劉翠，張敏，蔣一，王婧，肖瑞，白陽(yáng)，曹均凱

1 解放軍總醫(yī)院京中醫(yī)療區(qū)口腔科，北京 100120；2 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心口腔科，北京 100853

數(shù)字化掃描系統(tǒng)于20 世紀(jì)80 年代引入口腔科。作為口腔科計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造(computer aided designed/computer aided manufactured，CAD/CAM)技術(shù)的初始步驟，數(shù)字化印模越來(lái)越多地應(yīng)用于單冠、多單元固定橋的制作，近年來(lái)更擴(kuò)展到了口腔種植修復(fù)、全口義齒修復(fù)和贗復(fù)體等領(lǐng)域。而新興的數(shù)字化印模技術(shù)是直接在口內(nèi)將口腔數(shù)字化并創(chuàng)建三維虛擬模型，所應(yīng)用的設(shè)備被稱為口內(nèi)掃描儀(intraoral scanners，IOSs)[1]。除此之外，IOSs 還被應(yīng)用在比色、模擬治療過(guò)程、牙齒移動(dòng)和磨損的監(jiān)測(cè)、早期齲的診斷和監(jiān)測(cè)[2]、正畸[3]、法醫(yī)口腔學(xué)[4]等領(lǐng)域。本文旨在提高數(shù)字印模的質(zhì)量，對(duì)IOSs、口內(nèi)數(shù)字印模準(zhǔn)確性的影響因素、提高口內(nèi)數(shù)字印模準(zhǔn)確性的方法做一綜述。

1 IOSs 概述

IOSs 通常是一種便捷式手持設(shè)備，掃描儀的頭部插入口腔[4]，將光束或光網(wǎng)(結(jié)構(gòu)光或激光)投射到牙齒表面或軟組織上，并通過(guò)高分辨率攝像機(jī)捕捉光束或光網(wǎng)投射到的這些結(jié)構(gòu)；然后將收集到的信息利用軟件進(jìn)行處理，重建所需的三維模型；從一個(gè)點(diǎn)云的開(kāi)始，到一個(gè)多邊形網(wǎng)格的導(dǎo)出，被掃描的對(duì)象進(jìn)一步被處理，得到最終的三維模型[5]。數(shù)字印模數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分為開(kāi)放式和封閉式。開(kāi)放系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)細(xì)分曲面語(yǔ)言(standard tessellation language，STL)格式處理基牙的三維數(shù)據(jù)，該格式是口腔科CAD/CAM 系統(tǒng)中最常用的格式，制造商可以輕松訪問(wèn)STL 數(shù)據(jù)。而在封閉系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的限制，印模數(shù)據(jù)只用于制造修復(fù)體[6]。

三維掃描技術(shù)有多種，如接觸式掃描和非接觸式掃描。接觸式掃描是通過(guò)物理接觸進(jìn)行探測(cè)；非接觸式掃描是通過(guò)光反射或物體輻射探測(cè)物體或環(huán)境。根據(jù)不同的物理原理，可以分為激光三維掃描技術(shù)、結(jié)構(gòu)光三維掃描技術(shù)、圖像三維掃描技術(shù)和接觸式三維掃描技術(shù)[7]。目前，非接觸式掃描技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，臨床上數(shù)字印模的獲取方式主要有直接口內(nèi)掃描法和間接口外掃描法，口外掃描可實(shí)現(xiàn)快速高分辨率數(shù)據(jù)的采集，精度為5～ 10 μm，口內(nèi)掃描的精度為50 μm。

