牙科技術(shù)前沿：口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)

近年來隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)及先進(jìn)制造技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的引入，口腔修復(fù)醫(yī)學(xué)也正在發(fā)生著一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。數(shù)字化診療模式已被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為今后口腔修復(fù)的發(fā)展趨勢(shì)與主流技術(shù)。其中，快速、

精確的數(shù)字化光學(xué)印模采集是整個(gè)數(shù)字化診療成功的前提與基礎(chǔ)。

目前，在臨床上絕大多數(shù)采用的是口外采集方式，即采用掃描設(shè)備對(duì)患者牙列的石膏模型進(jìn)行掃描以獲取數(shù)字化印模。這種口外的采集方式技術(shù)上相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。掃描時(shí)，可以將石膏模型固定在一個(gè)底座上，保持在多次掃描過程中圖像均處于同一坐標(biāo)系，便于圖像的融合和重建。

然而，口外采集方式仍然需要進(jìn)行傳統(tǒng)的印模制取、翻制石膏模型等?？趦?nèi)掃描方式是掃描設(shè)備伸入患者的口內(nèi)直接對(duì)牙體和相關(guān)軟硬組織進(jìn)行掃描測(cè)量，實(shí)時(shí)獲取數(shù)字化印模。與口外方式相比，其優(yōu)勢(shì)顯而易見。不但省卻了大量繁瑣的傳統(tǒng)步驟，降低了材料和人工的消耗，更重要的是，它將口腔修復(fù)數(shù)字化診療推向了一個(gè)更高的水平，做到了真正意義上的無?；?、數(shù)字化。

然而，口內(nèi)數(shù)字化印模仍存在很多技術(shù)難點(diǎn)。一方面在口內(nèi)進(jìn)行掃描時(shí)，會(huì)受到頭部移動(dòng)和口腔環(huán)境，諸如唾液、舌等的影響，從而影響圖像采集質(zhì)量。另一方面，由于每次掃描時(shí)，坐標(biāo)系會(huì)發(fā)生改變，在一定程度上影響圖像間的擬合重建。從目前研究狀況來看，雖然仍存在難點(diǎn)，但在技術(shù)上已獲得了很大的突破，并進(jìn)行了初步的臨床應(yīng)用。

目前，已有多家公司致力于口內(nèi)數(shù)字化印模的研究。有的已在臨床有了一定的應(yīng)用。但這些口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)的原理與技術(shù)特點(diǎn)不盡相同，了解和掌握這些原理和特點(diǎn)對(duì)專業(yè)的口腔修復(fù)醫(yī)師來講十分必要。

最早投入市場(chǎng)的口內(nèi)數(shù)字印模設(shè)備是德國(guó)Sirona公司于1987年推出的CEREC系統(tǒng)[1]。最初的CEREC1是基于激光的三角測(cè)量（triangulation of light）原理，通過三條光線的交點(diǎn)確定空間的一個(gè)定點(diǎn)[2]。為了保證統(tǒng)一的光彌散以及掃描的準(zhǔn)確性，該系統(tǒng)需要在掃描前使用一種粉末（二氧化鈦）在牙齒表面進(jìn)行噴霧[3]。之后Sirona公司又陸續(xù)推出了CEREC 2和CEREC 3，工作原理基本不變，所不同的是CEREC 3將印模采集設(shè)備與修復(fù)體制作設(shè)備分開。2010年Sirona公司推出了第四代CEREC系統(tǒng)-CEREC AC系統(tǒng)。CEREC AC中的口內(nèi)數(shù)字印模技術(shù)采用了短波藍(lán)光作為光源，掃描獲得單一的圖像，并能使平行光線保證良好的景深；其中的直角成像功能會(huì)增加準(zhǔn)確度。通過自動(dòng)匹配，把幾個(gè)圖像整合到一起。LavaTM椅旁口內(nèi)印模掃描儀( LavaTM Chairside OralScanner，Lava C．O.S)是近年來由3M ESPE公司生產(chǎn)的相對(duì)技術(shù)成熟的口內(nèi)印模采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)以激活波前采樣( active wavefront sampling，AWS)為原理[4]，在牙齒上方挪動(dòng)攝像機(jī)獲得牙齒的形狀，通過改變軸向位置，計(jì)算攝像機(jī)距離牙齒的距離，利用單鏡頭圖像得到三維信息。另外，設(shè)備中有三個(gè)傳感器可以同時(shí)從不同角度捕捉掃描物體的外形，同時(shí)通過聚焦一散焦運(yùn)算法在掃描得到的三維圖像表面生成斑點(diǎn)，以提高數(shù)字印模的準(zhǔn)確性[5]。

