三種口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)對(duì)全瓷冠邊緣適合性影響的研究

占莉琳 曾利偉 李霄夏 袁少艷 譚艷玲

[關(guān)鍵詞]口內(nèi)掃描儀;數(shù)字化印模;全瓷冠;邊緣適合性;計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制作

數(shù)字化印模是計(jì)算機(jī)義齒輔助設(shè)計(jì)與制作（Computeraided design/Computer aided manufacture，CAD/CAM）獲取口腔組織形態(tài)數(shù)據(jù)的方式，掃描生成的數(shù)字化模型是CAD/CAM的基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字印模系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代，多種形式、品牌及技術(shù)平臺(tái)支持的口腔數(shù)字印模產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，數(shù)字化印模已在臨床修復(fù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字化印模技術(shù)中最關(guān)鍵的是掃描準(zhǔn)確性，研究表明，由于口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)是通過(guò)光學(xué)掃描技術(shù)進(jìn)行印模制取，不同掃描系統(tǒng)之間存在差距，影響數(shù)字化印模的準(zhǔn)確度[1-2]。

印模的精確度直接影響修復(fù)體邊緣的適合性，良好的邊緣適合性是評(píng)價(jià)修復(fù)效果的重要指標(biāo)[3]。本研究通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)比較三種不同品牌口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)對(duì)全瓷冠邊緣適合性的影響，尋求精度更高的口掃系統(tǒng)和路徑以提高效率，實(shí)現(xiàn)口腔基牙形態(tài)的精確重現(xiàn)，以增加制作的全瓷冠的邊緣精度，為臨床實(shí)際工作提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料：CEREC AC Omnicam口內(nèi)掃描儀（Dentsply Sirona，美國(guó)）;3Shape TRIOS口內(nèi)掃描儀（3Shape，丹麥）;Planmeca PlanScan口內(nèi)掃描儀（Planmeca，芬蘭）;SZ61體視顯微鏡（ACI mage軟件，Olympus公司，日本）;3M加成型硅橡膠：3M ESPEExpressTM XT（3M公司，美國(guó)）;VITA可切削玻璃陶瓷（VITA公司，德國(guó)）;CEREC MC X研磨機(jī)（DentsplySirona，美國(guó)）;Roland DWX-4W 切削儀（ Roland 公司，日本）。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣本制備：數(shù)控車(chē)床制備PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材質(zhì)下頜第一磨牙標(biāo)準(zhǔn)模擬全冠預(yù)備體模型16個(gè)。規(guī)格：高5.0mm，牙合面直徑5.0mm，聚合度10°，頸部肩臺(tái)為直角肩臺(tái)，肩臺(tái)寬度1.0mm，軸面制作固位溝。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)分組：根據(jù)不同口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)分為CEREC AC掃描組、3Shape TRIOS掃描組、Planmeca PlanScan掃描組。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.3.1 制取數(shù)字化印模：將16個(gè)代型按隨機(jī)抽樣原則依次用超硬石膏等距固位于2個(gè)個(gè)別托盤(pán)中，就位道一致;分別采用CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca PlanScan三種掃描系統(tǒng)掃描16個(gè)全冠預(yù)備體，獲取圖像清晰、顯示完整牙預(yù)備體形態(tài)、邊緣清楚、無(wú)陰影和缺損的圖像，制取數(shù)字化印模。

1.2.3.2 CAD/CAM制作全瓷冠：將所得數(shù)據(jù)分別使用修復(fù)設(shè)計(jì)軟件畫(huà)肩臺(tái)邊緣線，按下頜第一磨牙外形標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)全瓷冠的外形，計(jì)算機(jī)輔助制作切削儀將設(shè)計(jì)好的冠采用可切削玻璃陶瓷切割成型，制作完成48個(gè)全瓷冠。