與傳統(tǒng)的印模技術(shù)相比，口內(nèi)掃描的優(yōu)點(diǎn)有：(1)明顯簡(jiǎn)化了修復(fù)流程，縮短了臨床時(shí)間[8]；(2)避免了因托盤(pán)或印模材料引起的惡心不適，耐受性更好[5]；(3)不會(huì)因印模材料或石膏模型的化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生尺寸變化[9]；(4)不需要物理存儲(chǔ)空間[10]，無(wú)需清潔、消毒印模和印模托盤(pán)、無(wú)需灌注模型[11]；(5)印?？梢酝ㄟ^(guò)電腦直接發(fā)送至技工室，實(shí)現(xiàn)醫(yī)技快速溝通[10]，實(shí)時(shí)可視、易于重復(fù)[11]；(6)即使在張口受限的情況下，IOSs 也可以輕松快速地獲取口腔內(nèi)結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)成像[4]；(7) COVID-19 的主要傳播途徑有飛沫傳播、直接接觸傳播等，廣泛應(yīng)用的非接觸式IOSs 減少了與口腔結(jié)構(gòu)和唾液的直接接觸，并且不需要存儲(chǔ)石膏模型，降低了交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)[12]。總之，不論從口腔醫(yī)師角度，還是從患者角度，口內(nèi)數(shù)字掃描都被認(rèn)為是一種更快速、更方便的技術(shù)[11]。

2 常見(jiàn)的IOSs

了解IOSs 的性能及區(qū)別有助于幫助口腔醫(yī)師針對(duì)不同的病例選擇合適的IOS，目前臨床上應(yīng)用較多、口碑較好的IOSs 有以下幾種。

2.1 CS 3600? 一款結(jié)構(gòu)化光掃描儀，配有可互換和可高壓滅菌的尖端，不需要使用粉末，即使最困難的區(qū)域也能方便的掃描，并能提供3D 高清全彩圖像，具有智能匹配系統(tǒng)。

2.2 Trios3? 一種結(jié)構(gòu)光掃描儀，使用共焦顯微鏡和超快光學(xué)掃描每秒捕獲3 000 多張二維圖像的技術(shù)，不含粉末，彩色掃描有助于區(qū)分天然牙結(jié)構(gòu)和牙齦組織，有助于識(shí)別邊緣線[13]。

2.3 iTero? 一種口內(nèi)激光掃描儀，通過(guò)平行光共聚成像，即通過(guò)多個(gè)小孔發(fā)射光束，在一定距離內(nèi)的物體表面反射，進(jìn)而形成三維影像，無(wú)需噴粉[14]。

2.4 Cerec Omnicam? 一種結(jié)構(gòu)光掃描儀，使用白色LED，在光學(xué)三角測(cè)量和共焦顯微鏡原理下工作，不用粉末，在重建模型中融入顏色，工作流程可直接椅旁完成。

2.5 True Definition? 一種結(jié)構(gòu)光掃描儀，使用脈沖可見(jiàn)藍(lán)光，是一種3D 視頻技術(shù)。使用鈦氧化物粉末，是一個(gè)半封閉系統(tǒng)，速度不如其他設(shè)備快[5]。

3 口內(nèi)數(shù)字印模準(zhǔn)確性的影響因素

傳統(tǒng)的修復(fù)程序涉及許多步驟，在物理印模、咬合記錄或?qū)⒛Ｐ蛡鬟f給技工室時(shí)，誤差都可能會(huì)出現(xiàn)[15]。對(duì)于一個(gè)成功的口腔修復(fù)流程，準(zhǔn)確的數(shù)字印模是至關(guān)重要的[7]。準(zhǔn)確性由真實(shí)度和精度來(lái)描述。真實(shí)度是指從重復(fù)測(cè)量得到的平均值與真實(shí)值的接近程度。精度是指重復(fù)測(cè)量值之間的接近程度。換句話說(shuō)，真實(shí)度決定測(cè)量值與實(shí)際值的關(guān)系，精度代表重復(fù)測(cè)量的一致性[16]。

數(shù)字印模的準(zhǔn)確性受多個(gè)因素影響，包括IOSs 設(shè)備性能、口腔環(huán)境因素(溫度、濕度)、操作員影響、掃描策略、掃描跨度、掃描時(shí)間、牙弓表面不規(guī)則性、患者運(yùn)動(dòng)等[9,11,17]。

