數字化評估CAD/CAM個性化基臺與成品基臺影響粘接劑殘留的體外研究

岳兆國，張海東，楊靜文，侯建霞

(北京大學口腔醫學院·口腔醫院，1. 牙周科，2. 修復科 國家口腔疾病臨床醫學研究中心 口腔數字化醫療技術和材料國家工程實驗室 口腔數字醫學北京市重點實驗室，北京 100081)

種植基臺是連接上部修復結構和下方種植體的關鍵部件，基臺的材料、結構組成、臨床設計與制作技術對于成功的種植修復來說非常重要。粘接固位是種植修復中常用的固位方式[1]。然而在修復體的粘接過程中，多余的粘接劑常溢出修復體與基臺的交界面，進入植體周組織，難以徹底清除[2-3]。殘留的粘接劑是導致植體周炎的危險因素之一，可造成骨吸收，進而影響種植體的預后及存留率[4-7]。因此，如何避免粘接劑的殘留是保證種植修復體長期穩定、健康的關鍵因素之一。

學者們提出過不同的方法以減少粘接劑的殘留。Ichikawa等[8]提出在修復體上制作粘接劑排溢孔引導粘接劑的排出，以減少冠邊緣處的粘接劑排溢到植體周組織中。Galván等[9]在粘接前制作基臺代型，后將組織面涂勻粘接劑的修復體先在代型上就位一次，最后再進行口內粘接。Seo等[10]利用橡皮障和排齦線來阻止粘接劑向深部組織排溢。但上述方法都被證明并不能完全防止粘接劑殘留[11]。

個性化基臺(customized abutment，CA)又稱定制基臺，是根據種植體植入的位置和方向、軟組織形態及缺牙間隙，由醫師和技師個別設計的基臺。根據制作工藝的不同，個性化基臺可分為鑄造基臺、蠟型-掃描-研磨基臺以及計算機輔助設計/計算機輔助制造(computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM)基臺。Linkevicious[11]在2011年的研究表明，鑄造個性化基臺較成品基臺(stock abutment，SA)利于殘余粘接劑的清除，并分析其原因是個性化基臺邊緣相較成品基臺而言更符合患者個性化的軟組織形態，從而避免了某些位點的邊緣位于黏膜下過深的情況。然而，鑄造個性化基臺存在金屬收縮形變、精確度差、美學效果差等問題[12]。隨著CAD/CAM技術在口腔領域的廣泛應用，CAD/CAM個性化基臺以其制作簡便、精確度高、美學效果好的特性彌補了鑄造個性化基臺的不足[13]，逐漸被更多醫師采用。那么CAD/CAM個性化基臺在保證穿黏膜輪廓和穿黏膜高度適應植體周軟組織形態及厚度的前提下，相較于SA，是否能減少粘接劑的殘留？本研究即在體外模擬因牙周炎失牙位點的種植修復情況，采用先進的數字化方法，測量并比較CAD/CAM個性化基臺與成品基臺在體外粘接時殘留粘接劑的狀況，同時觀察基臺邊緣位置對粘接劑殘留的影響，為因牙周炎失牙位點種植修復時基臺的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 體外模型建立及分組

本研究所需的20個工作模型皆取自1例47歲男性患者，該患者2019年8月因右上中切牙缺失于北京大學口腔醫院牙周科就診，要求種植修復缺失牙。在納入研究前，該患者右上中切牙位置已植入一枚種植體(直徑3.5 mm，長度11.5 mm，NobelBiocare Replace NP，瑞典)并成功形成骨結合。在二期手術前，利用硅橡膠(Silagum，DMG，德國)制取口內印模，并利用Ⅳ型石膏(Dentona，AG，德國)灌注石膏模型后制作個性化愈合基臺，用以初步成型植體周軟組織。在二期術后4周，軟組織形態基本穩定后，測量得到植體平臺位于右上中切牙頰側黏膜下5 mm。

