楊琪 曹二彎 劉夏青 李英

20世紀70年代，CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用于牙科，開啟了牙科數(shù)字化的新時代[1]，雖然傳統(tǒng)的彈性印模材料結(jié)合灌制石膏模型的方法已成功的應(yīng)用于牙科數(shù)十年，但其存在技術(shù)敏感性高、患者體驗感差、印模材料收縮變形、唾液血液污染等缺點[2]?？趦?nèi)數(shù)字印模憑借其簡單高效、方便快捷的優(yōu)勢被臨床醫(yī)師和患者喜愛并迅速發(fā)展，其采用小型探入式光學掃描頭伸入患者的口內(nèi)，從而獲取牙齒牙齦等軟硬組織的形態(tài)[3]。

準確的印模是成功制作修復體的關(guān)鍵，已有大量文獻證明口內(nèi)數(shù)字印模的準確性與硅橡膠印模技術(shù)在單冠和短跨度部分固定義齒修復中的準確性相當[4-6]。然而，相關(guān)研究大多集中在后牙全冠，而對前牙貼面的研究相對較少。此外，烤瓷貼面等仍需要一個物理模型來進行手工堆塑或者檢查最終修復體的鄰接與咬合，而目前此物理模型主要由3D打印制作完成。因此，數(shù)字印模及3D打印模型的準確性都對最終的修復體適合性產(chǎn)生影響。本研究通過軟件分析，比較前牙貼面的口內(nèi)數(shù)字印模、3D打印模型、石膏模型的準確度差異。

1 材料與方法

1.1 材料

參考模型選擇標準日進牙科研究模型(Dental Study Model 500A,Nissin,日本),硅橡膠(Honigum，DMG，德國)，IV型超硬石膏粉(Heraeus，德國)。

1.2 儀器

TRIOS口內(nèi)掃描儀、口外掃描儀3shape D2000(3shanp，丹麥)；3D打印機(S300,上海聯(lián)泰)；牙椅固定式仿頭模(Nissin,日本)。

1.3 方法

1.3.1 參考模型制備 采用上頜標準日進牙科研究模型，并對12-22 進行開窗式貼面預備：唇面均勻磨除0.5 mm并形成0.3 mm齊齦肩臺,鎢鋼車針高度拋光，均勻消除倒凹及銳利線角。參考模型制備完成后用口外掃描儀已獲得其三維數(shù)據(jù)保存為STL格式并標記為R。

1.3.2 口內(nèi)數(shù)字印模數(shù)據(jù)獲取 將參考模型固定于仿頭模內(nèi)，掃描前對掃描儀進行校準，按照廠商推薦掃描順序?qū)⒖寄Ｐ瓦M行掃描，掃描結(jié)束后檢查，對不完整的圖像部分進行補掃，按上述方式對參考模型進行8 次掃描，每次掃描數(shù)據(jù)保存為STL格式并標記為A1-A8。

1.3.3 硅橡膠印模-石膏模型三維數(shù)據(jù)獲取 二步法制取上頜硅橡膠印模，要求邊緣清晰無氣泡，重體無暴露，無脫模，(25±1) ℃下存放1 h。隨后用Ⅳ型超硬石膏在真空條件下嚴格按照石膏材料的水粉比(23 mL/100 g)攪拌60 s后灌制超硬石膏陽模，待24 h石膏完全硬固后分離石膏模型，要求石膏表面光滑，無氣泡，無缺損，預備體邊緣清晰。按上述方法對參考模型制取8 次印模并灌制8 個石膏模型。將8 個石膏模型分別置于口外掃描儀掃描，以STL格式輸出保存并標記為B1-B8。

