无牙颌口内数字化印模技术可行性的初步探究

余 念 曹 阳 俞 青

口内数字化印模技术是指由医生将微型光学探头伸入病人口内，在喷洒粉末或不喷洒粉末的情况下，通过光学成像技术获得口腔软硬组织的数字化技术。这种取模方法不仅可以省去取模工具、材料和繁琐的工序，而且可以简化灌模过程，避免重复操作造成的误差，而且可以直接得到彩色的图像，间接的采用了比色技术［1］。

但是由于数字化印模技术存在着一些缺陷，不能完全取代传统的印模技术，无法满足临床应用的需要。其不足之处在于［2］：一是要求医生熟练掌握操作手法，对未使用或初次使用数字化扫描仪器的医生，使用过程体验可能不如传统手法熟练；二是扫描结果与病人的个体差异有很大关系，不同病人的张口度、软组织张力、配合度等都会对扫描的难度产生影响；第三，扫描时患者头部移动、口外软组织遮挡等都会对扫描结果造成一定的影响；最后，按照光学成像的原则，扫描需要有一定的参照才能够快速进行。在全牙列中，一般可以快速识别剩余牙体组织作为参考，这样才能保证扫描的顺利进行，而在牙列缺失的情况下，口腔内的黏膜组织不能被光源识别，而且会受到光线和唾液的干扰，很可能会出现图像重叠，甚至无法采集。所以目前多数研究只关注于全牙列或部分牙列的数字化扫描，鲜有全口义齿的印模扫描。丹麦3 shape 公司于2018 年推出了三代TRIOS 口腔扫描设备，它是当前生产的较先进的口腔数字化印模系统，扫描速度为每秒3000 帧二维图像，并将其与数以百计的3D数字影像相结合来实时创建出三维数字化印模［3］，准确度可以达到6.9±0.9 um［4］。

本实验通过使用数字化方法及传统印模方法制取上颌无牙颌的解剖式印模。通过三种不同的数字化印模精密度比较，探讨TRIOS口内扫描设备在上颌无牙颌印模的直接或间接采集中的可行性。

1.材料和方法

1.1 病例选取 从南京市口腔医院修复科随机选取10名上颌无牙颌患者（n＝10）。所有参与者都签署了知情同意书，并进行了初步检查，包括影像学检查。南京大学医学院附属口腔医院伦理委员会对该研究进行了伦理批准[2018NL-033(KS)]。病例纳入标准如下：（1）上颌无牙颌，牙齿缺失3个月以上；（2）牙槽嵴吸收呈I类；（3）上颌黏膜平滑，无红肿、破溃、颜色正常、无黏膜病变；（4）黏膜上没有明显的骨突、骨尖、骨嵴；（5）没有开口限制和颞下颌关节的病变；（6）未出现严重的身体和精神疾病。

1.2 实验方法

1.2.1 获取初印模 选择符合入选条件的患者，按照全口义齿的标准取模流程取患者初印模。所有的取模均由一名有经验的医生来操作，使用具有良好流动性的藻酸盐材料（Dentsply Siröna，美国），搅拌至合适后立即放入专用的无牙颌托盘（Schreinemakers 金属无牙印模托盘，Clan Dental Pröducts，Maarheeze，荷兰）内，取模，灌注模型，用于制作解剖式的个别托盘（图1）。

图1 获取上颌初印模并灌注模型

1.2.2 制作个别托盘 在模型上划线、填倒凹，均匀地铺一层红蜡尽可能的缓冲，使用自凝树脂材料（Ambient curable resin för individual tray, Aichi Prefecture, Japan）制作个别托盘。个别托盘制作要求为一层厚薄均匀的树脂材料，边缘止于划虚线处，在中线处做手柄。托盘表面均匀打孔，固化后修整（图2）。

图2 制作上颌无牙颌解剖式有孔托盘

1.2.3 获取口内数字化印模DP 组 利用光固性树脂材料（沪鸽，中国），在初始模型的边缘周围制作导板，导板的中心为手柄。导板的边缘应至少到达前庭沟底，后缘在腭小凹后，光固化后备用。医师将扫描导板置于患者口内，一手固定导板，一手持扫描头进行扫描。扫描可以分次、分段完成并进行及时的补充，整体重复三次扫描并得到三次数据，要求扫描数据尽可能完整，边缘到达前庭沟底，后部延伸至腭小凹，黏膜表面无气泡、缺陷，无光学数据的重叠等，在此基础上取最完整的一次数据，保存为STL格式，标记为DP组（图3）。

