詳細: 口腔の審美修復における 3D プリントの応用

著者: Zhang Qianqian、Chen Xin、Zhao Yuwei、Liu Chunxu、Luo Tian、Dong Bo、Yu Haiyang (対応著者)

3D プリント技術は、複雑な構造を持つ物体を印刷することができ、口腔修復の分野に応用されており、将来的には従来の修復技術のほとんどに取って代わると期待されています。口腔の審美修復においては、分析および設計段階で最初に設計された輪郭、形状、色が、患者が受け取る最終的な修復物とどのように一致するかを確実にすることが、常に歯科医と技術者を悩ませてきた難しい問題でした。 3D プリントされたワックスモデル、樹脂製クラウン、ブリッジは、審美的な修復の審美分析や設計結果の出力プレビューに使用でき、最終的な修復の設計と製造を 1 対 1 で提供およびガイドできます。 3D プリントされたターゲット修復ガイド (TRSguide) は、審美修復のためのプレビュー可能な修復青写真を作成し、歯科医や技術者が患者の再建された口腔機能と審美性に関する関連情報を検出できるようにするだけでなく、歯の保存と生活歯髄保護の概念に準拠した理想的な歯の準備の実施をガイドし、プロセス全体を通じて真の精度と最小限の侵襲性を実現します。これらの新しいデジタル技術の進歩は、美的修復に革命をもたらしました。この記事では、口腔の審美修復における 3D プリントの応用について紹介します。

1. はじめに
3Dプリンティングは積層造形技術とも呼ばれ、コンピュータ支援設計（CAD）ソフトウェアやリバースエンジニアリングを使用して3次元デジタルモデルを再構築し、それをレイヤーデータファイルに分割するレイヤード製造技術です。その後、材料は各レイヤーのデータに従って3Dプリンティングデバイス上でレイヤーごとに積み重ねられ[1]、最終的にオブジェクトエンティティを形成します。 1990年代には、3Dプリント技術が医療分野における複雑なモデルの製造に使用され始めました[2-3]。現在、3Dプリント技術は口腔科学の分野にも徐々に応用されつつあります。成形方法によって、主にステレオリソグラフィー（SLA）、選択的レーザー溶融法（SLM）、熱溶解積層法（FDM）、インクジェット印刷などがあります[4]。インプラントガイド、修復ワックスアップモデル、取り外し可能および固定式義歯金属ブラケット、顎顔面修復物、総義歯の製造に使用されています[5]。口腔審美修復の過程は、初期の分析と設計段階と、その後の臨床実施段階に分けられます[6-7]。 SLA テクノロジーを使用してワックスモデルまたは樹脂製のクラウンとブリッジを印刷し、審美的要素に対応する治療計画を分析、検索、設計、策定し、審美的修復計画を明確にします。臨床診療では、3D プリントされた TRS ガイドを使用して正確な歯の準備が行われ、正確な量と形状の制御、最終的なデジタル設計の検出とガイダンス、修復物の物理的変換、および正確な修復プロセス全体の完了につながります。

1. 美的分析と設計段階における3Dプリントの臨床応用経路 口腔修復の過程において、目標修復スペース（TRS）とは、提案された修復後に様々な修復物が占める最小のスペースである[8]。 TRSガイドとは、審美設計プランを医師、患者、技工士が確認した後、シリコンゴム、歯科用透明フィルム、3Dプリントなどを使用して製作されるTRSガイドを指します。空間分析と設計、歯の準備、インプラント手術、修復物の製作に使用されます。したがって、審美分析および設計段階の目的は、生物学、材料科学、美学などの影響要因に基づいて、医師、患者、技術者が共同で目標修復空間の設計を完了し、さまざまな段階で物理的なプレビュー技術を通じて、仮想的に設計された TRS の設計図を臨床実装段階に正確に伝達することです。適切なコミュニケーションと相互作用は、審美修復治療における審美修復予測に依存します。従来の予測技術には3つの段階があります。第1レベルの予測はデジタル歯の設計、第2レベルの予測は審美診断ワックスアップ、第3レベルの予測は口腔内診断ベニアです[9]。デジタル化の程度とTRS伝送の精度に応じて、口腔修復治療の審美分析と設計段階は、従来の審美分析と設計、半デジタル審美分析と設計、完全デジタル審美分析と設計に分けられます。各臨床経路は図1に示されており、以下で詳しく説明します。

