作者：
何明珠1,2
浦婷婷3
丁茜1博士
孙瑶4博士
王鹏飞3
孙玉春5教授
张磊1教授
1 北京大学口腔医学院·口腔医院修复科；国家口腔医学中心；国家口腔疾病临床医学研究中心；口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心；口腔数字医学北京市重点实验室；国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心；国家药品监督管理局口腔材料重点实验室
2 兰州大学口腔医学院·口腔医院
3 北京大学口腔医学院·口腔医院义齿加工中心；国家口腔医学中心；国家口腔疾病临床医学研究中心；口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心；口腔数字医学北京市重点实验室；国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心；国家药品监督管理局口腔材料重点实验室
4 北京大学口腔医学院·口腔医院第三门诊部口腔修复科
5 北京大学口腔医学院·口腔医院数字化研究中心；国家口腔医学中心；国家口腔疾病临床医学研究中心；口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心；口腔数字医学北京市重点实验室；国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心；国家药品监督管理局口腔材料重点实验室
翻译：沈慧丹
本文原载于《世界牙科技术》2023年第6期《口腔综合版》第17-24页。
骨结合种植体对咬合力的生物力学反应与天然牙齿不同，因为它们缺乏牙周膜并且具有较高的触觉感知阈值。因此，种植体很容易出现咬合过载，这被认为是导致螺丝松动和断裂、修复体断裂甚至种植体断裂等机械并发症的原因，最终将影响种植体的使用寿命。因此，适当的咬合设计可延长种植体支持式固定修复体的使用寿命。目前，计算机辅助设计（CAD）法和传统蜡型法是设计固定修复体的常用方法，在全冠和固定局部义齿的设计中两种方法可以取得相似的效果。Zhang等人根据未预备的完整的牙咬合面设计了全冠，其发现与使用数据库法设计的全冠相比，复制法设计的冠侧方𬌗干扰更小。Yeliz等人通过实验得出通过镜像法设计的全冠的个性化和咬合适合性很高。因此，在设计种植单冠时，镜像法可被视为复制同颌对侧同名牙形态进行种植修复体设计的合适方法。
种植修复体的咬合设计研究表明，在最大牙尖交错位（MIP）时，种植体单冠应与对颌牙保证10–30 µm的咬合间隙。由于种植单冠的咬合接触设计要求为轻咬合，因此传统蜡型法很难实现精准的咬合间隙设计，制作的修复体常需要椅旁调整。而目前很少有研究关注使用CAD法进行种植体支持式修复体的咬合设计，使用CAD法设计种植单冠咬合间隙的效果仍不清楚，值得探索。
本研究提出了一种设计种植单冠咬合的CAD方法。该方法为使用镜像法复制缺失牙同颌对侧同名牙的形态，并在虚拟𬌗架上使用咬合设计工具调整咬合间隙。本研究旨在比较采用CAD法和传统法设计的后牙种植单冠的咬合接触和咬合间隙。零假设是在主模型上两种方法设计的牙冠之间的咬合接触和咬合间隙结果没有统计学差异。
主模型准备
本研究选用两名牙列缺损患者的IV型石膏模型作为主模型。北京大学口腔医学院生物医学机构审查委员会批准本研究中使用患者模型来模拟患者（PKUSSIRB-202,055,068）。纳入标准为单个后牙非游离缺失并植入骨水平种植体替代体（RC，士卓曼公司，瑞士）且同颌对侧同名牙处于正常位置，没有任何缺陷的咬合均匀、稳定的IV型石膏模型。排除标准是牙齿严重磨损且 MIP中咬合接触点少于三个的模型。在将模型纳入研究之前，已获得参与者的书面知情同意书。