3.1 口腔環(huán)境的影響 口腔環(huán)境中含有唾液、血液和口腔結(jié)構(gòu)的人工反射面，這些都可能會(huì)對(duì)數(shù)字印模的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響[1]?？谇粌?nèi)結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)和折射率與石頭、金屬、橡膠或樹(shù)脂的光學(xué)性質(zhì)和折射率大不相同。天然牙齒具有不同的半透明度和陰影范圍，修復(fù)材料、牙齦和黏膜組織的光學(xué)性質(zhì)與掃描的人工模型或牙模型也不同。當(dāng)掃描牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)的硬組織基質(zhì)時(shí)，所有掃描儀的準(zhǔn)確性表現(xiàn)相同?？偟膩?lái)說(shuō)，牙冠預(yù)備后基牙的掃描相比全弓掃描更準(zhǔn)確。這是由于牙冠預(yù)備后的基牙可被完整掃描，牙本質(zhì)與牙釉質(zhì)的折射率不同，能收集到更多的光學(xué)折射點(diǎn)，從而減少了拼接錯(cuò)誤[8]。但在預(yù)備基牙頸部齦緣較深或出血的情況下，很難檢測(cè)到準(zhǔn)確的邊緣線[7]。

3.2 操作員的影響 操作員的掃描技能也會(huì)對(duì)生成虛擬模型的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，即有經(jīng)驗(yàn)的操作員能夠進(jìn)行更準(zhǔn)確的掃描[1]。

解淀粉芽孢桿菌B6對(duì)擬南芥拮抗病原菌Pst DC3000的作用研究………………………… 王 靜，劉 娜，趙會(huì)君，尚 潔（82）

3.3 掃描數(shù)據(jù)的影響 STL 文件是存儲(chǔ)IOSs 掃描信息的一種通用、準(zhǔn)確且經(jīng)過(guò)時(shí)間檢驗(yàn)的方法，其數(shù)據(jù)是將IOSs 的掃描結(jié)果與各種尺寸的三角形或三角形網(wǎng)格疊加，生成掃描對(duì)象的計(jì)算機(jī)模型。掃描對(duì)象越復(fù)雜，三角形就越小、數(shù)量就越多。文件的大小會(huì)影響保存及導(dǎo)出至技工室進(jìn)行處理的速度，即必須考慮到文件大小對(duì)IOSs 分辨率的影響，也要考慮到數(shù)據(jù)保存與傳遞的準(zhǔn)確性。近年來(lái)出現(xiàn)了新文件格式，如OBJ 和PLY，提供了量化掃描對(duì)象顏色和紋理的高級(jí)功能[18]。

3.4 掃描策略的影響 準(zhǔn)確的掃描策略將數(shù)字制造工作流程中的不準(zhǔn)確性降至最低，并創(chuàng)建精確的虛擬三維數(shù)據(jù)集。以無(wú)牙頜為例，IOSs 在對(duì)無(wú)牙區(qū)進(jìn)行掃描時(shí)，單點(diǎn)云的拼接和匹配過(guò)程較差。全弓掃描的準(zhǔn)確性與正確的掃描策略有關(guān)[1]。因此，為了獲得可用的虛擬三維模型，正確的掃描路徑至關(guān)重要。

3.5 掃描跨度的影響 隨著掃描牙弓跨度的增加，口腔內(nèi)數(shù)字印模的精度下降，當(dāng)掃描范圍小于半口時(shí)，精度在臨床上是可以接受的，換句話講，掃描區(qū)域越大，牙弓表面越復(fù)雜，精度越低[11]。從單冠到局部義齒再到全口義齒修復(fù)的掃描印模結(jié)果中，誤差逐漸增大，真實(shí)度都要優(yōu)于精度[13]。IOSs 不能用一張圖像掃描整個(gè)牙弓，而是一張張單張圖像通過(guò)匹配或拼接構(gòu)建三維模型。而全弓掃描的誤差增強(qiáng)主要是由于匹配或拼接誤差，這些誤差隨著掃描長(zhǎng)度的延長(zhǎng)而增加[19]。

3.6 掃描深度的影響 有研究提出掃描深度也會(huì)對(duì)印模的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，增加髓腔固位冠預(yù)備的牙髓腔延伸深度會(huì)降低掃描精度，因此在掃描嵌體、高嵌體、髓腔固位冠時(shí)，選擇合適的IOSs至關(guān)重要[20]。

