牙科技術前沿：口內(nèi)數(shù)字化印模技術

近年來隨著電子技術、信息技術及先進制造技術在口腔醫(yī)學領域的引入，口腔修復醫(yī)學也正在發(fā)生著一場深刻的技術革命。數(shù)字化診療模式已被業(yè)內(nèi)公認為今后口腔修復的發(fā)展趨勢與主流技術。其中，快速、

精確的數(shù)字化光學印模采集是整個數(shù)字化診療成功的前提與基礎。

目前，在臨床上絕大多數(shù)采用的是口外采集方式，即采用掃描設備對患者牙列的石膏模型進行掃描以獲取數(shù)字化印模。這種口外的采集方式技術上相對容易實現(xiàn)。掃描時，可以將石膏模型固定在一個底座上，保持在多次掃描過程中圖像均處于同一坐標系，便于圖像的融合和重建。

然而，口外采集方式仍然需要進行傳統(tǒng)的印模制取、翻制石膏模型等?？趦?nèi)掃描方式是掃描設備伸入患者的口內(nèi)直接對牙體和相關軟硬組織進行掃描測量，實時獲取數(shù)字化印模。與口外方式相比，其優(yōu)勢顯而易見。不但省卻了大量繁瑣的傳統(tǒng)步驟，降低了材料和人工的消耗，更重要的是，它將口腔修復數(shù)字化診療推向了一個更高的水平，做到了真正意義上的無模化、數(shù)字化。

然而，口內(nèi)數(shù)字化印模仍存在很多技術難點。一方面在口內(nèi)進行掃描時，會受到頭部移動和口腔環(huán)境，諸如唾液、舌等的影響，從而影響圖像采集質量。另一方面，由于每次掃描時，坐標系會發(fā)生改變，在一定程度上影響圖像間的擬合重建。從目前研究狀況來看，雖然仍存在難點，但在技術上已獲得了很大的突破，并進行了初步的臨床應用。

目前，已有多家公司致力于口內(nèi)數(shù)字化印模的研究。有的已在臨床有了一定的應用。但這些口內(nèi)數(shù)字化印模技術的原理與技術特點不盡相同，了解和掌握這些原理和特點對專業(yè)的口腔修復醫(yī)師來講十分必要。

最早投入市場的口內(nèi)數(shù)字印模設備是德國Sirona公司于1987年推出的CEREC系統(tǒng)[1]。最初的CEREC1是基于激光的三角測量（triangulation of light）原理，通過三條光線的交點確定空間的一個定點[2]。為了保證統(tǒng)一的光彌散以及掃描的準確性，該系統(tǒng)需要在掃描前使用一種粉末（二氧化鈦）在牙齒表面進行噴霧[3]。之后Sirona公司又陸續(xù)推出了CEREC 2和CEREC 3，工作原理基本不變，所不同的是CEREC 3將印模采集設備與修復體制作設備分開。2010年Sirona公司推出了第四代CEREC系統(tǒng)-CEREC AC系統(tǒng)。CEREC AC中的口內(nèi)數(shù)字印模技術采用了短波藍光作為光源，掃描獲得單一的圖像，并能使平行光線保證良好的景深；其中的直角成像功能會增加準確度。通過自動匹配，把幾個圖像整合到一起。LavaTM椅旁口內(nèi)印模掃描儀( LavaTM Chairside OralScanner，Lava C．O.S)是近年來由3M ESPE公司生產(chǎn)的相對技術成熟的口內(nèi)印模采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)以激活波前采樣( active wavefront sampling，AWS)為原理[4]，在牙齒上方挪動攝像機獲得牙齒的形狀，通過改變軸向位置，計算攝像機距離牙齒的距離，利用單鏡頭圖像得到三維信息。另外，設備中有三個傳感器可以同時從不同角度捕捉掃描物體的外形，同時通過聚焦一散焦運算法在掃描得到的三維圖像表面生成斑點，以提高數(shù)字印模的準確性[5]。

Cadent公司生產(chǎn)的iTero系統(tǒng)是基于平行共焦成像（parallel confocal imaging）原理來獲取數(shù)字化印模的。它利用激光進行光學掃描，可以在牙齒結構上以50μm為間距的300個焦點深度捕捉到超過100000個光點，從而獲得牙齒的圖像[6]。該系統(tǒng)不需要掃描前對牙齒表面進行噴霧涂敷。

