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                  CAD/CAM系統在義齒領域的應用現狀

                  2021-12-17 09:49:41

                   隨著科學和技術的飛速發展,計算機輔助設計和計算機輔助制作(CAD/CAM)技術在口腔醫學領域中的應用也越來越廣泛深入。該技術以其高效、美觀、便捷和多媒體的特征向傳統口腔醫學注入新的活力,使傳統的口腔醫學正逐步邁入計算機信息化時代。本文就CAD/CAM系統在口腔修復領域的應用現狀作一綜述。


                  計算機輔助設計(Computer aided design,CAD)與計算機輔助制作(Computer aided manufacture,CAM)技術,融合了數學、光學、電子學、計算機圖像識別與處理、自動控制與自動化加工等多學科的知識與技術,在20世紀70年代被廣泛應用于工業自動化和航空航天領域。1983年,法國Duret研制的牙科CAD/CAM系統樣機問世;1985年在法國國際牙醫學術會議上Duret教授利用該設備制作出后牙瓷全冠體并成功地用于患者口腔,使得CAD/CAM用于口腔醫學領域成為現實。在進入90年代后,隨著現代光電子技術、計算機技術圖像分析處理技術等進一步發展,越來越多的牙科CAD/CAM系統問世。目前,已有10余種CAD/CAM系統問世,可制作嵌體、貼面、全冠、部分冠、固定橋等,CAD/CAM系統使口腔修復學跨入了現代高科技領域。


                  義齒CAD/CAM系統通常由數據采集(數字化印模)、計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制作(CAM)三部分子系統組成。在技術層面上對國內外義齒CAD/CAM技術簡要回顧,包括數據采集、數據庫、數據處理和數控加工技術及裝備等。


                  數據采集是義齒CAD/CAM的前端技術,主要任務為采集待修復牙齒的原始數據,以便為醫生或技師診斷和修復體制作提供必要的信息。目前,可利用的數據采集技術主要有激光掃描、光學反射、機械式采集和噪聲探測技術等。  


                  (1)激光掃描術的基本原理利用激光探測器獲取所需部位圖像,通過光感受器將光信號轉換為數字量,儲存于計算機,并在屏幕上顯示清晰的圖像。因該技術測量精度較高而制作簡單,故現在已得到廣泛應用。  


                  (2)光學反射技術信息獲取的另一途徑是運用光學反射原理并借助口腔視頻相機得到牙齒表面三維信息。例如,西門子公司研制的CEREC CAD/CAM系統便采用紅外線口腔照相機獲取牙齒的數據信息。該系統由發光二極管、透鏡組和分辨率為256×256像素的CCD組成。由光源將一系列格柵化光束投射到涂過反光劑的待測牙齒上,然后用視頻相機沿光束方向捕捉反射光束。與光學探頭相連的計算機將反射光信號轉換為電壓強度,經A/D轉換得到窩洞深度值,并在屏幕上顯示三維圖像。  


                  (3)機械式采集利用細小探針離線測量牙模三維表面信息。明尼蘇達州大學研制的探測系統便采用了這種技術。如圖4所示,該系統將測頭與待測牙模表面接觸,控制測頭沿其斷面方向移動,并由計算機自動記錄測頭尖端的坐標,從而獲得牙齒的三維表面數據。獲取的數字化模型可反映牙模表面深度、面積和體積,精度可達0.5μm,且可在Windows環境下成像。  


                  (4)噪聲探測技術雖然上述技術可獲得連續光滑表面的準確信息,但無法處理不連續部位,從而產生失真現象,為此可采用噪聲探測法解決這一問題。該方法通過獲取、分析牙齒的反射聲波信號得到解剖面的三維曲面信息,測量精度可高達5~10μm,但如何甄別虛假噪聲信號還有待進一步研究。


                  數據庫技術是義齒CAD/CAM技術的重要組成部分。目前,數據庫的開發主要圍繞標準牙冠幾何建模展開,而建模的首要任務是獲取標準牙冠的型面數據。獲取數據可采用下述途徑:  


                  (1)機械式采集,即利用細小探針離線測量牙模三維表面信息,從而獲得牙齒表面的三維點云數據; 


                  (2)激光掃描,即由激光掃描器測得標準牙的數據信息,通過光感受器將光信號轉換成相應的三維數字信息。 


                  數據處理技術[4]是義齒CAD/CAM技術的核心部分,涉及數據重構及修形等內容,進而為生成CAM刀位文件奠定基礎。早期的數據處理通常采用編碼技術,通過移動光標,直接對屏幕上的“模型”操作,修改修復體的外形輪廓,整個過程需2~10min。目前數據處理通常采用自動重構技術,即通過調用CAD/CAM系統中的數據庫自動形成牙齒重構模型。由于從數據庫中調用的是標準牙模,故仍需修改調整部分的牙冠外形,并根據約束條件與標準牙冠數據自動匹配。

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