应用反求工程和快速成型技术制作个体化桩核的研究

摘要

残冠/残根是口腔科常见和多发病症。患牙往往伴有牙髓、根尖周以及牙周病变。为了达到控制病变、修复形态和恢复功能之目的,涉及到口腔多学科的综合治疗,包括牙体牙髓、牙周、齿槽外科以及修复、正畸等。牙体严重缺损的残冠/残根,经过完善牙髓治疗后,修复牙体形态和恢复其功能主要有两种修复方式：直接桩冠和桩核冠。当前,在临床工作中,桩核冠制造过程复杂,形式单一,在临床上残冠/残根可单独发生,也可继发新的疾患,还可与其他口腔疾患甚至某些相关系统疾病并存,该复杂性、多样性提示临床对其治疗应该进行个体化口腔修复治疗。 快速成型(rapid prototyping, RP)集中体现了计算机辅助设计(computeraided design, CAD)、激光加工、数控和新材料开发等多学科、多技术的综合应用。RP技术的特点是具有快速性、准确性以及擅长制造复杂实体的特点,广泛应用于工业精密制造领域。该技术与反求工程(revere engineering,RE)相结合,形成包括设计、制造、检测为一体的快速设计制造闭环反馈系统。将RF/RP技术运用于制作口腔修复体,能够简化、规范制作工序,节约制作成本,与其他自动化加工技术相比,具有明显的潜在优势和较好的应用前景。本研究在分析传统口腔修复体制作方法的基础上,提出了应用RPM技术制作桩核的技术方案,同时进行了基础和临床应用研究,以期为桩核的临床制作提供一种新的方法,为残冠/残根患者进行个体化口腔修复治疗提供新思路。 一、应用反求工程方法重建残冠/残根的三维数字模型。 目的：探讨用反求工程方法实现残冠/残根数字模型三维重建的方法,为个体化桩核的CAD设计与制作奠定基础. 方法：①选取牙体硬组织完整的离体牙齿(前牙和前磨牙)10颗,按桩核预备标准预备后分别用螺旋CT机和Mi-CT机进行扫描,所获得数据以DICOM格式文件进行存储；②应用Mimics软件将螺旋CT机和Mi-CT机扫描获得的数据分别进行处理,获得牙齿标本的数字模型,Geomagic9.0软件进行三维测量,同时生成STL格式文件；③用游标卡尺对牙齿标本进行测量,并与软件测量所获得的数据进行比较,采用配对比较t检验进行统计学分析. 结果：①用反求工程方法对离体牙标本实现了三维重建,获得其数字模型。Mi-CT数据源三维数字模型较螺旋CT数据源三维数字模型而言,模型边缘轮廓更为锐利、清晰.②应用螺旋CT机和Mi-CT机扫描获得的数字模型,经软件测量,与牙齿标本测量结果相比在统计学上无显著性差异(P均>0.05)。 结论：用反求工程方法能够准确、快速地实现残冠/残根模型的三维重建。 二、1.个体化桩核的设计与制作。(1)应用CT和激光扫描法建立桩核体的三维数字模型(库)。 方法：在标准模型上制备桩核体的模板,分别采用螺旋CT和激光扫描对其进行测量,应用Mimics软件和Geomagic9.0软件实现桩核体的三维实体化重建,并进行相应的软件测量,采用One-way ANOVA比较进行统计学分析。 结果：①用螺旋CT和激光扫描数据对桩核体的模板实现了三维实体化重建,获得桩核体的三维数字模型(库).②螺旋CT和激光扫描数据所建立的桩核体三维数字模型,边缘轮廓连续、平滑,肩台清晰可辨.③软件测量与实体模型的测量值高度相关,系统与常用的测量手段间具有较好的一致性.其中,软件测量组CT-M、软件测量组M-M和实体测量组M之间,无显著差异(P=0.935>0.05)。 结论：应用螺旋CT和激光扫描数据,能够准确、快速建立桩核体的三维数字模型(库),该数字模型(库)能直接被用来进行CAD设计。 2.应用RPM技术制作个体化桩核的实验研究。 