由M. H.将实验纳入的两副主模型于MIP位使用低膨胀石膏（ZERO arti®；dentona公司，德国）上机械𬌗架（PROTARevo™ 7；KaVo公司，德国）。将3 kg的砝码放置在𬌗架上。使用12 µm咬合箔（Arti-Fol® metallic Shimstock film；宝诗公司，德国）标识主模型的咬合接触点。
工作模型准备
本研究为一项自身对照体外实验。样本量计算基于预实验结果，采用非劣假设进行，以两组修复体在主模型上咬合间隙差值大于20 µm为显著。当显著性水平为0.025，效能为80%时，本研究每组需纳入样本量为12例。为了避免修复体制造过程中的误差导致样本量不足，本研究每组均纳入14个样本。
使用加成型硅橡胶（Variotime® Light Flow和Dynamix Monophase，古莎齿科，德国）以闭窗式印模技术制取印模。每副主模型制取七副印模，总共获得14副IV型石膏（Die-stone，古莎齿科）工作模型。由同一位研究者M. H.将工作模型于MIP位用低膨胀石膏上机械𬌗架（图1a）。将3 kg砝码置于𬌗架上部静置。使用12 µm咬合箔对工作模型的咬合接触进行验证，如果发现咬合接触偏差，则重新上𬌗架。
种植单冠的设计
由研究人员M. H.使用传统法和3Shape Dental System（3Shape公司，丹麦）软件中的CAD法在每副工作模型各设计一个种植单冠。
计算机辅助设计方法
在CAD组中，将咬合转移校准块安装在机械𬌗架上，并借助转移板在模型扫描仪（D2000，3Shape公司）内进行扫描，以校准3Shape Dental System中的虚拟𬌗架。随后机械𬌗架的信息被传输至虚拟𬌗架。此后通过转移板法扫描模型时，即可将机械𬌗架上的咬合关系转移至数字𬌗架（图1b和c）。扫描同期扫描杆（Scanbody；士卓曼公司）可将种植体的位置和角度传输至数字化模型中。
在3Shape Dental System中，镜像法可复制同颌对侧同名牙的形态来生成修复体（图1d），并且调整修复体咬合以达到与对颌牙齿稳定的尖窝接触。根据临床预实验结果得出80 µm的咬合间隙是适合种植单冠咬合设计且需要非常少临床咬合调整的数值。因此，使用咬合调整工具将咬合间隙设置为80 µm（图1e）。使用平均髁导参数（前伸髁导斜度35°，Bennett角15°）进行修复体非正中𬌗的调整，使其与正中𬌗时一样离开对颌牙咬合面80 µm（图1f）。然后生成修复体的标准三角语言（STL）文件。
传统方法
在上于机械𬌗架的工作模型上制作种植单冠蜡型。调整蜡型咬合至两张38 µm的咬合纸（松风齿科，日本）可于蜡型与对颌牙间无阻力抽出。咬合接触点用100 µm咬合纸（BK 52 Red，宝诗公司）指示。使用与CAD组相同的平均髁导参数调整蜡型在机械𬌗架上的非正中𬌗。使用Arti-Spray显影剂（BK 285，宝诗公司）均匀喷洒于蜡型表面，按常规流程对种植蜡型修复体进行扫描，以获得所设计修复体的STL文件。
修复体制作
将两组修复体的数据发送到5轴铣床（ZENOTEC T1；Wieland Dental Technik 公司，德国），按照制造商的建议铣削和烧结牙色氧化锆块（Ideal Zirconia；Organical CAD/CAM公司，德国）。在上色和上釉之前，将烧结好的牙冠轻轻喷涂显影剂并在模型扫描仪中进行扫描，并将数据保存为STL文件。通过三维（3D）数据处理软件（Geomagic Control 2014；3D Systems公司，美国）中的“3D比较”对烧结后的牙冠和相应设计的牙冠进行比较，以计算修复体的制造偏差。随后，对牙冠的轴面进行上色和上釉，对牙冠咬合面的窝沟点隙进行上色，对咬合面的其他区域进行高度抛光。