告知患者全部研究方案，患者充分知情并同意其種植位點的工作模型作為本研究的試驗模板。在體外將患者的個性化愈合基臺與替代體連接，制作個性化開窗式轉移桿，口內就位后取開窗式印模，待印模材料定型后取下，安裝直徑為3.5 mm的種植替代體(NobelBiocare Replace，瑞典)，利用硅橡膠(凱蒙，中國)制作人工牙齦以最大程度模仿口內植體周軟組織，并利用Ⅳ型石膏灌注20個相同的口外模型。

根據基臺種類將工作模型分為CAD/CAM個性化基臺組(DENFAC，高峰，中國；CCA組，n=10)和成品基臺組(Esthetic AbutmentNobelReplace NP 3 mm，瑞典；SA組，n=10)。根據粘接邊緣位置，將CCA組分為CCA1(穿黏膜高度5 mm，即粘接邊緣平齊黏膜，n=5)和CCA2(穿黏膜高度4 mm，即粘接邊緣位于黏膜下1 mm，n=5)，將SA組分為SA1(穿黏膜高度3 mm，即粘接邊緣位于黏膜下2 mm，n=5)與SA2(穿黏膜高度1 mm，即粘接邊緣位于黏膜下4 mm，n=5)。按照分組訂購基臺，獲得共20個實驗對象(圖1)。

A, CAD/CAM customized abutments (CCA) with 5 mm transmucosal height, margins at tissue level (CCA1); B, CCA with 4 mm transmucosal height, 1 mm submucosal margins (CCA2); C, stock abutments (SA) with 3 mm transmucosal height, 2 mm submucosal margins (SA1); D, SA with 1 mm transmucosal height, 4 mm submucosal margins (SA2).

1.2 修復體粘接

在修復體表面開孔，以便在粘接后作為螺絲通道，使冠-基臺復合體可被摘取。牙冠和基臺可能會接觸到人工牙齦的部位，都在粘接前用拋光橡皮輪充分拋光。在粘接前，基臺螺絲孔道用紅蠟(GEO Crowax，Renfert，德國)覆蓋，修復體的開孔用光固化樹脂(Beautifil E，Shofu，日本)填實，以防粘接劑堵塞螺絲孔道，并阻斷粘接劑可能從開孔溢出的通路，使得粘接劑均從修復體與基臺邊緣溢出，同時更好地模擬上部修復的標準臨床粘接過程。粘接前將冠試戴在基臺上，用尖探針在2.5倍放大鏡下檢查冠與基臺邊緣的密合性，并觀察修復體切緣，檢查切緣是否與對側同名牙切緣平齊，并將此作為粘接時的就位標準。將所有對象的修復體和基臺在無粘接劑下就位于掃描儀內的替代體上，分別掃描得到粘接前三角網格模型(standard tessellation language，STL)數據文件。在此之后，選用樹脂改性玻璃離子水門汀(Fuji Plus，GC，日本)作為粘接劑，根據預實驗所測得的粘接劑所需的用量，每個修復體采用相同質量的粉和相同滴數的液調拌粘接劑，并將粘接劑均勻且菲薄地涂布于修復體的全部組織面，迅速運用指力按壓就位，使其切緣與對側同名牙切緣平齊。多余的粘接劑由另一位不知曉樣本分組的修復?？漆t師用探針(EXD57，Hu-Friedy，美國)和牙線(CLINICA，Lion，日本)去除，直至不再有新的粘接劑被器械探及或帶出。將修復體螺絲孔道內的樹脂及基臺螺絲孔道內的蠟去除，卸下中央螺絲，獲得種植體冠-基臺復合體，再次在2.5倍放大鏡下檢查冠與基臺邊緣的密合性，若不密合，則需將冠脫位后重新粘接，若就位良好，收集該樣本以待數據的測量。

1.3 殘留粘接劑體積的測量

本研究采用數字化手段獲取殘留粘接劑的STL數據，以便計算體積。將獲得的冠-基臺復合體通過螺絲固位于相應的替代體上，利用硅橡膠印模材料(Silagum，DMG，德國)使掃描對象垂直豎立在模型掃描倉(Freedom，DOF，韓國)內，以單側石膏模型模式掃描20個對象獲得20個STL數據，并導入逆向工程軟件(Geomagic Studio 2012，美國)， 利用布爾運算將粘接后的數據與相應的粘接前數據相減，得到殘留粘接劑三維數據，并計算后者體積(mm3，圖2)。

