传统和3D打印方法制作前牙贴面模型的准确度比较

杨琪 曹二弯 刘夏青 李英

20世纪70年代，CAD/CAM技术应用于牙科，开启了牙科数字化的新时代[1]，虽然传统的弹性印模材料结合灌制石膏模型的方法已成功的应用于牙科数十年，但其存在技术敏感性高、患者体验感差、印模材料收缩变形、唾液血液污染等缺点[2]。口内数字印模凭借其简单高效、方便快捷的优势被临床医师和患者喜爱并迅速发展，其采用小型探入式光学扫描头伸入患者的口内，从而获取牙齿牙龈等软硬组织的形态[3]。

准确的印模是成功制作修复体的关键，已有大量文献证明口内数字印模的准确性与硅橡胶印模技术在单冠和短跨度部分固定义齿修复中的准确性相当[4-6]。然而，相关研究大多集中在后牙全冠，而对前牙贴面的研究相对较少。此外，烤瓷贴面等仍需要一个物理模型来进行手工堆塑或者检查最终修复体的邻接与咬合，而目前此物理模型主要由3D打印制作完成。因此，数字印模及3D打印模型的准确性都对最终的修复体适合性产生影响。本研究通过软件分析，比较前牙贴面的口内数字印模、3D打印模型、石膏模型的准确度差异。

1 材料与方法

1.1 材料

参考模型选择标准日进牙科研究模型(Dental Study Model 500A,Nissin,日本),硅橡胶(Honigum，DMG，德国)，IV型超硬石膏粉(Heraeus，德国)。

1.2 仪器

TRIOS口内扫描仪、口外扫描仪3shape D2000(3shanp，丹麦)；3D打印机(S300,上海联泰)；牙椅固定式仿头模(Nissin,日本)。

1.3 方法

1.3.1 参考模型制备 采用上颌标准日进牙科研究模型，并对12-22 进行开窗式贴面预备：唇面均匀磨除0.5 mm并形成0.3 mm齐龈肩台,钨钢车针高度抛光，均匀消除倒凹及锐利线角。参考模型制备完成后用口外扫描仪已获得其三维数据保存为STL格式并标记为R。

1.3.2 口内数字印模数据获取 将参考模型固定于仿头模内，扫描前对扫描仪进行校准，按照厂商推荐扫描顺序对参考模型进行扫描，扫描结束后检查，对不完整的图像部分进行补扫，按上述方式对参考模型进行8 次扫描，每次扫描数据保存为STL格式并标记为A1-A8。

1.3.3 硅橡胶印模-石膏模型三维数据获取 二步法制取上颌硅橡胶印模，要求边缘清晰无气泡，重体无暴露，无脱模，(25±1) ℃下存放1 h。随后用Ⅳ型超硬石膏在真空条件下严格按照石膏材料的水粉比(23 mL/100 g)搅拌60 s后灌制超硬石膏阳模，待24 h石膏完全硬固后分离石膏模型，要求石膏表面光滑，无气泡，无缺损，预备体边缘清晰。按上述方法对参考模型制取8 次印模并灌制8 个石膏模型。将8 个石膏模型分别置于口外扫描仪扫描，以STL格式输出保存并标记为B1-B8。

1.3.4 3D打印树脂模型三维数据获取 将口内数字印模的数据传送到3D打印机并获得8 个树脂模型，将8 个树脂模型分别置于口外扫描仪扫描，以STL格式输出保存并标记为C1-C8。

1.3.5 数据处理及配准 所有STL数据(R,A1-A8,B1-B8,C1-C8)导入Geomagic Qualify 2015(杰魔，美国)软件。以预备体的边缘终止线为界，保留边界以内的区域为配准区域，删除边界以外的区域[7]。数据裁剪完成后，利用该软件中的“最佳拟合对齐”及“偏差分析”功能对模型进行配准，每两个STL数据配准后的差异以均方根误差RMS(root mean square)值的形式显示，RMS误差计算公式为：

其中X1，i为参考模型上的测量点，X2，i为测试模型上的点，两者之差为参考模型与测试模型上相对应点间欧几里得距离，n为测量点的总计数。RMS可用来评价两不同模型间的偏离程度[8]，本研究中较小的RMS值代表配准模型间有较好的一致性。偏差分析的差异情况通过彩色分布图的形式显示，使用自定义15段标准色谱图显示(最大临界值0.2 mm,最小临界值-0.2 mm,最大名义值0.05 mm，最小名义值-0.05 mm)，其中，蓝色区域代表测试模型在内测，红色区域代表测试模型在外侧。通过将参考模型的STL文件数据与口内数字模型，传统石膏模型和3D打印模型获得的STL文件数据配准来评估各组模型的正确度。将各组的扫描数据两两配准，评价各组模型的精密度。

1.4 统计学分析

2 结 果

各组数据服从正态分布且方差具有同质性，进行单因素方差分析及LSD检验。表 1显示了数字扫描组、3D打印模型组和石膏模型组正确度和精密度差异。其中，越小的RMS值代表正确度或精密度越高。对于正确度：口内扫描组与3D打印组之间无统计学差异，两者正确度小于石膏模型组且结果具有统计学差异(P<0.05)。对于精密度：3 组模型之间无统计学差异(P>0.05)。

