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        無牙頜口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)可行性的初步探究

        2022-08-19 03:23:58
        關(guān)鍵詞:無牙頜印模導(dǎo)板

        余 念 曹 陽 俞 青

        口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)是指由醫(yī)生將微型光學(xué)探頭伸入病人口內(nèi),在噴灑粉末或不噴灑粉末的情況下,通過光學(xué)成像技術(shù)獲得口腔軟硬組織的數(shù)字化技術(shù)。這種取模方法不僅可以省去取模工具、材料和繁瑣的工序,而且可以簡化灌模過程,避免重復(fù)操作造成的誤差,而且可以直接得到彩色的圖像,間接的采用了比色技術(shù)[1]。

        但是由于數(shù)字化印模技術(shù)存在著一些缺陷,不能完全取代傳統(tǒng)的印模技術(shù),無法滿足臨床應(yīng)用的需要。其不足之處在于[2]:一是要求醫(yī)生熟練掌握操作手法,對未使用或初次使用數(shù)字化掃描儀器的醫(yī)生,使用過程體驗可能不如傳統(tǒng)手法熟練;二是掃描結(jié)果與病人的個體差異有很大關(guān)系,不同病人的張口度、軟組織張力、配合度等都會對掃描的難度產(chǎn)生影響;第三,掃描時患者頭部移動、口外軟組織遮擋等都會對掃描結(jié)果造成一定的影響;最后,按照光學(xué)成像的原則,掃描需要有一定的參照才能夠快速進行。在全牙列中,一般可以快速識別剩余牙體組織作為參考,這樣才能保證掃描的順利進行,而在牙列缺失的情況下,口腔內(nèi)的黏膜組織不能被光源識別,而且會受到光線和唾液的干擾,很可能會出現(xiàn)圖像重疊,甚至無法采集。所以目前多數(shù)研究只關(guān)注于全牙列或部分牙列的數(shù)字化掃描,鮮有全口義齒的印模掃描。丹麥3 shape 公司于2018 年推出了三代TRIOS 口腔掃描設(shè)備,它是當(dāng)前生產(chǎn)的較先進的口腔數(shù)字化印模系統(tǒng),掃描速度為每秒3000 幀二維圖像,并將其與數(shù)以百計的3D數(shù)字影像相結(jié)合來實時創(chuàng)建出三維數(shù)字化印模[3],準確度可以達到6.9±0.9 um[4]。

        本實驗通過使用數(shù)字化方法及傳統(tǒng)印模方法制取上頜無牙頜的解剖式印模。通過三種不同的數(shù)字化印模精密度比較,探討TRIOS口內(nèi)掃描設(shè)備在上頜無牙頜印模的直接或間接采集中的可行性。

        1.材料和方法

        1.1 病例選取 從南京市口腔醫(yī)院修復(fù)科隨機選取10名上頜無牙頜患者(n=10)。所有參與者都簽署了知情同意書,并進行了初步檢查,包括影像學(xué)檢查。南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院倫理委員會對該研究進行了倫理批準[2018NL-033(KS)]。病例納入標(biāo)準如下:(1)上頜無牙頜,牙齒缺失3個月以上;(2)牙槽嵴吸收呈I類;(3)上頜黏膜平滑,無紅腫、破潰、顏色正常、無黏膜病變;(4)黏膜上沒有明顯的骨突、骨尖、骨嵴;(5)沒有開口限制和顳下頜關(guān)節(jié)的病變;(6)未出現(xiàn)嚴重的身體和精神疾病。

        1.2 實驗方法

        1.2.1 獲取初印模 選擇符合入選條件的患者,按照全口義齒的標(biāo)準取模流程取患者初印模。所有的取模均由一名有經(jīng)驗的醫(yī)生來操作,使用具有良好流動性的藻酸鹽材料(Dentsply Siro?na,美國),攪拌至合適后立即放入專用的無牙頜托盤(Schreinemakers 金屬無牙印模托盤,Clan Dental Pro?ducts,Maarheeze,荷蘭)內(nèi),取模,灌注模型,用于制作解剖式的個別托盤(圖1)。

