占莉琳 曾利偉 李霄夏 袁少艷 譚艷玲

[關(guān)鍵詞]口內(nèi)掃描儀;數(shù)字化印模;全瓷冠;邊緣適合性;計算機輔助設(shè)計與制作

數(shù)字化印模是計算機義齒輔助設(shè)計與制作（Computeraided design/Computer aided manufacture，CAD/CAM）獲取口腔組織形態(tài)數(shù)據(jù)的方式，掃描生成的數(shù)字化模型是CAD/CAM的基礎(chǔ)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字印模系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，多種形式、品牌及技術(shù)平臺支持的口腔數(shù)字印模產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，數(shù)字化印模已在臨床修復(fù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字化印模技術(shù)中最關(guān)鍵的是掃描準確性，研究表明，由于口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)是通過光學掃描技術(shù)進行印模制取，不同掃描系統(tǒng)之間存在差距，影響數(shù)字化印模的準確度[1-2]。

印模的精確度直接影響修復(fù)體邊緣的適合性，良好的邊緣適合性是評價修復(fù)效果的重要指標[3]。本研究通過體外實驗比較三種不同品牌口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)對全瓷冠邊緣適合性的影響，尋求精度更高的口掃系統(tǒng)和路徑以提高效率，實現(xiàn)口腔基牙形態(tài)的精確重現(xiàn)，以增加制作的全瓷冠的邊緣精度，為臨床實際工作提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 主要實驗設(shè)備和材料：CEREC AC Omnicam口內(nèi)掃描儀（Dentsply Sirona，美國）;3Shape TRIOS口內(nèi)掃描儀（3Shape，丹麥）;Planmeca PlanScan口內(nèi)掃描儀（Planmeca，芬蘭）;SZ61體視顯微鏡（ACI mage軟件，Olympus公司，日本）;3M加成型硅橡膠：3M ESPEExpressTM XT（3M公司，美國）;VITA可切削玻璃陶瓷（VITA公司，德國）;CEREC MC X研磨機（DentsplySirona，美國）;Roland DWX-4W 切削儀（ Roland 公司，日本）。相關(guān)技術(shù)指標見表1。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣本制備：數(shù)控車床制備PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材質(zhì)下頜第一磨牙標準模擬全冠預(yù)備體模型16個。規(guī)格：高5.0mm，牙合面直徑5.0mm，聚合度10°，頸部肩臺為直角肩臺，肩臺寬度1.0mm，軸面制作固位溝。

1.2.2 實驗分組：根據(jù)不同口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)分為CEREC AC掃描組、3Shape TRIOS掃描組、Planmeca PlanScan掃描組。

1.2.3 實驗步驟

1.2.3.1 制取數(shù)字化印模：將16個代型按隨機抽樣原則依次用超硬石膏等距固位于2個個別托盤中，就位道一致;分別采用CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca PlanScan三種掃描系統(tǒng)掃描16個全冠預(yù)備體，獲取圖像清晰、顯示完整牙預(yù)備體形態(tài)、邊緣清楚、無陰影和缺損的圖像，制取數(shù)字化印模。

1.2.3.2 CAD/CAM制作全瓷冠：將所得數(shù)據(jù)分別使用修復(fù)設(shè)計軟件畫肩臺邊緣線，按下頜第一磨牙外形標準統(tǒng)一設(shè)計全瓷冠的外形，計算機輔助制作切削儀將設(shè)計好的冠采用可切削玻璃陶瓷切割成型，制作完成48個全瓷冠。

1.2.4.3 試戴修復(fù)體：將48個全瓷冠在個別托盤代型上進行試戴。

1.2.4.4 硅橡膠復(fù)制全冠邊緣間隙：使用輕體硅橡膠和重體硅橡膠，采用硅橡膠印模法[4]復(fù)制得到全瓷冠間隙的硅橡膠模型。

1.2.4.5 邊緣間隙的測量：每個硅橡膠模型沿近遠中、頰舌向剖開，每個剖面肩臺等距選擇25個測量點，在45倍體視顯微鏡下完成測量，每個剖面測量3次取平均值，記錄測量結(jié)果。

1.2.4.6 評價標準：評價邊緣間隙值>120μm為臨床不能接受，評價邊緣間隙值≤120μm為臨床可接受。

1.3 統(tǒng)計學分析：使用 SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，P <0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

三組不同掃描系統(tǒng)的的全瓷冠邊緣間隙結(jié)果，見表2。本實驗條件下三組全瓷冠的平均邊緣間隙值從小到大依次為CEREC AC掃描組、3Shape TRIOS掃描組、PlanmecaPlanscan掃描組。結(jié)果顯示：三組全瓷冠的邊緣間隙的測量結(jié)果之間比較，差異有統(tǒng)計學意義（P <0.05），CERECAC掃描組與3Shape TRIOS掃描組、Planmeca Planscan掃描組差異有統(tǒng)計學意義（P <0.05），3Shape TRIOS掃描組與Planmeca Planscan掃描組差異無統(tǒng)計學意義（P >0.05），但均在臨床可接受的范圍內(nèi)（<100μm）。