1.1 伝統的な美的分析とデザイン伝統的な美的分析とデザインの道 審美修復プレビューを通じて、医師、技術者、患者が共同で視覚化に基づいた治療計画の策定に参加できます。初回診察時に顔写真と口腔内写真を収集し、患者の個々の状態と審美的、機能的、その他のニーズに基づいてTRSを作成します。収集された2次元画像情報は、一次プレビューでのデジタル審美分析と設計に使用されます（図2A）[8]。第一段階のプレビューでデジタル審美分析によって設計された目標修復形状に応じて、将来の修復空間を反映した審美診断ワックスアップモデルが手動で作成され、第二段階のプレビューが完成します（図2B）。準備した審美診断ワックスアップパターンに基づいてTRSガイドを複製し、口腔内診断ベニアを作製して3レベルプレビューを完成させました（図2C）。

従来の審美分析と設計の道筋では、写真収集とデジタル審美分析ツールのみで、第一レベルの審美予測技術が完成します。操作が簡単で、臨床現場で広く使用されており、技術が成熟しており、コストも低いです。しかし、欠点もあります。まず、第一レベルの審美プレビュー技術では、顔写真と口腔内写真を照合して両者の情報の組み合わせを完成させ、顔と口腔内の総合的な審美分析を行う必要があるため、両者の撮影角度が一致している必要があり、操作が難しくなります。さらに、第 1 レベルの審美プレビューから得られた 2 次元の審美分析と設計結果を、第 2 レベルの審美プレビュー技術で 3 次元ワックスアップモデルに正確に変換することは困難であり、TRS 情報の伝達におけるエラーが増加し、最終的な修復効果に影響を与えます。最後に、手作りの審美診断ワックスアップは、熟練した技術者による作業が必要であり、かなりの製作時間を必要とします。

1.2 セミデジタル美的分析とデザイン デジタル歯科技術は、口腔内や顔面の審美情報を取得するだけでなく、審美分析とデザインを審美診断ワックスアップデザインと統合したデジタル審美プランを設計することも可能になりました[13]。 3Dプリント技術により、審美分析と設計のデジタル結果が物理的な実体に変換されます。審美修復を予測し、正確に実施するための重要な手段として、模型製作と審美診断ワックスパターンの手作業による製作の手順を削減し、模型の複製とワックスパターンの手作業による製作によって生じるTRS伝送エラーを効果的に削減し、診断と治療の効率と患者の快適性を効果的に向上させます。

セミデジタル審美分析および設計プロセスでは、デジタル審美診断ワックスアップ設計技術と 3D 印刷技術を分析および設計プロセスに導入します。初回診察時に、患者の顔写真と口腔内写真を収集し（図3A）、石膏模型をスキャンして顎関係を仮想咬合器に転送し、患者の顔情報に基づいてソフトウェア内で審美分析と設計、審美診断ワックスアップ設計を直接実行し、一次プレビューを実施した（図3B、C）。設計された審美診断モデルは二次プレビュー用に3Dプリントされました（図3D）。 3D プリントされた審美診断モデル上に TRS ガイドが作成され、口腔内診断ベニアが製造されて 3 レベルのプレビューが完成しました。

セミデジタルの美観分析と設計パスは、従来の第 1 レベルのプレビュー分析と設計、および第 2 レベルのプレビュー美観診断ワックスアップモデルの作成を 1 回限りのデジタル設計ステップに統合します。審美分析と設計段階全体がデジタル設計と 3D プリントの 2 つのステップに分かれており、審美分析と設計のステップが簡素化され、医師と技術者の手術時間が短縮されます。しかし、治療の過程では口腔内印象と石膏模型を作成する必要があり、患者の快適性は向上しません。デジタル設計とフィッティングのプロセスでは、2次元の患者の顔写真に3次元のモデルデータをフィッティングしますが、TRSプロセスの伝達誤差もあるため、難しく不正確になります。

