CADCAM3D打印显微CT应用于牙

近年来,数字化技术已经深入到人们生活的方方面面,数据规模呈爆发式增长,数据模式亦高度复杂化,大数据时代已经悄然而至。在大数据时代下的口腔医学领域,美学医疗、微创医疗、精准医疗等理念不断涌现,锥形束CT(CBCT)、计算机辅助设计/计算机辅助制作(CAD/CAM)、3D打印等现代数字化技术为牙体牙髓病的诊疗、研究、教学开辟了迥异于传统的思路和模式。

本期继续报道凌均棨教授在年中华口腔医学会学术年会暨展览会(CDS)演讲的内容,以让大家全面了解数字化引领大数据时代牙体牙髓疾病诊疗现状和趋势。

CAD/CAM数字化微创美学修复

凌均棨教授提到,CAD/CAM数字化微创美学修复是结合数字化比色、CAD/CAM技术,用于制作嵌体、全冠等修复体的修复工艺,可以实现功能和美学的统一,可以说是处于口腔医学金字塔尖上的医疗技术。

数字化比色

数字化比色是通过电脑比色仪,将色彩转换成数字,再还原成色彩的比色程序,包括患牙色彩、数字化色彩和修复色彩三个方面。其中,数字化色彩是数字化比色的基础,包括孟塞尔表色系统(MunsellColorSystem)和LAB表色系统。

数字化比色是在标准条件下,对备用树脂进行测试,建立一个色彩数据库,同时检测牙齿颜色,转换成数字信息,通过计算机检索数据库,选择颜色最匹配的修复材料进行修复。该比色技术因与电脑配色技术相结合,其优点是可以快速量化比色、且不受环境影响,结果客观可信,可重复性优于肉眼视觉比色。

按照测色原理、测量面积以及色彩分析学不同,数字化比色仪又可分为很多种类。

CAD/CAM技术

CAD/CAM是结合光电子、计算机信息处理及自动控制机械加工技术的修复工艺;用于制作嵌体、全冠等修复体。

CAD/CAM组成

CAD/CAM包括计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助工艺设计和计算机辅助制作四大块内容。计算机辅助设计,将物理模型转为数据模型→计算机辅助工程,以有限元分析单元集合模拟物体→计算机辅助工艺设计,人机交互或自动选择加工方法设计修复工艺→计算机辅助制作,模型分析处理、3D数学处理,完成修复体的加工。常见CAD/CAM系统见表。

表 常见CAD/CAM系统

CAD/CAM分类

CAD/CAM系统可分为椅旁系统(例如Cerec系统和E4DPlanmeca系统)和技工室系统(例如Cercon、Lava、Procera、Everest系统等)。Cerec系统是目前发展最成熟的椅旁CAD/CAM系统,其组成包括:①取像单元:采用半导体短波蓝光,分辨率19μm;②CAD子系统:含生物再造软件,自带修复体数据库;③CAM子系统:多轴数控铣削单元,精确度达30μm。

CAD/CAM原理——数据链

CAD/CAM原理的本质即一数据链条,包括①数字化印模:实体连续几何数据→虚拟模型多点云数据→虚拟模型单点云数据;②CAD:虚拟模型连续几何数据→虚拟修复体连续数据CAD模型;③CAM:技术相关的虚拟修复体连续数据→技术相关的实际修复体离散数据CAM模型→NCProgram→最终修复体。因此,可以说数据是CAD/CAM修复的核心,数字化图像的采集和处理决定修复体的精密度。

CAD/CAM的发展

近年来,CAD/CAM亦取得长足发展,主要聚焦在上述CAD/CAM的核心三步骤上。①数字化印模:现已有蓝光口内扫描,可实现口内数字化印模的精确扫描、瞬间聚焦,相关软件还具有“镜像/关联复制”功能;②CAD:多维视角,设计软件具备海量数据;③CAM:可实现梯形钻切削,适宜复杂修复体制作。使得最终制作的修复体美观、色泽逼真、与天然牙面浑然天成。CAD/CAM使修复体的制作过程效率更高,精度可达55μm,修复体成功率亦更高,且组织相容性良好。

CAD/CAM牙体修复理念

CAD/CAM牙体修复理念包含3个方面的内容:①人文治疗理念:一次就诊,即刻修复;可实现医患直接交流;②美学微创理念:自带数据库设计个性化修复体;不需要预备辅助固位形;③人机交互设计理念:人工描绘预备体的边缘及邻接线;计算机设计修复体,人工再修改。

CAD/CAM在牙体牙髓病学中的应用

所有适宜树脂充填的牙体修复,完善根管治疗后的单个牙修复,变色牙、畸形牙、有散在牙间隙牙的美学修复,磨耗牙的面重建修复,主要包括嵌体、高嵌体、贴面及全冠的制作。

1.CAD/CAMVonlay,是一种后牙颊面贴面和面高嵌体的结合修复体;粘接技术敏感性较低,牙体预备少;成功率与全冠相似,年失败率低于1%;可满足后牙微创美学修复要求。

2.全冠,适用于牙体缺损大,不适宜行嵌体修复的患牙;尤其适用于根管治疗后患牙及隐裂牙的冠修复;包括无桩冠及桩核冠全冠修复。值得一提的是仿生化全冠,已有以离体第三磨牙为CAD/CAM原材料,完成下颌第一磨牙仿生全冠修复,较好地恢复患牙机械、美学及生物学功能的病例报告。

