口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模準(zhǔn)確度的影響因素

明佳俊，焦婷

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院口腔修復(fù)科，上海200011

口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模在口腔修復(fù)、正畸和種植等領(lǐng) 域廣泛應(yīng)用，其準(zhǔn)確度直接影響修復(fù)與治療的效果。工程學(xué)上主要通過準(zhǔn)確度、操作時(shí)間和患者接受度等指標(biāo)來評(píng)估口內(nèi)掃描儀，其中準(zhǔn)確度是評(píng)價(jià)口內(nèi)掃描儀的關(guān)鍵指標(biāo)[1]。準(zhǔn)確度包括精密度和正確度（ISO 5725-1）。精密度描述重復(fù)測量之間的距離，精密度越高，測量越可預(yù)測。正確度描述測量值與被測對(duì)象實(shí)際尺寸之間的偏差，高正確度可產(chǎn)生接近或等于被測物體實(shí)際尺寸的結(jié)果[2]。本文將對(duì)口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模準(zhǔn)確度的影響因素進(jìn)行闡述。

1 被掃描對(duì)象對(duì)準(zhǔn)確度的影響

1.1 牙體條件 研究指出基牙的聚合度并不影響口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模的準(zhǔn)確度，提示臨床醫(yī)師無需為掃描方便而增加基牙牙備量，犧牲固位型[3]。牙備后的切牙比磨牙的掃描準(zhǔn)確度差，這可能是因?yàn)榍醒姥纻浜蠖盖?、軸面相互平行的特點(diǎn)對(duì)掃描儀而言較難捕獲，因此應(yīng)避免基牙預(yù)備時(shí)出現(xiàn)銳邊或銳角[4]。Nedelcu 等[5]在體外設(shè)計(jì)齦上、齦下終止線的牙備模型，采用不同口內(nèi)掃描系統(tǒng)比較相應(yīng)終止線的清晰度和準(zhǔn)確度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)掃描儀的分辨率與終止線的清晰度和準(zhǔn)確度均無相關(guān)性。若在口內(nèi)掃描系統(tǒng)中引入顏色，由于牙齒和軟組織之間的顏色對(duì)比度明顯，可能會(huì)改善對(duì)終止線的檢測。

1.2 被掃描對(duì)象的材質(zhì)Patzelt 等[6]認(rèn)為光反射假象可能會(huì)導(dǎo)致較高的掃描偏差，在數(shù)據(jù)分析時(shí)出現(xiàn)的光學(xué)假象越多，偏差值也越大。研究表明[7-8]，暗淡、不透明的表面比有反光、半透明的表面更易掃描。Kurz 等[8]評(píng)估了CEREC Omnicam 掃描儀在不同角度掃描材料表面時(shí)的準(zhǔn)確度，發(fā)現(xiàn)不同牙科材料如陶瓷和金屬等在不同掃描角度的掃描數(shù)據(jù)具有高度差異，陶瓷材料高度差異最小，約為0.83～2.38 m，而金屬材料掃描高度差異較大，可達(dá)（14.47±9.11） m。此外，當(dāng)樣品的掃描角度為90°時(shí)，樣品掃描具有更好的重現(xiàn)性。金屬在掃描角度由90°降至45°時(shí)，汞合金表面的噪點(diǎn)由（12.60±6.42） m 降至（6.77±2.05） m，金表面的噪點(diǎn)則由（14.24±6.79） m 降至（7.69±2.36） m。

