無牙頜口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)可行性的初步探究

余 念 曹 陽 俞 青

口內(nèi)數(shù)字化印模技術(shù)是指由醫(yī)生將微型光學(xué)探頭伸入病人口內(nèi)，在噴灑粉末或不噴灑粉末的情況下，通過光學(xué)成像技術(shù)獲得口腔軟硬組織的數(shù)字化技術(shù)。這種取模方法不僅可以省去取模工具、材料和繁瑣的工序，而且可以簡化灌模過程，避免重復(fù)操作造成的誤差，而且可以直接得到彩色的圖像，間接的采用了比色技術(shù)［1］。

但是由于數(shù)字化印模技術(shù)存在著一些缺陷，不能完全取代傳統(tǒng)的印模技術(shù)，無法滿足臨床應(yīng)用的需要。其不足之處在于［2］：一是要求醫(yī)生熟練掌握操作手法，對未使用或初次使用數(shù)字化掃描儀器的醫(yī)生，使用過程體驗可能不如傳統(tǒng)手法熟練；二是掃描結(jié)果與病人的個體差異有很大關(guān)系，不同病人的張口度、軟組織張力、配合度等都會對掃描的難度產(chǎn)生影響；第三，掃描時患者頭部移動、口外軟組織遮擋等都會對掃描結(jié)果造成一定的影響；最后，按照光學(xué)成像的原則，掃描需要有一定的參照才能夠快速進(jìn)行。在全牙列中，一般可以快速識別剩余牙體組織作為參考，這樣才能保證掃描的順利進(jìn)行，而在牙列缺失的情況下，口腔內(nèi)的黏膜組織不能被光源識別，而且會受到光線和唾液的干擾，很可能會出現(xiàn)圖像重疊，甚至無法采集。所以目前多數(shù)研究只關(guān)注于全牙列或部分牙列的數(shù)字化掃描，鮮有全口義齒的印模掃描。丹麥3 shape 公司于2018 年推出了三代TRIOS 口腔掃描設(shè)備，它是當(dāng)前生產(chǎn)的較先進(jìn)的口腔數(shù)字化印模系統(tǒng)，掃描速度為每秒3000 幀二維圖像，并將其與數(shù)以百計的3D數(shù)字影像相結(jié)合來實時創(chuàng)建出三維數(shù)字化印模［3］，準(zhǔn)確度可以達(dá)到6.9±0.9 um［4］。

本實驗通過使用數(shù)字化方法及傳統(tǒng)印模方法制取上頜無牙頜的解剖式印模。通過三種不同的數(shù)字化印模精密度比較，探討TRIOS口內(nèi)掃描設(shè)備在上頜無牙頜印模的直接或間接采集中的可行性。

1.材料和方法

1.1 病例選取 從南京市口腔醫(yī)院修復(fù)科隨機(jī)選取10名上頜無牙頜患者（n＝10）。所有參與者都簽署了知情同意書，并進(jìn)行了初步檢查，包括影像學(xué)檢查。南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院倫理委員會對該研究進(jìn)行了倫理批準(zhǔn)[2018NL-033(KS)]。病例納入標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）上頜無牙頜，牙齒缺失3個月以上；（2）牙槽嵴吸收呈I類；（3）上頜黏膜平滑，無紅腫、破潰、顏色正常、無黏膜病變；（4）黏膜上沒有明顯的骨突、骨尖、骨嵴；（5）沒有開口限制和顳下頜關(guān)節(jié)的病變；（6）未出現(xiàn)嚴(yán)重的身體和精神疾病。

1.2 實驗方法

1.2.1 獲取初印模 選擇符合入選條件的患者，按照全口義齒的標(biāo)準(zhǔn)取模流程取患者初印模。所有的取模均由一名有經(jīng)驗的醫(yī)生來操作，使用具有良好流動性的藻酸鹽材料（Dentsply Siro?na，美國），攪拌至合適后立即放入專用的無牙頜托盤（Schreinemakers 金屬無牙印模托盤，Clan Dental Pro?ducts，Maarheeze，荷蘭）內(nèi)，取模，灌注模型，用于制作解剖式的個別托盤（圖1）。

