口腔種植固定義齒數(shù)字化印模精度的研究進(jìn)展

李尊泰， 孟維艷

1.吉林大學(xué)口腔醫(yī)院種植科，吉林 長春（130000）； 2.吉林省智能化口腔治療技術(shù)工程重點(diǎn)實(shí)驗室，吉林 長春（130000）

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化印模在種植固定義齒修復(fù)中廣泛應(yīng)用。數(shù)字化印模具有低技術(shù)敏感性、牙椅使用時間少、患者就診體驗佳等優(yōu)點(diǎn)，受到臨床醫(yī)師及患者的喜愛。其中，高精度是數(shù)字化印模的核心優(yōu)勢。精密準(zhǔn)確的上部修復(fù)結(jié)構(gòu)可以顯著增加種植修復(fù)治療的長期成功率［1］，而精確制作修復(fù)體的前提是精確的印模。在實(shí)際應(yīng)用中，影響數(shù)字化印模精度的因素較多。為量化數(shù)字化印模的精確程度，Ender 等［2］于2015 年提出“真實(shí)度”（trueness）和“精度”（precision）概念，真實(shí)度定義為：掃描對象與真實(shí)幾何體之間的差異，精度定義為：相同掃描儀在多次掃描同一物體時，非同次掃描之間的差異。真實(shí)度用于描述印模結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異，精度用于描述在特定條件下數(shù)字化印模出現(xiàn)的偶然誤差。本文以口腔種植固定義齒修復(fù)的數(shù)字化印模的精度為基礎(chǔ)，概述醫(yī)師因素、數(shù)字化系統(tǒng)、患者因素、環(huán)境因素對數(shù)字化印模精度的影響，以期指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

1 醫(yī)師因素

1.1 印模方式

目前，種植固定義齒修復(fù)中數(shù)字化印模技術(shù)分為間接法與直接法兩種。間接法是指以傳統(tǒng)方式制取口內(nèi)印模后，再將傳統(tǒng)模型放入印模掃描倉獲得數(shù)字化模型。直接法指應(yīng)用數(shù)字化印模系統(tǒng)于口內(nèi)進(jìn)行掃描，以獲取數(shù)字化印模。直接法獲取種植體數(shù)字化印模與傳統(tǒng)法相同，分為種植體水平轉(zhuǎn)移與基臺水平轉(zhuǎn)移。種植體水平轉(zhuǎn)移采用種植體廠商或第三方提供的掃描桿（scan body）安裝在種植體上，并在口內(nèi)掃描制取數(shù)字化印模?；_水平轉(zhuǎn)移采用基臺于口內(nèi)就位、加力、排齦后制取數(shù)字化印模。Renne 等［3］在對口外模型基臺轉(zhuǎn)移掃描時發(fā)現(xiàn)金屬基臺存在明顯的不規(guī)則反光，嚴(yán)重干擾數(shù)字化印模的精度和細(xì)節(jié)完整性。在最新操作守則上建議臨床醫(yī)師在對口內(nèi)金屬掃描時噴涂二氧化鈦粉末以增強(qiáng)數(shù)字化印模精度與細(xì)節(jié)真實(shí)度，基臺水平轉(zhuǎn)移常用于椅旁CAD/CAM 制作。轉(zhuǎn)移水平對數(shù)字化印模精度的影響缺乏進(jìn)一步研究。Güth 等［4］在探究直接法與間接法精度時，發(fā)現(xiàn)采用LAVA C.O.S（3M ESPE，美國）系統(tǒng)時直接法精度（19 μm）明顯高于間接法（52 μm）。Güth 等［5］在其后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)直接法與間接法之間精度差異受到數(shù)字化印模系統(tǒng)的影響，其中CS 3500（Carestream Health，Inc，美國）直接法精度優(yōu)于間接法，而CEREC AC Omnicam（Dentsply Sirona，德國）與CEREC AC Bluecam（Dentsply Sirona，德國）均為間接法精度較高，這可能與數(shù)字化印模系統(tǒng)受到口腔內(nèi)污染物與環(huán)境光線影響有關(guān)。Ahrberg 等［6］在對切削全瓷冠進(jìn)行精度分析后得出，基于直接法數(shù)字化模型獲得的單冠、三單位冠橋邊緣密合性（61.08 ± 24.77）μm 優(yōu)于間接法（70.40 ± 28.87）μm。此現(xiàn)象出現(xiàn)的本質(zhì)是由于間接法比直接法操作步驟多，間接法系統(tǒng)誤差大所致。

直接法是數(shù)字化印模未來發(fā)展趨勢，目前直接法精度主要受限于復(fù)雜的口內(nèi)環(huán)境與掃描成像技術(shù)。因此，建議使用高精度數(shù)字化印模系統(tǒng)的醫(yī)師采用直接法以提高印模精度。