图3 在扫描导板辅助下口内扫描上颌无牙颌印模

1.2.4 获取解剖式印模 请同一名医生来取患者的解剖式印模，使用做好的解剖式个别托盘，依旧选用流动性好的藻酸盐原料，搅拌均匀后迅速放入托盘中，医生将托盘置入患者口内，用较轻的力量，直到托盘完全就位，并用手指稳固。在材料固化之前，医生要对患者进行一定的肌功能整塑。在整个取模过程中，医生需要尽量轻压，以此来假定黏膜没有下沉变化，所获得的印模是一种非功能式印模。待材料凝固后，将托盘后缘翘动并取出，观察边缘是否清楚、伸展是否合适，有无气泡。及时灌注模型。

1.2.5 间接数字化印模的获取 口内扫描完成后，同一名医师采用TRIOS 3口内扫描仪（3shape，丹麦）扫描获取的解剖式模型，完整扫描三次后，取扫描最完整一次的数据，保存为STL格式，标记为OP组。接着使用3shape810台式扫描仪（3shape，丹麦）扫描同一副模型：打开台式扫描仪以及cönvince12软件进行常规校准，校准后设置新项目，根据模型的大小确定扫描模型的范围边界，调整töp、böttöm、radius等参数，同样完整扫描三次后，取扫描最完整一次的数据，保存为STL格式，标记为IP组（表1）。

表1 三组印模制取方法

1.2.6 口扫的精密度分析 打开GeömagicWrap 2015软件，同步导入DP和IP组数据。模型进行相应的裁剪，去除边缘多余的区域。将IP组设置为参照组，选取“最佳拟合”与“3D偏差”进行匹配，得到三维色谱图［5］。在色谱图中，绿色代表误差范围小，往上到红色为正偏差，表示此处模型相对参照模型凸出，往下到蓝色为负偏差，代表此处区域受压。ISO对精度的评定以精密度和真实度为主［6］，精密度指独立测试结果间的一致程度，真实度是指测试值与真实值的接近程度。本实验通过获取多组模型的扫描数据差异来评价其精密度。根据口扫数据两两比较获得均方根（Rööt mean square,RMS）误差，均方根误差越小，准确度越好，并记录平均正距离(Mean+)和平均负距离（Mean-）［7］。

1.2.7 统计差异 利用SPSS 22.0对逆向工程的三维偏移进行了正太分布的验证，在满足正太分布的情况下，进行了方差分析，如果不满足于正太分布，用Kruskal-Wallis检验，其检测程度为双侧a＝0.05。

2.结果

使用口扫制取上颌无牙颌印模，一般在5 分钟内即可获得完整的图像。采用口内或模型扫描仪扫描模型时，时间可以控制在3分钟以内。

图4为DP、OP、IP三组印模两两最佳拟合的三维彩色偏差图，设定最大临界值为0.4 mm，最小临界值为-0.4 mm，最大名义值为0.05 mm，最小名义值为-0.05 mm。可见部分区域出现正负偏差，偏差主要集中于边缘、腭中缝和后堤区等位置，牙槽嵴及上颌硬区处偏差较小。灰色区域显示两者模型边缘偏离过大，不具有比较意义（图4）。

图4 三组数字化模型三维彩色偏差图

分析三组的光学印模偏差数据（表2），DP组偏差最大，平均误差为0.312 ± 0.085 mm，OP组偏差最小，平均误差为0.125 ± 0.056 mm。将三组10个模型数据导入SPSS 22.0软件中，三组数据均符合正太分布，方差齐性。应用方差分析，三组之间两两进行比较，结果显示DP与IP组、OP与IP组具有统计学差异（P<0.05）（图5）。将模型平均负距离Mean-与模型相对平均正距离Mean+作配对t检验，两者无统计学差异（P>0.05）。说明两组扫描产生的误差在正负方向上不具备差异，数值均以绝对值表示（图6）。

