3Dプリント歯科修復物の精度に影響を与える要因

著者: Xie Mingjie、Li Xiao。
3Dプリンティング技術は、積層造形技術とも呼ばれ、ラピッドプロトタイピング技術（RP）のひとつで、再構成された三次元デジタルモデルをもとに、積層加工や重ね合わせ成形により立体モデルを作成する加工技術です。 3D プリント技術は、高速、便利、正確、材料節約などの利点があり、多くの分野で広く使用されています。口腔修復の分野では、3Dプリント技術により、歯冠エッジ、内歯冠と歯体とのフィット感、義歯ブラケットと軟組織とのフィット感など、口腔修復の精度が大幅に向上し、修復の臨床効果に影響を与えています。

現在、3D プリント技術は、取り外し可能な部分入れ歯の金属ブラケット、オールセラミック修復物、金属修復物、修復ワックス模型、顎顔面補綴物、総入れ歯に主に使用されています。 3D プリントの基本的な手順には、デジタルデータの取得、デジタルデータの処理、3D プリントが含まれます。臨床現場で使用されるデジタルスキャン機器は、印象情報を収集し、関連するCAD設計ソフトウェアを使用してデータを処理し、デジタル修復モデルを設計し、一般的な3D技術を使用して修復モデルを印刷し、後処理後に臨床現場で最終的に使用されます。口腔修復物の 3D プリントは継続的なプロセスであり、各ステップで修復物の精度に影響を与える要因があります。さらに、3D プリント技術自体の開発レベルも重要な影響要因です。

1. デジタル印象の収集

1.1 デジタルインプレッションの正確性 口腔修復治療の最終的な効果は、まず印象の正確さによって決まります。異なる印象収集方法を選択すると、最終的な印象の精度に影響します。従来の印象採得プロセスでは、患者の唾液、歯肉溝の出血、軟組織の動き、材料の変形などの要因が印象採得の精度に影響し、最終的な修復物の修復効果に影響します。デジタル印象採取システムの発達により、従来の印象採取法はデジタル印象に徐々に置き換えられつつあります。

現在、臨床現場で使用されている口腔修復 CAD/CAM システムのほとんどは、デジタルスキャン装置を使用して患者の歯の石膏模型をスキャンし、デジタル印象を取得する口腔外取得法 (間接法) を使用しています。このモデルでは、患者の口腔印象を収集し、石膏模型を作成するために、弾性印象材を使用する必要があります。口腔内取得法（直接法）は、スキャン装置が口内の軟組織と硬組織を直接スキャンして測定する方法です。現在、口腔内デジタル印象の精度は主に 2 つの側面から評価されています。1 つは、デジタルスキャン機器を介して直接評価する方法です。スキャン機器の精度が優れていることが、印象の精度にとって最も重要な条件です。

Yang Xin らは、模擬口腔成形環境での TRIOS 口腔内デジタル印象の精度を研究し、口腔外模型スキャンの精度と比較しました。定量分析により、TRIOS グループのデジタル印象の精度は口腔外模型グループの精度よりも劣っているという結論が出されました。これは、iTero システムと D250 口腔外システムの精度を比較した Flügge らの結論と一致しています。一方、デジタル印象自体の精度は、口腔内デジタル印象に基づいて設計および作成された修復物の臨床適合性を評価することによって反映されます。 Tan Fabing らは、CEREC3D および InlabMCXL システムのデジタル印象が CEREC Blocs オールセラミッククラウンの辺縁および内部適合に及ぼす影響を研究し、2 つの印象法は CEREC Blocs クラウンの辺縁適合には影響を及ぼさなかったものの、内部適合には一定の影響があることを発見しました。オールセラミッククラウンの辺縁適合は臨床的に許容可能な範囲内でした。

外国人研究者のダ氏は、CEREC システムを使用して、直接口腔内歯スキャンと従来の印象法と石膏模型の口腔外スキャン法を組み合わせて作成した CAD/CAM 臼歯オールセラミックオンレイの境界適合性を生体内実験で比較し、両者の間に有意差はなく、両方とも臨床応用基準を満たしていると判断しました。歯科用石膏模型のより成熟した3次元スキャン技術と比較すると、口腔内デジタル印象技術には一定の制限があります。口腔内の空間が狭いため、唾液、光、舌の動き、プローブの揺れなどの要因の影響を受けやすく、収集された画像は異なる座標系に配置されます。画像の接合回数が増えるほど、データの精度は低下します。