圖2 數字化方法測量殘留粘接劑的體積

1.4 殘留粘接劑面積百分比的測量

將獲得的冠-基臺復合體通過螺絲固位于相應的替代體上，并利用硅橡膠印模材料使掃描對象垂直豎立。保持樣本與相機(Nikon D300s，日本)鏡頭之間250 mm的恒定標準距離，并確保鏡頭中心與基臺-替代體交界面始終保持同一水平，調節參數至感光度200、光圈值36、快門速度1/150 s，為每個樣本拍攝四個面(近中、遠中、頰側、腭側)的二維圖像數據，共80個圖像數據。將數據導入圖像處理軟件(Adobe Photoshop CC 2018，英國)，利用“pen tool”和“make path”兩個工具標記出圖像中的粘接劑邊界及整個樣本的截面范圍，計算粘接劑圖像的像素數目和整個截面像素數目的比值(圖3)，即為殘留粘接劑面積百分比(%)。

1.5 殘留粘接劑質量的稱量

取20個Eppendorf管并對應20個樣本進行編號，分別在分析天平(METTLER-TOLEDO，瑞士)上稱重并記錄，將摘取下的冠-基臺復合體上殘留的粘接劑利用純鈦刮治器(ErgoMix，LM，芬蘭)去除并收集在相應的Eppendorf管內，用分析天平稱量，計算Eppendorf管前后質量差值即為殘留粘接劑的質量(g)，共獲得20個稱量數據。

A, the abutment and crown were erected using silicone rubber material; B, taking photo with a single lens reflex camera at a constant distance (250 mm); C, four aspects (buccal-, lingual-, mesial- and distal-) of each sample were snapshotted for analysis; D, calculating residual cement area proportion using software.

1.6 統計學方法

通過SPSS 18.0(IBM，美國)進行統計學分析。計算殘留粘接劑的體積、面積百分比以及質量的均值和標準差，對CCA組和SA組數據做獨立樣本t檢驗后，驗證CCA1、CCA2、SA1及SA2四個亞組樣本的方差齊性和正態性，并進行單因素方差分析(one-way ANOVA)。若結果為總體均數不全相等，則利用最小顯著性差異法進一步做多個樣本均數的兩兩比較。將三維掃描測量的殘留粘接劑體積與殘留粘接劑的面積百分比、殘留粘接劑的質量進行相關性分析，分別計算Spearman秩相關系數后，對系數進行假設檢驗。假設檢驗均以α=0.05作為檢驗水準進行雙側檢驗。

2 結果

2.1 CCA組殘留粘接劑少于SA組

所有的實驗樣本粘接邊緣處均有粘接劑殘留，三種測量方法分別顯示，CCA組殘留粘接劑的體積、面積百分比和質量均顯著小于SA組，差異具有統計學意義(表1)。

表1 CCA組殘留粘接劑少于SA組

2.2 CCA組中殘留粘接劑的體積顯著小于SA組

CCA1殘留粘接劑的體積顯著小于SA1及SA2(P=0.012，P=0.004)，CCA2殘留粘接劑的體積也顯著小于SA1(P=0.007)及SA2(P=0.002)；而CCA組和SA組內部兩個亞組間殘留粘接劑體積差異均無統計學意義(P=0.775，P=0.564，表2)。

2.3 CAD/CAM個性化基臺組中殘留粘接劑的面積百分比顯著小于成品基臺組

CCA1殘留粘接劑的面積百分比小于SA1(P=0.011)及SA2(P=0.007)， CCA2殘留粘接劑的面積百分比也小于SA1(P=0.009)及SA2(P=0.005)， 而CCA組和SA組內部兩個亞組間殘留粘接劑的面積百分比差異均無統計學意義(P=0.922，P=0.081，表2)。