1.3 被掃描對(duì)象在牙弓中的位置 在數(shù)字化印模過程中，需要進(jìn)行大量的口內(nèi)三維數(shù)據(jù)拼接處理，而拼接次數(shù)越多，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度越低。隨著數(shù)字化印模范圍的增大，其準(zhǔn)確度也隨之下降。Park 等[9]和Su 等[10]通過體外研究都指出，口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模的掃描準(zhǔn)確度隨著牙弓掃描范圍增大而降低，當(dāng)掃描范圍為單顆牙或小于半個(gè)牙弓時(shí)表現(xiàn)出的準(zhǔn)確度符合臨床要求，但對(duì)于全牙列，口內(nèi)掃描的正確度均低于口外臺(tái)式掃描儀。Atieh 等[11]設(shè)計(jì)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，比較了CEREC Omnicam 與傳統(tǒng)硅橡膠印模的準(zhǔn)確度，發(fā)現(xiàn)口內(nèi)掃描儀全牙弓（下頜左側(cè)第1 磨牙至右側(cè)第1 磨牙）數(shù)字化印模除了準(zhǔn)確度低于傳統(tǒng)硅橡膠印模，2 者的偏差分布模式也不同。傳統(tǒng)印模偏差均勻分布于整體印模中，而數(shù)字化印模偏差大多集中在磨牙位置。Ender 等[12]則認(rèn)為在全牙弓（從一側(cè)磨牙區(qū)向另一側(cè)磨牙區(qū)）掃描中，基于視頻圖像采集的掃描系統(tǒng)如CEREC Omnicam、Lava C.O.S.、True Definition 和TRIOS 等當(dāng)掃描進(jìn)行至前牙區(qū)時(shí)，就在前牙遠(yuǎn)中區(qū)開始發(fā)生變形，而基于單圖像采集的數(shù)字印模系統(tǒng)如CEREC Bluecam 和Cadent iTero 則主要表現(xiàn)為掃描至另一側(cè)牙弓末端的變形。

1.4 牙弓自身?xiàng)l件 甘寧等[13]指出牙弓越寬，數(shù)字化印模的精密度越低，而不同的腭穹隆高度并未顯示出差異。對(duì)于肯氏III 類和肯氏IV 類缺損而言，當(dāng)缺牙數(shù)≥5 個(gè)時(shí)，掃描精密度顯著降低，精密度的偏差主要集中在缺牙區(qū)[14]。另外，無論是部分牙弓還是全牙弓，有牙列與無牙列相同位點(diǎn)之間的準(zhǔn)確度均有顯著差異[15]，誤差增加的主要原因可能是口內(nèi)掃描儀的圖像采集方法?？趦?nèi)掃描儀利用最佳擬合算法將掃描數(shù)據(jù)拼接在一起，當(dāng)被掃描對(duì)象表面形狀復(fù)雜時(shí)，圖像的對(duì)齊拼接較為容易，但當(dāng)掃描對(duì)象表明平坦而光滑時(shí)（如無牙頜），對(duì)齊圖像的過程中更易出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此若缺牙區(qū)域較大，口內(nèi)掃描時(shí)建議在無牙區(qū)域設(shè)置參照點(diǎn)以提高準(zhǔn)確度。

1.5 種植體的口內(nèi)掃描 以口外掃描儀為參考，Batak 等[16]使用TRIOS 測量圓柱形基臺(tái)長軸與參考模型對(duì)應(yīng)基臺(tái)長軸之間的角度偏差和圓心之間的距離偏差，并指出基臺(tái)的位置對(duì)距離偏差有顯著影響，位于牙弓前方的愈合基臺(tái)高度對(duì)距離偏差無顯著影響?；_(tái)高度對(duì)角度偏差的影響取決于基臺(tái)的位置。與后方8 mm 高愈合基臺(tái)相比，后方3 mm高與前方8 mm 高的愈合基臺(tái)角度偏差均較低。Alikhasi等[17]指出種植體的內(nèi)連接與外連接方式不會(huì)影響數(shù)字化印模的準(zhǔn)確度，而Marghalani 等[18]則認(rèn)為印模技術(shù)和種植體系統(tǒng)會(huì)對(duì)準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。當(dāng)使用CEREC Omnicam 掃描時(shí)，Nobel 系統(tǒng)的準(zhǔn)確性明顯優(yōu)于Straumann 系統(tǒng)，這可能是由于Straumann系統(tǒng)可掃描的掃描桿表面積小于Nobel系統(tǒng)的掃描桿，而用True Definition 掃描時(shí)，Nobel 系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與Straumann 系統(tǒng)相似。另外，研究指出口內(nèi)掃描儀的準(zhǔn)確度隨著掃描桿之間的距離（象限）增加而明顯降低，種植體的角度對(duì)準(zhǔn)確度無影響[19]。腭部掃描與否對(duì)種植位點(diǎn)精確度無影響，全牙弓平均距離偏差在142.70～160.30 m 之間[20]。在體內(nèi)研究中，Andriessen 等[21]使用Cadent iTero 掃描儀比較下頜2 顆植體桿卡連接覆蓋義齒修復(fù)的口內(nèi)數(shù)字化印模與石膏模型口外數(shù)字化印模的正確度，結(jié)果顯示納入的25 例患者中4 例無法拼接，20 例超出臨床可接受閾值，僅有1 例掃描處于可接受范圍內(nèi)。這表明，目前無法通過口內(nèi)掃描在無牙頜種植體上制作合適的桿卡支架。