3 討論

3.1 實驗方法及掃描精度評價方法的選擇

3.1.1 實驗方法的選擇：數(shù)字印模的精確度與設(shè)備、操作技術(shù)及患者配合有關(guān)?？趦?nèi)掃描易受口內(nèi)軟硬組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、濕潤環(huán)境、患者的張口度、頭部移動以及操作者與掃描元件設(shè)備等因素的影響。本研究選擇體外實驗，采用口內(nèi)掃描儀直接掃描體外試件模擬口內(nèi)掃描法，未受操作空間、患者配合及口腔環(huán)境等方面的影響和干擾，減少了因操作因素、患者因素和人為誤差的可能性，能更加真實準確地評價掃描系統(tǒng)的精確度。臨床應(yīng)用中需克服操作技術(shù)與患者配合等影響數(shù)字印模精確度的因素。本研究的實驗樣本為下頜第一磨牙標準模擬全冠預(yù)備體模型，全冠預(yù)備體需要有一定的軸面聚合度，理想的軸面聚合度為4°～10°，若聚合度過小，則口內(nèi)掃描無法獲得足夠的軸面數(shù)據(jù)[5]。為獲得足夠的掃描數(shù)據(jù)和便于模擬粘接，本實驗標準模型的軸面聚合度設(shè)計為10°，減少因聚合度的大小對實驗的影響。

3.1.2 口內(nèi)掃描儀精度評價方法的選擇：目前對數(shù)字化掃描儀精度評價的研究方法主要有[6]：通過測量最終修復(fù)體的內(nèi)部及邊緣適合性來間接評價數(shù)字化印模的精度;使用逆向工程軟件擬合掃描圖像數(shù)據(jù)直接評價;采用電子游標卡尺及測量軟件兩點測距線性測量直接評價等。陳思涵等[7]通過專業(yè)逆向工程軟件Geomagic studio 12處理進行數(shù)據(jù)擬合評價分析不同品牌口內(nèi)掃描儀的準確性均能達到臨床要求。對臨床來說最重要的是口內(nèi)掃描系統(tǒng)制作的修復(fù)體有比較理想的邊緣適應(yīng)性，本實驗選擇制作全冠，采用硅橡膠復(fù)制全冠間隙評價修復(fù)體的邊緣適合性間接評價三種口內(nèi)掃描儀的精度，能很好地模擬臨床直觀地反映修復(fù)效果。

評價固定修復(fù)體邊緣適合性的方法主要有定性和定量法，定量法包括顯微鏡、印模、片切、Micro-CT技術(shù)法等[8]。硅橡膠印模技術(shù)法經(jīng)研究證明是測量邊緣間隙的一種可靠有效的方法[9]，相對操作簡便、不破壞模型、可重復(fù)測量、不需要特殊工具等被廣泛應(yīng)用[8]。對于全冠邊緣間隙，美國牙科協(xié)會ADA規(guī)定，理想的修復(fù)體邊緣與牙預(yù)備體的密合度為25～40μm[10]。有研究表明[11]，臨床邊緣間隙應(yīng)小于100μm，目前文獻中應(yīng)用較多的標準是McLean等[12]的觀點，認為邊緣間隙最大臨床接受范圍為120μm，本實驗評價邊緣間隙值大于120μm為臨床不能接受，小于等于120μm為臨床可接受。

3.2 掃描路徑與掃描時間：與口外模型掃描儀的靜態(tài)掃描不同，口內(nèi)掃描儀為動態(tài)掃描，每次掃描時，坐標系的改變在一定程度上影響圖像間的融合重建，易出現(xiàn)掃描缺損區(qū)，需要反復(fù)掃描。在重復(fù)進行口內(nèi)掃描時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就可能會產(chǎn)生差異。數(shù)據(jù)拼接次數(shù)越多，數(shù)據(jù)精度越低[13]，因此，口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)有著特定的技術(shù)要求，掃描順序、掃描范圍、掃描步驟及掃描時間均影響所獲取的圖像質(zhì)量，從而影響印模的準確性。有研究顯示[14-15]，多次掃描的順序和移動軌跡存在的差別會導(dǎo)致偏差。關(guān)于掃描時間，有學者建議，全牙列掃描時間一般控制在3～5min，反復(fù)掃描可影響圖像質(zhì)量，過長時間的掃描可使操作者和患者產(chǎn)生疲勞，反而影響掃描的準確性[5]。

