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数学模型在生成局部CAD/CAM自然牙冠形态的效率AndreasEnder&WernerH.Mörmann&AlbertMehlReceived:4August2009/Accepted:12January2010/Publishedonline:9February2010#Springer-Verlag2010摘要这个“生物牙齿模型”可以用于咬合表面的计算机辅助设计（下面简称CAD）的牙齿恢复。从数字3D数据库中自动检索到一个和自然表面相吻合的形态留着备用。这个研究评估了通过CAD和计算机辅助制造（一下简称CAM）的组合生成较好适配的偏冠的这个方法的潜能。12个带有偏冠的模型准备被安装到一个联合器咬合架上。偏冠是用Cerec3DCAD软件基于生物牙齿设计而成，同时也通过Cerec3DCAD这个软件的数据库进行控制。设计的时间是有规则的，同时在逼真度上至少与外形相接近了。研磨修复巩固了模型，同时垂直差异和最终咬合调节的时间的时间也被测量出来了。相对而言Biog.CAD在设计偏冠上面比Conv.CAD提供了更高的逼真度（从225到11），更快的速度（251±78秒）。垂直差异：Conv.CAD软件为0.52(±0.28)mm，而Biog.CAD软件只有0.46(±0.19)mm；咬合调节时间：Conv.CAD软件为118(±132)秒，而Biog.CAD软件只有102(±77)秒，这难道不是显著的差异吗？总之，生物牙齿模型是一个相对于常规的能在完全自动化中生成较高逼真度的偏冠的计算机辅助技术。关键词CAD/CAM.生物牙齿模型.Cerec.咬合表面简介重构阻塞是恢复性牙科中的主要问题。虽然关于阻塞这个概念的争论超过了十几年，普遍的共识是咬合修复设计应该停留在剩余牙齿的谐波关系中，同时局部的咬合触体应该建立口颌系统的抗干扰功能。在CAD/CAM牙医学领域里，阻塞主要是由CAD软件基于标准形态学下生成的。然而一个自动调适标准的形态学到个人临床缺陷情况的过程是非常困难的,许多失败的案例导致建议用手动改编的设计工具。在二维监视上这是一项富有挑战性和费时的任务，同时也需要大量的CAD软件知识。最新的CAD软件的采用的算法以适应阻塞静态或者动态咬合，至少对于全冠的登记。“生物牙齿模型”是一个运用CAD/CAM生成牙齿形态的基本新方式。它通过引用若干具体参数用数学的方法描述了每个后牙。这些信息来自于一个通过数百次扫描人类完整且又自然的龋的后牙咬合面的3D数据图书馆。生物牙齿模型提取了所有可能的特征以及计算出了一个牙齿的平均数字。每个数据库里的牙齿与平均值的偏差取决于一个主轴的分析。用这个数学描述法,它是可能通过分析其剩余牙的物质重建一个消失的表面区域。作为CAD软件的一部分，生物牙齿模型提供了完全自动化设计牙齿偏冠的可能性。本研究的目的是探讨这一新的CAD软件就其在生成局部CAD/CAM自然牙冠形态的效率。在此基础上，对下面的假说进行了测试：基于生物牙齿模型的CAD软件是否在生成偏冠a比传统的数据库CAD软件更快，生成偏冠b也传统的更逼真，而且减少了产生的偏冠c的垂直差异和咬合调节的时间？材料和方法自然牙齿模型和准备工作选取12个病人（6男6女），年龄从17岁到34岁，对他们的至少包括第二磨牙和完整的未修复的牙齿的咬合形态进行研究。他们都同意参与本研究。从硅印象(Honigumblue,DMG,Hamburg,Germany)中产生的IV型石膏(DentonaEstheticGold,Dentona,Dortmund,Germany)作为石膏的替代品根据颞下颌关节关系(Artexfacebowsystem,AmannGirrbach,Pforzheim,Germany)和习惯性的发音(R-SI-LineMetalBite,R-Dental,Hamburg,Germany)被安装到联接器绞合架(ArtexTK,AmannGirrbach,Pforzheim,Germany)上。