1.2 口腔内デジタル印象採取システム 1987年にシロナ社が世界初の商用口腔内スキャナーの発売に成功して以来、世界中の他の企業も複数のブランドの口腔内スキャンシステム（3Shape、CEREC、iTero、Lava、Planscanなど）を発売しており、中国でも独自の知的財産権を持つ口腔内スキャンシステム（Langcheng Technology、Xinlin 3D Technology）が開発されています。各スキャンシステムのスキャン原理とパフォーマンス特性が異なること、また粉体噴霧が必要かどうかによって、スキャン精度には一定の違いがあります。 Ender らは、ベストフィットアライメント法を使用して、全歯列印象の採取における 4 つの口腔内デジタル印象システムの精度を評価しました。CERECBluecam は最も高いスキャン精度を示しましたが、これは Renne の研究結果とは相反するものでした。Wang Yamei らはまた、スキャン領域が増加すると CERECBluecam のスキャン精度が大幅に低下することを発見しました。狭い範囲のスキャンでは、Planscan の方がスキャン精度が高くなります。一方、TRIOS は、完全な歯列印象を取得する際にスキャン速度と精度のバランスが良好で、完全な歯列印象を取得するのに適している可能性があります。

光学画像粉末を噴霧することがデジタル印象の精度に与える影響については、学者の間でも意見が一致していません。現在、臨床現場では、光学イメージングパウダーを均一に噴霧することが求められていますが、統一された操作基準はありません。パウダー噴霧を必要としないTRIOSやCERECOMNICAMについても、人的操作の問題により、印象の精度に一定の影響が出る可能性があります。臨床応用では、オペレータは口腔内デジタルスキャンシステムの性能特性に精通している必要があります。どのシステムを使用する場合でも、準備した歯の歯肉を圧排し、準備した歯のエッジをはっきりと露出させ、口腔を湿気から厳密に隔離することが、印象の品質を確保するための基礎となります。

1.3 デジタル印象収集の適応症 口腔内採取法に関しては、単一の固定修復症例に対して印象を採取し、印象の精度は臨床応用の要件を満たすことができます。 Yang Xin らによる研究では、口内で TRIOS システムによって得られた 1 本の歯のデジタル印象の精度は 10μm 未満でした。複数ユニットの固定修復物（5 ユニット以内）の印象を採取する場合、ほとんどの学者は口腔内法に慎重です。 Flügge らの研究結果によると、iTero システムで口腔内の全歯列のデジタル印象を採取する際の精度は 50μm であったのに対し、Ender らが CERECBluecam システムと LavaTMC.OS システムを使用して in vitro で採取した全歯列のデジタル印象の精度は、それぞれ (30.9±7.1)μm と (60.1±31.3)μm でした。これは、口腔内の複数ユニットのデジタル印象は、単一の歯ほど正確ではないことを示しています。

さらに、Su Tingshu らの研究では、口腔内デジタル印象スキャンの精度は、歯列弓のスキャン範囲が広がるにつれて低下することが示されています。スキャン範囲が歯列弓の半分未満のときに示された精度は臨床要件を満たしていますが、口腔外デスクトップスキャナーは、歯列弓のどの範囲をスキャンしても優れた精度を示しています。そのため、5 単位以上の印象採取の場合は、口腔外採取による印象採取をお勧めします。歯の形状はスキャン精度に影響します。表面の曲率が大きく変化する部分（特に隣接歯間部分）ではスキャン精度が低下します。臨床診療では、歯の形成は滑らかで丸みを帯びたものにすることが推奨され、隣接歯間の凝集度を適切に高めることで隣接歯間の凹みの形成を回避できます。

Müller らは、スキャンシーケンスの違いが、歯列全体のデジタル印象の取得精度に影響を与えると考えました。彼らは TRIOS 口腔内スキャナーを使用して、口内の歯列全体のデジタル印象を取得しました。「上顎第二大臼歯の咬合面と口蓋面に沿ってスキャンし、遠心側から対象領域の反対側までスキャンし、頬側から戻る」というスキャンシーケンスが、最も高い印象精度を示しました。

さらに、コンピュータ断層撮影（CT）もデジタル印象を収集する方法です。利点は、スキャン速度が速く、アーティファクトが少なく、光学スキャンに存在する死角の問題がなく、複数のモデルを同時にスキャンできることです。欠点は、放射線量が高く、日常的な使用には適していないことです。 CBCT の放射線量はスパイラル CT の 20% に過ぎず、空間解像度が高く、価格も安い。しかし、Al-Rawi らは、その精度は CAD/CAM 固定修復物の製造には不十分であると考えている。

