陳 越 何東寧 高 雯 秦 嬈 徐林坤 韓 沖

1.引言

隨著計算機輔助設計(Co?mputer Aided Design, CAD)和計算機輔助制造(Co?mputer Aided Manufacturing, CAM)在醫(yī)學中的廣泛應用，促進了口腔種植數字化診療的發(fā)展。為了達到精準、美觀、安全、舒適的種植修復效果，數字化印模應運而生。而今數字化印?？煞譃槟Ｐ蛼呙?、口內掃描和口外掃描，目前臨床上絕大多數運用模型掃描采集數據，即用掃描倉對患者牙列的石膏模型進行掃描以獲得數字化模型，然而模型掃描仍需進行傳統(tǒng)模型制取、翻制石膏模型等?？趦葤呙枋侵竿ㄟ^口內掃描儀(Intrao?ral Scanner，IOS)記錄種植體在牙弓中的位置，應用建模軟件處理生成顯示掃描桿的數字化模型，虛擬設計修復體，并可運用CAM技術制造[1]?？谕鈷呙枋抢昧Ⅲw攝影測量法來采集指定空間內相對于其他物體的位置、形狀、運動及形變[2]。數字化印模定位儀(Precise Implants Capture, PIC)是基于此研發(fā)的最新光學印模儀器，帶來便利的同時保持其精度。本文將從數字化印模的優(yōu)勢及局限，準確性及影響因素進行簡述，以期為臨床指導。

2.數字化印模的優(yōu)勢

2.1 高效便捷 傳統(tǒng)印模制取過程包括選擇托盤、混合灌模材料，印模制取，印模消毒、灌注石膏模型等程序繁瑣，數字化印?？梢院喕涑绦?，減少椅旁時間，同時轉換為虛擬模型儲存于電子數據庫中，釋放存儲空間，調用時也更迅速。掃描生成的 立 體 光 刻(Standard Tessellatio?n Language,STL)文件可以直接發(fā)送到技工室，縮短了患者的整體就醫(yī)時間[3]。Lee[4]等研究表明傳統(tǒng)印模的平均準備時間為4:42 m/s，數字化印模為3:35 m/s，傳統(tǒng)印模制取總時間為24:42±7:18 m/s 高于數字化印模制取總時間12:29±3:46 m/s，結果表明數字化印模更加快捷。Jo?da[5]等在一項交叉研究設計中，對20 名患者進行了口內掃描和傳統(tǒng)取模對照實驗，使用視覺模擬評分表(Visual Analo?gue Scale, VAS)對12 個問題進行了獨立評估，分析得出評價結果及治療時長均傾向于數字化印模。

2.2 精準可靠 在傳統(tǒng)印模制取過程中，由于印模材料的壓迫不可避免地引起軟組織的局部變形，尤其是當印模取出時。牙齦邊緣和齦乳頭區(qū)更加敏感，受力變形后的軟組織不能在短時間內恢復，因此在重復制取印模時存在差異。此外，也很難完全避免印模撕裂、小碎片和氣泡等。相反，數字化印模不接觸患者口內的軟硬組織，有效消除了對軟組織的潛在作用力，同時利于術后需要進行即刻修復的患者，防止印模材料壓迫創(chuàng)口導致感染[6]。數字化印模避免了與制取傳統(tǒng)印模程序相關的長過程鏈和累積誤差，極大提高了精度。

2.3 舒適度高 患者的舒適度同樣是一個值得關注的問題，數字化技術改變了治療過程及患者體驗，在記錄一個數字化印模時，它可以隨時暫停和繼續(xù)，并在一次就診中進行雙重檢查，減少了印模失敗及再次掃描的風險，改善了醫(yī)技之間、醫(yī)患之間、醫(yī)師之間的溝通[7]。此外，應用IOS消除了托盤的選擇、印模材料的配比和調試、以及消毒和運輸等不便[8]。避免了制取過程中引起的焦慮、惡心、疼痛、口腔異味、嚴重咽反射等不適[9,10]。Delize[11]等研究證明使用VAS調查得出與傳統(tǒng)印模相比，IOS在舒適度、焦慮度和味覺等方面結果顯著更好，患者的總體偏好更傾向于口內掃描，使用數字化印模技術獲得了更好的滿意度。

