數(shù)字化印模在口腔種植修復中的研究進展

1、數(shù)字化印模在口腔種植修復中的研究進展計算機輔助設計與制造技術于20世紀80年代起開始應用于口腔醫(yī)學領域，包括普通冠、橋、貼面的設計制作等。數(shù)字化技術也成為當下口腔種植領域的一大熱點，其中，近10年來發(fā)展迅速的數(shù)字化印模為數(shù)字化輔助修復技術之一，是指應用口內(nèi)掃描儀（intraoralscanner,IOS）在患者口內(nèi)無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，其避免了傳統(tǒng)印模過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StandardTessellationLanguage（STL）文件可以電子形式儲存并直接用于上部修復體的設

2、計及制作，有效減少了實體材料的消耗，降低了模型存儲及運輸成本，是一種更為環(huán)境友好的取模方法。本文就種植修復中數(shù)字化印模技術的原理、精度及影響因素作一綜述。1.口內(nèi)掃描儀的原理及常用產(chǎn)品口內(nèi)掃描儀通常由手持掃描儀器、配套軟件以及計算機組成。在進行口內(nèi)掃描時，軟件可實時顯示掃描得到的三維圖像。STL格式是最常見的口內(nèi)掃描圖像的三維圖形文件格式，由多個三角形面片組成。各品牌掃描儀采用不同的原理測量從掃描頭到掃描物體的距離，將光學信息轉(zhuǎn)換為三維模型，以下根據(jù)不同原理分別介紹。1.1主動波前采樣技術（activewavefrontsamplingtechnology）波前采樣技術是指基于主要光學系統(tǒng)測得

3、的對焦及散焦深度，通過單透鏡成像系統(tǒng)獲得被掃描目標3D信息的掃描采樣技術?！爸鲃印保╝ctive）指口內(nèi)掃描儀主動向物體投射光束，相對于“被動”（passive）技術僅依靠環(huán)境照明來照亮口內(nèi)組織，“主動”技術較少依賴目標的紋理及色彩進行三維重建。其具體原理為口內(nèi)掃描儀向被掃描物體投射光束，目標所反射的圖像通過透鏡成像系統(tǒng)，投射在傳感器上。如所得圖像為對焦圖像，掃描距離即為該單透鏡系統(tǒng)的焦距；如為離焦圖像，掃描距離則通過相關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個傳感器，從不同角度捕捉口內(nèi)軟、硬組織狀況，采用可視藍光進行掃描。TrueDe

4、finition要求掃描前在被掃目標上噴涂二氧化鈦粉末，這些粉末顆粒將通過作為隨機分布的標志并且使光發(fā)生散射而起到增強掃描精度的作用。1.2主動三角測量技術（activetriangulationtechnology）三角測量技術的原理即口內(nèi)掃描儀在被掃描物體表面投射出一個光帶圖案，當每束光線被物體表面反射回傳感器時，投射光線與反射光線之間的距離將會被測量；由于光線投射部件和傳感器之間的角度是固定的，故可通過三角原理得到口內(nèi)掃描儀距離被掃描表面的距離。采用主動三角測量技術的代表性口內(nèi)掃描儀為由登士柏西諾德公司推出的CerecOmnicam口腔掃描儀，掃描前無需噴粉。1.3共聚焦顯微成像技術（c

5、onfocalmicroscopytechnology）共聚焦顯微掃描技術的具體原理為在保持掃描儀和目標間距離的同時，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像素點都可被選出相應的在該點對焦的對焦平面，這些來自矩陣內(nèi)不同感應器收集的對焦信息，經(jīng)處理后生成立體的三維圖像。運用該技術作為基本掃描原理的口內(nèi)掃描儀主要有3ShapeTrios（超快光學分割及共聚焦顯微技術）及CadentiTero（激光平行共聚焦顯微成像技術），均不需要在口內(nèi)掃描時噴涂粉末。2.數(shù)字化印模用于種植修復的精度

6、在種植體水平進行口內(nèi)數(shù)字化印模時，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掃描桿，用于掃描后在軟件內(nèi)指示相應種植體的位置，故相對單純牙列的口內(nèi)掃描印模，種植體的掃描難度更高，對精度的要求也更高。對數(shù)字化印模精度（accuracy）的衡量由真實度（trueness）和準確度（precision）組成。真實度指測量結果和原物品之間的差異大小，準確度指對同一物體重復測量結果之間的差異大小，反映測量結果的可重復性。數(shù)字化印模精度的研究方法主要分兩類，一類為直接疊加數(shù)字化印模及參考模型的STL文件，計算總體的三維誤差值；另一類為分別測量數(shù)字化印模及參考模型的種植體間距離及角度并進行比較，得到距離

7、及角度的誤差。目前關于種植體水平數(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)臨床研究由于開口度的限制，唾液的影響，口腔黏膜的移動等，往往導致精度降低，故體外研究所得誤差值可能低于臨床實際情況。研究對象主要分為3類：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。2.1種植體支持單冠的數(shù)字化印模單顆種植體的數(shù)字化印模精度研究文獻較少且結論不同，至今尚無定論。由于單冠對種植體位置的精確度要求相比聯(lián)冠及長支架等低，單冠的被動就位也相對容易取得，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