3.CAD/CAM髓腔固位冠(Endocrown),是以髓腔固位的新型冠修复体,由对接式边缘和髓腔固位体组成,有利于保存根管治疗(RCT)后患牙剩余牙体组织,适用于临床牙冠过短、无法行桩冠修复的患牙。

此外,CAD/CAM技术还可用于模拟修复,便于医患交流。

总之,CAD/CAM系统顺应大数据时代的发展,数字化的储存和传输使得临床治疗程序简化、标准化,实现临床经验的数据化、规范化和共享化。

牙体牙髓疾病精准医疗的3D打印技术

凌均棨教授介绍,3D打印技术又称增材制造技术,以数字模型文件为基础,使用粉末状可粘合材料,通过逐层打印方式构造实体,逐渐应用于临床医学及口腔医学领域,促使传统医疗向数字化和精确化模式转化。

目前,3D打印在牙体牙髓疾病治疗中的应用主要有以下几个方面。

3D打印制作牙内陷腔开孔导板

对于牙内陷的治疗,分辨牙内陷解剖结构是治疗成功的关键。

3D打印牙可准确分辨牙髓腔及牙内陷腔,制作牙内陷腔开孔导板,避免髓腔损伤,有助于保存活髓。

3D打印制作根管口定位导板

熟悉髓腔和根管系统的解剖特征是完善根管治疗的前提。

3D打印畸形牙可体外定位根管口位置,制作根管口定位导板,实现临床根管口的精准定位。

利用3D打印获取根尖周病变术区实体模型

有助于体外制定手术计划、模拟手术操作,制作精准的根尖手术导板,可实现根尖周病变的精确和微创手术治疗。

总之,3D打印技术,可实现牙体牙髓疾病的精确医疗,但3D打印数据库尚未实现大数据共享,打印装置必须接于匹配的数据处理装置,且3D打印的准确性不及CAD/CAM,其普及及产业化还需依赖大数据时代的进一步发展。

显微CT助力牙体牙髓疾病诊疗

牙体及根管形态的显微CT研究

显微CT高分辨率图像结合配套软件,可重建牙体及根管的三维实体结构,准确分析根管长度、体积、面积、管壁厚度,结构模型指数(SMI)和曲率等,进而为临床复杂根管治疗方案的制定提供理论依据。

根管预备的显微CT评估

显微CT评估根管预备的常用指标有:①不规则根管评估指标,包括根管体积、面积变化,例如下颌磨牙深蓝色部分表示未预备的根管壁;②弯曲根管评估指标:包括根管偏移量、轴中心率[以

(a1-a2)-(b1-b2)

(a1-a2)/(b1-b2)计算],或者根据根管中心线,以中心线走向判断是否偏移。

根管充填质量的显微CT评估

显微CT空间及密度分辨率高,伪影小;可检测充填物周及充填物内空隙;定量评估根管三维充填质量;可形成根管充填材料及方法的临床选择数据库。

例如,对根管充填物进行三维立体重建时,显微CT可准确区分根充糊剂、牙胶及根充空隙,再根据三者灰度差重建三维立体结构,从而为充填质量评估提供直观、定量依据。

牙体牙髓病学现代数字化教学

最后,凌均棨教授简要介绍了现代牙体牙髓病学教学模式。现代牙体牙髓病学教学模式可分为面授教学模式和数字化教学模式。

面授教学模式包括多媒体演示教学、文献综述与读书报告、基于问题的教学、锚定式教学、支架式教学等。

数字化教学模式包括仿头模操作训练、MOOGSimodont(穆格3D触觉虚拟仿真培训系统)、KaVoPREPassistant、CarlZeiss手术显微镜、OBJET3D打印系统等。

可以说,数字化教学,是在信息技术环境下的教学与学习行为,基于数字化教学资源的受教育方式,可实现口腔教学可视化、多样化。

结束语

以CBCT、CAD/CAM、3D打印、显微CT及3D触觉虚拟仿真培训系统为代表的数字化技术,开辟了牙体牙髓疾病美学、微创、精准化诊疗之路。数字化带来的崭新视角,将开启牙体牙髓大数据智慧时代,引领牙体牙髓领域未来创新之路。

专家简介

  凌均棨,教授、主任医师、博士研究生导师、牙体牙髓病学学科带头人,从事牙体牙髓病学教学、医疗和科研工作三十余年。年毕业于武汉大学口腔医学院,年获得口腔医学博士学位,年赴法国路易·巴斯德大学牙学院、年赴美国哥伦比亚大学牙学院研修。~医院院长,现任名誉院长、中山大学口腔医学研究所所长、国际牙医师学院院士(ICD)、中华口腔医学会牙体牙髓病学专业委员会主任委员、中国医师协会口腔医师分会副会长、广东省口腔医学会会长等。

  主要研究方向:龋病、牙髓病和根尖周病的病因与防治、牙体牙髓病的分子生物学和组织工程学研究。先后主持国家级、省部厅级科研项目20项,荣获国家级、省级教学成果和科技成果奖十余项,包括获中华口腔医学会科技奖一等奖、广东省科技成果一等奖等。在国内外学术刊物上发表论文余篇,SCI收录70余篇。主编《显微牙髓治疗学》、《牙髓病学》及《根尖周病治疗学》等专著及国家卫计委住院医师规范化培训规划教材《口腔医学口腔内科分册》,参编专著及卫生部规划教材二十余部。培养博士后9名、博士研究生49名、硕士研究生67名。

本文来自“《中国医学论坛报·今日口腔》第94期06~07版”,由乔朋艳根据凌均棨教授讲座内容整理报道。

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