设计咬合接触区域的确定
两组修复体的STL文件都被导入到Geomagic软件程序中。在“3D比较”中将阈值设置为80 µm识别修复体上设计的咬合接触区域（图2）。通过“3D比较”计算两组修复体的设计咬合接触区域的实际平均咬合间隙。
工作模型评价
制作完成的修复体暂时粘接在工作模型的基台上（Variobase®；士卓曼公司，瑞士）。通过依次抽拉厚度为12、30（Yamahachi Dental公司，日本）、100和200 µm（BK 52 Red）的咬合纸来定性评价修复体与对颌牙之间的咬合间隙。
采用两种3D分析方法定量计算修复体上设计的咬合接触区域的平均和最小咬合间隙（以下简称“平均和最小咬合间隙”）：（1）咬合间隙（OC）法：计算制作完成的冠上设计的咬合接触区域与对颌牙之间的距离，咬合接触区域的边界从设计冠的咬合面投影到制作完成的牙冠上（图3）；（2）咬合记录（OR）方法：使用以下步骤计算设计的咬合接触区域对应的轻体硅橡胶（PVS，Variotime® Light Flow；古莎齿科）咬合记录的厚度。PVS被注射到制作完成修复体的螺丝孔和咬合面上。随后，将工作模型于机械𬌗架上复位至MIP，并放置3 kg的砝码。待PVS完全聚合后小心地分离𬌗架，将PVS 咬合记录保留在修复体咬合面上。扫描带有PVS咬合记录的工作模型，并通过Geomagic软件程序中的“3D比较”计算设计的咬合接触区域的PVS咬合记录的厚度（图4）。
主模型评价
将临时粘接的种植单冠从工作模型转移至主模型，通过依次抽拉12、30、100和200 µm的咬合纸来定性评估修复体与对颌牙之间的咬合间隙。使用100 µm咬合纸识别修复体的咬合接触。一位研究人员根据修改后的标准（表1）以随机顺序对修复体咬合接触分布进行评分。本研究在主模型上使用30 µm咬合纸对修复体的侧方运动进行检查，侧方运动过程中修复体上的任何工作或非工作接触都被定义为侧方𬌗干扰。计算修复体的侧方𬌗干扰比率。使用与工作模型评价相同的OC和OR法计算主模型上修复体的平均和最小咬合间隙。主模型上修复体的平均咬合间隙被设置为主要结果指标。
统计分析
使用统计软件（IBM SPSS Statistics，版本19.0，IBM公司，美国）收集和分析数据。通过Shapiro-Wilk检验评估连续变量的正态性。两种方法设计与相应的烧结牙冠之间的3D偏差、设计的咬合间隙以及平均和最小咬合间隙在Geomagic软件中计算为均方根（RMS），这些结果表示为平均值±标准差，假设检验采用配对t检验。两组修复体的咬合接触分布和咬合接触数量的得分以中位数（四分位距）表示，并通过Mann-Whitney U检验方法检验。两组的咬合纸抽拉和侧方𬌗干扰结果使用McNemar检验法检验。所有统计结果的双侧显著性水平设置为P < 0.05。
本研究制作了28个种植单冠。CAD组设计冠的平均咬合间隙为92.4 ± 2.0 µm，传统组为98.2 ± 3.3 µm（P = 0.183）。CAD组中设计的和相应的烧结冠的轴面和咬合面的3D偏差为 54.5 ± 12.5 µm，而传统组为44.9 ± 11.4 µm（P = 0.236）。