1.3.4 3D打印樹脂模型三維數(shù)據(jù)獲取 將口內(nèi)數(shù)字印模的數(shù)據(jù)傳送到3D打印機并獲得8 個樹脂模型，將8 個樹脂模型分別置于口外掃描儀掃描，以STL格式輸出保存并標記為C1-C8。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理及配準 所有STL數(shù)據(jù)(R,A1-A8,B1-B8,C1-C8)導入Geomagic Qualify 2015(杰魔，美國)軟件。以預備體的邊緣終止線為界，保留邊界以內(nèi)的區(qū)域為配準區(qū)域，刪除邊界以外的區(qū)域[7]。數(shù)據(jù)裁剪完成后，利用該軟件中的“最佳擬合對齊”及“偏差分析”功能對模型進行配準，每兩個STL數(shù)據(jù)配準后的差異以均方根誤差RMS(root mean square)值的形式顯示，RMS誤差計算公式為：

其中X1，i為參考模型上的測量點，X2，i為測試模型上的點，兩者之差為參考模型與測試模型上相對應(yīng)點間歐幾里得距離，n為測量點的總計數(shù)。RMS可用來評價兩不同模型間的偏離程度[8]，本研究中較小的RMS值代表配準模型間有較好的一致性。偏差分析的差異情況通過彩色分布圖的形式顯示，使用自定義15段標準色譜圖顯示(最大臨界值0.2 mm,最小臨界值-0.2 mm,最大名義值0.05 mm，最小名義值-0.05 mm)，其中，藍色區(qū)域代表測試模型在內(nèi)測，紅色區(qū)域代表測試模型在外側(cè)。通過將參考模型的STL文件數(shù)據(jù)與口內(nèi)數(shù)字模型，傳統(tǒng)石膏模型和3D打印模型獲得的STL文件數(shù)據(jù)配準來評估各組模型的正確度。將各組的掃描數(shù)據(jù)兩兩配準，評價各組模型的精密度。

1.4 統(tǒng)計學分析

2 結(jié) 果

各組數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布且方差具有同質(zhì)性，進行單因素方差分析及LSD檢驗。表 1顯示了數(shù)字掃描組、3D打印模型組和石膏模型組正確度和精密度差異。其中，越小的RMS值代表正確度或精密度越高。對于正確度：口內(nèi)掃描組與3D打印組之間無統(tǒng)計學差異，兩者正確度小于石膏模型組且結(jié)果具有統(tǒng)計學差異(P<0.05)。對于精密度：3 組模型之間無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。

表 1 口內(nèi)掃描組，3D打印模型組，石膏模型組RMS統(tǒng)計分析結(jié)果

圖 1為不同模型組的正確度及精密度3D偏差結(jié)果色譜圖，其中綠色代表測試模型與參考模型大小一致，藍色代表陰性偏差(測試模型小于參考模型的部分)，黃色及紅色代表陽性偏差(測試模型大于參考模型的部分)，可以看出對于正確度，口內(nèi)掃描及3D打印模型在側(cè)切牙軸角處有較大的陰性偏差，而對于精密度，3 組模型均顯示出較高的一致性。

圖 1 3D偏差結(jié)果色譜圖

3 討 論

口內(nèi)數(shù)字印模技術(shù)憑借其簡單高效，患者體驗感舒適等優(yōu)勢自出現(xiàn)以來就迅速發(fā)展，并且隨著其準確度的提高使其在臨床上的應(yīng)用越來越廣泛?？趦?nèi)數(shù)字印模的發(fā)展也促進了3D打印模型在口腔醫(yī)學的應(yīng)用，雖然今天的CAD/CAM技術(shù)在很多情況下不需要物理模型，但類似手工貼面等的修復體制作仍然需要物理模型，而且該模型的準確度對最終修復體的合適性也產(chǎn)生影響。

根據(jù)ISO-5725-1,準確度包括精密度和正確度[9]。精密度系指在相同條件下，對被測量物體進行多次反復測量，測得值之間的一致(符合)程度。正確度系指被測量物體的測量值與其“真值”的接近程度。本研究參考掃描模儀選用3shape公司的口外掃描儀D2000，不同于口內(nèi)掃描儀，其掃描視場大，掃描時模型被固定在掃描倉內(nèi)，屬于連續(xù)靜態(tài)掃描，3D圖像合成準確，根據(jù)ISO 12836-2015標準檢測其正確度高達5 μm，顯著高于口內(nèi)掃描儀，在以往的實驗中也被用來獲取參考模型的數(shù)據(jù)[10]。準確度的比較應(yīng)用Geomagic Qualify 2015軟件，通過最佳擬合對齊對三維數(shù)據(jù)進行分析，該方法準確度較高且在牙科數(shù)字模型比較的研究中應(yīng)用較為廣泛[6，11]。