圖1 獲取上頜初印模并灌注模型

1.2.2 制作個別托盤 在模型上劃線、填倒凹，均勻地鋪一層紅蠟盡可能的緩沖，使用自凝樹脂材料（Ambient curable resin fo?r individual tray, Aichi Prefecture, Japan）制作個別托盤。個別托盤制作要求為一層厚薄均勻的樹脂材料，邊緣止于劃虛線處，在中線處做手柄。托盤表面均勻打孔，固化后修整（圖2）。

圖2 制作上頜無牙頜解剖式有孔托盤

1.2.3 獲取口內(nèi)數(shù)字化印模DP 組 利用光固性樹脂材料（滬鴿，中國），在初始模型的邊緣周圍制作導(dǎo)板，導(dǎo)板的中心為手柄。導(dǎo)板的邊緣應(yīng)至少到達(dá)前庭溝底，后緣在腭小凹后，光固化后備用。醫(yī)師將掃描導(dǎo)板置于患者口內(nèi)，一手固定導(dǎo)板，一手持掃描頭進(jìn)行掃描。掃描可以分次、分段完成并進(jìn)行及時的補(bǔ)充，整體重復(fù)三次掃描并得到三次數(shù)據(jù)，要求掃描數(shù)據(jù)盡可能完整，邊緣到達(dá)前庭溝底，后部延伸至腭小凹，黏膜表面無氣泡、缺陷，無光學(xué)數(shù)據(jù)的重疊等，在此基礎(chǔ)上取最完整的一次數(shù)據(jù)，保存為STL格式，標(biāo)記為DP組（圖3）。

圖3 在掃描導(dǎo)板輔助下口內(nèi)掃描上頜無牙頜印模

1.2.4 獲取解剖式印模 請同一名醫(yī)生來取患者的解剖式印模，使用做好的解剖式個別托盤，依舊選用流動性好的藻酸鹽原料，攪拌均勻后迅速放入托盤中，醫(yī)生將托盤置入患者口內(nèi)，用較輕的力量，直到托盤完全就位，并用手指穩(wěn)固。在材料固化之前，醫(yī)生要對患者進(jìn)行一定的肌功能整塑。在整個取模過程中，醫(yī)生需要盡量輕壓，以此來假定黏膜沒有下沉變化，所獲得的印模是一種非功能式印模。待材料凝固后，將托盤后緣翹動并取出，觀察邊緣是否清楚、伸展是否合適，有無氣泡。及時灌注模型。

1.2.5 間接數(shù)字化印模的獲取 口內(nèi)掃描完成后，同一名醫(yī)師采用TRIOS 3口內(nèi)掃描儀（3shape，丹麥）掃描獲取的解剖式模型，完整掃描三次后，取掃描最完整一次的數(shù)據(jù)，保存為STL格式，標(biāo)記為OP組。接著使用3shape810臺式掃描儀（3shape，丹麥）掃描同一副模型：打開臺式掃描儀以及co?nvince12軟件進(jìn)行常規(guī)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后設(shè)置新項目，根據(jù)模型的大小確定掃描模型的范圍邊界，調(diào)整to?p、bo?tto?m、radius等參數(shù)，同樣完整掃描三次后，取掃描最完整一次的數(shù)據(jù)，保存為STL格式，標(biāo)記為IP組（表1）。

表1 三組印模制取方法

1.2.6 口掃的精密度分析 打開Geo?magicWrap 2015軟件，同步導(dǎo)入DP和IP組數(shù)據(jù)。模型進(jìn)行相應(yīng)的裁剪，去除邊緣多余的區(qū)域。將IP組設(shè)置為參照組，選取“最佳擬合”與“3D偏差”進(jìn)行匹配，得到三維色譜圖［5］。在色譜圖中，綠色代表誤差范圍小，往上到紅色為正偏差，表示此處模型相對參照模型凸出，往下到藍(lán)色為負(fù)偏差，代表此處區(qū)域受壓。ISO對精度的評定以精密度和真實度為主［6］，精密度指獨立測試結(jié)果間的一致程度，真實度是指測試值與真實值的接近程度。本實驗通過獲取多組模型的掃描數(shù)據(jù)差異來評價其精密度。根據(jù)口掃數(shù)據(jù)兩兩比較獲得均方根（Ro?o?t mean square,RMS）誤差，均方根誤差越小，準(zhǔn)確度越好，并記錄平均正距離(Mean+)和平均負(fù)距離（Mean-）［7］。

