口内扫描仪临床扫描精度及影响因素把控

包旭东，岳 林

自20世纪70年代计算机辅助设计和计算机辅助制作(computer aided design and computer aided manufacture，CAD/CAM)技术由法国牙科医师Duret引入口腔科临床诊疗以来，数字化技术得到越来越广泛的普及和应用。通过口内光学扫描来获取牙或牙列的数字化印模是CAD/CAM技术中的临床核心操作环节，适应证从嵌体、贴面、全冠等一单位修复方式逐渐延伸到更为复杂的固定桥、种植导板及种植体基台的制作。口内扫描获取数字化印模的技术经半个世纪的发展，操作流程进一步简化，数字化印模质量进一步提升，也越来越被临床医师接受[1]，在一些临床治疗中甚至替代了传统修复中印模材料制取的实体印模[2]。修复体印模的准确性是修复成败的关键要素之一，而口内扫描数字化印模的精准性也一直为人们密切关注[3]。目前，口内扫描设备种类繁多，所采用的光学扫描原理各有不同，扫描精度受之影响的程度也不一致。加之临床术者的操作方法和患者本身的诸多因素，都会干扰口内扫描的精度，进而影响数字化印模的质量。针对上述问题，本文通过口内扫描设备的扫描原理来分析影响扫描精度的相关因素，为临床提高数字化印模的准确度提出可行的操作方法和建议。

1 口内扫描系统的工作原理与应用

1.1 口内扫描系统扫描光源类型

口内数字化印模系统按投射光源类型可分为激光和可见光。激光为单色光，方向性好或者准直性好，抗干扰能力强。激光有点激光和线激光两种形式。点激光扫描仪精度较低，扫描时间较长，扫描单个牙列石膏模型约13 min。线激光扫描具有精确度高、速度快、重建图像清晰、适用范围广等优点[4]。

可见光主要指白光和蓝光。白色光扫描仪有良好的扫描速度和再现性，比激光扫描仪读取三维图像数据能力更强[5]。白光由多种颜色的光组成，不同颜色的光不全折射在同一焦点上，虽可通过扫描仪中透镜的设计来纠正，但不能完全修正。蓝光波长更短，较白光抗干扰性强，可提高数据的精度[6]。相对于白色光扫描仪，蓝光扫描仪产生误差更小，扫描再现性更高。

1.2 口内扫描系统扫描成像原理

口内扫描数字印模技术包括扫描获取局部图像数据及图像数据融合重建两个过程，扫描原理主要包括三种类型：主动三角测量技术(active or passive stereovision and triangulation)、共聚焦激光扫描显微成像技术(confocal laser scanner microscopy)和主动波阵面采样技术(active wavefront sampling)。

主动三角测量技术指相机主动投射结构光到被测物体表面，通过成像系统在另一角度对部分反射光进行汇聚，计算机通过相似三角形原理计算被测物的尺寸参数，获得三维印模图像。采用该扫描原理的有真彩口内扫描仪(广东朗呈)和瓷睿刻(CEREC，德国)椅旁CAD/CAM的扫描技术。三角测量技术的优点是图像获取快速、简洁，扫描精度较高。但是由于光束从牙列近中的一定角度发出，预备体轴壁的阻挡使光线无法到达预备体远中肩台部分而形成阴影，即远中阴影现象，会降低局部印模精度。最新研究发现邻牙对扫描取像也会产生遮挡，影响最终的扫描精度[7]。

共聚焦激光扫描显微成像技术基本工作方法和共聚焦显微镜的工作原理相似，是相机在单个位置采集不同深度的图像信息。利用透镜从不同层面动态连续扫描及获取三维图像重组点，在不同焦点和不同角度拍摄连续图像后拼接形成3D形态，比如牙齿外形轮廓，然后将所有的外形轮廓组合成该位置的三维图像。使用共聚焦平面成像技术的代表产品有iTero(Align Technology，美国)和TRIOS(3Shape,丹麦)。共聚焦显微成像技术获取的聚焦图像扫描精度较高，细节表现力好。

主动波阵面采样技术是利用设置在采样光路中的旋转偏心孔装置，过滤牙齿上被测点的反射光线，并在成像平面内形成圆形轨迹的失焦图像，通过测量失焦图像半径，结合已知光路系统参数，计算获得牙齿表面被测点的空间坐标。该技术的代表产品有Lava True Definition 口内扫描系统(3M，美国)，其特点是采用了动态3D印模采集技术，高速摄像每秒可捕获20张3D图像，扫描过程中可随时识别口内软硬组织进行图像扫描，并快速构建三维图像，能实时给予临床医生信息反馈。