3.7 掃描時(shí)間的影響 從大多數(shù)IOSs 的掃描中還發(fā)現(xiàn)更長(zhǎng)的掃描時(shí)間也會(huì)增加誤差。全弓的掃描時(shí)間與真實(shí)度和精度高度相關(guān)。當(dāng)掃描一牙弓時(shí)，IOSs 通常會(huì)捕獲約1 200 張圖像。掃描錯(cuò)誤可能是由于部分圖像的重疊，特別是在前牙區(qū)。前牙區(qū)數(shù)字印模誤差的增加主要是由于牙面結(jié)構(gòu)較差和牙面坡度較大[7]。

3.8 不同IOSs 的差異 IOSs 在真實(shí)度和精度上存在顯著差異，多項(xiàng)研究對(duì)IOSs 進(jìn)行了比較研究，Imburgia等[5]研究認(rèn)為不同IOSs 的真實(shí)性存在顯著差異，CS 3600?給出了最好的真實(shí)結(jié)果，CS 3600?、Trios3?、Cerec Omnicam? 和True Definition?在精度上無(wú)顯著差異，但Trios3?在從牙列缺損到無(wú)牙頜模型的過(guò)渡過(guò)程中表現(xiàn)更好，也具有較高的終點(diǎn)線清晰度[21]，但iTero?較Trios3?、Cerec Omnicam?的真實(shí)度和精度都要更好，iTero?在磨牙間寬度和尖牙間寬度測(cè)量方面較其他IOSs 更精確[14]。全弓掃描的時(shí)間與真實(shí)度和精度高度相關(guān)，Trios3?被發(fā)現(xiàn)有最好的速度和準(zhǔn)確性的平衡[7]。在長(zhǎng)跨度牙弓的掃描中，如無(wú)牙頜，iTero?的準(zhǔn)確性取決于使用的掃描策略[22]。

3.9 其他因素的影響 研究發(fā)現(xiàn)，牙弓寬度對(duì)全牙列、腭部軟組織數(shù)字印模的精度有顯著影響，其精度隨著牙弓寬度的增加而降低[23]。但總體來(lái)說(shuō)，所有掃描儀在硬組織上的表現(xiàn)都優(yōu)于軟組織，牙列數(shù)字印模的真實(shí)度要高于腭部軟組織，上頜弓數(shù)字印模的真實(shí)度要高于下頜弓[10]，IOSs掃描牙列的準(zhǔn)確性相當(dāng)高，只是在牙弓的遠(yuǎn)端、前牙區(qū)和鄰接區(qū)會(huì)有較大差異[23]。

4 提高口內(nèi)數(shù)字印模準(zhǔn)確性的方法

為了提高數(shù)字印模的準(zhǔn)確性，研究者提出很多方法，值得臨床工作者深思和借鑒。

4.1 數(shù)字化結(jié)合的方式 錐形束CT(cone-beam computed tomography，CBCT)可反映頜骨和牙齒的硬組織。但牙冠形態(tài)和咬合關(guān)系很難在CBCT圖像中描繪出來(lái)。使用高分辨率的IOSs 可以獲得詳細(xì)的牙冠三維圖像。結(jié)合三維成像技術(shù)互補(bǔ)的特點(diǎn)，可構(gòu)建具有精確冠、根形態(tài)的三維牙體模型[24]。臨床上使用IOSs 采集初始數(shù)據(jù)，使用面部掃描進(jìn)行美學(xué)調(diào)整。通過(guò)三維面部掃描獲得的軟組織輪廓信息與IOSs 或口腔外掃描儀獲得的信息進(jìn)行融合，是對(duì)現(xiàn)有掃描技術(shù)的理想補(bǔ)充[25]。3D 打印精度高，可幫助實(shí)現(xiàn)精細(xì)程度要求極高的手術(shù)[26]。融合CBCT、IOSs、面部掃描、3D 打印等信息，借助CAD 數(shù)字處理軟件，可提高數(shù)字化修復(fù)的準(zhǔn)確性[27]。