2.4 CCA組殘留粘接劑的質量顯著小于SA組

CCA1殘留粘接劑的質量小于SA1(P=0.039)及SA2(P=0.011)，CCA2殘留粘接劑的質量也小于SA1(P=0.017)及SA2(P=0.005)，而CCA組和SA組內部兩個亞組間殘留粘接劑的質量差異無統計學意義(P=0.688，P=0.547，表2)。

表2 CCA組與SA組殘留粘接劑量的比較

2.5 殘留粘接劑的體積與面積百分比及質量間的相關性分析

殘留粘接劑體積與面積百分比(r=0.798)及質量(r= 0.912)間均成正相關，且具有統計學意義(P<0.001)。

3 討論

粘接固位是種植修復中的一種常用固位方式，相較于螺絲固位，它具有較好的美觀性，能最大程度保證修復體的被動就位，調牙合簡便且機械并發癥低[14]，但殘留的粘接劑是該固位方式的主要弊端[15]，也是植體周黏膜炎和植體周炎的危險因素[16]。目前尚無可以完全避免粘接劑殘留的方法，尤其當修復體邊緣位于黏膜下時[3,17-19]，且殘留粘接劑更易引起有牙周炎病史患者的植體周炎，尤其當種植位點患牙因牙周炎拔除，嵴頂軟組織較厚時[7]。因此，本研究先復制1例因牙周炎失牙、行種植修復患者的臨床狀況，在體外評價CAD/CAM個性化基臺相較于成品基臺減少粘接劑殘留的效果。

粘接劑殘留是否一定導致植體周炎尚存在爭議。有研究指出，粘接固位的種植修復體發生植體周炎風險并不比螺絲固位高[20-21]。同時，也有研究指出粘接劑的殘留與植體周黏膜炎和植體周炎之間具有強相關性，可引起出血，形成膿腫及炎癥，導致附著喪失，甚至植體失敗[4-7]。本研究在所有的研究對象上均觀察到粘接劑的殘留，此結果與其他研究結果類似[3]，因此，為保證種植體的長期預后，如何最大程度地減小粘接劑殘留仍是目前粘接固位種植基臺設計的重要目標之一。

有研究報道，基臺粘接邊緣的位置可能影響粘接劑的殘留，黏膜上粘接邊緣或平齊黏膜粘接邊緣的基臺設計相較于黏膜下粘接邊緣，可以一定程度地減少殘余粘接劑的量[3]。但在面對復雜的臨床情況時，臨床醫師常常不能避免設計帶有黏膜下粘接邊緣的上部修復體。植體周軟組織厚度是影響粘接邊緣設計的重要因素，軟組織厚度是覆蓋牙槽嵴頂的軟組織的垂直高度，在植體安裝基臺后，這個厚度會轉化為植體上部修復體的穿黏膜高度。2017年Fuchigami等[22]研究發現，在非牙周炎失牙的位點，種植修復前軟組織厚度為1～7 mm，平均厚度為3.6 mm，而在因牙周炎失牙的位點，軟組織厚度為1.5～9.0 mm，平均厚度為3.8 mm，且與拔牙前牙周炎癥程度呈正相關[23]。成品基臺的穿黏膜高度通常為1～3 mm，難于匹配軟組織厚度過大的位點，致使粘接邊緣位于臨床難以徹底清除粘接劑的深度。以本研究所用種植系統為例，NobelReplace Esthetic Abutment?成品基臺的穿黏膜高度僅有1 mm和3 mm可供術者選擇，對于嵴頂黏膜厚度超過4 mm的常見臨床狀況，選用成品基臺后粘接邊緣位于黏膜下2 mm或以上，增加了粘接劑清除的難度。相較而言，本研究采用的CAD/CAM個性化基臺可根據穿黏膜輪廓及黏膜厚度個性化設計邊緣位置，從而使邊緣在植體四周都位于黏膜下1 mm內的位置，避免了成品基臺穿黏膜高度設計的局限性。