1.3 完全デジタルの美的分析とデザイン
完全にデジタル化された審美分析および設計パスウェイでは、模型の収集と写真の収集の手順が、半デジタルパスウェイに基づく口腔内スキャンと顔のスキャンデータに置き換えられます。初回診察時に、口腔内スキャンを行ってデジタルモデルを作成し、顔面スキャンを行って顔と唇と歯の関係などの情報を収集しました（図4A、B）。次に、顔のスキャンデータを患者のデジタルモデルデータに直接フィッティングし、患者の3次元形態と咬合関係情報に基づいて審美診断ワックスアップパターンを設計して、第1レベルのプレビューを完成させます（図4C）。設計された審美診断モデルは二次プレビュー用に3Dプリントされました（図4D）。 3D プリントされた審美診断モデル上に TRS ガイドが作成され、口腔内診断ベニアが製造されて 3 レベルのプレビューが完成しました。

完全にデジタル化された審美分析および設計経路では、デジタル方式を使用して患者の口腔内および顔面の情報を直接収集します。これにより、操作手順が簡素化され、操作時間が短縮され、模型の複製や手作りのワックスアップによって発生する TRS 伝送エラーが完全に回避され、TRS 情報伝送の精度と患者の快適性が大幅に向上します。デジタル設計は、3次元の顔面スキャンデータと口腔内スキャンデータに適合します。プロセスは簡単で、結果は正確で信頼性があります[14-15]。しかし、完全にデジタル化されたプロセスでは、患者の顎の関係を転送することはまだできず、咬合の変化を伴う状況に合わせて噛み合わせを正確に設計することはできません。

従来の方法はコストが低く、方法が成熟しており、精密な設計と臨床実施は難しいものの、初心者でも口腔の審美修復手術を迅速に行うことができます。デジタルパスウェイ設計は正確ですが、機器やソフトウェアへの初期投資が高く、臨床修復に広く利用するのは現状困難です。審美的な分析と設計の方向性に関わらず、実際の臨床状況に基づいて方法を選択し、医師、技術者、患者が十分にコミュニケーションをとって、最も適切な方法で修復治療を行う必要があります。

2. 口腔審美修復の臨床実装における 3D プリントの応用 口腔審美修復の臨床実施後期段階では、歯の準備やインプラントの配置を完了するために、医師が不可逆的な侵襲的手術を行う必要があることがよくあります。歯の準備の目的と本質は、人体で最も硬い器官である歯冠に対して、選択された修復材料とプロセスに正確に適したTRSを得ることであり[16]、技術者は審美的分析と設計結果に基づいて最終的な修復を行うため、デジタル技術の応用は、審美的分析と設計結果を最終的な修復に忠実に伝達するための効果的なソリューションを提供します。

2.1 3DプリントTRSガイドの歯の準備への応用

TRS ガイドは、シリコンゴム、歯科用透明フィルム、または 3D プリントを使用して作成できます。歯の準備に使用する場合、TRS ガイドは歯の準備ガイドとも呼ばれます。

従来の方法は、シリコンゴムを使用して審美診断用ワックスアップ模型を作成し、シリコンゴムの準備ガイドを取得することです。この方法は簡単ですが、シリコンゴムは不透明で、準備ガイドと支台歯の間の距離を正確に測定できず、臨床操作が複雑です。歯科用透明フィルムは、審美診断用ワックスパターンを石膏模型に変換し、それをフィルムに押し付けて歯の準備ガイドを作成するために使用されます。製造プロセスは少し複雑です。 3D プリントは歯の準備ガイドの作成に使用できます。デジタルガイドは、デジタル審美診断ワックスアップパターンに基づいて直接設計でき、その後、SLA 技術を使用して歯の準備ガイドを印刷できます。方法は簡単です (図 5)。分析と設計段階で完成した審美診断ワックスアップデータを専門設計ソフトウェアにインポートし（図5A）、このデータに対して直接「シェル抽出」操作を実行し、準備ガイドの厚さを0.8 mmに設定し（図5B）、歯の準備が必要な歯のみを残してTRS準備ガイドの設計を完了します（図5C）。最後に、TRS準備ガイドを3Dプリントし、口腔内歯の準備をガイドします（図5D）。