4.2 選擇合適的掃描策略 掃描策略對(duì)掃描質(zhì)量有顯著影響，對(duì)于不同的病例、不同的IOS 選擇適合的掃描策略，目前常用的掃描策略如下。(1)由外向內(nèi)法：先掃咬合面，從左側(cè)第二磨牙(27)掃到右側(cè)第二磨牙(17)，經(jīng)過(guò)前庭溝返回，最后掃腭側(cè)；(2)象限法：即先掃咬合面，從右側(cè)中切牙(11)掃至17，經(jīng)過(guò)前庭溝返回，后掃腭側(cè)，再左側(cè)按同樣方式掃描；(3)六分法：先掃咬合面，從17 至右側(cè)第一前磨牙(14)，經(jīng)過(guò)前庭溝，然后是腭側(cè)，再掃咬合面，從右側(cè)尖牙(13)到左側(cè)尖牙(23)，前庭溝返回至腭側(cè)，最后掃咬合面，從左側(cè)第一前磨牙(24)開(kāi)始至27，前庭溝返回到腭側(cè)[22]；(4)左右分法：一種是從左側(cè)側(cè)切牙(22)掃至17，再?gòu)挠覀?cè)側(cè)切牙(12)掃至27，進(jìn)行重疊匹配[28]；(5)“之”字形掃描：首先掃描上頜的左1/3，從遠(yuǎn)頰區(qū)開(kāi)始，將掃描頭緩慢地按“之”字形向前牙區(qū)移動(dòng)，然后返回到軟腭區(qū)，再掃上頜的中1/3，從軟腭區(qū)開(kāi)始，將掃描頭慢慢地按“之”字形折向前牙區(qū)，然后回到軟腭區(qū)，最后從軟腭區(qū)開(kāi)始，掃描上頜的其余1/3，緩慢地按“之”字形折向前牙區(qū)，返回右側(cè)的遠(yuǎn)頰區(qū)[15]；(6)舌面掃描法：沿咬合面從17 向27 掃描，然后掃舌面，但不掃描頰面[24]；(7)頰面咬合腭(buccal-occlusalpalatal，BOP)策略：先掃描頰面，再掃咬合面，從腭面返回；或先掃描咬合面，再掃腭面，從頰面返回[1]；(8)順序掃描法：按順序掃描每顆牙齒的咬合面、頰面和腭面，從17 開(kāi)始向各個(gè)方向做“S”形移動(dòng)，不用再返回起點(diǎn)[22]；(9)腭部軟組織的掃描策略：從17 或27 的腭側(cè)到對(duì)側(cè)牙弓的腭側(cè)進(jìn)行腭部掃描，按照“倒U”型不斷縮小掃描范圍，在17 或27 的遠(yuǎn)端完成整個(gè)腭部的掃描[23]。

以上掃描策略可以獲得準(zhǔn)確性更高的數(shù)字印模，其中BOP 和“之”字形技術(shù)主要用于無(wú)牙頜的口內(nèi)掃描[27]。全弓掃描時(shí)推薦使用BOP 策略的“先咬合面、再腭面、頰面返回”途徑，在全弓掃描中會(huì)得到較高的真實(shí)度和精度。與傳統(tǒng)印模不同，BOP 將掃描的全弓限制在一個(gè)象限，從而獲得更好的重疊精度結(jié)果，達(dá)到提高印模準(zhǔn)確性的目的[28]。

4.3 掃描輔助工具法 Fang等[15]介紹了一種掃描牽開(kāi)器，它可以彎曲以適應(yīng)上頜無(wú)牙弓的輪廓，有助于前庭區(qū)的伸展和固定、唇部和頰部的收縮，使用此工具后，使掃描獲得的數(shù)字印模質(zhì)量足以確定解剖標(biāo)志和義齒邊緣線，如上頜切跡、切牙乳突和牙槽黏膜轉(zhuǎn)折處。對(duì)于下頜弓，也建議一種舌側(cè)框架，可以延伸到舌側(cè)前庭的深處，以固定舌側(cè)前庭，同時(shí)收回舌頭。利用輔助工具有助于IOSs 掃描獲得更精準(zhǔn)的印模，重建更準(zhǔn)確的口腔解剖結(jié)構(gòu)三維模型。