1.2 掃描桿選擇

掃描桿在數(shù)字化印模種植體水平轉(zhuǎn)移時起到定位種植體三維位置、方向的作用。Arcuri 等［7］應(yīng)用共聚焦成像數(shù)字化印模系統(tǒng)，掃描不同材料掃描桿，對上頜全頜模型進(jìn)行數(shù)字化印模分析得出，掃描桿材料和種植體位置對種植體三維位置和方向均具有顯著影響，其中聚醚醚酮（polyether ether ketone，PEEK）材料所制成的掃描桿具有最好的三維位置和方向的精度。此外，F(xiàn)luegge 等［8］在對不同形態(tài)的掃描桿進(jìn)行口外掃描時得出，掃描桿外形對種植體三維位置和方向的精度影響明顯，Camlog 生物技術(shù)公司（Camlog Biotechnologies，Basel，瑞士）與士卓曼掃描桿（Straumann，Basel，瑞士）對種植體定位能力的差異受到掃描桿形狀影響，前者獲得了較高精度（詳見本文OSID 碼附表1）。Sawyer 等［9］在對士卓曼掃描桿進(jìn)行反復(fù)安裝、加力、制取數(shù)字化印模時發(fā)現(xiàn)，安裝次數(shù)對士卓曼掃描桿的種植體定位精度無明顯影響，部分CAD/CAM 掃描桿在反復(fù)加力安裝過程中出現(xiàn)定位精度下降，證明了士卓曼掃描桿具有可靠的種植體定位功能。因此，臨床醫(yī)師在選用掃描桿時如充分考慮生產(chǎn)廠商、掃描桿形態(tài)及表面材料等因素，則可提高數(shù)字化印模的精度。

1.3 醫(yī)師操作熟練度

操作者的經(jīng)驗及掃描手法明顯影響數(shù)字化印模精度。有研究者分對比了口腔醫(yī)學(xué)生、低年資修復(fù)醫(yī)師與高年資修復(fù)醫(yī)師獲取的數(shù)字化印模的精度，發(fā)現(xiàn)有經(jīng)驗的操作者的數(shù)字化印模在近遠(yuǎn)中鄰接面和頸緣等細(xì)節(jié)方面精度較高。Lim 等［10］分析了來自20 名不同年資的牙科醫(yī)師的數(shù)字化印模的精度，發(fā)現(xiàn)iTero 數(shù)字化印模系統(tǒng)的精度隨醫(yī)師經(jīng)驗增長而增高，Trios 數(shù)字化印模系統(tǒng)精度與操作者經(jīng)驗無關(guān)。由此可見，未來數(shù)字化印模系統(tǒng)的發(fā)展可以彌補(bǔ)因醫(yī)師臨床經(jīng)驗差異而出現(xiàn)的精度差異。此外，Latham 等［11］在對Planmeca Emerald（Planmeca，芬 蘭），3Shape Trios3（3Shape，丹麥），iTero Element（Align Technology，美國）CEREC AC Omnicam 數(shù)字化印模系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)字化模型精度對比時發(fā)現(xiàn)，采用適合的掃描策略可提升數(shù)字化印模精度（詳見本文OSID 碼附表2）。因此，操作者在臨床應(yīng)用前完成數(shù)字化印模培訓(xùn)，并在口內(nèi)掃描時選用適合的掃描策略可以明顯增加數(shù)字化印模精度。

1.4 咬合掃描策略

數(shù)字化咬合記錄的精度是影響印模精度及修復(fù)體精度的關(guān)鍵因素之一。面掃描精度與咬合時頰側(cè)掃描精度均可對數(shù)字化咬合記錄產(chǎn)生明顯影響。Ende 等［12］對多種數(shù)字化印模系統(tǒng)掃描精度分析后，發(fā)現(xiàn)較少的面掃描張數(shù)可以提高面精度。導(dǎo)致該現(xiàn)象的本質(zhì)是掃描成像算法。掃描儀于口內(nèi)掃描得到點(diǎn)云（point cloud）信息，其中80%的點(diǎn)集中于待測物體表面，程序會在預(yù)計目標(biāo)表面附近設(shè)置閾值，以自動去除干擾、錯誤信息。此閾值為一相對較小的范圍，閾值內(nèi)的點(diǎn)均得到保留，作為三角面重建的基礎(chǔ)。因此，較多的掃描張數(shù)會引發(fā)閾內(nèi)點(diǎn)數(shù)增多，使得數(shù)字化模型表面積明顯大于口內(nèi)真實(shí)表面積，引發(fā)印模精確度降低。Solaberrieta 等［13］對數(shù)字化咬合記錄精度分析時發(fā)現(xiàn)，較小的咬合記錄面積可明顯提升咬合記錄精度。較大的咬合記錄面積與較高的掃描張數(shù)會引發(fā)閾內(nèi)有效點(diǎn)數(shù)增加，數(shù)字化印模系統(tǒng)運(yùn)算量增大，在有效迭代次數(shù)內(nèi)無法獲得最佳值；閾內(nèi)邊緣點(diǎn)對咬合記錄對齊影響較大，有效點(diǎn)增多加重了邊緣點(diǎn)對咬合記錄對齊的影響，使咬合記錄精度降低。

