數(shù)字化印模在口腔種植修復(fù)中的研究進(jìn)展

　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)于20世紀(jì)80年代起開(kāi)始應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括普通冠、橋、貼面的設(shè)計(jì)制作等。數(shù)字化技術(shù)也成為當(dāng)下口腔種植領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)，其中，近10年來(lái)發(fā)展迅速的數(shù)字化印模為數(shù)字化輔助修復(fù)技術(shù)之一，是指應(yīng)用口內(nèi)掃描儀（intraoral scanner,IOS）在患者口內(nèi)無(wú)需直接接觸即獲取組織圖像或視頻，并合成三維牙列影像的印模技術(shù)，其避免了傳統(tǒng)印模過(guò)程中由于印模材料及石膏變形所產(chǎn)生的誤差，以及咽反射、印模材料氣味等不適感。

　　IOS掃描后得到的Standard Tessellation Language（STL）文件可以電子形式儲(chǔ)存并直接用于上部修復(fù)體的設(shè)計(jì)及制作，有效減少了實(shí)體材料的消耗，降低了模型存儲(chǔ)及運(yùn)輸成本，是一種更為環(huán)境友好的取模方法。本文就種植修復(fù)中數(shù)字化印模技術(shù)的原理、精度及影響因素作一綜述。

　　口內(nèi)掃描儀通常由手持掃描儀器、配套軟件以及計(jì)算機(jī)組成。在進(jìn)行口內(nèi)掃描時(shí)，軟件可實(shí)時(shí)顯示掃描得到的三維圖像。STL格式是最常見(jiàn)的口內(nèi)掃描圖像的三維圖形文件格式，由多個(gè)三角形面片組成。各品牌掃描儀采用不同的原理測(cè)量從掃描頭到掃描物體的距離，將光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為三維模型，以下根據(jù)不同原理分別介紹。

　　波前采樣技術(shù)是指基于主要光學(xué)系統(tǒng)測(cè)得的對(duì)焦及散焦深度，通過(guò)單透鏡成像系統(tǒng)獲得被掃描目標(biāo)3D信息的掃描采樣技術(shù)?！爸鲃?dòng)”（active）指口內(nèi)掃描儀主動(dòng)向物體投射光束，相對(duì)于“被動(dòng)”（passive）技術(shù)僅依靠環(huán)境照明來(lái)照亮口內(nèi)組織，“主動(dòng)”技術(shù)較少依賴(lài)目標(biāo)的紋理及色彩進(jìn)行三維重建。

　　其具體原理為口內(nèi)掃描儀向被掃描物體投射光束，目標(biāo)所反射的圖像通過(guò)透鏡成像系統(tǒng)，投射在傳感器上。如所得圖像為對(duì)焦圖像，掃描距離即為該單透鏡系統(tǒng)的焦距；如為離焦圖像，掃描距離則通過(guò)相關(guān)算法分析圖像的模糊度而得到。3M公司的TrueDefinition口腔掃描儀即采用該原理，其有3個(gè)傳感器，從不同角度捕捉口內(nèi)軟、硬組織狀況，采用可視藍(lán)光進(jìn)行掃描。True Definition要求掃描前在被掃目標(biāo)上噴涂二氧化鈦粉末，這些粉末顆粒將通過(guò)作為隨機(jī)分布的標(biāo)志并且使光發(fā)生散射而起到增強(qiáng)掃描精度的作用。

　　三角測(cè)量技術(shù)的原理即口內(nèi)掃描儀在被掃描物體表面投射出一個(gè)光帶圖案，當(dāng)每束光線(xiàn)被物體表面反射回傳感器時(shí)，投射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)之間的距離將會(huì)被測(cè)量；由于光線(xiàn)投射部件和傳感器之間的角度是固定的，故可通過(guò)三角原理得到口內(nèi)掃描儀距離被掃描表面的距離。采用主動(dòng)三角測(cè)量技術(shù)的代表性口內(nèi)掃描儀為由登士柏西諾德公司推出的CerecOmnicam口腔掃描儀，掃描前無(wú)需噴粉。