4.4 輔助功能性運(yùn)動(dòng)法 在進(jìn)行口內(nèi)掃描時(shí)，用手指拉伸黏膜可能有助于捕獲足夠數(shù)量的黏膜反射，并實(shí)現(xiàn)良好的邊緣封閉。必須注意不要過(guò)度伸展中間皺襞，以避免前庭組織過(guò)度移位。但傳統(tǒng)的功能性印模不僅包括操作者手動(dòng)拉伸黏膜，還包括患者自己進(jìn)行的邊界成型運(yùn)動(dòng)[22]。所以，這樣的功能性輔助掃描能提高一定的準(zhǔn)確性，但無(wú)法完整地記錄成型運(yùn)動(dòng)。

4.5 輔助掃描材料的使用 為了減少掃描誤差，需要在被掃描對(duì)象上使用輔助掃描材料。一些研究報(bào)告稱，使用粉末涂層可以提高無(wú)粉末掃描儀的精度。液體型掃描輔助材料的形狀重現(xiàn)性優(yōu)于粉狀材料。

輔助掃描材料一般由二氧化鈦組成，以增強(qiáng)表面的不透明度，并使光線均勻反射。另外，輔助掃描材料在金屬表面相比樹(shù)脂類材料更有效。輔助掃描材料創(chuàng)造了一個(gè)統(tǒng)一的反射表面，并增強(qiáng)了掃描對(duì)象的不透明度，從而使IOSs 可以更有效率地識(shí)別對(duì)象。當(dāng)輔助掃描材料應(yīng)用于全牙弓時(shí)，掃描的時(shí)間效率和精度顯著優(yōu)于未用輔助材料。在有口腔內(nèi)唾液、舌頭等限制的真實(shí)臨床環(huán)境中，輔助掃描材料的應(yīng)用可以減少工作時(shí)間，更有效地獲取全弓掃描圖像[19]。在使用IOSs前，有必要仔細(xì)檢查牙齒表面是否有液體殘留，而使用三用氣槍吹干牙齒被證實(shí)可以有效消除液體引起的掃描誤差[29]。

4.6 提高腭部軟組織印模準(zhǔn)確性的方法 掃描腭部時(shí)，參照非游離端的相對(duì)準(zhǔn)確的后牙列區(qū)域(即頰面、腭面、咬合面)的區(qū)域重疊掃描，可提高腭部掃描的準(zhǔn)確性[23]。另外，注意保持黏膜干燥，頻繁清除口內(nèi)唾液，并從不同方向多次和慢速掃描，也可提高準(zhǔn)確性[30]。通過(guò)使用最佳的患者特定灰度值閾值，基于軟組織的IOSs 和CBCT 掃描配準(zhǔn)方法為完成無(wú)牙上頜的虛擬工作流程提供了準(zhǔn)確的解決方案[31]。

5 結(jié)語(yǔ)

IOSs 掃描獲得的數(shù)字印模準(zhǔn)確性是臨床可接受的，且市場(chǎng)一直在推出新設(shè)備，如Dentsply Sirona 的Primescan?、3 Shape 的Trios4?、Carestream的CS 3700?等[13]，新設(shè)備不斷發(fā)展，軟件不斷更新，能更好地滿足臨床需求。未來(lái)IOSs 仍面臨很多困難和挑戰(zhàn)，如掃描頭過(guò)大、無(wú)牙頜掃描準(zhǔn)確性有待提高、游離端牙列缺損病例的口內(nèi)數(shù)字印模制取問(wèn)題等，但相信隨著科學(xué)研究的不斷深入，口內(nèi)數(shù)字印模終將逐步取代傳統(tǒng)印模方式，為臨床醫(yī)師和患者提供更多的便利。

作者貢獻(xiàn)劉翠：文章總體構(gòu)思、查閱文獻(xiàn)、撰寫(xiě)初稿；王婧、肖瑞、白陽(yáng)、曹均凱：監(jiān)督指導(dǎo)；劉翠、張敏、蔣一：審讀和修訂；曹均凱：資金獲取。

利益沖突文章的全部作者聲明，在文章撰寫(xiě)過(guò)程中不存在利益沖突。