1.2.4.3 試戴修復(fù)體：將48個(gè)全瓷冠在個(gè)別托盤(pán)代型上進(jìn)行試戴。

1.2.4.4 硅橡膠復(fù)制全冠邊緣間隙：使用輕體硅橡膠和重體硅橡膠，采用硅橡膠印模法[4]復(fù)制得到全瓷冠間隙的硅橡膠模型。

1.2.4.5 邊緣間隙的測(cè)量：每個(gè)硅橡膠模型沿近遠(yuǎn)中、頰舌向剖開(kāi)，每個(gè)剖面肩臺(tái)等距選擇25個(gè)測(cè)量點(diǎn)，在45倍體視顯微鏡下完成測(cè)量，每個(gè)剖面測(cè)量3次取平均值，記錄測(cè)量結(jié)果。

1.2.4.6 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：評(píng)價(jià)邊緣間隙值>120μm為臨床不能接受，評(píng)價(jià)邊緣間隙值≤120μm為臨床可接受。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：使用 SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，P <0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

三組不同掃描系統(tǒng)的的全瓷冠邊緣間隙結(jié)果，見(jiàn)表2。本實(shí)驗(yàn)條件下三組全瓷冠的平均邊緣間隙值從小到大依次為CEREC AC掃描組、3Shape TRIOS掃描組、PlanmecaPlanscan掃描組。結(jié)果顯示：三組全瓷冠的邊緣間隙的測(cè)量結(jié)果之間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P <0.05），CERECAC掃描組與3Shape TRIOS掃描組、Planmeca Planscan掃描組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P <0.05），3Shape TRIOS掃描組與Planmeca Planscan掃描組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P >0.05），但均在臨床可接受的范圍內(nèi)（<100μm）。

3 討論

3.1 實(shí)驗(yàn)方法及掃描精度評(píng)價(jià)方法的選擇

3.1.1 實(shí)驗(yàn)方法的選擇：數(shù)字印模的精確度與設(shè)備、操作技術(shù)及患者配合有關(guān)?？趦?nèi)掃描易受口內(nèi)軟硬組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、濕潤(rùn)環(huán)境、患者的張口度、頭部移動(dòng)以及操作者與掃描元件設(shè)備等因素的影響。本研究選擇體外實(shí)驗(yàn)，采用口內(nèi)掃描儀直接掃描體外試件模擬口內(nèi)掃描法，未受操作空間、患者配合及口腔環(huán)境等方面的影響和干擾，減少了因操作因素、患者因素和人為誤差的可能性，能更加真實(shí)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)掃描系統(tǒng)的精確度。臨床應(yīng)用中需克服操作技術(shù)與患者配合等影響數(shù)字印模精確度的因素。本研究的實(shí)驗(yàn)樣本為下頜第一磨牙標(biāo)準(zhǔn)模擬全冠預(yù)備體模型，全冠預(yù)備體需要有一定的軸面聚合度，理想的軸面聚合度為4°～10°，若聚合度過(guò)小，則口內(nèi)掃描無(wú)法獲得足夠的軸面數(shù)據(jù)[5]。為獲得足夠的掃描數(shù)據(jù)和便于模擬粘接，本實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型的軸面聚合度設(shè)計(jì)為10°，減少因聚合度的大小對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

3.1.2 口內(nèi)掃描儀精度評(píng)價(jià)方法的選擇：目前對(duì)數(shù)字化掃描儀精度評(píng)價(jià)的研究方法主要有[6]：通過(guò)測(cè)量最終修復(fù)體的內(nèi)部及邊緣適合性來(lái)間接評(píng)價(jià)數(shù)字化印模的精度;使用逆向工程軟件擬合掃描圖像數(shù)據(jù)直接評(píng)價(jià);采用電子游標(biāo)卡尺及測(cè)量軟件兩點(diǎn)測(cè)距線性測(cè)量直接評(píng)價(jià)等。陳思涵等[7]通過(guò)專(zhuān)業(yè)逆向工程軟件Geomagic studio 12處理進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合評(píng)價(jià)分析不同品牌口內(nèi)掃描儀的準(zhǔn)確性均能達(dá)到臨床要求。對(duì)臨床來(lái)說(shuō)最重要的是口內(nèi)掃描系統(tǒng)制作的修復(fù)體有比較理想的邊緣適應(yīng)性，本實(shí)驗(yàn)選擇制作全冠，采用硅橡膠復(fù)制全冠間隙評(píng)價(jià)修復(fù)體的邊緣適合性間接評(píng)價(jià)三種口內(nèi)掃描儀的精度，能很好地模擬臨床直觀地反映修復(fù)效果。