2 口内扫描系统扫描精度的评价指标

在数字化修复流程中最关键的一步是应用口内扫描仪扫描预备体获取数字化印模，印模精度决定了修复体的密合性，复制精准的预备体终止线是数字化修复成败的关键。根据国际标准化组织标准(IOS 5725-1)[8]，精度(accuracy)也称准确度或精确度，用于描述测量值和参考值的一致程度，反映测量结果中的系统误差和随机误差，是正确度(trueness)和精密度(precision)的综合。精密度是指设备系统本身测量结果的可重复性，和设备稳定性有关，属于随机误差；而正确度属于系统误差，是大量测量值的均值与参考值间的一致程度，正确度越高测量结果越接近真实值[9]，正确度会受到临床各种因素影响，因此学者们更多专注于数字化印模正确度的研究。

随着近年来口内扫描技术的不断发展，口内扫描数字化印模精度的不断提高，口内扫描系统不仅用于单牙预备体、全牙弓，甚至开始用于上下颌象限牙列的扫描。很多研究表明，这些数字化印模的精度都达到了临床可接受的精度范围[10]。排除临床因素，从实验室结果看，牙颌模型扫描仪的平均扫描精度可达到10 μm，而目前口内数字化扫描仪的平均扫描精度约为20 μm[2]。

3 口内扫描系统扫描精度的影响因素

影响口内扫描仪扫描精度的因素很多，口扫设备本身所采用的扫描技术原理，临床操作过程中从口内环境、牙体预备到口内扫描的每一个环节都有可能产生影响。口内扫描仪均基于不同原理的非接触式光学扫描技术，而光学扫描对被检测物体表面有较严格要求，并且扫描光线无法探测到被遮挡的区域、无法全部进入深度过大的区域。在复杂的临床环境中，受患者唾液、龈沟液的影响，很难形成不反光的均质表面。邻牙倒凹的存在以及肩台位于龈下，使扫描光源无法直线进入终止线区域，或者受患者血液影响，终止线被遮挡，这些均会影响扫描精度，从而影响最终修复体的质量[11]。

3.1 口内扫描仪的扫描原理和扫描精度

口内扫描设备采用的扫描原理不同，扫描精度有所不同。以三角测量技术为原理的口内扫描仪，其扫描光线从近中斜向远中入射，预备体本身会形成遮挡，在远中部位产生阴影现象[3,5]，导致远中终止线扫描正确度下降，从而影响整体扫描正确度。近期的研究表明邻牙也会产生遮挡影响预备体近远中终止线的正确度[7]。应用共聚焦显微成像原理，扫描光源入射光路与反射光路的路径一致，就不存在预备体自身遮挡导致的远中阴影现象。其他以主动波阵面采样技术为原理的口内扫描仪，也不存在预备体自身遮挡导致的远中阴影现象[1]。Kurz等[12]用CEREC Omnicam分别以45°、60°和90°扫描圆柱状样本表面时发现以90°扫描(垂直于物体表面)时，扫描精度最高，以45°扫描物体表面时，扫描精度最低。并且扫描角度越接近90°扫描，图像噪点越少。

3.2 扫描方案

口内扫描时应该从后牙咬合面开始还是从颊舌面开始扫描精度更高，扫描图像拼接误差与操作者的扫描方案密切相关，选择合适的扫描方案非常重要。Müller等[13]研究了扫描方案对3Shape TRIOS扫描仪扫描精度的影响，该研究扫描获取患者上颌全牙列数字化印模并在体外翻制钴铬模型，然后进行三种不同方式的扫描取像。方案A，先从17颊面远中开始扫描所有牙齿颊面，然后从咬合面和腭侧面返回。方案B，先从17咬合面和腭侧面扫描，然后从颊面返回。方案C，按每颗牙从颊面到咬合面到腭侧面以此扫描，扫描轨迹成S型。研究发现三种扫描方案对口内扫描仪扫描精密度有影响。方案B扫描精密度最高，A精密度最低，推荐从后牙咬合面和腭侧开始扫描，然后从颊侧返回扫描。目前多数口内扫描设备厂家都推荐采用该扫描方案进行口内扫描。

3.3 预备体相关因素

在进行单牙修复扫描时，预备体可呈现多种因素干扰数据的获取。

3.3.2 预备体质量 在口内扫描环节，受设备分辨率的限制，预备体表面粗糙的突起和倒凹常不能被扫描识别。牙体预备中常见的错误如不规则斜面、过锐线角、边缘尖角等，以及突然发生形变不流畅的区域都不易被识别从而降低口内扫描精度[15]。在修复体研磨加工环节，一般是平头的柱形车针进行修复体组织面切割，车针直径常规为1 mm。受车针直径的限制，预备体厚度小于1 mm的区域将因为车针无法进入而无法加工出相适应的形态结构，影响修复体就位，从而降低边缘适应性。