Cadent公司生產(chǎn)的iTero系統(tǒng)是基于平行共焦成像（parallel confocal imaging）原理來獲取數(shù)字化印模的。它利用激光進(jìn)行光學(xué)掃描，可以在牙齒結(jié)構(gòu)上以50μm為間距的300個(gè)焦點(diǎn)深度捕捉到超過100000個(gè)光點(diǎn)，從而獲得牙齒的圖像[6]。該系統(tǒng)不需要掃描前對(duì)牙齒表面進(jìn)行噴霧涂敷。

D4D Technologies公司生產(chǎn)的E4D系統(tǒng)的工作原理是光學(xué)相干斷層成像（optical coherence tomography)和共焦顯微（confocal microscopy）技術(shù)；該系統(tǒng)配有專用的椅旁銑削系統(tǒng)[7]。

丹麥的3Shape公司于近年研發(fā)出的TRIOS口內(nèi)掃描儀是一種技術(shù)較為先進(jìn)的口內(nèi)數(shù)字印模系統(tǒng)。它運(yùn)用超快光學(xué)切割（ultrafast optical sectioning）技術(shù)和共焦顯微技術(shù)，每秒可捕捉超過3000幅二維圖像：通過結(jié)合數(shù)百幅三維數(shù)字圖像，實(shí)時(shí)地創(chuàng)建出三維數(shù)字印模；與iTero系統(tǒng)相似，TRIOS系統(tǒng)不需要噴霧涂敷。

現(xiàn)階段已投入市場(chǎng)的擁有口內(nèi)數(shù)字化印模設(shè)備的CAD/CAM系統(tǒng)還有IOS Fastscan，MIA3D，3D progress等（表1）[8]?？趦?nèi)數(shù)字化印模設(shè)備除了在工作原理、光源、成像類型、是否需要噴霧涂敷、是否具備椅旁切削系統(tǒng)外，在掃描完成后的輸出文件格式也不盡相同。一種是不加密的STL文件，即所謂的開放式系統(tǒng)，它們可以被大部分CAD/CAM系統(tǒng)讀取并應(yīng)用于后續(xù)的修復(fù)體設(shè)計(jì)和制作：另一種是加密的文件，即所謂封閉式系統(tǒng)，所得的數(shù)據(jù)信息只能運(yùn)用于特定的CAD/CAM系統(tǒng)：或通過專用軟件解密，應(yīng)用于其他CAD/CAM系統(tǒng)。

在進(jìn)行口內(nèi)數(shù)字化印模采集的時(shí)候應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：在牙體預(yù)備完成后，必須應(yīng)用排齦技術(shù)完整清晰的暴露預(yù)備完成的邊緣：對(duì)預(yù)備牙體及整個(gè)口腔進(jìn)行沖洗并吹干；如在掃描前需要噴霧，則需采用專用噴霧器在預(yù)備的牙體及鄰牙表面均勻地噴涂一層稀薄的粉末，應(yīng)避免涂層過厚影響今后修復(fù)體的密合度：在患者牙間交錯(cuò)（牙合）的狀態(tài)下從頰側(cè)方向進(jìn)行局部牙弓的掃描以記錄咬合關(guān)系。