　　共聚焦顯微掃描技術(shù)的具體原理為在保持掃描儀和目標(biāo)間距離的同時(shí)，光影圖案聚焦平面在不同水平變化，口內(nèi)掃描儀收集在不同水平面的對(duì)焦和離焦信息。由于焦距已知，故被掃平面到透鏡的距離也是已知的（即為焦距）。被掃描物品的每一個(gè)像素點(diǎn)都可被選出相應(yīng)的在該點(diǎn)對(duì)焦的對(duì)焦平面，這些來(lái)自矩陣內(nèi)不同感應(yīng)器收集的對(duì)焦信息，經(jīng)處理后生成立體的三維圖像。

　　運(yùn)用該技術(shù)作為基本掃描原理的口內(nèi)掃描儀主要有3ShapeTrios（超快光學(xué)分割及共聚焦顯微技術(shù)）及CadentiTero（激光平行共聚焦顯微成像技術(shù)），均不需要在口內(nèi)掃描時(shí)噴涂粉末。

　　在種植體水平進(jìn)行口內(nèi)數(shù)字化印模時(shí)，除數(shù)字化印模常規(guī)步驟外，還需在種植體上方插入相應(yīng)掃描桿，用于掃描后在軟件內(nèi)指示相應(yīng)種植體的位置，故相對(duì)單純牙列的口內(nèi)掃描印模，種植體的掃描難度更高，對(duì)精度的要求也更高。對(duì)數(shù)字化印模精度（accuracy）的衡量由真實(shí)度（trueness）和準(zhǔn)確度（precision）組成。真實(shí)度指測(cè)量結(jié)果和原物品之間的差異大小，準(zhǔn)確度指對(duì)同一物體重復(fù)測(cè)量結(jié)果之間的差異大小，反映測(cè)量結(jié)果的可重復(fù)性。

　　數(shù)字化印模精度的研究方法主要分兩類(lèi)，一類(lèi)為直接疊加數(shù)字化印模及參考模型的STL文件，計(jì)算總體的三維誤差值；另一類(lèi)為分別測(cè)量數(shù)字化印模及參考模型的種植體間距離及角度并進(jìn)行比較，得到距離及角度的誤差。目前關(guān)于種植體水平數(shù)字化印模的精度，體內(nèi)研究較少，多為體外模型研究。

　　相較于體外環(huán)境，體內(nèi)臨床研究由于開(kāi)口度的限制，唾液的影響，口腔黏膜的移動(dòng)等，往往導(dǎo)致精度降低，故體外研究所得誤差值可能低于臨床實(shí)際情況。研究對(duì)象主要分為3類(lèi)：牙列缺損患者的單顆種植體印模，牙列缺損患者的多顆種植體印模，以及牙列缺失患者的全口種植體印模。

　　單顆種植體的數(shù)字化印模精度研究文獻(xiàn)較少且結(jié)論不同，至今尚無(wú)定論。由于單冠對(duì)種植體位置的精確度要求相比聯(lián)冠及長(zhǎng)支架等低，單冠的被動(dòng)就位也相對(duì)容易取得，故目前臨床上單顆種植體的數(shù)字化印模已經(jīng)日益普及。臨床研究方面，Rhee等納入24例下頜第一磨牙缺失、使用種植體進(jìn)行修復(fù)的患者，結(jié)果顯示：傳統(tǒng)取模與口內(nèi)掃描所得三維結(jié)構(gòu)之間差異顯著；Mühlemann等的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，數(shù)字化印模的準(zhǔn)確度均低于傳統(tǒng)取模并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

　　體外模型試驗(yàn)中，Lee等比較數(shù)字化印模后的切削模型與傳統(tǒng)取模后的石膏模型，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確度并無(wú)顯著差異。這些研究結(jié)果的差異，可能是由于各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)采用的測(cè)量精度方法，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同及體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)環(huán)境差異所導(dǎo)致。

　　使用多顆植體進(jìn)行修復(fù)時(shí)，由于涉及種植體間的相對(duì)位置以及共同就位道，對(duì)取模精度的要求往往高于單冠。與傳統(tǒng)取模進(jìn)行比較，多數(shù)研究結(jié)果表明，在多顆種植體，數(shù)字化印模精度低于傳統(tǒng)印模；且在體內(nèi)應(yīng)用時(shí)，其誤差已超出臨床可接受范圍。體內(nèi)研究方面，Alsharbaty等的研究結(jié)果顯示，無(wú)論是種植體間距離還是角度，數(shù)字化印模組誤差均大于傳統(tǒng)取模。體外研究方面，Alshawaf等及Lin等的研究結(jié)果均表明，傳統(tǒng)取模后的模型精度顯著高于口內(nèi)掃描取模后的打印或切削模型；Basaki等比較不同印模方法所得STL文件，結(jié)果顯示，傳統(tǒng)取模后，種植體間距離誤差顯著低于數(shù)字化印模，但種植體間角度誤差并無(wú)顯著差異。