两组修复体在工作模型和主模型中的平均和最小咬合间隙如表2和图5所示。工作模型和主模型上两组修复体的平均咬合间隙明显大于相应设计的咬合间隙（P < 0.001）。当使用OC法对工作模型上修复体的咬合进行评估时，CAD组和传统组的平均咬合间隙无统计学差异（P = 0.300），而CAD组的最小咬合间隙显著大于传统组（P = 0.043）。当使用OR法评估时，两种设计方法制作修复体的平均和最小咬合间隙无统计学差异（P = 0.224和 0.595）。当通过OC和OR方法对主模型上修复体咬合进行评估时，两组修复体的平均和最小咬合间隙无统计学差异（P > 0.05）。
两组修复体在工作模型和主模型上的咬合纸抽拉结果无统计学差异（P = 0.721，P = 0.287）。表3示两组修复体的侧方𬌗干扰数量无统计学差异（P = 1.00）。CAD组和传统组修复体戴入主模型时咬合间隙小于100 µm的咬合点数目[M（Q25–Q75）]分别为[2（1–2.25）]和[1.5（0–3）]（P = 0.417）。表4示两组修复体的咬合分布评分无统计学差异（P = 0.530）。
本研究分析了使用CAD法和传统法设计的后牙种植单冠的咬合间隙和咬合接触。两组修复体在主模型中具有相似的咬合接触及平均和最小咬合间隙。因此，采用CAD法和传统法设计的牙冠在主模型上的咬合接触和咬合间隙没有差异的假设可被接受。
CAD法和传统法设计修复体的咬合间隙均比修复体戴入工作模型和主模型上的咬合间隙要小。工作流程和评价方法中的多种因素均可能影响两组修复体咬合间隙的结果。这些因素包括了模型制取、模型扫描、扫描杆表面配准、修复体铣削和烧结、抛光、粘接和显影剂喷涂。其中一些因素会导致咬合间隙增加，而另一些因素会导致咬合间隙减小。
工作模型上两组修复体的咬合间隙均大于主模型。将相同的修复体粘接在基台上并置于在工作模型和主模型上进行扫描，因此修复体的粘合和模型扫描对两组修复体的咬合间隙具有相同的影响。本研究中使用的模型扫描仪具有高精度（± 5 µm），通过使用具有500万像素的纹理映射内置相机获取图像。取模可能会改变工作模型上植体的位置。Sang等人发现闭窗印模技术制取的石膏模型中种植体替代体的位置比参考模型上的植体位置更偏向龈方88 ± 44 µm。这与我们的实验结果一致，工作模型的植体位置更偏向龈方，因此修复体放置在主模型上时的咬合间隙比在工作模型上小。
工作模型上两组修复体的咬合间隙均大于设计。包括模型扫描、扫描杆表面配准、铣削和烧结、抛光和粘接在内的多个步骤均可能会影响两组修复体咬合间隙的测量。两组修复体设计咬合间隙计算均使用模型扫描获得的STL文件，与工作模型评价过程中计算咬合间隙的扫描过程类似，因此模型扫描对结果影响较小。扫描杆表面匹配是两组种植单冠设计中的必要步骤。只有配准结果满足系统要求，软件才会进入设计步骤。据报道，当单个物体的配准RMS大于50 µm时，配准精度较差。因此，扫描杆的表面配准误差小于50 µm，这对咬合间隙的变化具有不确定的影响。据报道，预烧结氧化锆瓷块的线性收缩率为20%左右，修复体的不同厚度和形状可能会导致瓷材料不可预测的不规则的收缩。本研究中的铣削和烧结过程会导致冠的整体收缩，CAD 组修复体的 RMS为54.5 ± 12.5 µm，传统组修复体的RMS为44.9 ± 11.4 µm，这会导致修复体的咬合间隙比设计的更大。此外，抛光也会增大烧结后修复体的咬合间隙，有研究表明抛光可去除玻璃陶瓷冠的层厚为约25 µm。既往有研究表明，树脂粘接剂的厚度一般为20 µm左右，因此粘接过程可能导致咬合间隙减少约20 µm。另外，喷涂在修复体上的显影剂厚度约为20 µm，可能会导致测量的咬合间隙减小。但喷涂显影剂仅能降低CAD法制作的修复体的咬合间隙，因为传统组的蜡型和制作完成的修复体在扫描前均已喷涂显影剂。