2.4 咬合關系佳 目前種植修復的治療理念是以修復學為導向，而咬合則是種植牙恢復原有牙齒美觀、咀嚼功能的關鍵。咬合過輕會影響咀嚼效率，咬合過重會引起骨結合破壞及種植體折斷導致種植失敗。數字化技術可以整合面部掃描、口外攝影測量、口內掃描、下頜運動分析儀和CBCT數據構建虛擬患者的動態(tài)咬合模型，并且IOS行口內掃描時可根據顏色提示將咬合負重情況分為咬穿、接觸、強、一般、弱、較弱等，便于把控種植牙的應力分布[12,13]。

3.數字化印模的劣勢

3.1 設備成本效益 口內掃描儀獲取數字化印模是口腔種植修復數字化診療的流程之一，這意味著需要一系列的設計軟件及3d打印設備來對接STL文件及DICOM數據。當口腔醫(yī)療單位引進數字化設備時，應熟知各種設備的自身成本及額外的附加成本。除此之外，醫(yī)師應深入了解各種數字化設備的特征以便于在特定的臨床環(huán)境中做出最佳的選擇，必要時應對醫(yī)護人員進行系統(tǒng)規(guī)范的培訓學習。

3.2 軟組織重現 大多數數字化掃描儀的原理是通過發(fā)射激光術投射到牙齒表面，接收器通過捕獲反射光來獲取數據，每秒可捕獲上千幅二維圖像，通過圖像拼接形成三維模型[14]。無牙頜的患者由于缺乏牙齒及解剖標志作為固定的參考點，且掃描范圍大跨度長，拼接次數越多誤差越大。此外，當預備體及掃描桿周圍有輕微滲血或唾液時，會阻擋激光術到達穿齦較深的部位導致IOS設備軟件無法捕獲清晰圖像[15]。

3.3 壓力性印模 種植體支持的覆蓋義齒是牙列缺失患者最常見的治療方式之一。無牙頜患者牙弓的組織學特征及形態(tài)各不相同，制取功能性印模時黏膜存在一定的位移可產生不同的可讓性，有利于分散力，避免應力集中[16]。而數字化印模無法獲取壓力性印模，種植體固位式全頜覆蓋義齒承受咬合力時，基托易下沉在骨尖、骨棱、特殊解剖處等造成壓痛，甚至導致牙槽骨吸收[17]。但已有學者通過使用數字化技術制作個性化托盤完成終印模的制取，其精度更佳、效率更高、醫(yī)患滿意度更好[18]。

4.數字化印模的準確性探討及其影響因素

4.1 數字化印模的準確性探討 在口腔種植修復過程中，關鍵是要確保盡可能準確地再現口內情況，因為錯誤或不準確的印模會對最終的修復結果產生影響?？梢娪∧５臏蚀_性對制作一個合適的修復體尤為重要。從根源上來講，準確性來源于“真實性”和“精確性”[19,20]?！罢鎸嵭浴倍x為參考數據集和測試數據集之間的比較，參考數據集和測試數據集之間的測量偏差決定了掃描儀的精度。“精確性”定義為使用同一數字化掃描儀獲得的不同數據集之間的比較。換句話說，當對同一對象進行多次測量時，掃描儀能確保獲得一致結果的能力。

為了評估數字化印模的準確性，關鍵是要區(qū)分不同臨床情況下掃描儀的使用。Sako?rnwimo?n[21]等學者通過對16顆預備后的磨牙分別行數字化印模和傳統(tǒng)印模制取，進行口內評估檢查，盲檢修復體的邊緣差異，結果顯示其準確性與傳統(tǒng)印模相近。Mangano?[22]等教授在一項體外對照研究中報告了對單顆植體虛擬位置的差異性比較，平均誤差范圍為15±0.8 μm到43±11 μm，證實了單顆植體修復掃描結果的高度可靠性和準確性。同樣Mizumo?to?[23]等通過體外對照實驗以高精度工業(yè)掃描為標準來評估無牙頜數字化印模的精度，平均距離偏差為142.7 μm到160.3 μm。目前對于4-5個單位的種植修復或全口種植修復的數字化印模，其精確度有待商榷。但仍有學者認為，在進行全口掃描時無論患者有無牙列，口內掃描的精度都會隨距離的增加而降低，而無牙頜由于缺乏穩(wěn)定的參考點導致其精度進一步變差[24]。