　　目前有關(guān)種植支持修復(fù)體被動(dòng)就位的臨床參數(shù)尚有爭(zhēng)議，但常用的被動(dòng)就位參數(shù)仍為Jemt和Lie所定義的150μm，即不引起長(zhǎng)期并發(fā)癥的修復(fù)體邊緣誤差最大值。僅有的1篇Alsharbaty等的體內(nèi)研究結(jié)果中，僅數(shù)字化取模的誤差就已經(jīng)超出150μm；而其余體外研究誤差值雖未超過(guò)150μm，但并未納入后續(xù)修復(fù)體制作時(shí)的誤差，故目前多顆種植體支持的局部固定義齒的數(shù)字化印模精度尚不足以支持臨床應(yīng)用，需要開(kāi)展進(jìn)一步研究。

　　由于口內(nèi)缺少解剖標(biāo)志點(diǎn)，牙槽嵴低平，黏膜活動(dòng)性大等原因，無(wú)牙頜種植患者口內(nèi)數(shù)字化印模難度相對(duì)于牙列缺損患者更高，臨床應(yīng)用難度極大。目前無(wú)牙頜患者的全口多顆種植體印模常用的方法仍為傳統(tǒng)開(kāi)窗連接式印模。體內(nèi)研究結(jié)果認(rèn)為，無(wú)牙頜種植患者的數(shù)字化印模尚無(wú)法用于制作密合的上部支架結(jié)構(gòu)。

　　Andriessen等對(duì)下頜植入2顆種植體的牙列缺失患者進(jìn)行數(shù)字化印模，結(jié)果顯示，除4例無(wú)法成功重疊的患者口內(nèi)圖像外，21個(gè)掃描文件中，只有1個(gè)文件同時(shí)符合種植體間距離誤差小于100μm及種植體間角度誤差小于0.4°的臨床閾值。由于實(shí)際口內(nèi)掃描難度極大，單純體外研究的結(jié)論需謹(jǐn)慎解讀。與體內(nèi)研究不同，多數(shù)體外研究結(jié)果顯示，無(wú)牙頜患者多顆種植體的數(shù)字化印模精度高于或等同于傳統(tǒng)開(kāi)窗式印模，這可能是由于傳統(tǒng)印模精度降低而產(chǎn)生的差異。

　　Alikhasi等及Menini等的研究結(jié)果顯示，牙列缺失患者多顆種植體的數(shù)字化印模精度顯著高于傳統(tǒng)開(kāi)窗式取模；Papaspyridakos等的研究結(jié)果顯示，數(shù)字化印模精度與開(kāi)窗式取模無(wú)顯著區(qū)別，高于閉窗式取模；Abdel-Azim等及Gherlone等的比較發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化印模制作的支架結(jié)構(gòu)邊緣密合度更高。

　　多項(xiàng)體外研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，種植體間掃描距離增大會(huì)導(dǎo)致數(shù)字化印模精度下降，這可能與口內(nèi)掃描儀在獲取圖像后，軟件使用匹配算法（best-fit algorithm）進(jìn)行圖像拼接這一過(guò)程有關(guān)。Flugge等及Fukazawa等在多牙缺失的體外模型上進(jìn)行數(shù)字化印模，結(jié)果顯示，隨著種植體間距離增加，數(shù)字化印模準(zhǔn)確度下降。

　　Ciocca等、Vandeweghe等以及Giménez等使用下頜牙列缺失種植模型進(jìn)行研究，Ciocca等的研究結(jié)果顯示，掃描桿間距離的誤差隨著掃描距離的增大而增大；Vandeweghe等的研究發(fā)現(xiàn)，位于牙列末端的2個(gè)掃描桿在數(shù)字化印模后顯示出最大的三維誤差值；Giménez等發(fā)現(xiàn)，一開(kāi)始被掃描區(qū)段的印模精度明顯高于第2個(gè)被掃描的區(qū)段。這些研究均提示，種植體間距離是數(shù)字化印模精度的重要影響因素。