在咬合指示器(Hanelfoil,Roeko,Langenau,Germany)的帮助下对该模型进行调节以得到口腔中同样咬合接触的记录。对于每个模型，使用随机选择的程序(SPSS13.1,SPSSInc.,Chicago,IL,USA)随机选择的一个臼齿的一个偏冠取代一个尖点，第二个磨牙取代另外三个不在同个象限或相反位置的尖点。二十四个准备工作由三名经验丰富的牙医执行（每人八个），根据全陶瓷方案用最小厚度为1.0mm在主裂缝，1.5mm在牙尖端，结果用十二个偏冠取代一个尖点，另外十二个偏冠取代三个尖点。图1偏冠的设计做准备，并用光电相机(CEREC-3D,Sirona,Bensheim,Germany)对咬口组织进行注册扫描。每个偏冠在经验丰富的牙医用基于传统数据库的Cerec3DCADV2.80软件进行一次设计，同时用基于生物牙齿模型的数据库的Cerec3DCADV3.01软件进行一次设计。两种模式都需要手动调整,然而,生物牙齿模式,主要是在颊、口头和邻近的表面而不是咬合表面。设计时间是权衡互动变化的数量的。软件的设计参数设置如下:垫片20μm、粘合间隙20μm、虚拟磨削差距-25μm、咬合接触强度25μm、边缘厚度0μm。调整修复达到是一种与周围相匹配的自然形态的情况和三到四个咬合接触靠近中心尖点和中央窝为软件的版本。然后,在磨削过程开始之前，“虚拟磨削”工具被激活来设置咬合接触到预定的力量为-25μm。针对每个方案，设计时间测量了从第一次激活的设计工具到最后调节Biog.CAD和Conv.CAD的24次设计时间。图2形态的逼真度在双盲测试中偏冠的形态由视觉判断进行评估。为了达到这个目的,这些偏冠的设计被一对一对的展示在两台显示器上(A组和B组),并肩站在一起连接到一台计算机上。每个偏冠的两种设计被按随机的顺序展示在屏幕左侧和右侧。关于图2所示的类型没有给出任何外部的线索。表1表2垂直差异以及调整所有偏冠用CAM装置(Cerec3serialno16284,Sirona,Bensheim,Germany;Fig.3a,b).的长石陶艺(VitaMKII,VitaZahnfabrik,BadSäckingen,Germany)进行三次加工。加工过的偏冠的近端表面使用磨盘(Sof-Lex,3MEspe,Rüschlikon,Switzerland)研磨以得到完美的视觉位置同时使用A型硅水泥(Temposil,ColtèneWhaledent,Altstätten,Switzerland)进行巩固。针对垂直的增加和咬合时间的调节采取各自研磨修复（n=72时，用Conv.CAD;n=72时，用Biog.CAD）所导致三个垂直差异和时间调整的值。这三个指的平均值对应各自修复的一个值。为了确定垂直增加,丙烯酸树脂材料溶剂(Duralay,Reliance,Worth,IL,USA)被放置在切板上,同时用锁销关闭联合绞合器。介于销和切板之间的丙烯酸树脂的厚度用千分表(1/1,000mmsteps,TesaYR,TesaSA,Renens,Switzerland)测量。咬合接触用指示器(Hanel12μm,Roeko,Langenau,Germany;Fig.3,c/cc)标记。三个牙医用每分钟40000转的反角手柄和金刚石转头(40μmgrain,ISOCode314257514,Intensiv,Lugano,Switzerland)作连续的调节。修复的排列顺序是随机的,所以他们都没有察觉到的修复的设计模式。目的是使咬合接触均匀的分布在修复体和联合绞合器销与切板之间相邻的牙齿上。图3统计分析用t样本检验法(SPSS15.0,SPSSInc.,Chicago,IL,USA)比较设计时间、垂直差异和咬合调节时间的结果。根据Kolmogorov-Smirnoff正态分布测试法(SPSS15.0,SPSSInc.,Chicago,IL,USA)对测量数据进行了测试。