3.3.3 被测物体表面特征 被测物体表面特征主要指物体半透性，半透性是指穿过混浊介质传播的光的相对量，或是穿过混浊介质在底物表面漫反射的光的相对量。它的产生是由于材料内部各种物相对光的折射率不同而在相邻物相以及不同物相之间的界面处发生散射的结果[16]。Kurz等[12]研究了不同材料(两种玻璃陶瓷、三种树脂、银汞合金和金合金)半透性对CEREC Omnicam扫描精度的影响，发现物体半透性会对无粉口内扫描设备扫描精度产生影响，但产生的误差均在临床接受范围内。2017年Li等[17]研究了玻璃陶瓷半透性对扫描精度的影响，该研究采用基于共聚焦激光扫描显微成像技术原理的口内扫描设备，结果发现材料半透性越高，扫描精度越低，预备体终止线轴龈线角的形变量越大。

3.3.4 预备体终止线位置和类型 龈下边缘一直是口内扫描的难点。Nedelcu等[18]将全冠预备体肩台的远中颊侧区域和近中舌侧区域置于龈下，用3D偏差分析方法计算扫描精度，发现口内扫描系统在龈下区域扫描精度比龈上区域低。Euán等[19]研究了45°斜面肩台与90°直角肩台对CAD/CAM系统制作的修复体边缘间隙的影响，发现直角肩台组的修复体边缘适应性更好。还比较了氧化锆全冠边缘采用无角肩台与有角肩台两种类型终止线时，有角肩台组获得的边缘间隙更小。其他研究也发现冠边缘间隙受到预备体终止线类型的影响，直角肩台组修复体边缘间隙要小于无角肩台组[20]。

3.4 患者因素

患者本身的因素也会影响口内扫描的数字化印模精度。口内解剖结构的限制，如颊舌侧软组织尤其是舌体阻挡，张口度受限使后牙区空间不足，都会影响扫描角度的调整，降低口内扫描精度。口内唾液、龈沟液和血液对口内扫描精度的影响比较大，尤其是当预备体终止线位于龈缘或龈下时，终止线不能充分暴露，无法获得清晰精准的预备体终止线的数字化印模[12]。另外牙列拥挤、扫描过程中患者发生移动等患者自身因素都能影响扫描精度[21]。

综上，扫描设备本身所采用的光学扫描技术、口内牙列扫描方案、具体扫描角度、预备体质量和预备体窝洞深度，以及患者本身牙齿排列和口腔解剖结构等因素都可能影响口内扫描系统的扫描精度。

4 口内扫描系统临床应用的策略和建议

如上所述，多种因素都会影响口内扫描的扫描精度，最终会影响修复体的边缘密合性，造成微渗漏、继发龋坏甚至修复失败，因此我们在临床操作中应根据扫描设备特点和相关影响因素采取对应策略来提高口内扫描的扫描精度。

对于采用三角测量原理的口扫设备，需要采取一定措施来避免远中阴影的影响。近期的研究表明，预备体本身和邻牙都有可能阻挡光线入路，降低预备体近远中终止线的扫描精度，可以采用增加咬合面波浪式补扫或颊舌侧波浪式补扫的改良扫描方法来提高近远中终止线扫描精度，能达到与采用共聚焦激光扫描显微成像技术的口内扫描设备相同的扫描精度[11]。

至于扫描方案，一般采取先从后牙咬合面和腭侧面扫描，然后从颊面返回的扫描方案[13]，扫描探头与扫描对象呈90°角，研究也表明这样的扫描精度相对最高[12]。要注意的是，来回多次扫描会增加图片拼接错误，降低扫描精度，临床上应尽量避免，可按照最佳扫描方案完成扫描后对取像不全区域进行局部补扫。

针对预备体相关因素，临床医生应该提高牙体预备质量，预备体组织面光滑平缓，避免尖锐线角和倒凹等[15]。预备体肩台一般推荐内线角圆钝的90°直角肩台，更易被口内扫描设备识别[19-20]。也要考虑修复体加工中车针直径的限制，避免预备体过薄出现厚度小于1 mm的区域。预备体终止线尽量放于龈上，避免牙龈组织和龈沟液等的影响[19]，同时也能减小扫描头至终止线之间的扫描距离，提高扫描精度。对于预备体或预备体上的充填材料有一定透明度导致口内扫描设备不易识别的情况，可以考虑进行喷粉，注意喷粉厚度要均匀。

最后，在扫描过程中可以与助手配合牵拉开面颊和阻挡舌体，保持牙面干燥避免唾液膜的影响，找好支点按正确的扫描方案进行稳定流畅的扫描。

致谢：姜楠在文章撰写中收集提供相关文献资料。