of digital individual tooth tray on the abutments; D, the try-in of conventional full-arch individual tray.

1.6 应用常规法和数字化个齿托盘法制取全牙列全冠预备体印模

常规法：在全牙列预备体模型上试戴全牙列个别托盘A，确认顺利就位。在预备体模型上涂布一层牙科分离剂，在个别托盘内涂布印模粘接剂。开始混合聚醚印模材料并计时，将混合好的印模材料装填入个别托盘A及注射枪内，用三用枪头吹净预备体表面分离剂，用注射枪将印模材料注射到每个预备体周围，将盛有印模材料的托盘就位到预备体模型上，保持至印模完全固化。

数字化个齿托盘法：在全牙列预备体模型上试戴数字化个齿托盘及全牙列个别托盘B，确认顺利就位。在预备体模型上涂布一层牙科分离剂，在数字化个齿托盘及全牙列个别托盘内涂布印模粘接剂。开始混合聚醚印模材料并计时，将印模材料装入注射枪内，取一侧后牙区个齿托盘，其余两区段的个齿托盘保持就位在预备体上。吹干相应区段的预备体，将印模材料注射到预备体周围及个齿托盘内，就位个齿托盘，同法用其他区段的个齿托盘分别制取相应预备体印模。最后，使用全牙列个别托盘B装填混合好的聚醚印模，用注射枪将印模材料注射到个齿托盘周围，就位个别托盘B，保持至印模完全固化。

1.7 印模效果评价

分别记录使用两种方法制取印模所用的时间。记录印模中每个牙位预备体肩台及轴面/牙合面出现印模缺陷的数目，参考预备体印模评价标准[16]对每个牙位预备体印模质量进行评价：优，肩台及轴面/牙合面均无缺陷；良，肩台无缺陷，轴面/牙合面有1至多个缺陷；合格，肩台有小缺陷，但临床可接受；不合格，肩台有临床不可接受的明显缺陷。统计每次印模中预备体的合格率，即优、良和合格的预备体个数/14×100%。

1.8 统计学分析

数据以均数±标准差表示，采用IBM SPSS Statistics 20.0软件进行统计分析，通过Mann-WhitneyU独立样本秩和检验比较常规法和数字化个齿托盘法制取印模的预备体质量分布、肩台缺陷数目和轴面/牙合面缺陷数目，对两种方法制取印模的时间、预备体合格率进行独立样本t检验(双侧)，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 数字化个齿托盘打印效果及就位情况

所有数字化个齿托盘均一次打印成功，未见明显打印缺陷，可直接在相应区段预备体模型上就位。

2.2 两种方法制取的印模效果评价

常规法制取全牙列预备体印模用时(360±0) s，数字化个齿托盘法用时(642±5) s，两者差异有统计学意义(t=112.6, df=3,P<0.001)。常规法制取全牙列预备体印模肩台缺陷数目为4.5±2.4，数字化个齿托盘法为0.5±0.6，两者差异有统计学意义(P=0.029)。常规法制取全牙列预备体印模轴面/牙合面缺陷数目为5.8±4.0，数字化个齿托盘法为5.5±2.9，两者差异无统计学意义(P=0.857，图4)。

常规法制取全牙列预备体印模的预备体合格率为83.9%±3.6%，数字化个齿托盘法4次制取印模的预备体合格率均为100.0%，两者差异有统计学意义(t=9.000, df=3,P=0.003，表1)。常规法与数字化个齿托盘法制取印模的预备体质量分布差异有统计学意义(P=0.002)，数字化个齿托盘法优于常规法(表2)。