综上所述，铣削、烧结和抛光可增大冠的咬合间隙，而粘接和喷涂显影剂则可减小咬合间隙。以上因素累积导致工作模型上修复体的平均咬合间隙比设计的咬合间隙约大100 µm。综合分析可得铣削和烧结偏差可能是工作模型上修复体咬合间隙比设计大的主要原因。
当承受咬合负荷时，相邻天然牙的牙周膜会被压缩，导致口内咬合更紧密。由于骨内种植体与天然牙的轴向活动度存在较大差异，分别为3–5 µm和10–50 µm。因此，在模型中应保留种植体支持固定修复体的适当咬合间隙（10–30 µm）。当患者在等待修复体制作时，其无对颌的后牙可能会继续萌出。Guo等人研究发现，从种植体植入到修复体戴入的三个月内，无对颌的后牙伸长量约67.9 µm。由此可推断，在等待修复体戴入的3–4周内，对颌牙可能会伸长约20 µm左右，因此在临床中应考虑对颌牙伸长的可能性。考虑到上述因素，主模型上修复体的咬合间隙应约为30–50 µm。本研究中CAD组和传统组制作的修复体在主模型上的最小咬合间隙范围在60.6至70.6 µm之间。因此，两种设计方法均能满足种植单冠咬合间隙设计的临床要求。
在本研究中，使用虚拟𬌗架的CAD组的咬合接触评估和侧方𬌗干扰与使用机械𬌗架的传统组无统计学差异。两组修复体都表现出很少的侧方𬌗干扰，这主要是因为使用模型扫描仪中的转移板可精准地将MIP中的模型转移到虚拟𬌗架。Mehl等人也指出在剩余牙齿状况良好且仅制作单牙修复体或短跨度桥的𬌗架中使用平均髁导参数相当于在半可调𬌗架上使用个性化髁导参数和面弓转移。Zhang等人证明虚拟𬌗架和使用机械𬌗架的传统法设计的单冠均可实现可接受的咬合适合性。由本研究可知CAD法和传统法设计的后牙种植单冠可获得相似的咬合适合性。而对于失去天然牙引导并需要行多单位修复或全口咬合重建的患者，使用数字𬌗架的CAD法可能比传统方法更有优势。
虽然两组修复体的咬合间隙结果无统计学差异，但CAD法可以精准、高效地调整咬合间隙，控制咬合接触点的位置和分布，减少对技师的依赖。使用转移板法将MIP位的模型转移至虚拟𬌗架可以避免将𬌗架运输到技工室，从而减少运输过程中或更换机械𬌗架时可能导致的误差。此外，在虚拟𬌗架中设计修复体可以节省成本，无需使用可燃基质和牙科铸造蜡，从而满足环保要求。因此，CAD法在简化程序、提高种植修复治疗的标准化方面优于传统法。未来，个性化的咬合接触分布和咬合间隙可通过CAD法可视化地实现，有望提高种植体支持式固定修复体的咬合精度和适合性，并降低种植机械并发症的风险。
本研究的局限性在于：首先，这是一项体外研究。模型中的牙列无法模拟天然牙齿的伸长和牙周膜的压缩；其次，本研究仅选择了两名单颗后牙缺失的患者模型作为主模型，在未来的研究中，应该考虑咬合关系、缺牙数量和位置以及模型上咬合接触分布的差异等对研究结果的影响。第三，本研究使用闭窗印模技术制取印模，虽然其精度可以满足单颗种植体修复的要求，但使用开窗印模技术转移种植体位置可能更为准确。最后，本研究应计算每个步骤导致的误差。但是控制每一个步骤，了解误差产生的原因是非常具有挑战性的。未来，应该进行额外的研究来计算每个步骤的偏差量。
在本研究范围内可得出结论：使用CAD法设计的后牙种植单冠在咬合间隙和咬合评估结果方面与传统法相当。CAD法可以为种植单冠的设计和制造建立标准化流程。
作者声明他们没有利益冲突。
稿源
本文摘自口腔专业杂志《BMC Oral Health》Volume 23, 2023
doi: 10.1186/s12903-023-02847-w