表 1 口内扫描组，3D打印模型组，石膏模型组RMS统计分析结果

图 1为不同模型组的正确度及精密度3D偏差结果色谱图，其中绿色代表测试模型与参考模型大小一致，蓝色代表阴性偏差(测试模型小于参考模型的部分)，黄色及红色代表阳性偏差(测试模型大于参考模型的部分)，可以看出对于正确度，口内扫描及3D打印模型在侧切牙轴角处有较大的阴性偏差，而对于精密度，3 组模型均显示出较高的一致性。

图 1 3D偏差结果色谱图

3 讨 论

口内数字印模技术凭借其简单高效，患者体验感舒适等优势自出现以来就迅速发展，并且随着其准确度的提高使其在临床上的应用越来越广泛。口内数字印模的发展也促进了3D打印模型在口腔医学的应用，虽然今天的CAD/CAM技术在很多情况下不需要物理模型，但类似手工贴面等的修复体制作仍然需要物理模型，而且该模型的准确度对最终修复体的合适性也产生影响。

根据ISO-5725-1,准确度包括精密度和正确度[9]。精密度系指在相同条件下，对被测量物体进行多次反复测量，测得值之间的一致(符合)程度。正确度系指被测量物体的测量值与其“真值”的接近程度。本研究参考扫描模仪选用3shape公司的口外扫描仪D2000，不同于口内扫描仪，其扫描视场大，扫描时模型被固定在扫描仓内，属于连续静态扫描，3D图像合成准确，根据ISO 12836-2015标准检测其正确度高达5 μm，显著高于口内扫描仪，在以往的实验中也被用来获取参考模型的数据[10]。准确度的比较应用Geomagic Qualify 2015软件，通过最佳拟合对齐对三维数据进行分析，该方法准确度较高且在牙科数字模型比较的研究中应用较为广泛[6，11]。

本研究中，石膏模型的正确度大于口内数字化印模及3D打印模型，这与之前的研究结果相似[6，12-13]，其较高的正确度得益于硅橡胶印模材料的精细、尺寸稳定、抗撕裂、良好的弹性回复性以及Ⅳ型超硬石膏的稳定性。本试验使用的口内数字化扫描设备为3shape公司的Trios，其基于共聚焦显微成像技术，通过快速拍摄二维画面(3 000 张/s)来拼接重建形成三维图像[14]。其每次二维图像拼接的过程都可能产生误差[15]。此外，扫描过程中参考模型光滑表面的强反光性也会引起扫描的准确性下降[3]。对于3D打印模型，其正确度除了与口内数字化印模制取的正确度有关外[16]，还与增材制作过程中的树脂聚合收缩及层层堆积误差有关,大量研究观察到了不同3D打印机在制作过程中的收缩率[17-18]。本研究中使用的3D打印机与Sim等[12]采用的打印机同为数字光处理(digital light processing,DLP)原理，但在其试验中3D打印模型的偏差相较于本实验更加明显，产生这种差异可能是因为不同的扫描跨度及基牙的预备体类型不同。Jin等[19]称前牙凭借其光滑的表面及其在牙弓中的位置相较于后牙在3D打印过程中产生的收缩反应更小，这也解释了本实验中口内数字印模与3D打印模型的正确度及精密度无统学上的差异。在精密度方面，与之前的研究结果不同[6，12]，本研究中口内数字印模及3D打印模型的精密度与传统石膏模型无明显差异，这与本试验较小的扫描跨度有关，苏庭舒等[20]的研究表示，随着扫描跨度增大，口内数字印模的扫描精密度下降。而Jin等[19]的研究发现，3D打印模型的精密度大于石膏模型并表示产生此种现象的原因可能是由于在数字化扫描及3D打印过程中将操作者的误差降到了最低，但在本实验中，相对简单的基牙预备体表面及较短的扫描跨度并没有将数字化流程的这种优势体现出来。

修复体的长期稳定取决于修复体与基牙之间的密合程度，美国牙科协会指出：临床上可接受的间接修复体的误差范围在50～100 μm之间。之后的研究中认为通过口内扫描仪获得的修复体平均边缘误差应小于120 μm[11，21]，虽然目前对符合临床要求的准确度标准仍无定论，但根据之前的研究[22]，本实验条件下3 组不同模型的准确度在临床允许的范围内。然而应该提出的是，印模制取仅是修复体制作过程中的第一步，其生产过程中的其余误差将随着修复体制作过程进一步累积。

根据本研究的结果可以认为，在本试验条件下，口内数字印模及3D打印模型的正确度不及石膏模型，但其与石膏模型差异较小且在临床允许的误差范围内，加之精密度尚可，故仍可考虑在临床实践中应用。另外，本研究仅使用一种口内扫描仪及3D打印机，实验结果相对局限，并且该实验为体外研究，准确度不受唾液及口腔黏膜影响，具体的临床准确度仍需更多的临床试验进一步研究。