显著性水平被设置成p=0.05.对一个尖端和三个尖端之间，Conv.CAD和Biog.CAD之间进行统计学上的差异测试。垂直差异及咬合调和时间之间的关系进行了线性回归分析、皮尔逊相关系数(SPSS15.0,SPSSInc.,Chicago,IL,USA)测试。用威尔克斯符号等级鉴定法(p=0.01,SPSS15.0,SPSSInc.,Chicago,IL,USA)分析关于减小裂缝、咬合接触,和尖端形状的问卷调查。用博格测试法对关于用Biog.CAD和Conv.CAD产生的咬合形态的逼真度的整体评分的差异进行统计学的分析。在这个案例中，介于生物修复的分数与传统修复进程的分数的总和的组合件，同时各自的频率都被记录在一张表格上。用卡巴统计学测试Interexaminer的可靠性，同时被两个以上的评委用弗雷斯卡巴进行修正。结果一个尖端和三个尖端之间的修复没有出现显著性的差异。因此对数据集中成两种，一种是Biog.CAD、一种是Conv.CAD。根据Kolmogorrov-Smirnoff测试法可知施工时间、咬合时间的调整和垂直差异的测量值分布是正常的。Conv.CAD的设计时间平均为354±74秒，而Biog.CAD的设计时间只有92±33秒，由此可知重要的时间增益为251(±78)秒。图表四显示了Conv.CAD和Biog.CAD的虚拟建造时间。Conv.CAD的平均咬合调节时间为118±132秒，而Biog.CAD则为102±77秒，由图表四可以看出在统计学上基本没有不同。Conv.CAD的垂直差异为0.52±0.28毫米，而Biog.CAD则是0.46±0.19毫米，也没有太大的差异。在表格五中显示了两组的垂直差异。垂直差异与调节时间的不存在相关性。单个形态的视觉评估的结果在表格6中可以看到。对于每个标准，有240分（24个样品X10个牙医）可以获得。从裂缝修补与尖端形状可以看出Biog.CAD创造出的得到了更高的偏爱（裂缝修补得到了225分，尖端形状得到了176分）。而咬合接触的标准两者都没很大的区别（Conv.CAD为44分。Biog.CAD为67分）。Interexaminer的可靠性的卡巴值从咬合接触的0.51到尖端形状的0.59再到裂缝修复的0.88，每个数据都表面了模型的稳定，完美的和谐。全部模型的排名结果呈现在表格3中。这个表格显示了分数加入到表格2后每个的修复情况。总之，有240个等级可以划分。先剔除两个等级，因为它们不是很有效。其中一排的所有区域是Biog.CAD修复的分数，另一排是Conv.CAD修复的分数。在几乎所有被高度偏爱的案例中Biog.CAD创造的形态（表格3里的第三纵列）被看作是完美的，即使在下面一些情况下，被看作有缺陷（形态太平坦或者太平滑，第三纵列，3、4两行）的Conv.CAD形态，比如有66个等级用两者产生的形态（表格3，第三列，第三行）都一样完美，然而有123个等级中，当Conv.CAD产生的很差的时候，生物牙齿模型提供了一个更完美的形态（表格3.第三列，第五行）。卡巴值为0.61的全部Interexaminer可靠性是具有实质意义的。图4图6图6表3讨论设计咬合形态是CAD/CAM制造偏冠的一个基本步骤。与常规软件相比，这里的耗时是由形态学的标准所引起的，这不得不适应用手工交互式设计工具对当个单个牙齿进行设计。尤其当使用chair-sideCAD/CAD软件，比如Cerec3D，在建造时间上的任何改进都会减少牙科的操作。当前研究结果清楚的证明了Biog.CAD软件缩短4到5分钟的偏冠设计的时间，同时证明了我们的假设。这个结果对比在我们先前用Cerec3DCAD/CAM系统里的Conv.CAD软件进行建造所节省的6到14分钟的时间现实的很低端。这个差异可以通过当前研究的事实来解释，一个经验丰富的牙医设计偏冠包括了手动更正。这也印证了这一点,即使是经验丰富的用户将借鉴生物牙齿模型。如果有必要更正，也仅限于近端表面或者发音的中间区域和面颊。一些地区的知识型的生物牙齿模型被用