1.2.7 統(tǒng)計差異 利用SPSS 22.0對逆向工程的三維偏移進(jìn)行了正太分布的驗證，在滿足正太分布的情況下，進(jìn)行了方差分析，如果不滿足于正太分布，用Kruskal-Wallis檢驗，其檢測程度為雙側(cè)a＝0.05。

2.結(jié)果

使用口掃制取上頜無牙頜印模，一般在5 分鐘內(nèi)即可獲得完整的圖像。采用口內(nèi)或模型掃描儀掃描模型時，時間可以控制在3分鐘以內(nèi)。

圖4為DP、OP、IP三組印模兩兩最佳擬合的三維彩色偏差圖，設(shè)定最大臨界值為0.4 mm，最小臨界值為-0.4 mm，最大名義值為0.05 mm，最小名義值為-0.05 mm。可見部分區(qū)域出現(xiàn)正負(fù)偏差，偏差主要集中于邊緣、腭中縫和后堤區(qū)等位置，牙槽嵴及上頜硬區(qū)處偏差較小?；疑珔^(qū)域顯示兩者模型邊緣偏離過大，不具有比較意義（圖4）。

圖4 三組數(shù)字化模型三維彩色偏差圖

分析三組的光學(xué)印模偏差數(shù)據(jù)（表2），DP組偏差最大，平均誤差為0.312 ± 0.085 mm，OP組偏差最小，平均誤差為0.125 ± 0.056 mm。將三組10個模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 22.0軟件中，三組數(shù)據(jù)均符合正太分布，方差齊性。應(yīng)用方差分析，三組之間兩兩進(jìn)行比較，結(jié)果顯示DP與IP組、OP與IP組具有統(tǒng)計學(xué)差異（P<0.05）（圖5）。將模型平均負(fù)距離Mean-與模型相對平均正距離Mean+作配對t檢驗，兩者無統(tǒng)計學(xué)差異（P>0.05）。說明兩組掃描產(chǎn)生的誤差在正負(fù)方向上不具備差異，數(shù)值均以絕對值表示（圖6）。

圖5 每組三維偏差分析值

圖6 正負(fù)距離平均值（單位：mm）

表2 Geomagic軟件3D比較分析數(shù)據(jù)

3.討論

從早期使用數(shù)字化技術(shù)間接獲得口內(nèi)印模到現(xiàn)在可以直接進(jìn)行口內(nèi)掃描，數(shù)字化印模技術(shù)在不斷的發(fā)展與完善。本文使用了當(dāng)前市場上比較流行的三代TRIOS掃描設(shè)備，文獻(xiàn)研究認(rèn)為其相對Medit，Itero?等口內(nèi)掃描儀來說具有更高的準(zhǔn)確度［8］。實驗制取上頜無牙頜口內(nèi)數(shù)字化印模，對10例患者進(jìn)行了印模采集，結(jié)果表明：數(shù)字化印模具有如下優(yōu)點和缺點：首先，技術(shù)熟練以后取模速度可以很快，在3分鐘左右即完成一個上頜無牙頜的掃描，并可以立即傳送至技工端進(jìn)行進(jìn)一步操作，這與Lee［9］等人所提出的數(shù)字印模加工時間比傳統(tǒng)的制模方法短的結(jié)論相吻合；其次，醫(yī)生在取模的同時，可以同步看到屏幕，迅速了解患者的口內(nèi)狀況及配合情況，對于判斷患者的治療和預(yù)后具有較好的效果。而且患者的取模過程相對來說較為舒適，不會出現(xiàn)咽部反射等不良反應(yīng)。這些優(yōu)勢表明，數(shù)字化技術(shù)是今后口腔修復(fù)技術(shù)發(fā)展的必然方向。然而，數(shù)字化印模技術(shù)還沒有廣泛應(yīng)用于缺牙較多的患者，其原因也與其技術(shù)缺陷有關(guān)，主要在于：牽拉嘴唇、口角等操作造成的黏膜動度無法通過光學(xué)照片反映出來；難以獲得“肌肉靜力區(qū)”的軟組織整塑信息[10]，黏膜的掃描還受口內(nèi)唾液、濕潤度等影響較大，曹悅等人［11］研究認(rèn)為，腭穹窿較高且窄、前庭深的患者印模掃描精度相對前庭溝淺、腭部低且寬的患者下降。這也印證了不同患者的解剖特點差異會影響掃描的效果。因此在這類患者身上，數(shù)字化印模與傳統(tǒng)的二次印模仍然具有一定的軟組織誤差。

