牙科技术前沿：口内数字化印模技术

近年来随着电子技术、信息技术及先进制造技术在口腔医学领域的引入，口腔修复医学也正在发生着一场深刻的技术革命。数字化诊疗模式已被业内公认为今后口腔修复的发展趋势与主流技术。其中，快速、

精确的数字化光学印模采集是整个数字化诊疗成功的前提与基础。

目前，在临床上绝大多数采用的是口外采集方式，即采用扫描设备对患者牙列的石膏模型进行扫描以获取数字化印模。这种口外的采集方式技术上相对容易实现。扫描时，可以将石膏模型固定在一个底座上，保持在多次扫描过程中图像均处于同一坐标系，便于图像的融合和重建。

然而，口外采集方式仍然需要进行传统的印模制取、翻制石膏模型等。口内扫描方式是扫描设备伸入患者的口内直接对牙体和相关软硬组织进行扫描测量，实时获取数字化印模。与口外方式相比，其优势显而易见。不但省却了大量繁琐的传统步骤，降低了材料和人工的消耗，更重要的是，它将口腔修复数字化诊疗推向了一个更高的水平，做到了真正意义上的无模化、数字化。

然而，口内数字化印模仍存在很多技术难点。一方面在口内进行扫描时，会受到头部移动和口腔环境，诸如唾液、舌等的影响，从而影响图像采集质量。另一方面，由于每次扫描时，坐标系会发生改变，在一定程度上影响图像间的拟合重建。从目前研究状况来看，虽然仍存在难点，但在技术上已获得了很大的突破，并进行了初步的临床应用。

目前，已有多家公司致力于口内数字化印模的研究。有的已在临床有了一定的应用。但这些口内数字化印模技术的原理与技术特点不尽相同，了解和掌握这些原理和特点对专业的口腔修复医师来讲十分必要。

最早投入市场的口内数字印模设备是德国Sirona公司于1987年推出的CEREC系统[1]。最初的CEREC1是基于激光的三角测量（triangulation of light）原理，通过三条光线的交点确定空间的一个定点[2]。为了保证统一的光弥散以及扫描的准确性，该系统需要在扫描前使用一种粉末（二氧化钛）在牙齿表面进行喷雾[3]。之后Sirona公司又陆续推出了CEREC 2和CEREC 3，工作原理基本不变，所不同的是CEREC 3将印模采集设备与修复体制作设备分开。2010年Sirona公司推出了第四代CEREC系统-CEREC AC系统。CEREC AC中的口内数字印模技术采用了短波蓝光作为光源，扫描获得单一的图像，并能使平行光线保证良好的景深；其中的直角成像功能会增加准确度。通过自动匹配，把几个图像整合到一起。LavaTM椅旁口内印模扫描仪( LavaTM Chairside OralScanner，Lava C．O.S)是近年来由3M ESPE公司生产的相对技术成熟的口内印模采集系统。该系统以激活波前采样( active wavefront sampling，AWS)为原理[4]，在牙齿上方挪动摄像机获得牙齿的形状，通过改变轴向位置，计算摄像机距离牙齿的距离，利用单镜头图像得到三维信息。另外，设备中有三个传感器可以同时从不同角度捕捉扫描物体的外形，同时通过聚焦一散焦运算法在扫描得到的三维图像表面生成斑点，以提高数字印模的准确性[5]。

Cadent公司生产的iTero系统是基于平行共焦成像（parallel confocal imaging）原理来获取数字化印模的。它利用激光进行光学扫描，可以在牙齿结构上以50μm为间距的300个焦点深度捕捉到超过100000个光点，从而获得牙齿的图像[6]。该系统不需要扫描前对牙齿表面进行喷雾涂敷。

D4D Technologies公司生产的E4D系统的工作原理是光学相干断层成像（optical coherence tomography)和共焦显微（confocal microscopy）技术；该系统配有专用的椅旁铣削系统[7]。

丹麦的3Shape公司于近年研发出的TRIOS口内扫描仪是一种技术较为先进的口内数字印模系统。它运用超快光学切割（ultrafast optical sectioning）技术和共焦显微技术，每秒可捕捉超过3000幅二维图像：通过结合数百幅三维数字图像，实时地创建出三维数字印模；与iTero系统相似，TRIOS系统不需要喷雾涂敷。

现阶段已投入市场的拥有口内数字化印模设备的CAD/CAM系统还有IOS Fastscan，MIA3D，3D progress等（表1）[8]。口内数字化印模设备除了在工作原理、光源、成像类型、是否需要喷雾涂敷、是否具备椅旁切削系统外，在扫描完成后的输出文件格式也不尽相同。一种是不加密的STL文件，即所谓的开放式系统，它们可以被大部分CAD/CAM系统读取并应用于后续的修复体设计和制作：另一种是加密的文件，即所谓封闭式系统，所得的数据信息只能运用于特定的CAD/CAM系统：或通过专用软件解密，应用于其他CAD/CAM系统。

在进行口内数字化印模采集的时候应注意以下几个方面：在牙体预备完成后，必须应用排龈技术完整清晰的暴露预备完成的边缘：对预备牙体及整个口腔进行冲洗并吹干；如在扫描前需要喷雾，则需采用专用喷雾器在预备的牙体及邻牙表面均匀地喷涂一层稀薄的粉末，应避免涂层过厚影响今后修复体的密合度：在患者牙间交错（牙合）的状态下从颊侧方向进行局部牙弓的扫描以记录咬合关系。