2 掃描儀對(duì)準(zhǔn)確度的影響

既往研究發(fā)現(xiàn)口內(nèi)掃描儀分辨率與印模準(zhǔn)確度之間無關(guān)[22-24]。與白光掃描儀的白光發(fā)射二極管相比，藍(lán)光掃描儀使用的波長光源更短，對(duì)物體顏色和形狀變化的掃描誤差更小。若對(duì)單顆鈦基牙數(shù)字化印模，藍(lán)光掃描儀比白光掃描儀具有更高的重復(fù)性。在全牙弓掃描時(shí)，口內(nèi)視頻掃描儀（CEREC Omnicam；Sirona）獲得的數(shù)字化印模比靜態(tài)圖像掃描儀（CEREC Bluecam；Sirona）有更好的準(zhǔn)確度[25]。單圖像捕獲掃描儀（Carestream CS3500）掃描全牙弓的總體掃描時(shí)間明顯多于連續(xù)捕獲掃描儀（TRIOS Color和CEREC Omnicam），且整體正確度和精密度最低，而口內(nèi)掃描儀的準(zhǔn)確度與全牙弓掃描時(shí)間高度負(fù)相關(guān)[26]。

Di Fiorea 等[23]制作全口無牙頜種植的模型，比較8 種口內(nèi)掃描儀的掃描準(zhǔn)確度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，True Definition 和TRIOS 3 準(zhǔn)確度最高，CEREC Omnicam 與CS3600 的準(zhǔn)確度較好，CS3500 和Planmeca Emelard 的準(zhǔn)確度一般，而Dental Wings 和3D Progress 的準(zhǔn)確度最差，不適合用于固定修復(fù)。

3 操作者對(duì)準(zhǔn)確度的影響

研究指出，臨床經(jīng)驗(yàn)水平會(huì)影響操作者操縱設(shè)備的能力[19,27]，有經(jīng)驗(yàn)的操作者獲取的數(shù)字化印模準(zhǔn)確度明顯優(yōu)于無經(jīng)驗(yàn)的操作者。Lim 等[28]探究經(jīng)驗(yàn)曲線對(duì)患者全牙弓掃描時(shí)準(zhǔn)確度變化的影響，認(rèn)為基于單圖像的系統(tǒng)需要反復(fù)學(xué)習(xí)才能有效地應(yīng)用于臨床，而較新的系統(tǒng)提供了更好的準(zhǔn)確度，且不太受臨床經(jīng)驗(yàn)的影響。

Mennito 等[29]用5 種不同的掃描順序，制取尖牙到第2 磨牙模型的口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模，結(jié)果發(fā)現(xiàn)掃描順序?qū)ζ錅?zhǔn)確度影響不大。針對(duì)全牙列，Latham 等[30]根據(jù)操作手冊(cè)上建議的掃描順序，評(píng)估了CEREC Omnicam、Planmeca、Cadent iTero 和TRIOS 等4 種不同掃描儀獲得數(shù)字化印模的準(zhǔn)確度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在所探究的順序中，首先以45°角和90°角捕捉舌面，然后以45°角捕捉咬合面，再以45°角和90°角捕捉頰側(cè)面所獲得的印模準(zhǔn)確度最高。Zhongpeng等[31]通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在全牙列掃描完整后，分別以上頜中切牙和上頜第2 磨牙為起點(diǎn)，探究腭部數(shù)字化印模順序?qū)ζ湔_度的影響，結(jié)果顯示誤差集中在腭部遠(yuǎn)中，因此建議腭部掃描應(yīng)從后牙腭側(cè)開始。