本實驗將16個試件依次用超硬石膏等距固位于2個個別托盤中，沿牙弓排列，掃描采用結(jié)構(gòu)式掃描方式，遵循分區(qū)域掃描、次序掃描、疊加掃描的原則，每個試件均按照舌側(cè)/腭側(cè)、咬合面、頰側(cè)/唇側(cè)的路徑進行分區(qū)域依次疊加掃描，每個牙位掃描時間控制在30s之內(nèi)。能夠避免掃描數(shù)據(jù)過大，以減少圖像擬合重建運算次數(shù)，同時又保證所獲取圖像的穩(wěn)定連續(xù)，從而獲得穩(wěn)定、準確的數(shù)字化印模，本實驗所有掃描均由同一操作者按相同掃描路徑操作完成。

3.3 三種掃描系統(tǒng)性能特點比較：不同掃描系統(tǒng)的掃描原理主要包括：共聚焦顯微成像技術(shù)、主動或被動三角測量技術(shù)、主動波陣面采樣、光學相干斷層掃描技術(shù)、干涉及相移測量技術(shù)等[13，16]。CEREC AC掃描系統(tǒng)運用三角測量技術(shù)，采用連續(xù)彩色攝像獲得數(shù)據(jù)拼接成完整的立體三維圖形;3Shape TRIOS運用超快光學切割技術(shù)和共焦顯微成像技術(shù)，采用真彩連續(xù)照相實時創(chuàng)建三維數(shù)字印模;Planmeca Planscan系統(tǒng)運用光學相干斷層掃描技術(shù)，采用連續(xù)攝像獲得三維數(shù)字印模。

Patzelt等[17]比較iTero，CEREC AC Bluecam， LavaC.O.S.，Zfx Intrascan四個品牌口內(nèi)掃描儀掃描獲得的數(shù)字化牙列模型比較發(fā)現(xiàn)不同的掃描儀之間的精確性存在差異，本實驗三個品牌CE R E C A C、3 S h a p e T R I O S、Planmeca Planscan中TRIOS在掃描效率和速度上較優(yōu)于其他系統(tǒng)，CEREC AC掃描組在三組邊緣間隙值中最小，顯示不同的掃描儀之間的精確性存在差異。但是基于三種掃描系統(tǒng)獲取數(shù)字印模制作完成全瓷冠的邊緣間隙值均在臨床可接受的范圍內(nèi)，準確性均能達到臨床要求。

3.4 不同CAD系統(tǒng)的誤差分析

3.4.1 系統(tǒng)匹配：獲取數(shù)字化印模的最終目的是制作完成修復(fù)體滿足臨床需求。CEREC AC采集的信息由專用數(shù)據(jù)格式或配套軟件轉(zhuǎn)換，其終端需為Sirona支持的CERECMC和CEREC In-Lab等設(shè)備，屬于封閉系統(tǒng)，目前已有開放系統(tǒng)投入使用[16]。本研究中CEREC AC組選用Sirona配套的CEREC MC X研磨機，可與CEREC軟件實現(xiàn)優(yōu)化協(xié)同，且步進加工精度可達±6.25μm。本實驗條件下CEREC AC掃描組與3Shape TRIOS掃描組、Planmeca Planscan掃描組差異有統(tǒng)計學意義，可能與系統(tǒng)匹配有關(guān)。封閉系統(tǒng)雖然無法獲取開放數(shù)據(jù)并兼容通用CAD系統(tǒng)進行修復(fù)體的制作，但采用配套軟件與加工設(shè)備，可能減少或修正數(shù)據(jù)傳輸及加工單元磨合過程中的誤差，從而獲得更好的精度。

3 . 4 . 2 非系統(tǒng)匹配： 3 S h a p e T R I O S 、P l a n m e c aPlanscan掃描系統(tǒng)屬于開放式系統(tǒng)，采集的信息以開放式的STL數(shù)據(jù)格式傳遞，其通過掃描獲取的數(shù)字化文件可以使用任何C A D / C A M系統(tǒng)來進行最終修復(fù)體的制作，Planmeca Planscan同時也有配套的 CAD 系統(tǒng)。本實驗中3Shape掃描組與Planmeca Planscan掃描組均使用兼容的Roland DWX-4W 切削儀完成全瓷冠的制作。使用兼容的CAD系統(tǒng)提高了制作過程的靈活性和適應(yīng)范圍，然而不同的掃描系統(tǒng)有其各自的屬性，且修復(fù)體適合性誤差不僅來源于掃描儀，還有研磨儀，數(shù)據(jù)傳輸及修復(fù)體設(shè)計制作過程中都有可能因系統(tǒng)不匹配對研究結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca Planscan三種口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)準確性均能滿足臨床修復(fù)體制作要求，全瓷冠的邊緣適合性均在臨床可接受范圍之內(nèi)，CEREC AC組的修復(fù)效果最優(yōu)。口腔數(shù)字化印模提高了臨床治療的時效性和精確性，使口腔數(shù)字化診療體系的全面構(gòu)建成為可能，同時在臨床使用中尚需要注意設(shè)備間的優(yōu)化組合與技術(shù)條件的匹配等因素，以提高修復(fù)精度，取得更好的工作效率和臨床效果。