Eneko 等［14］對 全可 調(diào)架石膏模型進(jìn)行口外數(shù)字化印模及數(shù)字化咬合記錄精度進(jìn)行探究，得出3 Sshape Trios 數(shù)字化印模系統(tǒng)面印模精度明顯高于LAVA C.O.S 與Zfx Intrascan（Zimmer Biomet，美國），建議醫(yī)師采用間距較大的三點(diǎn)式掃描策略獲取數(shù)字化咬合記錄以期獲得較高精度。兩點(diǎn)式咬合記錄時，建議臨床醫(yī)師獲取咬合記錄之間的距離盡量增大，以獲得更高精度?？傊?，減少面及咬合記錄掃描張數(shù)，采用三點(diǎn)式咬合記錄掃描策略（詳見本文OSID 碼附圖1），選用恰當(dāng)?shù)挠∧Ｏ到y(tǒng)可明顯提高咬合記錄精度。

2 數(shù)字化印模系統(tǒng)因素

2.1 掃描成像技術(shù)

當(dāng)前，不同廠商的數(shù)字化印模系統(tǒng)推出了不同的成像技術(shù)（詳見本文OSID 附表3）。成像主流技術(shù)分為：共聚焦技術(shù)、光學(xué)相干斷層掃描、主動波振面采樣、云紋干涉采樣法、三角測量技術(shù)五類［15-16］。其中共聚焦技術(shù)與光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)對半透明物體掃描具有顯著優(yōu)勢。三角測量技術(shù)與主動波振面采集技術(shù)則以邊緣清晰度見長。由此得出結(jié)論，臨床使用共聚焦技術(shù)數(shù)字化印模系統(tǒng)，可明顯增加數(shù)字化印模精度與準(zhǔn)確性。

2.2 數(shù)字化印模系統(tǒng)軟件

配套軟件是數(shù)字化印模系統(tǒng)重要組成部分，負(fù)責(zé)將掃描儀獲取的信息進(jìn)行重疊、對接、矯正等工作，對數(shù)字化印模系統(tǒng)的精確度起到關(guān)鍵作用。目前，數(shù)字化印模系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的傳輸格式及輸出/輸入接口（O/I），難以單獨(dú)比較其軟件算法優(yōu)劣。研究者們分別對7 種常用數(shù)字化印模系統(tǒng)的精度進(jìn)行了體外研究［17-22］，提示數(shù)字化系統(tǒng)對印模精度影響較大（詳見本文OSID 碼附表4）。實(shí)驗采用的模型材料、光照強(qiáng)度、色溫等實(shí)驗條件的不同，得出的結(jié)果存在較大差異。其中部分實(shí)驗評估時忽略了數(shù)字化印模最或然值（檢測平均值）和真值（原始數(shù)值）之間的差異對精度評估的影響，而采用標(biāo)準(zhǔn)差代替白塞爾公式描述印模系統(tǒng)的精度。該情況的出現(xiàn)使精度值偏低，高估了印模系統(tǒng)的精度。

3 患者因素

3.1 存留牙與種植體數(shù)目

患者口內(nèi)存留牙、種植體數(shù)目、患者配合度等均可影響數(shù)字化印模精度。Anthoy 等［20］掃描冰凍頭顱上頜時，發(fā)現(xiàn)對牙列進(jìn)行掃描的精度高于對軟組織掃描的精度。Mangano 等［19］探究牙列缺失（精度：28.5 ± 0.5 μm）與牙列缺損模型（精度：46.3± 4.9 μm）時，發(fā)現(xiàn)后者數(shù)字化印模精度較高。由此可見，患者口內(nèi)牙齒更多可以獲得更好的數(shù)字化印模精度。Rech-Ortega 等［22］分析全口種植的數(shù)字化印模時得出，6 枚種植體的印模精度高于4 枚種植體。因此，在全口修復(fù)時，更多的種植體數(shù)目可以提升數(shù)字化印模的精度。