前面已經(jīng)提到，應(yīng)用口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)可以省卻很多原先繁瑣的步驟。但仍有一些醫(yī)師認(rèn)為口內(nèi)數(shù)字化印模操作難度較大，且需要更多的椅旁時(shí)間。Lee等[9]在種植體印模采集的體外實(shí)驗(yàn)中對(duì)口內(nèi)數(shù)字化印模和傳統(tǒng)印模花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行了記錄和評(píng)估，結(jié)果顯示傳統(tǒng)印模的準(zhǔn)備時(shí)間、操作時(shí)間、總時(shí)間、重新取模時(shí)間、重新取模次數(shù)分別是(282 +85)s，(1200 +397)s，(1482 +438)s，(418 +416)s，21次；而采用口內(nèi)數(shù)字化印模時(shí)，這5個(gè)測(cè)量值分別是(233 +58)s，(534 +192)s，( 749 +226)s，(100 +65)s，67次。重新取模次數(shù)是數(shù)字印模大于傳統(tǒng)印模(P<0.05)，但準(zhǔn)備時(shí)間、操作時(shí)間、總時(shí)間以及重新取模時(shí)間上均是傳統(tǒng)印模大于數(shù)字印模(P<0.05)。此外本試驗(yàn)還應(yīng)用視覺模擬評(píng)分法(visual analogue scales，VAS)記錄了參與試驗(yàn)者對(duì)兩種取模方法難度的評(píng)分，結(jié)果顯示試驗(yàn)參與者對(duì)傳統(tǒng)印模取模難度的VAS評(píng)分為43.12 +18.46，而對(duì)數(shù)字印模的評(píng)分為30.63+17.57，兩者之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。這在一定程度上說明，通過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)和訓(xùn)練，口內(nèi)數(shù)字化印模在工作效率上較之傳統(tǒng)印模有著不小的優(yōu)勢(shì)：即使數(shù)字印模需要重新掃描次數(shù)較多，但時(shí)間花費(fèi)仍然少于傳統(tǒng)的印模制取，并且前者比后者更容易掌握。而數(shù)字印模在操作上的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在對(duì)鄰間區(qū)域的掃描，所以重新掃描也僅僅針對(duì)前次掃描的盲區(qū)進(jìn)行：而傳統(tǒng)取模如果需要重做，則必須對(duì)整個(gè)牙弓進(jìn)行重新印模制取，這當(dāng)然大大延長(zhǎng)了操作時(shí)間[10]。

作為固定修復(fù)體，就位后邊緣及內(nèi)部適合性是衡量修復(fù)體是否成功的重要指標(biāo)，而其中印模的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。Syrek等[11]對(duì)20例患者的20顆后牙分別使用口內(nèi)數(shù)字化印模和傳統(tǒng)印模方法制作CAD/CAM全瓷冠，對(duì)全瓷冠內(nèi)表面與預(yù)備牙的近中、遠(yuǎn)中、頰側(cè)、舌側(cè)四個(gè)參考點(diǎn)之間的邊緣間隙進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果顯示：傳統(tǒng)印模組，全瓷冠邊緣間隙的中位數(shù)是71μm，四個(gè)測(cè)量點(diǎn)的最小值／中位數(shù)／最大值分別是近中52/69/84μm，遠(yuǎn)中50/70/97μm，頰側(cè)47/74/104μm，舌側(cè)27/67/102μm；口內(nèi)數(shù)字化印模組，全瓷冠邊緣間隙的中位數(shù)為49μm，四個(gè)測(cè)量點(diǎn)的最小值／中位數(shù)／最大值分別是近中36/50/72μm，遠(yuǎn)中43/55/67μm，頰側(cè)27/28/54μm，舌側(cè)32/51/66μm。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析得出兩種方法制作的全瓷冠的內(nèi)部及邊緣適合性有差異，口內(nèi)數(shù)字化印模優(yōu)于傳統(tǒng)印模。全瓷冠與鄰牙的適合性方面口內(nèi)數(shù)字化印模也優(yōu)于傳統(tǒng)印模(P均<0.05)。咬合匹配無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。由于口外掃描需要進(jìn)行傳統(tǒng)的印模制取和模型翻制，而這些操作步驟都可能產(chǎn)生誤差：而口內(nèi)數(shù)字印模則直接由牙科實(shí)驗(yàn)室的技師在掃描輸出文件進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，并且在快速成型模型上（如SLA模型）進(jìn)行試戴和修整，從而最大程度上避免了誤差的產(chǎn)生，提高了印模的準(zhǔn)確性[12].