4.2 數字化印模精確性的影響因素探討

4.2.1 醫(yī)師操作熟練程度 數字化印模的可預期性及可重復性能夠減少臨床操作時長、緩解患者不適，構建術前修復方案和預判、處理意外情況的發(fā)生。但不同的數字化印模技術有不同的特點及取模流程，缺乏經驗的醫(yī)師不可避免的會影響數字化印模的精度。Giménez[25]等學者評估了來自四名醫(yī)師制取的數字化印模的精度，其中兩名資深醫(yī)師(100 次以上掃描經驗)及兩名年輕醫(yī)師(無掃描經驗)均使用共焦成像技術數字掃描儀iTero?經統(tǒng)一路徑進行掃描，導出STL利用工程軟件測量分析得出有經驗和無經驗的醫(yī)師之間存在顯著差異，有經驗的醫(yī)師能夠更好的運用數字化輔助技術，可見其制取過程中不同的信息配準、整合、校正均得益于醫(yī)生的經驗。資深醫(yī)師使用數字化輔助技術可以使種植修復精度更高，患者體驗更佳。

4.2.2 掃描路徑 數字化印模在數據采集過程中存在一定的技術敏感性，掃描路徑受到臨床醫(yī)師操作習慣的影響。相關研究證實掃描路徑對三個單位以下的數字化模型的精度沒有顯著影響。Mennito?[26]等教授通過五種掃描途徑：后牙至前牙、前牙至后牙，先頰側-咬合-舌側，先舌側-咬合-頰側、“S”形環(huán)繞等來對比數字化印模的精度，結果顯示掃描路徑不會顯著影響短牙弓數字化印模的準確性。而Latham 等學者[27]通過使用3Shape TRIOS 3、Planmeca Emerald、iTero? Element、CEREC Omnicam 四種掃描儀選擇四種掃描方法進行精度對比，整體對比顯示IOS 系統(tǒng)的正確度差異為46 μm至119 μm，其中掃描路徑對iTero?Element、CEREC Omnicam 精度有顯著影響，最佳掃描路徑為從患者27 舌側以45°掃描至14，然后以90°返回至起始磨牙舌側。以相同的方法完成頰側27 至14 以及對頜牙齒的掃描。結果表明全牙弓的數字印模精度受到掃描路徑的影響。

4.2.3 掃描桿的材質和外形 最初提出使用3D圖像采集技術進行印模獲取時，口內掃描桿只能用于單個種植系統(tǒng)并需要配套的設備及軟件[28]。然而隨著掃描技術的提高和普及，掃描桿在材料、外形、可重復性及設備兼容性等方面的設計也在不斷改進[29]。臨床常用的掃描桿材質包括聚醚醚酮(PEEK)、鈦合金、鋁合金和各種樹脂，由于反復的使用和消毒，掃描桿的磨損也會對印模的精度產生影響。Mo?tel[30]等學者通過體外對照實驗分析三種不同形狀的掃描桿對數字化印模精度的影響，結果顯示與外形不規(guī)則的掃描桿相比，具有光滑表面的圓柱形掃描桿產生的噪點更少、獲取的印模精度更高。Arcuri[31]等教授通過使用平行共焦成像原理的掃描儀，在口外對三種不同材料制成的掃描桿進行掃描并測量其線性及角度偏差，結果分析得出掃描桿的材質對數字印模精度有顯著影響，PEEK在線性和角度測量方面均顯示最佳，其次是鈦，鈦-PEEK結合材質效果最差。Chia[32]等人的另一項體外研究表明，在擰緊PEEK掃描桿的過程中施加15 N·cm的扭矩，由于旋緊過程對掃描桿材料的擠壓，可改變其在頂端方向的位置多達11±4.9 μm，但其他學者指出根據PEEK掃描桿的有限證據表明，連續(xù)使用多達十次仍不會影響數字化印模的精度[33]。