評(píng)價(jià)固定修復(fù)體邊緣適合性的方法主要有定性和定量法，定量法包括顯微鏡、印模、片切、Micro-CT技術(shù)法等[8]。硅橡膠印模技術(shù)法經(jīng)研究證明是測(cè)量邊緣間隙的一種可靠有效的方法[9]，相對(duì)操作簡(jiǎn)便、不破壞模型、可重復(fù)測(cè)量、不需要特殊工具等被廣泛應(yīng)用[8]。對(duì)于全冠邊緣間隙，美國(guó)牙科協(xié)會(huì)ADA規(guī)定，理想的修復(fù)體邊緣與牙預(yù)備體的密合度為25～40μm[10]。有研究表明[11]，臨床邊緣間隙應(yīng)小于100μm，目前文獻(xiàn)中應(yīng)用較多的標(biāo)準(zhǔn)是McLean等[12]的觀點(diǎn)，認(rèn)為邊緣間隙最大臨床接受范圍為120μm，本實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)邊緣間隙值大于120μm為臨床不能接受，小于等于120μm為臨床可接受。

3.2 掃描路徑與掃描時(shí)間：與口外模型掃描儀的靜態(tài)掃描不同，口內(nèi)掃描儀為動(dòng)態(tài)掃描，每次掃描時(shí)，坐標(biāo)系的改變?cè)谝欢ǔ潭壬嫌绊憟D像間的融合重建，易出現(xiàn)掃描缺損區(qū)，需要反復(fù)掃描。在重復(fù)進(jìn)行口內(nèi)掃描時(shí)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(shí)就可能會(huì)產(chǎn)生差異。數(shù)據(jù)拼接次數(shù)越多，數(shù)據(jù)精度越低[13]，因此，口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)有著特定的技術(shù)要求，掃描順序、掃描范圍、掃描步驟及掃描時(shí)間均影響所獲取的圖像質(zhì)量，從而影響印模的準(zhǔn)確性。有研究顯示[14-15]，多次掃描的順序和移動(dòng)軌跡存在的差別會(huì)導(dǎo)致偏差。關(guān)于掃描時(shí)間，有學(xué)者建議，全牙列掃描時(shí)間一般控制在3～5min，反復(fù)掃描可影響圖像質(zhì)量，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的掃描可使操作者和患者產(chǎn)生疲勞，反而影響掃描的準(zhǔn)確性[5]。

本實(shí)驗(yàn)將16個(gè)試件依次用超硬石膏等距固位于2個(gè)個(gè)別托盤(pán)中，沿牙弓排列，掃描采用結(jié)構(gòu)式掃描方式，遵循分區(qū)域掃描、次序掃描、疊加掃描的原則，每個(gè)試件均按照舌側(cè)/腭側(cè)、咬合面、頰側(cè)/唇側(cè)的路徑進(jìn)行分區(qū)域依次疊加掃描，每個(gè)牙位掃描時(shí)間控制在30s之內(nèi)。能夠避免掃描數(shù)據(jù)過(guò)大，以減少圖像擬合重建運(yùn)算次數(shù)，同時(shí)又保證所獲取圖像的穩(wěn)定連續(xù)，從而獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的數(shù)字化印模，本實(shí)驗(yàn)所有掃描均由同一操作者按相同掃描路徑操作完成。

3.3 三種掃描系統(tǒng)性能特點(diǎn)比較：不同掃描系統(tǒng)的掃描原理主要包括：共聚焦顯微成像技術(shù)、主動(dòng)或被動(dòng)三角測(cè)量技術(shù)、主動(dòng)波陣面采樣、光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)、干涉及相移測(cè)量技術(shù)等[13，16]。CEREC AC掃描系統(tǒng)運(yùn)用三角測(cè)量技術(shù)，采用連續(xù)彩色攝像獲得數(shù)據(jù)拼接成完整的立體三維圖形;3Shape TRIOS運(yùn)用超快光學(xué)切割技術(shù)和共焦顯微成像技術(shù)，采用真彩連續(xù)照相實(shí)時(shí)創(chuàng)建三維數(shù)字印模;Planmeca Planscan系統(tǒng)運(yùn)用光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)，采用連續(xù)攝像獲得三維數(shù)字印模。