目前，在國際上還沒有一個數(shù)字化技術(shù)適用臨床的精度標(biāo)準(zhǔn)。固定義齒中以50 um為標(biāo)準(zhǔn)定義應(yīng)用誤差［12］。在現(xiàn)有的實驗中，對固定義齒掃描的誤差可低至19 um［13］，在離體實驗中，許多廠商的掃描儀均滿足實際需要，并得到了大量的推廣［14］。鐘擁軍［15］等對采用傳統(tǒng)和數(shù)字化印模法制作完成的可摘義齒進(jìn)行對比，結(jié)果表明，兩者制作的義齒在佩戴效果上無明顯差異。Patzelt［16］等也做過關(guān)于無牙頜數(shù)字化印模的可行性分析，多種掃描儀誤差在44～500 um之間，與本實驗的結(jié)果相符合，而在本文中，口內(nèi)直接印模的偏差約為300 um。Braian［17］等采用相同類型的口腔掃描儀對石膏模型進(jìn)行了測量，其測量誤差為30～120 um，與本實驗結(jié)果也一致。本實驗研究發(fā)現(xiàn)，無牙頜的口內(nèi)印模精度比固定義齒低，掃描操作難點主要在于軟組織動度較大、邊緣等區(qū)域的印模精度不足等。

對此也有學(xué)者進(jìn)行了一些改良，孟廣娜［18］等人采用了多種印模方式進(jìn)行了松軟牙槽嵴印模的制取，其誤差在300 um左右，他們在實驗中通過制作掃描導(dǎo)板的方法來固定黏膜動度和邊界。本實驗由此啟發(fā)，使用光固化樹脂圍繞模型邊緣制作了掃描導(dǎo)板，借用手柄可以將其穩(wěn)固于患者的無牙頜上，保持多次取數(shù)字化印模時邊界不變，同時還能提供一定的光學(xué)標(biāo)志點從而加強(qiáng)識別。現(xiàn)有的掃描儀對圖像的視覺特性要求很高，但缺少了牙齒等硬組織識別標(biāo)記，很可能導(dǎo)致圖像的拼接誤差，從而降低了無牙頜的印模準(zhǔn)確度［19］。后期實驗中可以采用人為制作口內(nèi)標(biāo)志點，提高掃描識別率。本實驗中采取了不同的措施來假設(shè)獲取的解剖式印模是對無牙頜沒有壓力的印模，但實際情況是，不管采用何種材料，無論如何控制手法，都會對黏膜造成一定的壓力，這也是導(dǎo)致掃描誤差產(chǎn)生的原因。因此即使通過改良口內(nèi)掃描儀的精度獲得足夠準(zhǔn)確的無牙頜印模，如何模擬肌功能訓(xùn)練來獲取功能性印模依然是全口義齒數(shù)字化流程中亟需解決的問題之一［20］。根據(jù)目前實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無牙頜數(shù)字化印模精度尚不足以用于臨床，但隨著技術(shù)的進(jìn)步已有明顯提高，在未來數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展下，無牙頜數(shù)字化印模在近幾年內(nèi)將成為可能。