3 讨论

数字化个齿托盘通过三维扫描获取预备体数据，使用牙科修复设计软件和逆向工程设计软件进行计算机辅助设计，最后通过三维打印制作完成。传统个齿托盘的制作过程包括模型灌制与修整，铺缓冲蜡片，用自凝树脂制作托盘，最后调磨、修整完成[12]。相比之下，数字化加工过程更加简便、高效，可避免自凝挥发性单体刺激和粉尘污染，同时，数字化方法可更加精准地设计个齿托盘的边缘位置、厚度及容纳印模材料的空间，特别是在多单位预备体印模制取的应用中，数字化个齿托盘加工方法可显著降低制作时间和难度。在结构上，数字化个齿托盘设计为分区段的联冠形式，可根据实际预备体数量、轴向和间距情况灵活设计分段位置，而传统个齿托盘多为单牙位形式。合理的分段设计可保证印模制取时有充足的操作时间，同时可减少个齿托盘就位次数，进一步简化临床操作。在数字化设计中可以在个齿托盘表面增加各种形状的辅助固位装置，以利于最终印模完成后个齿托盘能固位于常规全牙列托盘的印模内，同时也便于术者对个齿托盘的操作。数字化个齿托盘在组织面还增加了组织终止点，有利于提高就位的准确性，进一步保证印模制取的效果。

以往有研究比较了个齿托盘法与常规法制取全冠预备体印模的效果，发现个齿托盘法复制预备体肩台的印模质量优于常规法[10-11]，但对于个齿托盘法在全牙列固定修复印模制取中的应用效果尚未见报道。本研究评价了数字化个齿托盘法与常规法制取全牙列14颗全冠预备体印模的效果，发现应用数字化个齿托盘法制取的预备体印模质量优于常规法，预备体肩台缺陷数目少于常规法，预备体合格率高于常规法，考虑其原因有：(1)可允许操作时间：本研究使用的机混聚醚印模材料的工作时间为165 s，其中混合印模、装填托盘和注射枪的时间约40 s，医护传递器械、术者完成托盘就位以及预留一定缓冲时间等约占20 s，留给中间允许操作的时间约105 s，14颗预备体每颗平均分配到的时间为7 s左右，需要完成吹干预备体表面液体和围绕预备体注射印模的动作，时间比较紧张；而数字化个齿托盘法是分段操作，同样的允许操作时间只需要处理4～6颗牙齿，每颗预备体可用时间为18～27 s，时间充足，有利于保证理想的操作效果。(2)托盘形态和印模空间：个齿托盘的形态更贴合预备体表面，印模空间较薄而且均一，在就位时能更好地将印模材料分布到预备体表面；而常规法托盘与预备体之间的距离较大，托盘形态并不与每个预备体表面对应，托盘就位过程不能保证印模材料沿预备体表面分布的方向和压力，这也容易造成印模缺陷的发生。

A, the impression of anterior abutments made by conventional method; B, the impression of anterior abutments made by digital individual tooth tray technique; C, the impression of right posterior abutments made by conventional method; D, the impression of right posterior abutments made by digital individual tooth tray technique; E, the impression of left posterior abutments made by conventional method; F, the impression of left posterior abutments made by digital individual tooth tray technique.

本研究发现数字化个齿托盘法制取的印模中预备体轴面/牙合面缺陷数目与常规法没有明显差异，这些部位的印模缺陷主要是由于印模材料注射和混合时混入气泡导致，数字化个齿托盘法的主要优势在于操作时间充足，可以更彻底地吹干预备体表面特别是肩台区域的液体，但并不能减少操作时印模混入气泡的概率。本研究还分析了数字化个齿托盘法和常规法完成印模制取所需的时间，就单次印模制取而言，数字化个齿托盘法用时更长，但实际临床应用还需考虑成功率，特别是对于多单位预备体的印模制取，只要有一个牙位印模质量不合格，整体印模就需要重新制取。虽然常规法单次印模制取用时短，但其成功率低，常需多次制取，这样会显著增加所需的临床时间。成功率高的印模制取方法可以减少制取次数，节约材料和时间，也能减少患者的不适感。本研究使用了一步法作为常规印模方法，与数字化个齿托盘法使用相同的印模材料，以控制印模材料性能因素对印模效果的影响，更有利于对比两种印模方法本身的差异。临床上也常用两种流动型印模材料搭配使用的两步法，未来可以进一步探索数字化个齿托盘法使用不同印模材料的效果，并与传统的两步法进行比较。

