口内扫描仪数字化印模准确度的影响因素

明佳俊，焦婷

上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔修复科，上海200011

口内扫描仪数字化印模在口腔修复、正畸和种植等领 域广泛应用，其准确度直接影响修复与治疗的效果。工程学上主要通过准确度、操作时间和患者接受度等指标来评估口内扫描仪，其中准确度是评价口内扫描仪的关键指标[1]。准确度包括精密度和正确度（ISO 5725-1）。精密度描述重复测量之间的距离，精密度越高，测量越可预测。正确度描述测量值与被测对象实际尺寸之间的偏差，高正确度可产生接近或等于被测物体实际尺寸的结果[2]。本文将对口内扫描仪数字化印模准确度的影响因素进行阐述。

1 被扫描对象对准确度的影响

1.1 牙体条件 研究指出基牙的聚合度并不影响口内扫描仪数字化印模的准确度，提示临床医师无需为扫描方便而增加基牙牙备量，牺牲固位型[3]。牙备后的切牙比磨牙的扫描准确度差，这可能是因为切牙牙备后陡峭、轴面相互平行的特点对扫描仪而言较难捕获，因此应避免基牙预备时出现锐边或锐角[4]。Nedelcu 等[5]在体外设计龈上、龈下终止线的牙备模型，采用不同口内扫描系统比较相应终止线的清晰度和准确度，结果发现扫描仪的分辨率与终止线的清晰度和准确度均无相关性。若在口内扫描系统中引入颜色，由于牙齿和软组织之间的颜色对比度明显，可能会改善对终止线的检测。

1.2 被扫描对象的材质Patzelt 等[6]认为光反射假象可能会导致较高的扫描偏差，在数据分析时出现的光学假象越多，偏差值也越大。研究表明[7-8]，暗淡、不透明的表面比有反光、半透明的表面更易扫描。Kurz 等[8]评估了CEREC Omnicam 扫描仪在不同角度扫描材料表面时的准确度，发现不同牙科材料如陶瓷和金属等在不同扫描角度的扫描数据具有高度差异，陶瓷材料高度差异最小，约为0.83～2.38 m，而金属材料扫描高度差异较大，可达（14.47±9.11） m。此外，当样品的扫描角度为90°时，样品扫描具有更好的重现性。金属在扫描角度由90°降至45°时，汞合金表面的噪点由（12.60±6.42） m 降至（6.77±2.05） m，金表面的噪点则由（14.24±6.79） m 降至（7.69±2.36） m。

1.3 被扫描对象在牙弓中的位置 在数字化印模过程中，需要进行大量的口内三维数据拼接处理，而拼接次数越多，数据准确度越低。随着数字化印模范围的增大，其准确度也随之下降。Park 等[9]和Su 等[10]通过体外研究都指出，口内扫描仪数字化印模的扫描准确度随着牙弓扫描范围增大而降低，当扫描范围为单颗牙或小于半个牙弓时表现出的准确度符合临床要求，但对于全牙列，口内扫描的正确度均低于口外台式扫描仪。Atieh 等[11]设计体内实验，比较了CEREC Omnicam 与传统硅橡胶印模的准确度，发现口内扫描仪全牙弓（下颌左侧第1 磨牙至右侧第1 磨牙）数字化印模除了准确度低于传统硅橡胶印模，2 者的偏差分布模式也不同。传统印模偏差均匀分布于整体印模中，而数字化印模偏差大多集中在磨牙位置。Ender 等[12]则认为在全牙弓（从一侧磨牙区向另一侧磨牙区）扫描中，基于视频图像采集的扫描系统如CEREC Omnicam、Lava C.O.S.、True Definition 和TRIOS 等当扫描进行至前牙区时，就在前牙远中区开始发生变形，而基于单图像采集的数字印模系统如CEREC Bluecam 和Cadent iTero 则主要表现为扫描至另一侧牙弓末端的变形。

1.4 牙弓自身条件 甘宁等[13]指出牙弓越宽，数字化印模的精密度越低，而不同的腭穹隆高度并未显示出差异。对于肯氏III 类和肯氏IV 类缺损而言，当缺牙数≥5 个时，扫描精密度显著降低，精密度的偏差主要集中在缺牙区[14]。另外，无论是部分牙弓还是全牙弓，有牙列与无牙列相同位点之间的准确度均有显著差异[15]，误差增加的主要原因可能是口内扫描仪的图像采集方法。口内扫描仪利用最佳拟合算法将扫描数据拼接在一起，当被扫描对象表面形状复杂时，图像的对齐拼接较为容易，但当扫描对象表明平坦而光滑时（如无牙颌），对齐图像的过程中更易出现错误。因此若缺牙区域较大，口内扫描时建议在无牙区域设置参照点以提高准确度。

1.5 种植体的口内扫描 以口外扫描仪为参考，Batak 等[16]使用TRIOS 测量圆柱形基台长轴与参考模型对应基台长轴之间的角度偏差和圆心之间的距离偏差，并指出基台的位置对距离偏差有显著影响，位于牙弓前方的愈合基台高度对距离偏差无显著影响。基台高度对角度偏差的影响取决于基台的位置。与后方8 mm 高愈合基台相比，后方3 mm高与前方8 mm 高的愈合基台角度偏差均较低。Alikhasi等[17]指出种植体的内连接与外连接方式不会影响数字化印模的准确度，而Marghalani 等[18]则认为印模技术和种植体系统会对准确度产生影响。当使用CEREC Omnicam 扫描时，Nobel 系统的准确性明显优于Straumann 系统，这可能是由于Straumann系统可扫描的扫描杆表面积小于Nobel系统的扫描杆，而用True Definition 扫描时，Nobel 系统的准确性与Straumann 系统相似。另外，研究指出口内扫描仪的准确度随着扫描杆之间的距离（象限）增加而明显降低，种植体的角度对准确度无影响[19]。腭部扫描与否对种植位点精确度无影响，全牙弓平均距离偏差在142.70～160.30 m 之间[20]。在体内研究中，Andriessen 等[21]使用Cadent iTero 扫描仪比较下颌2 颗植体杆卡连接覆盖义齿修复的口内数字化印模与石膏模型口外数字化印模的正确度，结果显示纳入的25 例患者中4 例无法拼接，20 例超出临床可接受阈值，仅有1 例扫描处于可接受范围内。这表明，目前无法通过口内扫描在无牙颌种植体上制作合适的杆卡支架。

