口內(nèi)掃描儀臨床掃描精度及影響因素把控

包旭東，岳 林

自20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制作(computer aided design and computer aided manufacture，CAD/CAM)技術(shù)由法國牙科醫(yī)師Duret引入口腔科臨床診療以來，數(shù)字化技術(shù)得到越來越廣泛的普及和應(yīng)用。通過口內(nèi)光學(xué)掃描來獲取牙或牙列的數(shù)字化印模是CAD/CAM技術(shù)中的臨床核心操作環(huán)節(jié)，適應(yīng)證從嵌體、貼面、全冠等一單位修復(fù)方式逐漸延伸到更為復(fù)雜的固定橋、種植導(dǎo)板及種植體基臺的制作?？趦?nèi)掃描獲取數(shù)字化印模的技術(shù)經(jīng)半個世紀(jì)的發(fā)展，操作流程進(jìn)一步簡化，數(shù)字化印模質(zhì)量進(jìn)一步提升，也越來越被臨床醫(yī)師接受[1]，在一些臨床治療中甚至替代了傳統(tǒng)修復(fù)中印模材料制取的實(shí)體印模[2]。修復(fù)體印模的準(zhǔn)確性是修復(fù)成敗的關(guān)鍵要素之一，而口內(nèi)掃描數(shù)字化印模的精準(zhǔn)性也一直為人們密切關(guān)注[3]。目前，口內(nèi)掃描設(shè)備種類繁多，所采用的光學(xué)掃描原理各有不同，掃描精度受之影響的程度也不一致。加之臨床術(shù)者的操作方法和患者本身的諸多因素，都會干擾口內(nèi)掃描的精度，進(jìn)而影響數(shù)字化印模的質(zhì)量。針對上述問題，本文通過口內(nèi)掃描設(shè)備的掃描原理來分析影響掃描精度的相關(guān)因素，為臨床提高數(shù)字化印模的準(zhǔn)確度提出可行的操作方法和建議。

1 口內(nèi)掃描系統(tǒng)的工作原理與應(yīng)用

1.1 口內(nèi)掃描系統(tǒng)掃描光源類型

口內(nèi)數(shù)字化印模系統(tǒng)按投射光源類型可分為激光和可見光。激光為單色光，方向性好或者準(zhǔn)直性好，抗干擾能力強(qiáng)。激光有點(diǎn)激光和線激光兩種形式。點(diǎn)激光掃描儀精度較低，掃描時間較長，掃描單個牙列石膏模型約13 min。線激光掃描具有精確度高、速度快、重建圖像清晰、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[4]。

可見光主要指白光和藍(lán)光。白色光掃描儀有良好的掃描速度和再現(xiàn)性，比激光掃描儀讀取三維圖像數(shù)據(jù)能力更強(qiáng)[5]。白光由多種顏色的光組成，不同顏色的光不全折射在同一焦點(diǎn)上，雖可通過掃描儀中透鏡的設(shè)計(jì)來糾正，但不能完全修正。藍(lán)光波長更短，較白光抗干擾性強(qiáng)，可提高數(shù)據(jù)的精度[6]。相對于白色光掃描儀，藍(lán)光掃描儀產(chǎn)生誤差更小，掃描再現(xiàn)性更高。

1.2 口內(nèi)掃描系統(tǒng)掃描成像原理

口內(nèi)掃描數(shù)字印模技術(shù)包括掃描獲取局部圖像數(shù)據(jù)及圖像數(shù)據(jù)融合重建兩個過程，掃描原理主要包括三種類型：主動三角測量技術(shù)(active or passive stereovision and triangulation)、共聚焦激光掃描顯微成像技術(shù)(confocal laser scanner microscopy)和主動波陣面采樣技術(shù)(active wavefront sampling)。