本研究对预备后的标准牙列模型进行了三维扫描，对其数据进行修整后，再打印出1副修整后的预备体树脂模型进行两种印模制取方法的比较。标准牙列的商品模型直接进行印模制取存在以下问题：(1)树脂牙与人工牙龈之间有间隙，某些位置间隙较宽、较深，与天然龈沟差异大，印模进入较深的间隙后会增加脱模难度，也容易造成印模撕裂，影响印模效果；(2)树脂牙用螺丝固定于下颌牙列模型的牙窝中，印模脱位时力量较大可能造成个别树脂牙出现位置偏移，影响后续个齿托盘的就位及印模制取；(3)标准模型底座与牙列宽度相近，取模时印模材料会向底座方向流走，影响印模在牙列托盘中的固位；(4)人工牙龈与印模材料间结合力较大，增加脱模难度。因此，本研究对预备体模型的三维数据进行了相应修整，填补过深的牙龈间隙，形成加宽的底座阻止印模流出，用树脂材料将预备体和牙龈部分作为整体打印完成，从而利于后续印模制取的操作。

表1 常规法与数字化个齿托盘法制取全牙列预备体印模的制取时间、印模缺陷数和预备体合格率

表2 常规法和数字化个齿托盘法制取全牙列预备体印模中的预备体印模质量分布

本研究中用牙科分离剂涂布在预备体表面，一方面可以减少脱模阻力，另一方面分离剂较黏稠，与唾液性状类似，可起到模拟唾液的效果。只有彻底吹净预备体表面的分离剂，才能制取出理想的印模，从而更好地模拟临床实际情况。本研究另外也制作了上颌全牙列预备体及其数字化个齿托盘，上颌个齿托盘同样能顺利就位。由于体外环境制取上下颌印模过程类似，而下颌牙列印模制取所需印模材料的体积少于上颌牙列，所以本研究的印模制取只选择了下颌牙列，可以达到评价个齿托盘法印模制取效果的目的，同时减少印模材料的浪费。印模质量的评价方法参考以往研究使用的预备体肩台印迹评价标准[16]，在其基础上增加了轴面/牙合面印模缺陷的评价，将原标准中的Ⅰ级(肩台无缺陷)根据有无轴面/牙合面缺陷进一步分为优和良两类。评价印模是否合格的标准主要依据肩台部位质量，如预备体肩台印迹有不可接受的明显缺陷，即判为不合格印模。

本研究结果可证明数字化个齿托盘更适于制取全牙列冠桥预备体印模，具有更好的效果和更高的合格率，但本研究模拟印模制取的体外操作与实际临床过程仍存在不同。实际临床印模制取时还会受张口度、颊舌软组织阻挡、唾液持续分泌、患者配合度等因素影响，难度会比体外实验更大。因此，未来仍需进一步开展临床研究以检验数字化个齿托盘法在口内实际制取多单位固定修复印模的效果。另外，临床上制取印模前对制备齐龈和龈下肩台的预备体需要进行排龈操作以暴露预备体肩台，而个齿托盘本身具有机械排龈作用，可节省排龈占用的临床时间，避免排龈造成的患者不适。本研究使用三维打印预备体模型，其肩台与牙龈部分间隙清楚，不需要也无法进行排龈操作，因此，本研究未能检验个齿托盘机械排龈的效果，也需后续临床研究进一步评价。

咬合重建等多单位固定修复属复杂修复治疗，临床上多采用分次牙体预备以及暂时修复等步骤，可以在初步牙体预备后通过制取传统印模或口内扫描获取预备体形态用于制作个齿托盘，不需额外增加患者的就诊次数。数字化个齿托盘的设计基于流行的牙科修复软件，容易掌握，可培训相应技师进行操作，减少占用临床医师的时间。三维打印费用低廉，有利于成本控制和推广，有较好的应用前景，值得后续进一步研究以评价其临床使用效果。