前面已经提到，应用口内数字化印模技术可以省却很多原先繁琐的步骤。但仍有一些医师认为口内数字化印模操作难度较大，且需要更多的椅旁时间。Lee等[9]在种植体印模采集的体外实验中对口内数字化印模和传统印模花费时间进行了记录和评估，结果显示传统印模的准备时间、操作时间、总时间、重新取模时间、重新取模次数分别是(282 +85)s，(1200 +397)s，(1482 +438)s，(418 +416)s，21次；而采用口内数字化印模时，这5个测量值分别是(233 +58)s，(534 +192)s，( 749 +226)s，(100 +65)s，67次。重新取模次数是数字印模大于传统印模(P<0.05)，但准备时间、操作时间、总时间以及重新取模时间上均是传统印模大于数字印模(P<0.05)。此外本试验还应用视觉模拟评分法(visual analogue scales，VAS)记录了参与试验者对两种取模方法难度的评分，结果显示试验参与者对传统印模取模难度的VAS评分为43.12 +18.46，而对数字印模的评分为30.63+17.57，两者之间存在统计学差异(P<0.05)。这在一定程度上说明，通过简单的培训和训练，口内数字化印模在工作效率上较之传统印模有着不小的优势：即使数字印模需要重新扫描次数较多，但时间花费仍然少于传统的印模制取，并且前者比后者更容易掌握。而数字印模在操作上的难点主要体现在对邻间区域的扫描，所以重新扫描也仅仅针对前次扫描的盲区进行：而传统取模如果需要重做，则必须对整个牙弓进行重新印模制取，这当然大大延长了操作时间[10]。

作为固定修复体，就位后边缘及内部适合性是衡量修复体是否成功的重要指标，而其中印模的准确性至关重要。Syrek等[11]对20例患者的20颗后牙分别使用口内数字化印模和传统印模方法制作CAD/CAM全瓷冠，对全瓷冠内表面与预备牙的近中、远中、颊侧、舌侧四个参考点之间的边缘间隙进行测量。结果显示：传统印模组，全瓷冠边缘间隙的中位数是71μm，四个测量点的最小值／中位数／最大值分别是近中52/69/84μm，远中50/70/97μm，颊侧47/74/104μm，舌侧27/67/102μm；口内数字化印模组，全瓷冠边缘间隙的中位数为49μm，四个测量点的最小值／中位数／最大值分别是近中36/50/72μm，远中43/55/67μm，颊侧27/28/54μm，舌侧32/51/66μm。统计学分析得出两种方法制作的全瓷冠的内部及边缘适合性有差异，口内数字化印模优于传统印模。全瓷冠与邻牙的适合性方面口内数字化印模也优于传统印模(P均<0.05)。咬合匹配无统计学差异。由于口外扫描需要进行传统的印模制取和模型翻制，而这些操作步骤都可能产生误差：而口内数字印模则直接由牙科实验室的技师在扫描输出文件进行设计和制作，并且在快速成型模型上（如SLA模型）进行试戴和修整，从而最大程度上避免了误差的产生，提高了印模的准确性[12].

Cardelli等[13]对15例患者的37颗患牙（24颗前牙13颗后牙）制作了基于口内数字化印模的CAD/CAM全瓷冠修复体，并对修复体与基牙的劲缘、轴壁、轴（牙合）嵴以及中央骀面四点之间的间隙进行测量。前牙在这四个测量点的均值分别是48. 81，112. 45，131.68，165. 47 μm;后牙分别是48. 38，111. 27，149，142. 25 μm。其结果符合临床标准。Ender等[14]在体外实验中用LavaTMC．O.S，CEREC AC以及传统硅橡胶印模三种方法对同一母模进行取模，然后用标准化的扫描仪检测三者准确性，结果三者分别为( 40.3±14.1)y,m，(49±14. 2) μm，(55 +21.8)μm，三者之间无统计学差异，认为口内数字化印模的准确性类似于传统印模。实验也提示，口内数字扫描前运用的喷雾涂敷可能对扫描结果有一定影响。虽然CAD/CAM产品的软件分析会将相对应的喷雾厚度计算在内，但不同的临床医师在施行喷雾时因为人为因素会产生差异，可能一定程度上降低了扫描的准确性[15]。

对于口内数字化印模重复性的实验研究相对较少。Stimmelmayr等¨叫在树脂标准无牙(牙合）模型以及由它翻制的石膏模型上进行体外实验，用以模拟直接口内扫描和传统印模后模型上扫描。实验通过Everest扫描仪重复扫描比较了两种方法在扫描种植体的重复性。结果显示扫描多聚体模型的差异为(39±58) μm，扫描翻制石膏模型的差异为(11 +17) μm，两者存在统计学差异(P<0.05)，结论为口内扫描获取印模的重复性不如传统印模。Del Corso等[17]在体外实验中得出口内扫描的系统误差在14～21 μm；Mehl等[18]通过实验证明口外扫描系统在扫描石膏模型上的系统误差为20 μm甚至更小。口内数字化印模和传统印模的扫描存在的重复性差异，一方面可能是源于喷雾涂敷：另一方面，医师在重复进行口内扫描时很难保证扫描仪的位置始终不变，扫描的图像在三维重建时就可能会产生差异，而口外扫描中石膏模型与扫描器械的位置始终固定，重复性就相对较高。因此，医师在临床进行口内数字化印模采集前应进行培训，以达到应用的熟练度。

[ 1 ] Rekov ED. Dental CAD/CAM systems : a 20-year success story. J Am Dent 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 The Dental Company,2004.

[ 4 ] Rohaly J (inventor) . Three-channel camera systems with non-collinear apertures. United States Patent ,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' minimally prepared resin bonded CAD/CAM crowns. J Dent,2010,38 :16-22.

[8] Logozzo S,Franceschini C,Kilpela A,et al. A comparative analysis of intraoral 3D digital scanners for restorative dentistry. The Int J of' Mecl Tech,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 simulated clinical 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-ceramic crowns 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' onlay created 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. Clin Implant 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.

转：齿道