　　多數(shù)體外研究結(jié)果顯示，種植體角度對(duì)數(shù)字化印模精度無(wú)明顯影響，這可能是由于數(shù)字化印模避免了傳統(tǒng)印模托盤(pán)脫位時(shí)轉(zhuǎn)移桿周?chē)∧２牧系膽?yīng)力形變。Basaki等使用體外多牙缺失模型，Alikhasi等及Gimenez等使用牙列缺失模型的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，種植體角度對(duì)數(shù)字化印模精度無(wú)顯著影響。僅Lin等的研究發(fā)現(xiàn)，隨著種植體角度增大，數(shù)字化印模后切削得到的模型中，種植體間距離及角度誤差隨之增大。

　　需要注意的是，上述研究均為體外實(shí)驗(yàn)。在臨床實(shí)際應(yīng)用中，由于口腔空間狹小及開(kāi)口度的限制，導(dǎo)致口內(nèi)掃描儀頭部在掃描傾斜種植體的頸部時(shí)無(wú)法完全豎起，可能無(wú)法獲得足夠的掃描桿表面信息，從而導(dǎo)致誤差增大，需要進(jìn)一步開(kāi)展臨床實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證這一影響因素。

　　多數(shù)體外研究結(jié)果表明，口腔掃描儀品牌對(duì)種植體數(shù)字化印模精度產(chǎn)生影響，但各IOS精度高低在不同研究中得到的結(jié)果不同，尚無(wú)明確結(jié)論。目前調(diào)查IOS這一影響因素的研究均為體外研究。Alshawaf等的研究結(jié)果顯示，CerecOmnicam掃描后的打印模型精度優(yōu)于TrueDefinition。Flugge等的研究發(fā)現(xiàn)，iTero的準(zhǔn)確度低于Trios及TrueDefinition。

　　Imburgia等的研究結(jié)果顯示，在體外牙列缺失模型上，CS3600真實(shí)度最佳，優(yōu)于CerecOmnicam及Trios3、TrueDefinition真實(shí)度最低，而四者的準(zhǔn)確度并無(wú)顯著差異。從以上研究結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于口腔掃描儀的精度尚無(wú)明確結(jié)論，主要是由于各研究采用的研究方法及對(duì)象不同所致，未來(lái)需要設(shè)計(jì)更標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)方法，驗(yàn)證不同口內(nèi)掃描儀的精度。

　　其他曾被研究的相關(guān)因素包括種植體連接類(lèi)型及操作者經(jīng)驗(yàn)。Alikhasi等的體外研究發(fā)現(xiàn)，不同種植體連接方式對(duì)數(shù)字化印模精度無(wú)顯著影響。有關(guān)操作者經(jīng)驗(yàn)這一影響因素的研究結(jié)論不盡相同。Giménez等的一系列體外實(shí)驗(yàn)中，讓有2年口腔掃描經(jīng)驗(yàn)與僅有3次口腔掃描經(jīng)驗(yàn)的操作者同時(shí)對(duì)體外牙列缺失的種植模型進(jìn)行掃描，使用iTero及ZFXintrascan時(shí)，操作者經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)字化印模精度無(wú)顯著影響；使用LavaCOS及TrueDefinition時(shí)，經(jīng)驗(yàn)豐富者比初學(xué)者獲得的精度更高。由于數(shù)字化印?？赡芫哂休^明顯的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)，故操作者需要多次練習(xí)，以學(xué)習(xí)正確的掃描方式。

　　目前，多數(shù)研究顯示，數(shù)字化印模的精度在多顆種植體的情況下尚未達(dá)到臨床應(yīng)用的精度要求，傳統(tǒng)開(kāi)窗式取模仍是多牙缺失及牙列缺失患者口內(nèi)種植體印模的標(biāo)準(zhǔn)方法。雖有部分體外研究顯示，種植體數(shù)字化印模誤差小于臨床所接受的誤差閾值，但體外研究相對(duì)于體內(nèi)實(shí)際應(yīng)用時(shí)掃描難度大幅度降低，研究結(jié)果應(yīng)被謹(jǐn)慎解讀。許多體外研究證實(shí)，種植體間距離、口內(nèi)掃描儀品牌以及操作者經(jīng)驗(yàn)均為種植體數(shù)字化印模的影響因素，種植體角度及連接方式對(duì)精度影響不大。但仍需開(kāi)展臨床研究，對(duì)上述結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。Kaiyun平臺(tái) 官方入口