主動三角測量技術(shù)指相機(jī)主動投射結(jié)構(gòu)光到被測物體表面，通過成像系統(tǒng)在另一角度對部分反射光進(jìn)行匯聚，計(jì)算機(jī)通過相似三角形原理計(jì)算被測物的尺寸參數(shù)，獲得三維印模圖像。采用該掃描原理的有真彩口內(nèi)掃描儀(廣東朗呈)和瓷?？?CEREC，德國)椅旁CAD/CAM的掃描技術(shù)。三角測量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是圖像獲取快速、簡潔，掃描精度較高。但是由于光束從牙列近中的一定角度發(fā)出，預(yù)備體軸壁的阻擋使光線無法到達(dá)預(yù)備體遠(yuǎn)中肩臺部分而形成陰影，即遠(yuǎn)中陰影現(xiàn)象，會降低局部印模精度。最新研究發(fā)現(xiàn)鄰牙對掃描取像也會產(chǎn)生遮擋，影響最終的掃描精度[7]。

共聚焦激光掃描顯微成像技術(shù)基本工作方法和共聚焦顯微鏡的工作原理相似，是相機(jī)在單個位置采集不同深度的圖像信息。利用透鏡從不同層面動態(tài)連續(xù)掃描及獲取三維圖像重組點(diǎn)，在不同焦點(diǎn)和不同角度拍攝連續(xù)圖像后拼接形成3D形態(tài)，比如牙齒外形輪廓，然后將所有的外形輪廓組合成該位置的三維圖像。使用共聚焦平面成像技術(shù)的代表產(chǎn)品有iTero(Align Technology，美國)和TRIOS(3Shape,丹麥)。共聚焦顯微成像技術(shù)獲取的聚焦圖像掃描精度較高，細(xì)節(jié)表現(xiàn)力好。

主動波陣面采樣技術(shù)是利用設(shè)置在采樣光路中的旋轉(zhuǎn)偏心孔裝置，過濾牙齒上被測點(diǎn)的反射光線，并在成像平面內(nèi)形成圓形軌跡的失焦圖像，通過測量失焦圖像半徑，結(jié)合已知光路系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算獲得牙齒表面被測點(diǎn)的空間坐標(biāo)。該技術(shù)的代表產(chǎn)品有Lava True Definition 口內(nèi)掃描系統(tǒng)(3M，美國)，其特點(diǎn)是采用了動態(tài)3D印模采集技術(shù)，高速攝像每秒可捕獲20張3D圖像，掃描過程中可隨時識別口內(nèi)軟硬組織進(jìn)行圖像掃描，并快速構(gòu)建三維圖像，能實(shí)時給予臨床醫(yī)生信息反饋。

2 口內(nèi)掃描系統(tǒng)掃描精度的評價指標(biāo)

在數(shù)字化修復(fù)流程中最關(guān)鍵的一步是應(yīng)用口內(nèi)掃描儀掃描預(yù)備體獲取數(shù)字化印模，印模精度決定了修復(fù)體的密合性，復(fù)制精準(zhǔn)的預(yù)備體終止線是數(shù)字化修復(fù)成敗的關(guān)鍵。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)(IOS 5725-1)[8]，精度(accuracy)也稱準(zhǔn)確度或精確度，用于描述測量值和參考值的一致程度，反映測量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，是正確度(trueness)和精密度(precision)的綜合。精密度是指設(shè)備系統(tǒng)本身測量結(jié)果的可重復(fù)性，和設(shè)備穩(wěn)定性有關(guān)，屬于隨機(jī)誤差；而正確度屬于系統(tǒng)誤差，是大量測量值的均值與參考值間的一致程度，正確度越高測量結(jié)果越接近真實(shí)值[9]，正確度會受到臨床各種因素影響，因此學(xué)者們更多專注于數(shù)字化印模正確度的研究。