2. 修復物のデジタル設計 デジタル印象収集は、歯または歯科模型の表面データを正確に取得するためのものであり、口腔修復 CAD ソフトウェアは、取得した表面データをデジタルで設計して、臨床的な口腔修復のニーズを満たすためのものです。使用者グループに応じて、チェアサイド CAD 設計ソフトウェアとテクニカルルーム CAD 設計ソフトウェアに分かれています。チェアサイド CAD 設計ソフトウェアは主に臨床医やアシスタントによって使用され、シンプルなベニア、インレー、クラウン、ブリッジ、インプラントアバットメントの設計に適しています。一方、テクニカルルーム CAD 設計ソフトウェアはプロの修復技術者によって使用され、より完全な機能を備え、高精度が求められる修復の設計に適しています。現在、口腔修復 CAD ソフトウェアの設計は、完全な解剖学的クラウンとブリッジ、インナークラウン、インレー、オンレー、ベニア、咬合ベニア、テレスコピッククラウン、ポストおよびコアクラウン、テンポラリークラウンなど、臨床診療で一般的に使用される固定修復の種類をカバーしています。

フルクラウンとフルクラウンブリッジのデジタル設計は、他の種類の修復物のデジタル設計の基礎となり、その主要技術が CAD ソフトウェアシステムの全体的な品質を決定します。現在、海外で成熟した市販の口腔修復ソフトウェアは、固定修復の個別設計のニーズを基本的に満たすことができますが、国産製品は、完全な知的財産権を備えた口腔修復ソフトウェアシステムを形成するために、できるだけ早く主要技術のブレークスルーを達成する必要があります。固定修復設計のプロセスにおいて、フルクラウンの解剖学的形態の生成の主なソースは、標準歯データベース、生物学的再構築、生物学的複製および参照です。

標準歯データベースは、CAD ソフトウェアに組み込まれた標準クラウンの一連の事前設計された 3 次元データであり、ユーザーは設計時にその中から選択できます。市販されている CAD ソフトウェアの大部分は、このカテゴリに属します。この機能によって生成されたクラウンは、その後の面倒な手動調整を必要としますが、これは操作が比較的複雑で、歯科修復技術者の個人的なレベルに大きく依存します。現在、取り外し可能な部分入れ歯（3 Shape Dental System、Geramill）と総入れ歯（Avadent、Dentca）用の成熟した CAD 設計ソフトウェアが市場で入手可能です。しかし、取り外し可能な部分入れ歯と総入れ歯の修復は完全にデジタル化することはできず、その修復の精度は依然として従来の機能印象の精度に依存しています。さらに、設計プロセスは口腔修復技術者の専門知識に大きく依存しています。現在、汎用歯科修復 CAD ソフトウェアは、ほぼすべての一般的な臨床修復を設計できます。デジタル設計プロセスでは、修復の精度は設計ソフトウェアの選択と設計者の技術レベルに依存するようです。

3. 修復タイプと3Dプリント精度の関係

3.1 固定義歯修復 金属固定義歯修復の精度に関して言えば、3D プリントされた金属クラウンエッジ、金属インナークラウン、および準備された後歯の精度は、従来の鋳造金属クラウンの精度よりも大幅に優れています。 Bindl らの研究結果によると、3D プリントされた金属クラウンの端と準備された歯の間の隙間は、鋳造金属クラウンと歯の間の隙間よりも平均 65 μm 小さいことが示されました。 Ortorp らは 4 つの異なる技術を使用して 3 ユニットのコバルトクロム合金固定修復物を作製し、クラウンマージン、インナークラウン、および歯体の適合を比較した結果、直接金属レーザー焼結技術 (DLMS) を使用して作製した修復物が最良の適合性を示したことを発見しました。Li Meikang は 3 つの異なるプロセスを使用して、下顎第一小臼歯のコバルトクロム合金ベースクラウンを作製しました。直接金属レーザー焼結グループのベースクラウンは最良のマージン適合性を示し、CAD/CAM 切削コバルトクロム金属グループのベースクラウンは最良の内部適合性を示しました。従来の鋳造グループのベースクラウンは、マージンと内部の適合性が最も悪かったです。上記3つの研究により、3Dプリントで印刷された金属クラウンと金属インナークラウンのエッジは高精度であることが証明され、この技術は金属材料による修復物に成熟して適用されています。

ポストとコアに関しては、SLA で直接製造される樹脂ベースのソリッドポストとコアは、従来のロストワックス精密鋳造法よりも、境界適合性と内部適合性が優れています。オールセラミック修復物は、コンピュータ支援設計と 3D プリント技術を使用して製造できます。 3D プリントセラミック技術はインクジェット印刷 (IJP) から始まり、比較的成熟しています。現在、3Dセラミックインクジェット印刷技術の発展を制限する主な要因は2つあります。1つ目は、インクの微細な方向性、形状、濃度の一貫性を正確に制御できないため、印刷の精度と品質に一定の影響を与えます。2つ目は、インクジェットプリントヘッドの詰まりの問題です。セラミックインクの粘度を下げるか、ノズルの毛細管の直径を大きくするかにかかわらず、印刷効果は大幅に低下し、完成品の精度が低下します。