D4D Technologies公司生產(chǎn)的E4D系統(tǒng)的工作原理是光學相干斷層成像（optical coherence tomography)和共焦顯微（confocal microscopy）技術；該系統(tǒng)配有專用的椅旁銑削系統(tǒng)[7]。

丹麥的3Shape公司于近年研發(fā)出的TRIOS口內(nèi)掃描儀是一種技術較為先進的口內(nèi)數(shù)字印模系統(tǒng)。它運用超快光學切割（ultrafast optical sectioning）技術和共焦顯微技術，每秒可捕捉超過3000幅二維圖像：通過結合數(shù)百幅三維數(shù)字圖像，實時地創(chuàng)建出三維數(shù)字印模；與iTero系統(tǒng)相似，TRIOS系統(tǒng)不需要噴霧涂敷。

現(xiàn)階段已投入市場的擁有口內(nèi)數(shù)字化印模設備的CAD/CAM系統(tǒng)還有IOS Fastscan，MIA3D，3D progress等（表1）[8]。口內(nèi)數(shù)字化印模設備除了在工作原理、光源、成像類型、是否需要噴霧涂敷、是否具備椅旁切削系統(tǒng)外，在掃描完成后的輸出文件格式也不盡相同。一種是不加密的STL文件，即所謂的開放式系統(tǒng)，它們可以被大部分CAD/CAM系統(tǒng)讀取并應用于后續(xù)的修復體設計和制作：另一種是加密的文件，即所謂封閉式系統(tǒng)，所得的數(shù)據(jù)信息只能運用于特定的CAD/CAM系統(tǒng)：或通過專用軟件解密，應用于其他CAD/CAM系統(tǒng)。

在進行口內(nèi)數(shù)字化印模采集的時候應注意以下幾個方面：在牙體預備完成后，必須應用排齦技術完整清晰的暴露預備完成的邊緣：對預備牙體及整個口腔進行沖洗并吹干；如在掃描前需要噴霧，則需采用專用噴霧器在預備的牙體及鄰牙表面均勻地噴涂一層稀薄的粉末，應避免涂層過厚影響今后修復體的密合度：在患者牙間交錯（牙合）的狀態(tài)下從頰側方向進行局部牙弓的掃描以記錄咬合關系。

前面已經(jīng)提到，應用口內(nèi)數(shù)字化印模技術可以省卻很多原先繁瑣的步驟。但仍有一些醫(yī)師認為口內(nèi)數(shù)字化印模操作難度較大，且需要更多的椅旁時間。Lee等[9]在種植體印模采集的體外實驗中對口內(nèi)數(shù)字化印模和傳統(tǒng)印模花費時間進行了記錄和評估，結果顯示傳統(tǒng)印模的準備時間、操作時間、總時間、重新取模時間、重新取模次數(shù)分別是(282 +85)s，(1200 +397)s，(1482 +438)s，(418 +416)s，21次；而采用口內(nèi)數(shù)字化印模時，這5個測量值分別是(233 +58)s，(534 +192)s，( 749 +226)s，(100 +65)s，67次。重新取模次數(shù)是數(shù)字印模大于傳統(tǒng)印模(P<0.05)，但準備時間、操作時間、總時間以及重新取模時間上均是傳統(tǒng)印模大于數(shù)字印模(P<0.05)。此外本試驗還應用視覺模擬評分法(visual analogue scales，VAS)記錄了參與試驗者對兩種取模方法難度的評分，結果顯示試驗參與者對傳統(tǒng)印模取模難度的VAS評分為43.12 +18.46，而對數(shù)字印模的評分為30.63+17.57，兩者之間存在統(tǒng)計學差異(P<0.05)。這在一定程度上說明，通過簡單的培訓和訓練，口內(nèi)數(shù)字化印模在工作效率上較之傳統(tǒng)印模有著不小的優(yōu)勢：即使數(shù)字印模需要重新掃描次數(shù)較多，但時間花費仍然少于傳統(tǒng)的印模制取，并且前者比后者更容易掌握。而數(shù)字印模在操作上的難點主要體現(xiàn)在對鄰間區(qū)域的掃描，所以重新掃描也僅僅針對前次掃描的盲區(qū)進行：而傳統(tǒng)取模如果需要重做，則必須對整個牙弓進行重新印模制取，這當然大大延長了操作時間[10]。