隨著近年來口內(nèi)掃描技術(shù)的不斷發(fā)展，口內(nèi)掃描數(shù)字化印模精度的不斷提高，口內(nèi)掃描系統(tǒng)不僅用于單牙預(yù)備體、全牙弓，甚至開始用于上下頜象限牙列的掃描。很多研究表明，這些數(shù)字化印模的精度都達(dá)到了臨床可接受的精度范圍[10]。排除臨床因素，從實(shí)驗(yàn)室結(jié)果看，牙頜模型掃描儀的平均掃描精度可達(dá)到10 μm，而目前口內(nèi)數(shù)字化掃描儀的平均掃描精度約為20 μm[2]。

3 口內(nèi)掃描系統(tǒng)掃描精度的影響因素

影響口內(nèi)掃描儀掃描精度的因素很多，口掃設(shè)備本身所采用的掃描技術(shù)原理，臨床操作過程中從口內(nèi)環(huán)境、牙體預(yù)備到口內(nèi)掃描的每一個環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生影響?？趦?nèi)掃描儀均基于不同原理的非接觸式光學(xué)掃描技術(shù)，而光學(xué)掃描對被檢測物體表面有較嚴(yán)格要求，并且掃描光線無法探測到被遮擋的區(qū)域、無法全部進(jìn)入深度過大的區(qū)域。在復(fù)雜的臨床環(huán)境中，受患者唾液、齦溝液的影響，很難形成不反光的均質(zhì)表面。鄰牙倒凹的存在以及肩臺位于齦下，使掃描光源無法直線進(jìn)入終止線區(qū)域，或者受患者血液影響，終止線被遮擋，這些均會影響掃描精度，從而影響最終修復(fù)體的質(zhì)量[11]。

3.1 口內(nèi)掃描儀的掃描原理和掃描精度

口內(nèi)掃描設(shè)備采用的掃描原理不同，掃描精度有所不同。以三角測量技術(shù)為原理的口內(nèi)掃描儀，其掃描光線從近中斜向遠(yuǎn)中入射，預(yù)備體本身會形成遮擋，在遠(yuǎn)中部位產(chǎn)生陰影現(xiàn)象[3,5]，導(dǎo)致遠(yuǎn)中終止線掃描正確度下降，從而影響整體掃描正確度。近期的研究表明鄰牙也會產(chǎn)生遮擋影響預(yù)備體近遠(yuǎn)中終止線的正確度[7]。應(yīng)用共聚焦顯微成像原理，掃描光源入射光路與反射光路的路徑一致，就不存在預(yù)備體自身遮擋導(dǎo)致的遠(yuǎn)中陰影現(xiàn)象。其他以主動波陣面采樣技術(shù)為原理的口內(nèi)掃描儀，也不存在預(yù)備體自身遮擋導(dǎo)致的遠(yuǎn)中陰影現(xiàn)象[1]。Kurz等[12]用CEREC Omnicam分別以45°、60°和90°掃描圓柱狀樣本表面時發(fā)現(xiàn)以90°掃描(垂直于物體表面)時，掃描精度最高，以45°掃描物體表面時，掃描精度最低。并且掃描角度越接近90°掃描，圖像噪點(diǎn)越少。

3.2 掃描方案

口內(nèi)掃描時應(yīng)該從后牙咬合面開始還是從頰舌面開始掃描精度更高，掃描圖像拼接誤差與操作者的掃描方案密切相關(guān)，選擇合適的掃描方案非常重要。Müller等[13]研究了掃描方案對3Shape TRIOS掃描儀掃描精度的影響，該研究掃描獲取患者上頜全牙列數(shù)字化印模并在體外翻制鈷鉻模型，然后進(jìn)行三種不同方式的掃描取像。方案A，先從17頰面遠(yuǎn)中開始掃描所有牙齒頰面，然后從咬合面和腭側(cè)面返回。方案B，先從17咬合面和腭側(cè)面掃描，然后從頰面返回。方案C，按每顆牙從頰面到咬合面到腭側(cè)面以此掃描，掃描軌跡成S型。研究發(fā)現(xiàn)三種掃描方案對口內(nèi)掃描儀掃描精密度有影響。方案B掃描精密度最高，A精密度最低，推薦從后牙咬合面和腭側(cè)開始掃描，然后從頰側(cè)返回掃描。目前多數(shù)口內(nèi)掃描設(shè)備廠家都推薦采用該掃描方案進(jìn)行口內(nèi)掃描。