本研究中，石膏模型的正確度大于口內(nèi)數(shù)字化印模及3D打印模型，這與之前的研究結(jié)果相似[6，12-13]，其較高的正確度得益于硅橡膠印模材料的精細、尺寸穩(wěn)定、抗撕裂、良好的彈性回復性以及Ⅳ型超硬石膏的穩(wěn)定性。本試驗使用的口內(nèi)數(shù)字化掃描設(shè)備為3shape公司的Trios，其基于共聚焦顯微成像技術(shù)，通過快速拍攝二維畫面(3 000 張/s)來拼接重建形成三維圖像[14]。其每次二維圖像拼接的過程都可能產(chǎn)生誤差[15]。此外，掃描過程中參考模型光滑表面的強反光性也會引起掃描的準確性下降[3]。對于3D打印模型，其正確度除了與口內(nèi)數(shù)字化印模制取的正確度有關(guān)外[16]，還與增材制作過程中的樹脂聚合收縮及層層堆積誤差有關(guān),大量研究觀察到了不同3D打印機在制作過程中的收縮率[17-18]。本研究中使用的3D打印機與Sim等[12]采用的打印機同為數(shù)字光處理(digital light processing,DLP)原理，但在其試驗中3D打印模型的偏差相較于本實驗更加明顯，產(chǎn)生這種差異可能是因為不同的掃描跨度及基牙的預備體類型不同。Jin等[19]稱前牙憑借其光滑的表面及其在牙弓中的位置相較于后牙在3D打印過程中產(chǎn)生的收縮反應(yīng)更小，這也解釋了本實驗中口內(nèi)數(shù)字印模與3D打印模型的正確度及精密度無統(tǒng)學上的差異。在精密度方面，與之前的研究結(jié)果不同[6，12]，本研究中口內(nèi)數(shù)字印模及3D打印模型的精密度與傳統(tǒng)石膏模型無明顯差異，這與本試驗較小的掃描跨度有關(guān)，蘇庭舒等[20]的研究表示，隨著掃描跨度增大，口內(nèi)數(shù)字印模的掃描精密度下降。而Jin等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，3D打印模型的精密度大于石膏模型并表示產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因可能是由于在數(shù)字化掃描及3D打印過程中將操作者的誤差降到了最低，但在本實驗中，相對簡單的基牙預備體表面及較短的掃描跨度并沒有將數(shù)字化流程的這種優(yōu)勢體現(xiàn)出來。

修復體的長期穩(wěn)定取決于修復體與基牙之間的密合程度，美國牙科協(xié)會指出：臨床上可接受的間接修復體的誤差范圍在50～100 μm之間。之后的研究中認為通過口內(nèi)掃描儀獲得的修復體平均邊緣誤差應(yīng)小于120 μm[11，21]，雖然目前對符合臨床要求的準確度標準仍無定論，但根據(jù)之前的研究[22]，本實驗條件下3 組不同模型的準確度在臨床允許的范圍內(nèi)。然而應(yīng)該提出的是，印模制取僅是修復體制作過程中的第一步，其生產(chǎn)過程中的其余誤差將隨著修復體制作過程進一步累積。

根據(jù)本研究的結(jié)果可以認為，在本試驗條件下，口內(nèi)數(shù)字印模及3D打印模型的正確度不及石膏模型，但其與石膏模型差異較小且在臨床允許的誤差范圍內(nèi)，加之精密度尚可，故仍可考慮在臨床實踐中應(yīng)用。另外，本研究僅使用一種口內(nèi)掃描儀及3D打印機，實驗結(jié)果相對局限，并且該實驗為體外研究，準確度不受唾液及口腔黏膜影響，具體的臨床準確度仍需更多的臨床試驗進一步研究。