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(guó)牙科醫(yī)師Duret引入口腔科臨床診療以來(lái)，數(shù)字化技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的普及和應(yīng)用。通過(guò)口內(nèi)光學(xué)掃描來(lái)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(tái)的制作。口內(nèi)掃描獲取數(shù)字化印模的技術(shù)經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，操作流程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，數(shù)字化印模質(zhì)量進(jìn)一步提升，也越來(lái)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(huì)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(duì)上述問題，本文通過(guò)口內(nèi)掃描設(shè)備的掃描原理來(lái)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(shí)間較長(zhǎng)，掃描單個(gè)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(guò)掃描儀中透鏡的設(shè)計(jì)來(lái)糾正，但不能完全修正。藍(lán)光波長(zhǎng)更短，較白光抗干擾性強(qiáng)，可提高數(shù)據(jù)的精度[6]。相對(duì)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(gè)過(guò)程，掃描原理主要包括三種類型：主動(dòng)三角測(cè)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(dòng)波陣面采樣技術(shù)(active wavefront sampling)。

主動(dòng)三角測(cè)量技術(shù)指相機(jī)主動(dòng)投射結(jié)構(gòu)光到被測(cè)物體表面，通過(guò)成像系統(tǒng)在另一角度對(duì)部分反射光進(jìn)行匯聚，計(jì)算機(jī)通過(guò)相似三角形原理計(jì)算被測(cè)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(guó))椅旁CAD/CAM的掃描技術(shù)。三角測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是圖像獲取快速、簡(jiǎn)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(wú)法到達(dá)預(yù)備體遠(yuǎn)中肩臺(tái)部分而形成陰影，即遠(yuǎn)中陰影現(xiàn)象，會(huì)降低局部印模精度。最新研究發(fā)現(xiàn)鄰牙對(duì)掃描取像也會(huì)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(gè)位置采集不同深度的圖像信息。利用透鏡從不同層面動(dòng)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(guó))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(dòng)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(guò)濾牙齒上被測(cè)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(guò)測(cè)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(cè)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(guó))，其特點(diǎn)是采用了動(dòng)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(guò)程中可隨時(shí)識(shí)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(shí)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(píng)價(jià)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(guó)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(cè)量值和參考值的一致程度，反映測(cè)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(cè)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(cè)量值的均值與參考值間的一致程度，正確度越高測(cè)量結(jié)果越接近真實(shí)值[9]，正確度會(huì)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(lái)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(guò)程中從口內(nèi)環(huán)境、牙體預(yù)備到口內(nèi)掃描的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生影響。口內(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(duì)被檢測(cè)物體表面有較嚴(yán)格要求，并且掃描光線無(wú)法探測(cè)到被遮擋的區(qū)域、無(wú)法全部進(jìn)入深度過(guò)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(tái)位于齦下，使掃描光源無(wú)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(huì)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(cè)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(huì)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(huì)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(dòng)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(shí)發(fā)現(xiàn)以90°掃描(垂直于物體表面)時(shí)，掃描精度最高，以45°掃描物體表面時(shí)，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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)別。牙體預(yù)備中常見的錯(cuò)誤如不規(guī)則斜面、過(guò)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(shí)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(wú)法進(jìn)入而無(wú)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(cè)物體表面特征 被測(cè)物體表面特征主要指物體半透性，半透性是指穿過(guò)混濁介質(zhì)傳播的光的相對(duì)量，或是穿過(guò)混濁介質(zhì)在底物表面漫反射的光的相對(duì)量。它的產(chǎn)生是由于材料內(nèi)部各種物相對(duì)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(duì)CEREC Omnicam掃描精度的影響，發(fā)現(xiàn)物體半透性會(huì)對(duì)無(wú)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(duì)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(tái)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(tái)與90°直角肩臺(tái)對(duì)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(tái)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(wú)角肩臺(tái)與有角肩臺(tái)兩種類型終止線時(shí)，有角肩臺(tái)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(tái)組修復(fù)體邊緣間隙要小于無(wú)角肩臺(tái)組[20]。

3.4 患者因素

患者本身的因素也會(huì)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(huì)影響掃描角度的調(diào)整，降低口內(nèi)掃描精度?？趦?nèi)唾液、齦溝液和血液對(duì)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(shí)，終止線不能充分暴露，無(wú)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(guò)程中患者發(fā)生移動(dòng)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(huì)影響口內(nèi)掃描的掃描精度，最終會(huì)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?cè)谂R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(duì)應(yīng)策略來(lái)提高口內(nèi)掃描的掃描精度。

對(duì)于采用三角測(cè)量原理的口掃設(shè)備，需要采取一定措施來(lái)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(lái)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(duì)象呈90°角，研究也表明這樣的掃描精度相對(duì)最高[12]。要注意的是，來(lái)回多次掃描會(huì)增加圖片拼接錯(cuò)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(duì)取像不全區(qū)域進(jìn)行局部補(bǔ)掃。

針對(duì)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(tái)一般推薦內(nèi)線角圓鈍的90°直角肩臺(tái)，更易被口內(nèi)掃描設(shè)備識(shí)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(guò)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(shí)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(duì)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(shí)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(guò)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。