图5 每组三维偏差分析值

图6 正负距离平均值（单位：mm）

表2 Geomagic软件3D比较分析数据

3.讨论

从早期使用数字化技术间接获得口内印模到现在可以直接进行口内扫描，数字化印模技术在不断的发展与完善。本文使用了当前市场上比较流行的三代TRIOS扫描设备，文献研究认为其相对Medit，Iterö等口内扫描仪来说具有更高的准确度［8］。实验制取上颌无牙颌口内数字化印模，对10例患者进行了印模采集，结果表明：数字化印模具有如下优点和缺点：首先，技术熟练以后取模速度可以很快，在3分钟左右即完成一个上颌无牙颌的扫描，并可以立即传送至技工端进行进一步操作，这与Lee［9］等人所提出的数字印模加工时间比传统的制模方法短的结论相吻合；其次，医生在取模的同时，可以同步看到屏幕，迅速了解患者的口内状况及配合情况，对于判断患者的治疗和预后具有较好的效果。而且患者的取模过程相对来说较为舒适，不会出现咽部反射等不良反应。这些优势表明，数字化技术是今后口腔修复技术发展的必然方向。然而，数字化印模技术还没有广泛应用于缺牙较多的患者，其原因也与其技术缺陷有关，主要在于：牵拉嘴唇、口角等操作造成的黏膜动度无法通过光学照片反映出来；难以获得“肌肉静力区”的软组织整塑信息[10]，黏膜的扫描还受口内唾液、湿润度等影响较大，曹悦等人［11］研究认为，腭穹窿较高且窄、前庭深的患者印模扫描精度相对前庭沟浅、腭部低且宽的患者下降。这也印证了不同患者的解剖特点差异会影响扫描的效果。因此在这类患者身上，数字化印模与传统的二次印模仍然具有一定的软组织误差。

目前，在国际上还没有一个数字化技术适用临床的精度标准。固定义齿中以50 um为标准定义应用误差［12］。在现有的实验中，对固定义齿扫描的误差可低至19 um［13］，在离体实验中，许多厂商的扫描仪均满足实际需要，并得到了大量的推广［14］。钟拥军［15］等对采用传统和数字化印模法制作完成的可摘义齿进行对比，结果表明，两者制作的义齿在佩戴效果上无明显差异。Patzelt［16］等也做过关于无牙颌数字化印模的可行性分析，多种扫描仪误差在44～500 um之间，与本实验的结果相符合，而在本文中，口内直接印模的偏差约为300 um。Braian［17］等采用相同类型的口腔扫描仪对石膏模型进行了测量，其测量误差为30～120 um，与本实验结果也一致。本实验研究发现，无牙颌的口内印模精度比固定义齿低，扫描操作难点主要在于软组织动度较大、边缘等区域的印模精度不足等。

对此也有学者进行了一些改良，孟广娜［18］等人采用了多种印模方式进行了松软牙槽嵴印模的制取，其误差在300 um左右，他们在实验中通过制作扫描导板的方法来固定黏膜动度和边界。本实验由此启发，使用光固化树脂围绕模型边缘制作了扫描导板，借用手柄可以将其稳固于患者的无牙颌上，保持多次取数字化印模时边界不变，同时还能提供一定的光学标志点从而加强识别。现有的扫描仪对图像的视觉特性要求很高，但缺少了牙齿等硬组织识别标记，很可能导致图像的拼接误差，从而降低了无牙颌的印模准确度［19］。后期实验中可以采用人为制作口内标志点，提高扫描识别率。本实验中采取了不同的措施来假设获取的解剖式印模是对无牙颌没有压力的印模，但实际情况是，不管采用何种材料，无论如何控制手法，都会对黏膜造成一定的压力，这也是导致扫描误差产生的原因。因此即使通过改良口内扫描仪的精度获得足够准确的无牙颌印模，如何模拟肌功能训练来获取功能性印模依然是全口义齿数字化流程中亟需解决的问题之一［20］。根据目前实验结果发现，无牙颌数字化印模精度尚不足以用于临床，但随着技术的进步已有明显提高，在未来数字化技术的快速发展下，无牙颌数字化印模在近几年内将成为可能。