迈向可持续口腔修复学：修复材料与制造工作流程生命周期证据的系统性定性综述

《Advances in Materials Science and Engineering》：Toward Sustainable Prosthodontics: A Systematic Qualitative Review of Life Cycle Evidence for Materials and Workflows

　　

数字化口腔修复工作流程常被倡导为传统修复体的环境友好型替代方案，然而实验室流程影响分析并非普遍得到经验证据支持。本系统定性综述依据PRISMA 2020指南，批判性综合了与口腔修复制造工作流程相关的现有生命周期证据。由于本综述综合的是与环境和技术相关的实验室数据，而非临床患者结局，且无外部资金支持，故未在PROSPERO进行前瞻性注册。研究人员检索了PubMed、Scopus、Web of Science、ScienceDirect和Google Scholar，采用针对LCA、环境影响、增材制造和口腔修复材料的特定检索词。纳入标准由2000年至2025年发表的20项原创研究满足。方法学质量和偏倚风险由两名作者独立评估，使用基于ISO 14040和JBI标准改编的评价工具。鉴于功能单位异质性，研究人员进行了定性综合并以表格形式比较。除材料浪费超过坯料体积的60%外，减材制造，尤其是氧化锆铣削过程，因长时间铣削和超过1400°C的高温烧结过程而持续显示最高能量需求。相反，增材制造显示材料利用率超过90%，但还增加了后处理化学品使用、溶剂使用以及未固化树脂废物可能带来的生态毒理学风险等环境负担。结果表明，口腔修复制造的可持续性需要在隐含能、材料效率、临床成功和生命终末管理之间取得平衡，而不仅仅是数字化。本综述还强调需要建立框架和通用报告程序，以评估口腔修复生命周期中的环境影响。然而，由于研究在功能单位和系统边界方面缺乏一致性，Meta分析受到限制。

1. 引言
医疗卫生行业在保护健康的同时产生大量废物和CO₂排放。口腔修复依赖金属合金、聚合物和陶瓷，需高能耗加工。文献多关注氧化锆和PMMA的临床与生物相容性，却忽视生命周期能耗、毒性和不可降解废物，缺乏标准化LCA数据。传统方法使用石膏和包埋材料，增加填埋量，处置可能释放H₂S。数字化牙科常被视为清洁，但减材铣削浪费大，AM使用光聚合物和异丙醇等后处理化学品，存在水生毒性风险。PICO问题为：口腔修复制造中，数字增材与减材流程相比传统铸造和手工制造，能否在生命周期环境指标（能耗、废物、毒性）上达到或超越？本综述综合三种制造方式的生命周期证据。

2. 方法
遵循PRISMA 2020。未在PROSPERO前瞻性注册，因综合实验室环境数据而非临床结局，且无外部资助。

2.1 检索策略与数据来源
检索PubMed、Scopus、Web of Science、ScienceDirect和Google Scholar，时间2000年1月至2025年5月。检索词涉及LCA、碳足迹、环境影响、隐含能，以及氧化锆、PMMA、生物聚合物、钴铬、增材制造、3D打印、CNC铣削、失蜡铸造、减材制造。

2.2 纳入与排除标准
纳入英文原创实验、实验室或临床研究，研究口腔修复材料/加工方法生命周期环境属性，报告LCA结果，或比较两种以上制造方法。排除无环境分析的病例报告、摘要、社论、非英文文献，以及与一般医疗废物或正畸矫治器相关但不直接涉及口腔修复材料者。

2.3 数据综合
初步280条记录，去重和筛选后85篇全文评估，最终20项研究。提取材料、工艺、环境类别和数值。因功能单位（FU）异质，采用定性叙述综合和表格比较，不做Meta分析。能耗用每FU的kWh均值，材料效率用使用与废物百分比，毒性和成本用归一化差异（kg CO₂ eq/单位或USD/单位）。缺失关键数值者评为高偏倚风险。

2.4 质量与偏倚风险评估
两名评审者独立评估，使用改编自ISO 14040和JBI的标准，评估系统边界、LCI数据透明性、FU和多输出分配。未提供具体能量值或仅定性描述者为高偏倚风险。

3. 结果
3.1 研究选择与特征
从280条记录到20项研究。日本5项、伊朗4项、德国3项；70%以上发表于2021年后。

3.2 结果总结
17项低风险，3项中等风险，因系统边界有限。质量评价涵盖系统边界、LCI透明性、FU和分配。

3.3 环境与技术权衡
数字化流程并非固有环保，而是重新分配环境负担。减材CNC铣削能耗最高，因主轴高速加工及氧化锆等需12–14 h以上、超过1400°C烧结，其GHG和GWP高于铸造，材料废物超过坯料60%–70%。AM固体废物少（5%–10%），但需异丙醇清洗和UV固化，产生危险液体废物。AM材料利用率>90%，降低固体废物至<5%–10%。

3.4 材料效率与能量综合
AM材料节约优于铣削。CNC加工氧化锆或钛平均17.3 kWh/单位，高于失蜡铸造平均12.1 kWh/单位和AM；CNC电费和刀具更换成本高。

3.5 临床寿命与环境影响
部分3D打印聚合物长期耐久性低于铣削和热固化材料，更易表面劣化和变色，ΔE>1.5，频繁更换抵消初始节省。

4. 讨论
本综述挑战数字化流程固有环保的假设。传统转数字未消除负担，而是重新分配能耗、材料、毒性和耐久性。减材能耗最高，氧化锆CNC和>1400°C烧结是热点；其精度和临床性能好，但浪费>60%。AM材料效率>90%，但后处理异丙醇和UV固化产生危险废物，有生态毒性风险。AM修复体可持续性依赖长期临床性能；打印聚合物易降解和变色，短寿命可致“反弹效应”。PMMA成本低但可回收性差；生物基和糖衍生树脂初始毒性低，但机械强度需改进。氧化锆能耗高，但15年以上寿命可能在Cradle-to-Grave分析中占优；氧化锆粉尘和烧结残余物回收需循环方法。石膏替代品、一次性托盘、污染溶剂缺乏统一回收，材料开发与废物管理不匹配。

4.1 证据与综述过程局限性
纳入研究系统边界和FU差异大，多仅Cradle-to-Gate；实验室数据不足以理解长期临床有效性、口内磨损和处置。需标准化LCA框架并开展Cradle-to-Grave评价。

5. 结论与临床建议
环保实践并非数字化的自然结果，而是隐含能与临床寿命的平衡。20项研究显示无一种制造方法在所有情况下可持续。减材铣削精确但能耗高，仅用于长期永久修复体以证明碳投入合理；AM因材料效率高，适合暂时性矫治器、模型、夹板和手术导板，但需正确后处理和危险废物管理。诊断模型和临时冠可3D打印，减少材料与石膏废物；单冠可铣削氧化锆，由15年以上存留率证明；全牙弓框架可铣削/SLM回收钛/钴铬；手术导板/夹板可直接3D打印。

5.1 未来研究与政策方向
需建立口腔修复专用LCA标准，从Cradle-to-Gate扩展至Cradle-to-Grave；研究3D打印材料更换频率是否比高能耗氧化锆环境影响更大；数字实验室需可回收树脂和高效溶剂回收系统。