TRS ガイド製造プロセスは審美修復の青写真を確立し、歯科医が患者の審美関連情報を十分に検討できるようにします。同時に、準備ガイドは準備が目標修復の空間要件を満たしていることを保証し、最終修復の製造と接着のための良好な基盤を提供し、最小限の侵襲性の準備を保証します。

2.2 一時的な修復物を作るための 3D プリント 歯が小さいなど、in vitro TRS を完全に活用した二次修復または審美修復が必要な患者の場合、デジタル審美分析と設計を 3D 印刷技術と組み合わせて審美予測を行い、一時的な修復物を直接印刷することができます。具体的な操作は、患者の初回診察時に顔写真または顔スキャンを撮影し、印象を採取し、石膏模型を作成し、その石膏模型をスキャンして顎関係を仮想咬合器に転送し、患者の顔の情報に基づいてデジタル審美分析を実行して目標修復形態を設計します（図6A、B）。設計されたターゲット修復物は 3D プリントされ、口腔内に事前に通知され、歯の準備後に一時的な修復物として直接使用できます (図 6C、D)。この方法は、審美診断ワックスアップモデル、口腔内で予測された審美診断ベニア、および歯の準備後の仮修復物の作成を同時に完了するため、操作手順が大幅に簡素化され、操作時間とリソースが節約されます。

2.3 3Dプリントによる口腔修復物の製作 審美修復の過程では、審美分析と設計段階の審美効果を最終修復物でどのように表現するか、つまり、初期分析と設計から得られた TRS を最終修復物の製作にどのように正確に転送するかが、審美修復における重要なステップです。伝統的な修復物の製作工程は、模型や型の作成、底冠のワックス模型の作成、鋳物の埋め込み、磁器の塗布、輪郭付け、艶出しなど、すべて手作業で行われます。手作業による製作工程では審美診断ワックスアップを作業模型にフィットさせることができないため、審美分析と設計結果を最終的な修復物に 1 対 1 で忠実に反映させることは困難です。デジタル技術を使用して修復を行うには、まず、模型スキャンまたは口腔内スキャンによって、準備された歯の表面情報をデジタル作業模型に変換する必要があります。次に、審美分析および設計段階で決定された TRS 情報をデジタル作業模型に重ねて、修復の設計と製造のガイドとして使用します (図 7)。

現在、審美修復物の製作に使用されている 3D プリント技術は主に SLA です。より成熟したプロセスは、3D プリント技術を使用して下部クラウンワックスモデルを作成し、その後、鋳造を埋め込んで修復物の製作を完了することです。具体的な手順は図 8 に示されています。審美診断ワックスアップパターンを作業モデルに適合させて最終修復の設計をガイドし、下部クラウンワックスアップパターンを 3D プリントして、修復物の生産を完了します。 3Dプリント技術を活用した修復生産は、審美分析や設計結果を用いて最終的な修復生産を導くことが難しいという従来の修復生産プロセスの欠点を克服できるだけでなく、減法生産の加工欠陥を回避し、生産コストを節約し、修復物の耐用年数を延ばすことができます。

3. 口腔審美修復分野における 3D プリントの限界と展望 口腔審美修復の分野における 3D プリントの現在の限界は、従来の技術よりもコストが高く、印刷用の原材料があまりないことで、これが広範な応用に影響を与えています。 SLA 成形技術で使用される材料は樹脂とワックスです。これら 2 つの材料は強度が低く、色が天然の歯と一致しないため、最終的な修復には適していません。したがって、審美修復では、期待される審美修復効果を実現するために、3D 印刷技術と従来の技術を組み合わせる必要があります。学者たちは、セラミックを直接印刷できる3D印刷技術の開発に着手しました。つまり、審美分析と設計結果によって最終的な修復設計が決定された後、セラミッククラウンまたは最終的な修復物を直接3D印刷することで、セラミック審美修復物の製造プロセスをよりシンプルかつ正確にすることができます。 3D プリントは口腔の審美修復の分野で明るい未来を築くでしょう。

参考文献（省略）

出典: 西中国口腔病学ジャーナル、第36巻第6号、2018年12月

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