セラミック 3D 印刷技術には、インクジェット印刷技術のほか、熱溶解積層法 (FDM)、ステレオリソグラフィー (SLA)、積層造形法 (LOM)、選択的レーザー焼結法 (SLS) などがあります。各印刷技術には、成形方法や使用する原材料に応じて、それぞれ長所と短所があります。

一般的に、3Dプリント用のセラミック材料は不足しており、材料比率や後処理などの一連の技術的課題に直面しています。現在、オールセラミック修復物の印刷コストは高く、効率は低く、精度は限られています。

3.2 取り外し可能な部分義歯と総義歯の修復

口内の解剖学的構造が複雑かつ繊細であるため、部分入れ歯や総入れ歯の修復物の形状は、複雑な三次元面であることがほとんどです。従来の印象法や従来の修復技術を使用して作られた義歯と口腔組織との適合性を向上させる必要があります。口腔デジタル印象技術と3Dプリント技術を組み合わせることで、義歯と口腔組織のフィット性が向上することが期待されます。陳光霞氏らが開発したレーザーラピッドプロトタイピング技術で製造された金属部品の精度は96％以上。この装置で製造された部分入れ歯の金属ブラケットの平均加工精度は±0.172mm。陳氏らはコンピュータ支援設計と3Dプリントを使用して、組織粘膜に均一にフィットする部分入れ歯を製造した。

義歯のワックスアップモデルは、専門的な樹脂ワックスを使用して3Dプリントで作られています。作成されたワックスアップモデルは精度が高く、従来の技術によるモデルの繰り返し複製を回避できるため、義歯の精度が向上します。 Dawood らは、3D プリント技術を使用して最初にワックスモデルを作成し、次に従来の鋳造技術を使用して固定修復クラウンまたは取り外し可能な義歯金属ブラケットを作成する方が、修復物の後処理を減らすことができるため、3D プリントで直接修復物を作成するよりも実現可能な方法であると考えています。国内外で、コンピュータ支援設計と 3D プリント技術を組み合わせて総義歯を製作したという文献報告があります。 Kattadiyil らは、AvaDent および Dentca システムを使用して総義歯をデジタル設計し、3D 印刷技術を使用して樹脂総義歯を印刷し、良好な臨床結果を達成しました。

Ye Yeらは、口腔修復CADソフトウェア（3 shape Dental system 2012）を使用して上顎義歯をデジタル設計し、選択的レーザー溶融技術を使用して上顎総義歯の金属床を製造し、選択的レーザー溶融（SLM）技術が上顎総義歯の金属床の製造に実行可能であることを証明しました。現段階では、口腔内デジタル印象による全歯列の採取では総義歯製作のニーズを完全に満たすことができず、総義歯の製作は依然として主に従来の方法に基づいています。正確な無歯顎石膏模型は、総義歯修復の成功の鍵です。3D 印刷技術を使用して正確な無歯顎石膏模型を効率的に製造することが、研究の方向性となるかもしれません。 Sunらは、直接インクジェット印刷技術を使用して、正確な全口義歯石膏ネガティブ型を作成し、それに人工歯を充填してからベース樹脂をダイカストして、高精度の全口義歯を製造しました。

Lin Yuanyuan らは、個々のトレイを効果的に簡素化し、正確に作成することで印象の精度が向上し、それによって石膏模型の品質が向上し、臨床および患者の要件を最大限に満たすことができると提案しました。デジタル印象技術と 3D 印刷技術を組み合わせることで、厚さが一定で、エッジが正確で、設計要件に非常に適合した、カスタマイズされたトレイと石膏模型を作成できます。これにより、義歯製造プロセスがさらに改善および標準化され、最終的には修復物の精度が高く、臨床効果が良好になります。

3.3 修復後の処理 口腔修復物の製造に 3D プリント技術を適用すると、製造プロセスが簡素化され、処理時間が短縮され、鋳造欠陥を回避できます。しかし、3Dプリントされた修復物は完成後、臨床現場で直接使用することはできません。3Dプリンターから取り出した後、修復物はサンドブラストと表面研磨が必要であり、部品に欠陥がないかチェックする必要があります。検査に合格した後、超音波洗浄する必要があります。そうしないと、修復物の精度に影響します。

4. 結論

3D プリント技術は、その高い効率性と精度により、従来の口腔修復技術に徐々に取って代わりつつありますが、技術的感度が高いという問題もあります。臨床応用においては、良好な修復効果を得るために、医師や技術者は修復の精度に影響を与える要因を厳密に管理する必要があります。今後の研究では、3D プリント修復物の精度に注意を払うだけでなく、生体適合性や機械的特性にも注意を払う必要があります。研究の深化により、3Dプリント技術はさらに向上し、歯科分野における修復物を作製するための主流の加工技術になると期待されています。
著者: Xie Mingjie、Li Xiao。3Dプリント口腔修復物の精度に影響を与える要因[J]。Stomatology、2018(09):860-864。

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