Cardelli等[13]對(duì)15例患者的37顆患牙（24顆前牙13顆后牙）制作了基于口內(nèi)數(shù)字化印模的CAD/CAM全瓷冠修復(fù)體，并對(duì)修復(fù)體與基牙的勁緣、軸壁、軸（牙合）嵴以及中央駘面四點(diǎn)之間的間隙進(jìn)行測(cè)量。前牙在這四個(gè)測(cè)量點(diǎn)的均值分別是48. 81，112. 45，131.68，165. 47 μm;后牙分別是48. 38，111. 27，149，142. 25 μm。其結(jié)果符合臨床標(biāo)準(zhǔn)。Ender等[14]在體外實(shí)驗(yàn)中用LavaTMC．O.S，CEREC AC以及傳統(tǒng)硅橡膠印模三種方法對(duì)同一母模進(jìn)行取模，然后用標(biāo)準(zhǔn)化的掃描儀檢測(cè)三者準(zhǔn)確性，結(jié)果三者分別為( 40.3±14.1)y,m，(49±14. 2) μm，(55 +21.8)μm，三者之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，認(rèn)為口內(nèi)數(shù)字化印模的準(zhǔn)確性類似于傳統(tǒng)印模。實(shí)驗(yàn)也提示，口內(nèi)數(shù)字掃描前運(yùn)用的噴霧涂敷可能對(duì)掃描結(jié)果有一定影響。雖然CAD/CAM產(chǎn)品的軟件分析會(huì)將相對(duì)應(yīng)的噴霧厚度計(jì)算在內(nèi)，但不同的臨床醫(yī)師在施行噴霧時(shí)因?yàn)槿藶橐蛩貢?huì)產(chǎn)生差異，可能一定程度上降低了掃描的準(zhǔn)確性[15]。

對(duì)于口內(nèi)數(shù)字化印模重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少。Stimmelmayr等¨叫在樹脂標(biāo)準(zhǔn)無牙(牙合）模型以及由它翻制的石膏模型上進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，用以模擬直接口內(nèi)掃描和傳統(tǒng)印模后模型上掃描。實(shí)驗(yàn)通過Everest掃描儀重復(fù)掃描比較了兩種方法在掃描種植體的重復(fù)性。結(jié)果顯示掃描多聚體模型的差異為(39±58) μm，掃描翻制石膏模型的差異為(11 +17) μm，兩者存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)，結(jié)論為口內(nèi)掃描獲取印模的重復(fù)性不如傳統(tǒng)印模。Del Corso等[17]在體外實(shí)驗(yàn)中得出口內(nèi)掃描的系統(tǒng)誤差在14～21 μm；Mehl等[18]通過實(shí)驗(yàn)證明口外掃描系統(tǒng)在掃描石膏模型上的系統(tǒng)誤差為20 μm甚至更小?？趦?nèi)數(shù)字化印模和傳統(tǒng)印模的掃描存在的重復(fù)性差異，一方面可能是源于噴霧涂敷：另一方面，醫(yī)師在重復(fù)進(jìn)行口內(nèi)掃描時(shí)很難保證掃描儀的位置始終不變，掃描的圖像在三維重建時(shí)就可能會(huì)產(chǎn)生差異，而口外掃描中石膏模型與掃描器械的位置始終固定，重復(fù)性就相對(duì)較高。因此，醫(yī)師在臨床進(jìn)行口內(nèi)數(shù)字化印模采集前應(yīng)進(jìn)行培訓(xùn)，以達(dá)到應(yīng)用的熟練度。

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