        圖1 獲取上頜初印模并灌注模型

        1.2.2 制作個別托盤 在模型上劃線、填倒凹,均勻地鋪一層紅蠟盡可能的緩沖,使用自凝樹脂材料(Ambient curable resin fo?r individual tray, Aichi Prefecture, Japan)制作個別托盤。個別托盤制作要求為一層厚薄均勻的樹脂材料,邊緣止于劃虛線處,在中線處做手柄。托盤表面均勻打孔,固化后修整(圖2)。

        圖2 制作上頜無牙頜解剖式有孔托盤

        1.2.3 獲取口內(nèi)數(shù)字化印模DP 組 利用光固性樹脂材料(滬鴿,中國),在初始模型的邊緣周圍制作導(dǎo)板,導(dǎo)板的中心為手柄。導(dǎo)板的邊緣應(yīng)至少到達前庭溝底,后緣在腭小凹后,光固化后備用。醫(yī)師將掃描導(dǎo)板置于患者口內(nèi),一手固定導(dǎo)板,一手持掃描頭進行掃描。掃描可以分次、分段完成并進行及時的補充,整體重復(fù)三次掃描并得到三次數(shù)據(jù),要求掃描數(shù)據(jù)盡可能完整,邊緣到達前庭溝底,后部延伸至腭小凹,黏膜表面無氣泡、缺陷,無光學(xué)數(shù)據(jù)的重疊等,在此基礎(chǔ)上取最完整的一次數(shù)據(jù),保存為STL格式,標(biāo)記為DP組(圖3)。

        圖3 在掃描導(dǎo)板輔助下口內(nèi)掃描上頜無牙頜印模

        1.2.4 獲取解剖式印模 請同一名醫(yī)生來取患者的解剖式印模,使用做好的解剖式個別托盤,依舊選用流動性好的藻酸鹽原料,攪拌均勻后迅速放入托盤中,醫(yī)生將托盤置入患者口內(nèi),用較輕的力量,直到托盤完全就位,并用手指穩(wěn)固。在材料固化之前,醫(yī)生要對患者進行一定的肌功能整塑。在整個取模過程中,醫(yī)生需要盡量輕壓,以此來假定黏膜沒有下沉變化,所獲得的印模是一種非功能式印模。待材料凝固后,將托盤后緣翹動并取出,觀察邊緣是否清楚、伸展是否合適,有無氣泡。及時灌注模型。

        1.2.5 間接數(shù)字化印模的獲取 口內(nèi)掃描完成后,同一名醫(yī)師采用TRIOS 3口內(nèi)掃描儀(3shape,丹麥)掃描獲取的解剖式模型,完整掃描三次后,取掃描最完整一次的數(shù)據(jù),保存為STL格式,標(biāo)記為OP組。接著使用3shape810臺式掃描儀(3shape,丹麥)掃描同一副模型:打開臺式掃描儀以及co?nvince12軟件進行常規(guī)校準,校準后設(shè)置新項目,根據(jù)模型的大小確定掃描模型的范圍邊界,調(diào)整to?p、bo?tto?m、radius等參數(shù),同樣完整掃描三次后,取掃描最完整一次的數(shù)據(jù),保存為STL格式,標(biāo)記為IP組(表1)。