4.2.4 種植體的角度、跨度及深度 由于患者口內缺失牙的數目、位置各不相同，植體角度和跨度也作為臨床因素，已被廣泛研究其對部分牙缺失和無牙頜的數字化印模精度的影響。在Giménez[34]等教授的一項體外研究中，使用放置6 顆植體的無牙頜模型，分別為側切牙(12-角度0°、深度4 mm，22-角度0°、深度2 mm)、第二前磨牙(15-遠中傾斜30°、深度0 mm，25-近中傾斜30°、深度0 mm)、第二磨牙(17、27均為角度0°、深度0 mm)，進行5次掃描分析數據得出種植體的角度和深度對數字印膜的精度無顯著影響，第二象限的數字化印模精度明顯低于第一象限。Flügge[35]等學者研究指出在6-18 mm的距離內掃描精度較高，在40-50 mm 的距離內掃描精度較低。然而臨床應用中，掃描桿因自身表面結構不同、傾斜角度不同可能受到鄰牙、鄰近軟、硬組織的遮擋進一步影響數字化印模的精度。

4.2.5 數字化掃描設備 口內數字化印模的獲取依靠不同的技術、設備及軟件。臨床技術包括平行共焦成像技術、光學相干斷層技術、激光三角測量技術、數字攝影測量技術、光學切片技術、干涉測量技術等，原理多是使用激光發(fā)射器投射激光至種植體掃描桿或預備體上，以點云的形式獲取原始數據，進行曲面拼接建立三維模型，可以較為真實的還原患者牙齒、牙齦色澤和形態(tài)[36]。大量文獻證明，不同的設備及軟件包之間的差異，導致印模準確性顯著下降[37,38]。Renne[39]等學者在口外使用七種不同掃描系統(tǒng)對全牙弓模型進行掃描，通過計量軟件分析得出平均誤差為3Shape D800-79 μm，Planmeca Planscan-79.8 μm，Cadent iTero?-84.6 μm，CERECBluecam-89.6 μm，CEREC Omnicam-89.8 μm，Carestream 3500-97 μm，3ShapeTRIOS 3-98 μm。但口外實驗仍存在一定局限性，多數患者進行口內掃描時包括軟組織、銀汞合金、金屬冠、全瓷冠、復合樹脂、牙釉質、牙本質等，目前尚無明確研究證實掃描這類材質對掃描精度的影響。盡管如此，目前多數新一代掃描儀的平均精度誤差小于臨床實踐中可接受的最大閾值150 μm。

4.2.6 臨床掃描環(huán)境 目前臨床常用的數字化印模系統(tǒng)涉及光學原理及算法原理，過亮的光源、室溫及濕度均會對光學印模的獲取產生干擾。Arakida[40]等教授研究發(fā)現在光學印模取像系統(tǒng)中最佳的光源條件為色溫3900 開爾文、照度500 勒克斯。其它相關研究表明，每臺IOS 設備根據其固有的圖像采集技術設置的特定光照條件下掃描更加準確[41]。Revilla-León[42]等學者將實驗室的環(huán)境溫度分別設置為15攝氏度、19攝氏度、24攝氏度和29攝氏度，IOS 設備放置24小時后在不重新校準的情況下連續(xù)取30次數字印模進行軟件數據分析，結果表明臨床環(huán)境溫度波動會影響數字印模的精度，其中24攝氏度時印模精度最佳，其次為19攝氏度。

5.展望

隨著數字化技術、設備儀器性能的提升，數字印模的準確性達到了臨床應用的標準。然而目前數字化印模技術仍無法完全替代傳統(tǒng)印模技術，其準確性仍受到醫(yī)師操作、設備軟件、掃描方式、臨床環(huán)境等多因素的影響。雖然目前已有許多研究評估數字化印模的準確性，但大多數研究均是在體外樹脂模型中進行，限制了其臨床意義。因此，進一步提升數字化印模的準確性將會是未來發(fā)展的方向。除此之外，現階段數字化掃描儀的設備系統(tǒng)及使用流程較為繁雜，不利于推廣普及，因此降低設備成本、開放封閉系統(tǒng)、簡化操作流程是數字化印模改善的方向之一。