本研究結果顯示，不論采用哪種檢測方法，CCA1組與CCA2組間殘留的粘接劑并無明顯差異，SA1組與SA2組間殘留的粘接劑亦無明顯差異(表2)，但CCA組較SA組能顯著減少粘接劑的殘留，差異具有統計學意義。首先，可能是由于CAD/CAM個性化基臺的邊緣位置可根據黏膜厚度，將其設計在黏膜下1 mm以內的位置，不會出現粘接邊緣位于黏膜下過深位置的現象，從而有利于粘接劑的清除[24]。其次，可能是成品基臺的近遠中徑常顯著小于實際缺牙區的近遠中徑，從而導致粘接界面與穿黏膜輪廓間出現倒凹(undercut)(圖4)，即粘接邊緣至穿黏膜輪廓邊緣存在水平向間隙，很大程度妨礙了術者對粘接劑的清理，可加重粘接劑殘留的現象[25]，而個性化設計制作的基臺的穿黏膜輪廓完全順應植體周軟組織的邊緣形態，無倒凹，便于粘接劑的清除。再次，成品基臺穿黏膜高度通常為1～3 mm，本研究采用的1 mm及3 mm成品基臺，相對于患者5 mm的牙齦高度，粘接邊緣分別位于黏膜下2 mm或4 mm，較深的粘接位置增加了臨床有效清除粘接劑的難度[26]。因此，本研究結果顯示，CAD/CAM個性化基臺較成品基臺利于臨床工作中清除多余的粘接劑，從而有效減少粘接劑的殘留，提示臨床設計時應根據軟組織厚度情況，將基臺邊緣設計在黏膜下1 mm內，以最大可能減少粘接劑殘留，從而獲得更好的臨床效果。此外，盡管CCA1齊齦粘接邊緣組殘留粘接劑較CCA2齦下1 mm粘接邊緣組多，但兩組間的差異沒有統計學意義。這與國際口腔種植學會共識報告相符[27]，即肩臺設計深度若超過齦下1.5 mm，粘接劑殘留的風險將顯著增加，而在齦下1.5 mm以內的不同肩臺位置對粘接劑殘留則無明顯影響。本研究中CCA組間差異未見統計學意義，可能是由于測量誤差，還需要在后續相關研究中優化條件，例如采用與全瓷冠色差較大的磷酸鋅水門汀作為粘接劑以避免測量誤差。

☆, the undercut is the distance between the cementation line and the restoration emergence profile margin.

對于殘留粘接劑的量化評估，傳統方法存在一定的局限性。粘接劑的面積測量存在不同拍攝角度之間相同區域的粘接劑面積重復計算的現象，例如在圖像分析唇面和近中面時，近中唇軸角處的粘接劑面積會在這兩個角度重復算入，導致面積比例計算結果比實際大。而殘留粘接劑的稱重測量，不能反映粘接劑殘余的面積及位置分布。實際上，殘留粘接劑的危害，主要是作為局部刺激因素加速菌斑積聚[11, 28]，其作用的強弱可能更多地和殘留粘接劑的面積及分布位置有關。同樣質量的粘接劑可能因為分散程度的不同而呈現出不同的危害性，此差異難以用稱重的方式評估。牙頜模型三維掃描技術的興起，使得數據的測量變得更為簡便，以往在石膏模型上難以測量的數據可由實驗者運用掃描技術準確獲取[29]。本研究采用模型掃描的方法獲取實驗對象的三維立體數據，并通過布爾運算得到樣本殘余粘接劑的體積，能夠直觀且客觀地反映出殘留粘接劑的量及分布情況。本研究結果也進一步證實，三維掃描獲取的殘留粘接劑體積數據與殘留粘接劑的面積百分比及其重量的測量數據高度相關，對評估殘留粘接劑的量及位置分布有重要指導意義及臨床參考價值。

綜上所述，本研究結果提示，CAD/CAM個性化基臺較成品基臺能更有效地減少粘接劑的殘留，從而更有利于植體周組織的長期健康和穩定。本研究結果初步說明三維掃描技術可以通過獲取殘留粘接劑的體積數據來反映粘接劑殘留的量及位置分布，但其作為檢測手段的效度和信度還需與實際體積做分析和比較以進一步驗證。