4 掃描環(huán)境對(duì)準(zhǔn)確度的影響

4.1 光 Arakida 等[32]通過體外實(shí)驗(yàn)利用True Definition 掃描儀探究3 種不同照度（0、500、2 500 勒克斯）及4 種不同色溫（3 900、4 100、7 500、19 000 開爾文）下口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模的正確度、精密度和掃描時(shí)間的變化。研究發(fā)現(xiàn)，高照度會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)的部分缺陷和捕獲數(shù)據(jù)延遲，典型臨床環(huán)境（3 900 開爾文和500 勒克斯）下的數(shù)字化印模正確度最高，而精密度不受照度或色溫的影響。

4.2 患者的口腔環(huán)境 Kurz 等[8]發(fā)現(xiàn)樣品上的水會(huì)導(dǎo)致測量表面高度的誤差，150 L、200 L 與250 L 的水導(dǎo)致的測量誤差約為300～1 600 m。這表明在使用無粉三維測量設(shè)備進(jìn)行掃描之前，需要確保干燥條件，以便獲得準(zhǔn)確的數(shù)字化口腔內(nèi)掃描結(jié)果。此外，患者的移動(dòng)、唾液和血液也會(huì)影響印模的準(zhǔn)確度。在口外掃描過程中，模型與掃描儀坐標(biāo)系之間的相對(duì)空間位置關(guān)系穩(wěn)定可知。但對(duì)于口內(nèi)掃描，由于患者下頜位置和操作者手持的掃描頭均會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，因此掃描對(duì)象相對(duì)于掃描系統(tǒng)而言無穩(wěn)定的位置關(guān)系[33-34]。且口內(nèi)掃描的多視場掃描數(shù)據(jù)完全由單視場數(shù)據(jù)經(jīng)軟件算法拼接而成，相對(duì)移動(dòng)幅度過大時(shí)也會(huì)影響掃描儀的數(shù)據(jù)拼接，產(chǎn)生大量的誤差點(diǎn)，進(jìn)而影響了掃描整體的精確度。

5 小結(jié)

口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)相較于傳統(tǒng)印模和口外數(shù)字化印模具有方便、快捷、實(shí)時(shí)、靈活的特點(diǎn)，在個(gè)體診斷和治療方面具有明顯優(yōu)勢，其準(zhǔn)確度在個(gè)別牙和半側(cè)牙弓內(nèi)基本滿足臨床需求。但當(dāng)牙弓跨度大、缺牙區(qū)大、修復(fù)體準(zhǔn)確度要求高時(shí)，口外掃描儀的準(zhǔn)確度更高。在運(yùn)用口內(nèi)掃描儀制取數(shù)字化印模時(shí)，使用者必須考慮到牙齒、修復(fù)體、種植體及缺牙區(qū)黏膜等被掃描對(duì)象的差異，也必須了解掃描范圍對(duì)掃描精度的影響，同時(shí)應(yīng)根據(jù)不同掃描儀的成像原理等各項(xiàng)特性選擇合適的儀器，另外控制掃描環(huán)境、進(jìn)行一定訓(xùn)練也是獲得高質(zhì)量掃描結(jié)果的必要手段。目前，口內(nèi)掃描儀數(shù)字化印模準(zhǔn)確度影響因素的相關(guān)研究多為體外模型掃描，體內(nèi)研究較少。在模型掃描中，使用樹脂牙者較多，而模擬天然牙光學(xué)特征者較少。同時(shí)，針對(duì)全牙列、部分牙列和腭部軟組織掃描的準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)無明確的指標(biāo)范圍。針對(duì)上述問題的進(jìn)一步研究將有利于口內(nèi)掃描儀在口腔領(lǐng)域更廣泛、更準(zhǔn)確地應(yīng)用。