        表1 三組印模制取方法

        1.2.6 口掃的精密度分析 打開Geo?magicWrap 2015軟件,同步導(dǎo)入DP和IP組數(shù)據(jù)。模型進行相應(yīng)的裁剪,去除邊緣多余的區(qū)域。將IP組設(shè)置為參照組,選取“最佳擬合”與“3D偏差”進行匹配,得到三維色譜圖[5]。在色譜圖中,綠色代表誤差范圍小,往上到紅色為正偏差,表示此處模型相對參照模型凸出,往下到藍色為負偏差,代表此處區(qū)域受壓。ISO對精度的評定以精密度和真實度為主[6],精密度指獨立測試結(jié)果間的一致程度,真實度是指測試值與真實值的接近程度。本實驗通過獲取多組模型的掃描數(shù)據(jù)差異來評價其精密度。根據(jù)口掃數(shù)據(jù)兩兩比較獲得均方根(Ro?o?t mean square,RMS)誤差,均方根誤差越小,準確度越好,并記錄平均正距離(Mean+)和平均負距離(Mean-)[7]。

        1.2.7 統(tǒng)計差異 利用SPSS 22.0對逆向工程的三維偏移進行了正太分布的驗證,在滿足正太分布的情況下,進行了方差分析,如果不滿足于正太分布,用Kruskal-Wallis檢驗,其檢測程度為雙側(cè)a=0.05。

        2.結(jié)果

        使用口掃制取上頜無牙頜印模,一般在5 分鐘內(nèi)即可獲得完整的圖像。采用口內(nèi)或模型掃描儀掃描模型時,時間可以控制在3分鐘以內(nèi)。

        圖4為DP、OP、IP三組印模兩兩最佳擬合的三維彩色偏差圖,設(shè)定最大臨界值為0.4 mm,最小臨界值為-0.4 mm,最大名義值為0.05 mm,最小名義值為-0.05 mm??梢姴糠謪^(qū)域出現(xiàn)正負偏差,偏差主要集中于邊緣、腭中縫和后堤區(qū)等位置,牙槽嵴及上頜硬區(qū)處偏差較小?;疑珔^(qū)域顯示兩者模型邊緣偏離過大,不具有比較意義(圖4)。

        圖4 三組數(shù)字化模型三維彩色偏差圖

        分析三組的光學(xué)印模偏差數(shù)據(jù)(表2),DP組偏差最大,平均誤差為0.312 ± 0.085 mm,OP組偏差最小,平均誤差為0.125 ± 0.056 mm。將三組10個模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 22.0軟件中,三組數(shù)據(jù)均符合正太分布,方差齊性。應(yīng)用方差分析,三組之間兩兩進行比較,結(jié)果顯示DP與IP組、OP與IP組具有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)(圖5)。將模型平均負距離Mean-與模型相對平均正距離Mean+作配對t檢驗,兩者無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。說明兩組掃描產(chǎn)生的誤差在正負方向上不具備差異,數(shù)值均以絕對值表示(圖6)。

        圖5 每組三維偏差分析值

        圖6 正負距離平均值(單位:mm)

        表2 Geomagic軟件3D比較分析數(shù)據(jù)

        3.討論

        從早期使用數(shù)字化技術(shù)間接獲得口內(nèi)印模到現(xiàn)在可以直接進行口內(nèi)掃描,數(shù)字化印模技術(shù)在不斷的發(fā)展與完善。本文使用了當(dāng)前市場上比較流行的三代TRIOS掃描設(shè)備,文獻研究認為其相對Medit,Itero?等口內(nèi)掃描儀來說具有更高的準確度[8]。實驗制取上頜無牙頜口內(nèi)數(shù)字化印模,對10例患者進行了印模采集,結(jié)果表明:數(shù)字化印模具有如下優(yōu)點和缺點:首先,技術(shù)熟練以后取模速度可以很快,在3分鐘左右即完成一個上頜無牙頜的掃描,并可以立即傳送至技工端進行進一步操作,這與Lee[9]等人所提出的數(shù)字印模加工時間比傳統(tǒng)的制模方法短的結(jié)論相吻合;其次,醫(yī)生在取模的同時,可以同步看到屏幕,迅速了解患者的口內(nèi)狀況及配合情況,對于判斷患者的治療和預(yù)后具有較好的效果。而且患者的取模過程相對來說較為舒適,不會出現(xiàn)咽部反射等不良反應(yīng)。這些優(yōu)勢表明,數(shù)字化技術(shù)是今后口腔修復(fù)技術(shù)發(fā)展的必然方向。然而,數(shù)字化印模技術(shù)還沒有廣泛應(yīng)用于缺牙較多的患者,其原因也與其技術(shù)缺陷有關(guān),主要在于:牽拉嘴唇、口角等操作造成的黏膜動度無法通過光學(xué)照片反映出來;難以獲得“肌肉靜力區(qū)”的軟組織整塑信息[10],黏膜的掃描還受口內(nèi)唾液、濕潤度等影響較大,曹悅等人[11]研究認為,腭穹窿較高且窄、前庭深的患者印模掃描精度相對前庭溝淺、腭部低且寬的患者下降。這也印證了不同患者的解剖特點差異會影響掃描的效果。因此在這類患者身上,數(shù)字化印模與傳統(tǒng)的二次印模仍然具有一定的軟組織誤差。