Flügge 等［23］在對擁有不同間距種植體的傳統(tǒng)模型進(jìn)行數(shù)字化印模分析時發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化印模的精度隨著種植體間距增大而降低。該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因軟組織具有微動且缺乏特異性形態(tài)，使得軟件疊加圖像時出現(xiàn)角度、線性錯誤，降低了模型精度。Gan 等［24］探究牙弓形態(tài)對數(shù)字化印模精度的影響時發(fā)現(xiàn)，寬大的牙弓可以明顯提升數(shù)字化印模的精度?？傊?，較多的口內(nèi)余留牙齒、較多的種植體、較小的種植體間距與寬大的牙弓可以明顯提升數(shù)字化印模精度。

3.2 操作環(huán)境

口內(nèi)操作環(huán)境局限和高濕度等特點(diǎn)對數(shù)字化印模的精度會產(chǎn)生諸多間接的影響。Flügge 等［25］使用iTero 系統(tǒng)進(jìn)行口內(nèi)及口外掃描時發(fā)現(xiàn)，口外掃描精度更高（口內(nèi)精度：50 μm，口外精度：25 μm），口內(nèi)掃描時下頜印模精度明顯高于上頜印模（上頜精度：57 μm，下頜精度：43 μm），該精度差距和口內(nèi)較小的操作空間、有限的操作角度、患者配合度、口內(nèi)唾液等因素有關(guān)。因此，醫(yī)師在進(jìn)行口內(nèi)掃描時要盡量保持口內(nèi)干燥，以熟練的操作降低印模時間、增加印模制取舒適度、提升患者配合度，從而提升數(shù)字化印模精度。

3.3 穿齦深度

掃描牙位的穿齦深度與形態(tài)同樣對數(shù)字化印模精度、真實(shí)度存在影響。Joda［26］在對取下臨時義齒后袖口塌陷情況分析后得出，臨時冠取出后5 分鐘時袖口已出現(xiàn)塌陷。為解決袖口塌陷，Monaco等［27］提 出 了 全“數(shù) 字 化 技 術(shù)”（fully digital technique）解決方案，該方案對牙齦袖口、佩戴臨時義齒的齦緣形態(tài)與安裝掃描桿時的穿齦形態(tài)進(jìn)行3次掃描，將三次掃描結(jié)果擬合，得出真實(shí)的穿齦形態(tài)。Canullo 等［28］采用“生物導(dǎo)向制備術(shù)”（biologically oriented preparation technique），通過口內(nèi)掃描獲得種植體三維位置信息及軟組織形態(tài)，口外掃描獲取臨時義齒完整形態(tài)，經(jīng)計算機(jī)擬合后得出口內(nèi)真實(shí)穿齦形態(tài)。Caresteam 在最新一代數(shù)字化印模系統(tǒng)中給出了“區(qū)域鎖定”方案——將臨時義齒去除后立刻對穿齦形態(tài)進(jìn)行掃描并鎖定穿齦區(qū)域數(shù)據(jù)，避免后續(xù)掃描對穿齦形態(tài)的更改［5］。因此，數(shù)字化印模在前牙美學(xué)區(qū)應(yīng)用時，應(yīng)采用合理的方式避免牙齦袖口塌陷，減少袖口塌陷對數(shù)字化印模精度與真實(shí)度的影響。

4 環(huán)境因素

基于光學(xué)原理的數(shù)字化印模系統(tǒng)進(jìn)行口內(nèi)掃描時容易受到外界光源環(huán)境的影響。Arakida 等［29］在對不同光源強(qiáng)度及不同色溫條件下數(shù)字化印模精度差異的研究中發(fā)現(xiàn)，外界光源越暗數(shù)字化印模精度越高，光源色溫在3 900 K 時取得最高精度。綜合臨床實(shí)踐需要，關(guān)閉牙椅燈光，在3 900 K（黃色）、500 Lux 亮度時掃描可達(dá)到最佳精度。

5 展 望

數(shù)字化印模精度已經(jīng)滿足臨床需求，但數(shù)字化印模精度仍受到醫(yī)師、環(huán)境、患者、印模系統(tǒng)自身等諸多影響。未來，數(shù)字化印模掃描成像系統(tǒng)及軟件算法的發(fā)展趨勢是降低環(huán)境因素、操作者因素、患者因素對數(shù)字化印模精度的影響，降低數(shù)字化印模技術(shù)敏感性，并擴(kuò)大數(shù)字化印模適應(yīng)癥。目前，醫(yī)師對影響因素的正確分析與正確決策是影響種植印模精度的關(guān)鍵。醫(yī)師在臨床應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)膾呙璨呗?、選用合適轉(zhuǎn)移體、控制環(huán)境燈光，以期獲得更好的印模精度。