3.3 預(yù)備體相關(guān)因素

在進(jìn)行單牙修復(fù)掃描時，預(yù)備體可呈現(xiàn)多種因素干擾數(shù)據(jù)的獲取。

3.3.2 預(yù)備體質(zhì)量 在口內(nèi)掃描環(huán)節(jié)，受設(shè)備分辨率的限制，預(yù)備體表面粗糙的突起和倒凹常不能被掃描識別。牙體預(yù)備中常見的錯誤如不規(guī)則斜面、過銳線角、邊緣尖角等，以及突然發(fā)生形變不流暢的區(qū)域都不易被識別從而降低口內(nèi)掃描精度[15]。在修復(fù)體研磨加工環(huán)節(jié)，一般是平頭的柱形車針進(jìn)行修復(fù)體組織面切割，車針直徑常規(guī)為1 mm。受車針直徑的限制，預(yù)備體厚度小于1 mm的區(qū)域?qū)⒁驗(yàn)檐囜槦o法進(jìn)入而無法加工出相適應(yīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，影響修復(fù)體就位，從而降低邊緣適應(yīng)性。

3.3.3 被測物體表面特征 被測物體表面特征主要指物體半透性，半透性是指穿過混濁介質(zhì)傳播的光的相對量，或是穿過混濁介質(zhì)在底物表面漫反射的光的相對量。它的產(chǎn)生是由于材料內(nèi)部各種物相對光的折射率不同而在相鄰物相以及不同物相之間的界面處發(fā)生散射的結(jié)果[16]。Kurz等[12]研究了不同材料(兩種玻璃陶瓷、三種樹脂、銀汞合金和金合金)半透性對CEREC Omnicam掃描精度的影響，發(fā)現(xiàn)物體半透性會對無粉口內(nèi)掃描設(shè)備掃描精度產(chǎn)生影響，但產(chǎn)生的誤差均在臨床接受范圍內(nèi)。2017年Li等[17]研究了玻璃陶瓷半透性對掃描精度的影響，該研究采用基于共聚焦激光掃描顯微成像技術(shù)原理的口內(nèi)掃描設(shè)備，結(jié)果發(fā)現(xiàn)材料半透性越高，掃描精度越低，預(yù)備體終止線軸齦線角的形變量越大。

3.3.4 預(yù)備體終止線位置和類型 齦下邊緣一直是口內(nèi)掃描的難點(diǎn)。Nedelcu等[18]將全冠預(yù)備體肩臺的遠(yuǎn)中頰側(cè)區(qū)域和近中舌側(cè)區(qū)域置于齦下，用3D偏差分析方法計(jì)算掃描精度，發(fā)現(xiàn)口內(nèi)掃描系統(tǒng)在齦下區(qū)域掃描精度比齦上區(qū)域低。Euán等[19]研究了45°斜面肩臺與90°直角肩臺對CAD/CAM系統(tǒng)制作的修復(fù)體邊緣間隙的影響，發(fā)現(xiàn)直角肩臺組的修復(fù)體邊緣適應(yīng)性更好。還比較了氧化鋯全冠邊緣采用無角肩臺與有角肩臺兩種類型終止線時，有角肩臺組獲得的邊緣間隙更小。其他研究也發(fā)現(xiàn)冠邊緣間隙受到預(yù)備體終止線類型的影響，直角肩臺組修復(fù)體邊緣間隙要小于無角肩臺組[20]。