2 扫描仪对准确度的影响

既往研究发现口内扫描仪分辨率与印模准确度之间无关[22-24]。与白光扫描仪的白光发射二极管相比，蓝光扫描仪使用的波长光源更短，对物体颜色和形状变化的扫描误差更小。若对单颗钛基牙数字化印模，蓝光扫描仪比白光扫描仪具有更高的重复性。在全牙弓扫描时，口内视频扫描仪（CEREC Omnicam；Sirona）获得的数字化印模比静态图像扫描仪（CEREC Bluecam；Sirona）有更好的准确度[25]。单图像捕获扫描仪（Carestream CS3500）扫描全牙弓的总体扫描时间明显多于连续捕获扫描仪（TRIOS Color和CEREC Omnicam），且整体正确度和精密度最低，而口内扫描仪的准确度与全牙弓扫描时间高度负相关[26]。

Di Fiorea 等[23]制作全口无牙颌种植的模型，比较8 种口内扫描仪的扫描准确度。结果发现，True Definition 和TRIOS 3 准确度最高，CEREC Omnicam 与CS3600 的准确度较好，CS3500 和Planmeca Emelard 的准确度一般，而Dental Wings 和3D Progress 的准确度最差，不适合用于固定修复。

3 操作者对准确度的影响

研究指出，临床经验水平会影响操作者操纵设备的能力[19,27]，有经验的操作者获取的数字化印模准确度明显优于无经验的操作者。Lim 等[28]探究经验曲线对患者全牙弓扫描时准确度变化的影响，认为基于单图像的系统需要反复学习才能有效地应用于临床，而较新的系统提供了更好的准确度，且不太受临床经验的影响。

Mennito 等[29]用5 种不同的扫描顺序，制取尖牙到第2 磨牙模型的口内扫描仪数字化印模，结果发现扫描顺序对其准确度影响不大。针对全牙列，Latham 等[30]根据操作手册上建议的扫描顺序，评估了CEREC Omnicam、Planmeca、Cadent iTero 和TRIOS 等4 种不同扫描仪获得数字化印模的准确度，结果发现在所探究的顺序中，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°角捕捉颊侧面所获得的印模准确度最高。Zhongpeng等[31]通过体内实验，在全牙列扫描完整后，分别以上颌中切牙和上颌第2 磨牙为起点，探究腭部数字化印模顺序对其正确度的影响，结果显示误差集中在腭部远中，因此建议腭部扫描应从后牙腭侧开始。

4 扫描环境对准确度的影响

4.1 光 Arakida 等[32]通过体外实验利用True Definition 扫描仪探究3 种不同照度（0、500、2 500 勒克斯）及4 种不同色温（3 900、4 100、7 500、19 000 开尔文）下口内扫描仪数字化印模的正确度、精密度和扫描时间的变化。研究发现，高照度会导致点的部分缺陷和捕获数据延迟，典型临床环境（3 900 开尔文和500 勒克斯）下的数字化印模正确度最高，而精密度不受照度或色温的影响。

4.2 患者的口腔环境 Kurz 等[8]发现样品上的水会导致测量表面高度的误差，150 L、200 L 与250 L 的水导致的测量误差约为300～1 600 m。这表明在使用无粉三维测量设备进行扫描之前，需要确保干燥条件，以便获得准确的数字化口腔内扫描结果。此外，患者的移动、唾液和血液也会影响印模的准确度。在口外扫描过程中，模型与扫描仪坐标系之间的相对空间位置关系稳定可知。但对于口内扫描，由于患者下颌位置和操作者手持的扫描头均会产生移动，因此扫描对象相对于扫描系统而言无稳定的位置关系[33-34]。且口内扫描的多视场扫描数据完全由单视场数据经软件算法拼接而成，相对移动幅度过大时也会影响扫描仪的数据拼接，产生大量的误差点，进而影响了扫描整体的精确度。

5 小结

口内数字化印模技术相较于传统印模和口外数字化印模具有方便、快捷、实时、灵活的特点，在个体诊断和治疗方面具有明显优势，其准确度在个别牙和半侧牙弓内基本满足临床需求。但当牙弓跨度大、缺牙区大、修复体准确度要求高时，口外扫描仪的准确度更高。在运用口内扫描仪制取数字化印模时，使用者必须考虑到牙齿、修复体、种植体及缺牙区黏膜等被扫描对象的差异，也必须了解扫描范围对扫描精度的影响，同时应根据不同扫描仪的成像原理等各项特性选择合适的仪器，另外控制扫描环境、进行一定训练也是获得高质量扫描结果的必要手段。目前，口内扫描仪数字化印模准确度影响因素的相关研究多为体外模型扫描，体内研究较少。在模型扫描中，使用树脂牙者较多，而模拟天然牙光学特征者较少。同时，针对全牙列、部分牙列和腭部软组织扫描的准确度评价无明确的指标范围。针对上述问题的进一步研究将有利于口内扫描仪在口腔领域更广泛、更准确地应用。