作為固定修復體，就位后邊緣及內(nèi)部適合性是衡量修復體是否成功的重要指標，而其中印模的準確性至關重要。Syrek等[11]對20例患者的20顆后牙分別使用口內(nèi)數(shù)字化印模和傳統(tǒng)印模方法制作CAD/CAM全瓷冠，對全瓷冠內(nèi)表面與預備牙的近中、遠中、頰側、舌側四個參考點之間的邊緣間隙進行測量。結果顯示：傳統(tǒng)印模組，全瓷冠邊緣間隙的中位數(shù)是71μm，四個測量點的最小值／中位數(shù)／最大值分別是近中52/69/84μm，遠中50/70/97μm，頰側47/74/104μm，舌側27/67/102μm；口內(nèi)數(shù)字化印模組，全瓷冠邊緣間隙的中位數(shù)為49μm，四個測量點的最小值／中位數(shù)／最大值分別是近中36/50/72μm，遠中43/55/67μm，頰側27/28/54μm，舌側32/51/66μm。統(tǒng)計學分析得出兩種方法制作的全瓷冠的內(nèi)部及邊緣適合性有差異，口內(nèi)數(shù)字化印模優(yōu)于傳統(tǒng)印模。全瓷冠與鄰牙的適合性方面口內(nèi)數(shù)字化印模也優(yōu)于傳統(tǒng)印模(P均<0.05)。咬合匹配無統(tǒng)計學差異。由于口外掃描需要進行傳統(tǒng)的印模制取和模型翻制，而這些操作步驟都可能產(chǎn)生誤差：而口內(nèi)數(shù)字印模則直接由牙科實驗室的技師在掃描輸出文件進行設計和制作，并且在快速成型模型上（如SLA模型）進行試戴和修整，從而最大程度上避免了誤差的產(chǎn)生，提高了印模的準確性[12].

Cardelli等[13]對15例患者的37顆患牙（24顆前牙13顆后牙）制作了基于口內(nèi)數(shù)字化印模的CAD/CAM全瓷冠修復體，并對修復體與基牙的勁緣、軸壁、軸（牙合）嵴以及中央駘面四點之間的間隙進行測量。前牙在這四個測量點的均值分別是48. 81，112. 45，131.68，165. 47 μm;后牙分別是48. 38，111. 27，149，142. 25 μm。其結果符合臨床標準。Ender等[14]在體外實驗中用LavaTMC．O.S，CEREC AC以及傳統(tǒng)硅橡膠印模三種方法對同一母模進行取模，然后用標準化的掃描儀檢測三者準確性，結果三者分別為( 40.3±14.1)y,m，(49±14. 2) μm，(55 +21.8)μm，三者之間無統(tǒng)計學差異，認為口內(nèi)數(shù)字化印模的準確性類似于傳統(tǒng)印模。實驗也提示，口內(nèi)數(shù)字掃描前運用的噴霧涂敷可能對掃描結果有一定影響。雖然CAD/CAM產(chǎn)品的軟件分析會將相對應的噴霧厚度計算在內(nèi)，但不同的臨床醫(yī)師在施行噴霧時因為人為因素會產(chǎn)生差異，可能一定程度上降低了掃描的準確性[15]。