3.4 患者因素

患者本身的因素也會影響口內(nèi)掃描的數(shù)字化印模精度?？趦?nèi)解剖結(jié)構(gòu)的限制，如頰舌側(cè)軟組織尤其是舌體阻擋，張口度受限使后牙區(qū)空間不足，都會影響掃描角度的調(diào)整，降低口內(nèi)掃描精度。口內(nèi)唾液、齦溝液和血液對口內(nèi)掃描精度的影響比較大，尤其是當(dāng)預(yù)備體終止線位于齦緣或齦下時，終止線不能充分暴露，無法獲得清晰精準(zhǔn)的預(yù)備體終止線的數(shù)字化印模[12]。另外牙列擁擠、掃描過程中患者發(fā)生移動等患者自身因素都能影響掃描精度[21]。

綜上，掃描設(shè)備本身所采用的光學(xué)掃描技術(shù)、口內(nèi)牙列掃描方案、具體掃描角度、預(yù)備體質(zhì)量和預(yù)備體窩洞深度，以及患者本身牙齒排列和口腔解剖結(jié)構(gòu)等因素都可能影響口內(nèi)掃描系統(tǒng)的掃描精度。

4 口內(nèi)掃描系統(tǒng)臨床應(yīng)用的策略和建議

如上所述，多種因素都會影響口內(nèi)掃描的掃描精度，最終會影響修復(fù)體的邊緣密合性，造成微滲漏、繼發(fā)齲壞甚至修復(fù)失敗，因此我們在臨床操作中應(yīng)根據(jù)掃描設(shè)備特點(diǎn)和相關(guān)影響因素采取對應(yīng)策略來提高口內(nèi)掃描的掃描精度。

對于采用三角測量原理的口掃設(shè)備，需要采取一定措施來避免遠(yuǎn)中陰影的影響。近期的研究表明，預(yù)備體本身和鄰牙都有可能阻擋光線入路，降低預(yù)備體近遠(yuǎn)中終止線的掃描精度，可以采用增加咬合面波浪式補(bǔ)掃或頰舌側(cè)波浪式補(bǔ)掃的改良掃描方法來提高近遠(yuǎn)中終止線掃描精度，能達(dá)到與采用共聚焦激光掃描顯微成像技術(shù)的口內(nèi)掃描設(shè)備相同的掃描精度[11]。

至于掃描方案，一般采取先從后牙咬合面和腭側(cè)面掃描，然后從頰面返回的掃描方案[13]，掃描探頭與掃描對象呈90°角，研究也表明這樣的掃描精度相對最高[12]。要注意的是，來回多次掃描會增加圖片拼接錯誤，降低掃描精度，臨床上應(yīng)盡量避免，可按照最佳掃描方案完成掃描后對取像不全區(qū)域進(jìn)行局部補(bǔ)掃。

針對預(yù)備體相關(guān)因素，臨床醫(yī)生應(yīng)該提高牙體預(yù)備質(zhì)量，預(yù)備體組織面光滑平緩，避免尖銳線角和倒凹等[15]。預(yù)備體肩臺一般推薦內(nèi)線角圓鈍的90°直角肩臺，更易被口內(nèi)掃描設(shè)備識別[19-20]。也要考慮修復(fù)體加工中車針直徑的限制，避免預(yù)備體過薄出現(xiàn)厚度小于1 mm的區(qū)域。預(yù)備體終止線盡量放于齦上，避免牙齦組織和齦溝液等的影響[19]，同時也能減小掃描頭至終止線之間的掃描距離，提高掃描精度。對于預(yù)備體或預(yù)備體上的充填材料有一定透明度導(dǎo)致口內(nèi)掃描設(shè)備不易識別的情況，可以考慮進(jìn)行噴粉，注意噴粉厚度要均勻。

最后，在掃描過程中可以與助手配合牽拉開面頰和阻擋舌體，保持牙面干燥避免唾液膜的影響，找好支點(diǎn)按正確的掃描方案進(jìn)行穩(wěn)定流暢的掃描。

致謝：姜楠在文章撰寫中收集提供相關(guān)文獻(xiàn)資料。