Patzelt等[17]比較iTero，CEREC AC Bluecam， LavaC.O.S.，Zfx Intrascan四個(gè)品牌口內(nèi)掃描儀掃描獲得的數(shù)字化牙列模型比較發(fā)現(xiàn)不同的掃描儀之間的精確性存在差異，本實(shí)驗(yàn)三個(gè)品牌CE R E C A C、3 S h a p e T R I O S、Planmeca Planscan中TRIOS在掃描效率和速度上較優(yōu)于其他系統(tǒng)，CEREC AC掃描組在三組邊緣間隙值中最小，顯示不同的掃描儀之間的精確性存在差異。但是基于三種掃描系統(tǒng)獲取數(shù)字印模制作完成全瓷冠的邊緣間隙值均在臨床可接受的范圍內(nèi)，準(zhǔn)確性均能達(dá)到臨床要求。

3.4 不同CAD系統(tǒng)的誤差分析

3.4.1 系統(tǒng)匹配：獲取數(shù)字化印模的最終目的是制作完成修復(fù)體滿足臨床需求。CEREC AC采集的信息由專(zhuān)用數(shù)據(jù)格式或配套軟件轉(zhuǎn)換，其終端需為Sirona支持的CERECMC和CEREC In-Lab等設(shè)備，屬于封閉系統(tǒng)，目前已有開(kāi)放系統(tǒng)投入使用[16]。本研究中CEREC AC組選用Sirona配套的CEREC MC X研磨機(jī)，可與CEREC軟件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化協(xié)同，且步進(jìn)加工精度可達(dá)±6.25μm。本實(shí)驗(yàn)條件下CEREC AC掃描組與3Shape TRIOS掃描組、Planmeca Planscan掃描組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與系統(tǒng)匹配有關(guān)。封閉系統(tǒng)雖然無(wú)法獲取開(kāi)放數(shù)據(jù)并兼容通用CAD系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)體的制作，但采用配套軟件與加工設(shè)備，可能減少或修正數(shù)據(jù)傳輸及加工單元磨合過(guò)程中的誤差，從而獲得更好的精度。

3 . 4 . 2 非系統(tǒng)匹配： 3 S h a p e T R I O S 、P l a n m e c aPlanscan掃描系統(tǒng)屬于開(kāi)放式系統(tǒng)，采集的信息以開(kāi)放式的STL數(shù)據(jù)格式傳遞，其通過(guò)掃描獲取的數(shù)字化文件可以使用任何C A D / C A M系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行最終修復(fù)體的制作，Planmeca Planscan同時(shí)也有配套的 CAD 系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)中3Shape掃描組與Planmeca Planscan掃描組均使用兼容的Roland DWX-4W 切削儀完成全瓷冠的制作。使用兼容的CAD系統(tǒng)提高了制作過(guò)程的靈活性和適應(yīng)范圍，然而不同的掃描系統(tǒng)有其各自的屬性，且修復(fù)體適合性誤差不僅來(lái)源于掃描儀，還有研磨儀，數(shù)據(jù)傳輸及修復(fù)體設(shè)計(jì)制作過(guò)程中都有可能因系統(tǒng)不匹配對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca Planscan三種口內(nèi)數(shù)字化掃描系統(tǒng)準(zhǔn)確性均能滿足臨床修復(fù)體制作要求，全瓷冠的邊緣適合性均在臨床可接受范圍之內(nèi)，CEREC AC組的修復(fù)效果最優(yōu)。口腔數(shù)字化印模提高了臨床治療的時(shí)效性和精確性，使口腔數(shù)字化診療體系的全面構(gòu)建成為可能，同時(shí)在臨床使用中尚需要注意設(shè)備間的優(yōu)化組合與技術(shù)條件的匹配等因素，以提高修復(fù)精度，取得更好的工作效率和臨床效果。