SLM制作纯钛可摘局部义齿支架的X线探伤研究
邱丽芳 毛然然
[关键词]选择性激光熔覆;可摘义齿;加工精度;X线探伤;适合性
牙列缺损是指在上颌或下颌的牙列中有数目不等的牙齿缺失，易造成咀嚼功能障碍，引发牙齿松动，影响美观，严重影响患者健康与生活质量[1-2]。固定局部义齿、种植支持及可摘局部义齿为目前牙列缺损的主要修复方式，其中可摘局部义齿修复具有创伤较低、预后较好且价格低廉的优点，近年来在临床实践中占据着很大比例，但可摘局部义齿支架制作过程复杂繁琐，每个环节均存在影响加工精度的因素[3-4]。选择性激光熔覆（Selective lasermelting，SLM）是一种口腔修复体制作领域的以增材制造技术为基础的新技术，可大量加工结构复杂物体，成型件结构致密且尺寸精度高[5-6]。有研究者[7]使用SLM制作可摘局部义齿钴铬合金支架，发现其内部质量及适合性良好，但目前关于SLM制作纯钛可摘局部义齿支架的X线探伤研究较少。因此，本研究就SLM制作纯钛可摘局部义齿支架的X线探伤情况及加工精度、适合性进行了评估，以期为SLM临床应用提供参考，现将结果报道如下。
1 材料和方法
1.1 原始石膏模型获取：选取2019年1月于笔者医院就诊的1例肯氏Ⅱ类牙列缺损患者，其15、16、17牙缺失，该患者进行基牙颌支托窝、导平面、间隙卡沟预备，完成可摘局部义齿修复。经患者知情同意并獲得笔者医院医学伦理委员会批准，常规制取印模并翻制超硬石膏模型（上海医疗器械股份有限公司），再通过加成型硅橡胶印模材料（德国DMG公司）翻制成10副模型。
1.2 可摘局部义齿支架制作
1.2.1 SLM纯钛支架：从10副模型中随机选取1副模型使用三维光学扫描仪（武汉中观自动化科技有限公司，型号：CS-2M-ATOS）扫描，重建数字化工作模型，使用计算机辅助设计软件（深圳智城计算机辅助设计有限公司）完成可摘局部义齿支架的计算机辅助设计，将计算机辅助设计数据以.stl格式导入Magics软件（上海联泰科技股份有限公司），设置支撑结构并分层，使用平均粒径约38μm的纯钛粉末（湖南顶立科技有限公司），通过SLM三维3D打印成型机（香港瑞丰先进制造技术有限公司）三维打印10个可摘局部义齿纯钛支架，去除支撑结构，缓慢升温至800℃，保温4h，氩气冷却。
1.2.2 铸造纯钛支架：由1名口腔技师使用上述10副超硬石膏模型制作可摘局部义齿支架蜡型，所有蜡型各部件与模型贴合，用磷酸盐包埋料包埋，纯钛铸造机（河南圣邦精密铸造有限公司，型号：XJ-11）铸造纯钛支架10个，采用Al2O3砂粒对冠内面喷砂30s，切除铸道，打磨抛光。
1.3 SLM纯钛支架的加工精度检测：将SLM纯钛支架表面均匀喷布一薄层显像剂（成都派瑞义齿科技发展有限公司），使用三维光学扫描仪扫描，获取多视场点云数据，将支架扫描数据与对应计算机辅助设计数据分别导入Geomagic Qualify 13软件（美国Geomagic公司），进行3D偏差分析。随后将10个支架表面扫描与计算机辅助设计数据同时导入Geomagic Studio 2013软件（美国Geomagic公司）中进行联合处理，完成后导入Geomagic Qualify13软件进行总体3D偏差分析，设置测试最大临界值为1.0000mm，设置测试最小临界值分别为-1.0000mm，设置测试最大名义值为0.1000 mm，设置测试最小名义值分别为-0.1000mm，观察并计算数据点在各个分段（±0.100、±0.200、±0.300 mm）中的吻合度。
1.4 SLM纯钛支架的X线探伤检测：采用X线机（北京西化仪科技有限公司，型号：M379330）拍摄SLM纯钛支架与铸造纯钛支架，观察X线片上的可摘局部义齿支架内部是否有气孔、裂痕等缺陷，记录支架内部缺陷的个数和位置。设置曝光条件为：管电流200mA，管电压70kV，照射距离约50cm，曝光时间63ms。
1.5 SLM纯钛支架的适合性检测：SLM纯钛支架与铸造纯钛支架经常规打磨、抛光后完全就位于相应石膏模型上，肉眼检查其颌支托、卡环、邻面板等部件是否到位，观察支架组织面与石膏模型对应区域是否紧贴，手动按压支架检测动度。然后在冠内注入硅橡胶轻体，制取修复体与预备体之间的粘接间隙，制备硅橡胶间隙印模试件，将硅橡胶间隙印模试件于体视显微镜（北京西化仪科技有限公司，型号：MIC-SMZ168TL）下使用ACT-2U图像分析软件（日本Nikon公司）测量冠内面与代型表面间的垂直间隙。测量点示意图见图1，测量3次，取平均值。