對于口內(nèi)數(shù)字化印模重復性的實驗研究相對較少。Stimmelmayr等¨叫在樹脂標準無牙(牙合）模型以及由它翻制的石膏模型上進行體外實驗，用以模擬直接口內(nèi)掃描和傳統(tǒng)印模后模型上掃描。實驗通過Everest掃描儀重復掃描比較了兩種方法在掃描種植體的重復性。結果顯示掃描多聚體模型的差異為(39±58) μm，掃描翻制石膏模型的差異為(11 +17) μm，兩者存在統(tǒng)計學差異(P<0.05)，結論為口內(nèi)掃描獲取印模的重復性不如傳統(tǒng)印模。Del Corso等[17]在體外實驗中得出口內(nèi)掃描的系統(tǒng)誤差在14～21 μm；Mehl等[18]通過實驗證明口外掃描系統(tǒng)在掃描石膏模型上的系統(tǒng)誤差為20 μm甚至更小。口內(nèi)數(shù)字化印模和傳統(tǒng)印模的掃描存在的重復性差異，一方面可能是源于噴霧涂敷：另一方面，醫(yī)師在重復進行口內(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，而口外掃描中石膏模型與掃描器械的位置始終固定，重復性就相對較高。因此，醫(yī)師在臨床進行口內(nèi)數(shù)字化印模采集前應進行培訓，以達到應用的熟練度。

[ 1 ] Rekov ED. Dental CAD/CAM systems : a 20-year success story. J AmDent Assoc,2006 ，137 Suppl:5S-6S.

[ 2 ] Mormann WH. The evolution of' the CEREC. system. J Am Dent Assoc, 2006,137 Suppl:7S-13S.

[3] CEREC 3. Operating instructions f'or the acquisition unit. Sirona TheDental Company,2004.

[ 4 ] Rohaly J (inventor) . Three-channel camera systems with non-collinearapertures.United StatesPatent ,2006 ,7 :372 ,642.

[ 5 ] Lava Chairside Oral Scanner C . 0. S.3M ESPE technical datasheet.2009.

[6] Kachalia PR, Geissherger MJ. Denristry a la carte:in-office CAD/CAM technology. J Calif Dent Assoc ,2010 ,38 :323 -330.

[7] Tsitrou EA,Helvatjoglu-Antoniades M,van Noort R. A preliminary e- valuation of' the structural integrity and fracture mode of' minimallyprepared resin bonded CAD/CAM crowns. J Dent,2010,38 :16-22.

[8] Logozzo S,Franceschini C,Kilpela A,et al. A comparative analysis ofintraoral 3D digital scanners for restorative dentistry. The Int J of' MeclTech,2011 :5.

[9] Lee SJ 7 Gallucci CO. Digital vs conventional implant impressions : effi- ciency outcomes. Clin Oral Impl Res,2012.

[10] Persson AS, Oden A, Andersson M, et al. Digitization of simulatedclinical dental impressions : virtual three-dimensional analysis of exact-ness. Dent Mater.2009 .25 :929-936.

[1l] Syrek A, Reich G,Ranftl D,et al. Clinical evaluation of' all-ceramiccrowns f'ahricated f'rom intraoral digital impressions hased on the prin-ciple of active wavefront sampling. J Dent,2010,38 :553-559.

[12] Quaas S,Ruclolph H,Luthardt RC. Direct mechanic,al clata ac,quisitionof dental impressions for the manufacturing of CAD/CAM restorations.J Dent,2007,35 :903-908.

[13] Cardelli P,Scotti R,Monaco C. Clinical f'itting of' CAD/CAM zirconiasingle crowns generated f'rom cligital intraoral impressions hasecl on ac -tive. wavef'ront sampling. J Dent,2011.

[14] Ender A,Mehl A. Full arch scans:conventional versus digital impres-sions-an in-vitro study. Int J Comput Dent,2011 ,14:11-21.

[15] da Costa JB, Pelogia F,Hagedorn B,et al. Evaluation of' different methods of' optical impression making on the marginal gap of' onlaycreated with CEREC. 3 D. Oper Dent.2010.35 :324-329.

[16] Stimmelmayr M,Cuth JF,Erdelt K,et al. Digital evaluation of the re-producihility of'implant scanbody f'it-an /n, vitro study. Clin Oral Inves-tig,2012 ,16 :851-856.

[17] Del Corso M ,Aha G,Vazquez L,et al. Optical three-dimensional scan- ning acquisition of' the position osseointegrated implants : an in vitro study to determine method accuracy and operational feasibility. ClinImplant Dent Relat Res,2009 .11 :214-221.

[18] Mehl A, Ender A,Mormann W,et al. Accuracy testing of a new in-traoral 3D camera. Int J Comput Dent,2009 ,12 :11-28.

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