目的：探讨应用RPM技术制作个体化桩核的可行性,以期为临床应用奠定基础. 方法：①以CT影像为数据源,通过Mimics软件处理,建立残冠/残根数字模型；②以CT影像为数据源,通过Ceomagic9.0软件构建桩核体三维数字模型(库);③应用反求软件得到残冠/残根点云数据,对桩核体及根部进行曲面设计,借助CAD软件对曲面模型进行实体化操作及工艺结构设计,将其轮廓数据转换为快速成型系统中的轮廓数据,快速成型制造出个体化桩核. 结果：在建立残冠/残根数字模型和桩核体三维数字模型(库)的基础上,由计算机辅助设计,快速成型制造出个体化桩核.修复体各部件达到设计位置,在离体牙上精密就位,效果满意。 结论:RPM技术可用于制作个体化桩核的设计和制造,为个体化修复开辟了新的途径,具有良好的应用前景。 3.应用RPM技术制作个体化桩核的适合性。 目的：研究RPM技术制作个体化桩核的适合性,探讨RPM技术的制作精度,以指导临床实践. 方法：①用数控车床精密加工残冠/残根基牙代型,以螺旋CT扫描数据建立代型数字模型；②分别用常规失蜡精密铸造法和RPM技术制作桩核；③采用扫描电镜观测并拍片计数的方法,测量RPM技术制作个体化桩核、常规铸造桩核的边缘适合性和内部适合性,采用组间比较t检验进行统计学分析. 结果：所制作的所有桩核均可精密就位,效果满意.常规制作桩核和RPM制作桩核边缘浮出量分别为47.99±9.26μm和45.95±8.09μm,二者比较无显著性差异,P (0.647)>0.05(表S23-1).常规制作桩核和RPM制作桩核组织面与代型之间间隙(表S23-2),在根管口处,分别为104.31±14.14μm和79.33±9.69μm,二者比较有显著性差异,P(0.001)<0.01;在根管中部,分别为83.91±12.86μm和80.68±10.74μm,二者比较无显著性差异,P(0.593)>0.05;在根管底部,分别为108.51±13.61μm和82.05±11.46μm,二者比较有显著性差异,P(0.001)<0.01. 结论:RPM技术制作个体化桩核具有良好的适合性,优于临床常规铸造桩核。 三、应用RPM技术制作个体化桩核的临床应用研究。 目的：研究RPM技术制作个体化桩核在临床应用的可行性,以期为残冠/残根患者提供个体化口腔修复治疗。 方法：对2例(5颗牙)上前牙缺损病例,在进行完善根管治疗的基础上,以螺旋CT扫描数据,通过图像处理得到目标区域的数字模型,并转换成点云数据.应用反求软件对个体化桩核进行曲面设计,借助CAD软件对曲面模型进行实体化操作及工艺结构设计.在进行RP模型制作后经铸造得到个体化桩核,对患者试戴后,进行桩核冠修复. 结果：获得了患者牙列及咬合关系的三维数字模型,RPM技术制作的个体化桩核在口腔内就位顺利,各部件达到设计位置.桩核冠修复后,咬合关系良好,达到美观设计要求。 结论:RPM技术制作个体化桩核可应用于临床实践,为残冠/残根患者提供个体化口腔修复治疗,具有重要的临床应用价值及良好的应用前景。

目录

论文说明：缩略语表

前 言

文献回顾

第一部分桩核在残冠／残根保存治疗中的应用

第二部分快速成型与反求工程技术在口腔医学中的应用

实验研究

第一部分应用反求工程方法重建残冠／残根的三维数字模型

第二部分个体化桩核体的设计与制作

实验一应用CT和激光扫描法建立桩核体的三维数字模型(库)

实验二应用RPM技术制作个体化桩核的实验研究

实验三应用RPM技术制作个体化桩核的适合性分析

第三部分RPM技术制作个体化桩核体的临床应用研究

全文总结

个人简历/博士后工作期间发表的论著/博士后工作期间申请的科研项目

致 谢

附 录 文中所用软件简介