8、第一磨牙缺失、使用種植體進行修復的患者，結果顯示：傳統(tǒng)取模與口內(nèi)掃描所得三維結構之間差異顯著；Mhlemann等的隨機對照試驗顯示，數(shù)字化印模的準確度均低于傳統(tǒng)取模并具有統(tǒng)計學差異。體外模型試驗中，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)準確度并無顯著差異。這些研究結果的差異，可能是由于各項實驗采用的測量精度方法，實驗設計不同及體內(nèi)、體外實驗環(huán)境差異所導致。2.2多顆種植體支持的局部固定義齒使用多顆植體進行修復時，由于涉及種植體間的相對位置以及共同就位道，對取模精度的要求往往高于單冠。與傳統(tǒng)取模進行比較，多數(shù)研究結果表明，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)

9、應用時，其誤差已超出臨床可接受范圍。體內(nèi)研究方面，Alsharbaty等的研究結果顯示，無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顯著差異。目前有關種植支持修復體被動就位的臨床參數(shù)尚有爭議，但常用的被動就位參數(shù)仍為Jemt和Lie所定義的150m，即不引起長期并發(fā)癥的修復體邊緣誤差最大值。僅有的1篇Alsharbaty等的體內(nèi)研究結果

10、中，僅數(shù)字化取模的誤差就已經(jīng)超出150m；而其余體外研究誤差值雖未超過150m，但并未納入后續(xù)修復體制作時的誤差，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用，需要開展進一步研究。2.3多顆種植體支持的全口固定義齒由于口內(nèi)缺少解剖標志點，牙槽嵴低平，黏膜活動性大等原因，無牙頜種植患者口內(nèi)數(shù)字化印模難度相對于牙列缺損患者更高，臨床應用難度極大。目前無牙頜患者的全口多顆種植體印模常用的方法仍為傳統(tǒng)開窗連接式印模。體內(nèi)研究結果認為，無牙頜種植患者的數(shù)字化印模尚無法用于制作密合的上部支架結構。Andriessen等對下頜植入2顆種植體的牙列缺失患者進行數(shù)字化印模，結果顯示，除

11、4例無法成功重疊的患者口內(nèi)圖像外，21個掃描文件中，只有1個文件同時符合種植體間距離誤差小于100m及種植體間角度誤差小于0.4的臨床閾值。由于實際口內(nèi)掃描難度極大，單純體外研究的結論需謹慎解讀。與體內(nèi)研究不同，多數(shù)體外研究結果顯示，無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)開窗式取模；Papaspyridakos等的研究結果顯示，數(shù)字化印模精度與開窗式取模無顯著區(qū)別，高于閉窗式取模；Abdel-Azim等及Gherlone等的比較

12、發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化印模制作的支架結構邊緣密合度更高。3.種植體數(shù)字化印模精度的影響因素3.1種植體間掃描距離多項體外研究結果發(fā)現(xiàn)，種植體間掃描距離增大會導致數(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-fitalgorithm）進行圖像拼接這一過程有關。Flugge等及Fukazawa等在多牙缺失的體外模型上進行數(shù)字化印模，結果顯示，隨著種植體間距離增加，數(shù)字化印模準確度下降。Ciocca等、Vandeweghe等以及Gimnez等使用下頜牙列缺失種植模型進行研究，Ciocca等的研究結果顯示，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

13、發(fā)現(xiàn)，位于牙列末端的2個掃描桿在數(shù)字化印模后顯示出最大的三維誤差值；Gimnez等發(fā)現(xiàn)，一開始被掃描區(qū)段的印模精度明顯高于第2個被掃描的區(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。3.2種植體角度多數(shù)體外研究結果顯示，種植體角度對數(shù)字化印模精度無明顯影響，這可能是由于數(shù)字化印模避免了傳統(tǒng)印模托盤脫位時轉(zhuǎn)移桿周圍印模材料的應力形變。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驗結果顯示，種植體角度對數(shù)字化印模精度無顯著影響。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

14、增大。需要注意的是，上述研究均為體外實驗。在臨床實際應用中，由于口腔空間狹小及開口度的限制，導致口內(nèi)掃描儀頭部在掃描傾斜種植體的頸部時無法完全豎起，可能無法獲得足夠的掃描桿表面信息，從而導致誤差增大，需要進一步開展臨床實驗，驗證這一影響因素。3.3口腔掃描儀品牌多數(shù)體外研究結果表明，口腔掃描儀品牌對種植體數(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果不同，尚無明確結論。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的準確度低于Tr

15、ios及TrueDefinition。Imburgia等的研究結果顯示，在體外牙列缺失模型上，CS3600真實度最佳，優(yōu)于CerecOmnicam及Trios3、TrueDefinition真實度最低，而四者的準確度并無顯著差異。從以上研究結果不難發(fā)現(xiàn)，目前關于口腔掃描儀的精度尚無明確結論，主要是由于各研究采用的研究方法及對象不同所致，未來需要設計更標準的實驗方法，驗證不同口內(nèi)掃描儀的精度。3.4其他因素其他曾被研究的相關因素包括種植體連接類型及操作者經(jīng)驗。Alikhasi等的體外研究發(fā)現(xiàn)，不同種植體連接方式對數(shù)字化印模精度無顯著影響。有關操作者經(jīng)驗這一影響因素的研究結論不盡相同。Gimnez等的一系列體外實驗中，讓有2年口腔掃描經(jīng)驗與僅有3次口腔掃描經(jīng)驗的操作者同時對體外牙列缺失的種植模型進行掃描，使用iTero及ZFXintrascan時，操作者經(jīng)驗對數(shù)字化印模精度無顯著影響；使用LavaCOS及TrueDefinition時，經(jīng)驗豐富者比初學者獲得的精度更高。由于數(shù)字化印?？赡芫哂休^明顯的學習曲線，故操作者需要多次練習，以學