        目前,在國際上還沒有一個數(shù)字化技術(shù)適用臨床的精度標(biāo)準。固定義齒中以50 um為標(biāo)準定義應(yīng)用誤差[12]。在現(xiàn)有的實驗中,對固定義齒掃描的誤差可低至19 um[13],在離體實驗中,許多廠商的掃描儀均滿足實際需要,并得到了大量的推廣[14]。鐘擁軍[15]等對采用傳統(tǒng)和數(shù)字化印模法制作完成的可摘義齒進行對比,結(jié)果表明,兩者制作的義齒在佩戴效果上無明顯差異。Patzelt[16]等也做過關(guān)于無牙頜數(shù)字化印模的可行性分析,多種掃描儀誤差在44~500 um之間,與本實驗的結(jié)果相符合,而在本文中,口內(nèi)直接印模的偏差約為300 um。Braian[17]等采用相同類型的口腔掃描儀對石膏模型進行了測量,其測量誤差為30~120 um,與本實驗結(jié)果也一致。本實驗研究發(fā)現(xiàn),無牙頜的口內(nèi)印模精度比固定義齒低,掃描操作難點主要在于軟組織動度較大、邊緣等區(qū)域的印模精度不足等。

        對此也有學(xué)者進行了一些改良,孟廣娜[18]等人采用了多種印模方式進行了松軟牙槽嵴印模的制取,其誤差在300 um左右,他們在實驗中通過制作掃描導(dǎo)板的方法來固定黏膜動度和邊界。本實驗由此啟發(fā),使用光固化樹脂圍繞模型邊緣制作了掃描導(dǎo)板,借用手柄可以將其穩(wěn)固于患者的無牙頜上,保持多次取數(shù)字化印模時邊界不變,同時還能提供一定的光學(xué)標(biāo)志點從而加強識別?,F(xiàn)有的掃描儀對圖像的視覺特性要求很高,但缺少了牙齒等硬組織識別標(biāo)記,很可能導(dǎo)致圖像的拼接誤差,從而降低了無牙頜的印模準確度[19]。后期實驗中可以采用人為制作口內(nèi)標(biāo)志點,提高掃描識別率。本實驗中采取了不同的措施來假設(shè)獲取的解剖式印模是對無牙頜沒有壓力的印模,但實際情況是,不管采用何種材料,無論如何控制手法,都會對黏膜造成一定的壓力,這也是導(dǎo)致掃描誤差產(chǎn)生的原因。因此即使通過改良口內(nèi)掃描儀的精度獲得足夠準確的無牙頜印模,如何模擬肌功能訓(xùn)練來獲取功能性印模依然是全口義齒數(shù)字化流程中亟需解決的問題之一[20]。根據(jù)目前實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),無牙頜數(shù)字化印模精度尚不足以用于臨床,但隨著技術(shù)的進步已有明顯提高,在未來數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展下,無牙頜數(shù)字化印模在近幾年內(nèi)將成為可能。

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