1.6 统计学分析：使用SPSS 22.0软件，采用Wilcoxon秩和检验比较SLM纯钛支架和铸造纯钛支架的X线探伤结果，采用t检验比较SLM纯钛支架和铸造纯钛支架的适合性测量结果，计量资料以（x?±s）表示，P<0.05表示差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 SLM纯钛支架的加工精度：3D偏差图显示，SLM纯钛可摘局部义齿支架整体呈现绿色，其整体3D偏差处于-0.1～0.1mm之间（见图2）。3D精度分析结果显示，SLM纯钛可摘局部义齿支架SD 偏差为0.082mm，RMS偏差为0.106mm，Mean偏差为0.087mm。见表1。
2.2 SLM纯钛支架和铸造纯钛支架的X线探伤结果：铸造纯钛支架的内部气孔数显著高于SLM纯钛支架，差异具有统计学意义（P<0.05），见表2、图3。
2.3 SLM纯钛支架和铸造纯钛支架的适合性测量结果：SLM纯钛支架就位于石膏模型后肉眼观察可见卡环、颌支托等部件完全就位，支架组织面与石膏模型紧密贴合，手动按压支架无明显翘动。SLM纯钛支架边缘、肩台中央、轴面中央、牙合面中央适合性明显优于铸造纯钛支架，差异有统计学意义（P<0.05），见表3。
3 讨论
随着全球人口不断增加及人均寿命提升，人口老龄化越发严重，牙列缺损比例逐渐增加[8]。据调查显示[9]45～54岁年龄组里有9%出现牙列缺损，65～74岁年龄组里有38%出现牙列缺损，75～84岁年龄组里有45%出现牙列缺损。牙列缺损会对人体产生多种影响，主要包括引起咀嚼能力下降、语言功能障碍、牙齿脱落等。有研究表明[10]牙缺失修复越晚，其修复效果越差，从而对机体造成功能障碍越严重。因此，寻求有效方法对牙列缺损患者进行早期修复有助于提升患者健康水平及生活质量。
固定局部义齿、可摘局部义齿及种植辅助修复为牙列缺损的主要修复方式，当前种植辅助修复及固定局部义齿修复在临床的应用较为普遍，但患者存在软硬组织大量缺失及牙周病等医学禁忌证时，可摘局部义齿修复是一种更为合适的修复方式。可摘局部义齿支架制作过程相当冗余、繁琐，包括复制模型、模型试上合架、试排人工牙、工作模型设计、工作模型处理、复制耐高温模型、制作义齿支架熔模、包埋及铸造、支架后处理及塑料充填，各环节存在的模型浸泡时间过长、温度变化、多次摘戴熔模、磷酸盐耐火材料粉液比例不当、搅拌不均、灌注不当及硬化剂在铸圈预热阶段未去除干净等因素均会影响最终精度[11]。SLM是一种基于“增材”方式的快速成型技术，其加工修复体的内部致密性好，其密度可达99.8%，材料利用率高，回收再利用率可达95.0%，可大量加工结构复杂物体，摒弃后续的排牙及塑料充填程序，避免传统失蜡铸造技术的繁琐流程，减少可摘局部义齿支架制作过程中的误差，提高可摘局部义齿加工精度[12]。可摘局部义齿金属支架加工精度是评价该制作工艺的重要指标，可决定可摘局部义齿能否正常行使功能，也是临床保证可摘局部义齿金属支架适合性良好的重要前提。本研究通过SLM制作的可摘局部义齿纯钛支架的整体平均误差为（0.087±0.082）mm，这与党玉琪等[13]研究结果相似，可见该加工精度高，可满足临床要求。金属修复体铸造过程中修复体内部易产生缩孔和气孔等缺陷，而这些缺陷导致可摘局部义齿强度降低，从而使其使用寿命缩短。X线探伤检测技术是临床常用的修复体无损探伤检测技术，具有缩孔和气孔等缺陷易定量、定位、定性的优点[14]。
本研究使用X线对可摘局部义齿钴铬合金支架的内部进行评价，并与传统铸造纯钛支架进行对比，发现SLM纯钛支架内部影像均匀，无缩孔、气孔等缺陷，铸造纯钛支架的内部气孔数显著高于SLM纯钛支架，说明可摘局部义齿钴铬合金支架内部质量良好。可摘局部义齿金属支架的适合性对患者预后有较大影响，适合性良好的可摘局部义齿金属支架能减少患者口腔菌斑堆积，使患者摘戴方便[15]。本研究采用肉眼觀察法和硅橡胶测量法评价其适合性，发现SLM纯钛支架就位于石膏模型后，肉眼观察可见卡环、颌支托等部件完全就位，支架组织面与石膏模型紧密贴合，手动按压支架无明显翘动。SLM纯钛支架边缘、肩台中央、轴面中央、牙合面中央适合性明显优于铸造纯钛支架，提示可摘局部义齿钴铬合金支架的适合性良好。
综上所述，SLM制作纯钛可摘局部义齿支架的加工精度、X线探伤情况、适合性良好，可以满足临床要求，可为临床应用提供理论基础。但目前国际上关于可摘局部义齿支架适合性评价没有统一的标准，因此，关于可摘局部义齿支架适合性的更客观、科学的测量方法，尚待进一步研究。
