口内数字印模技术

黄翠 刘峰 满毅 余涛 梁珊珊 杨醒眉 贺红 刘伟才 胥春 柳忠豪牛丽娜 马楚凡 吴哲0 王晓燕 张健 宋锦璘 胡敏 汤春波 耿威 马红梅

1.430079,口颌系统重建与再生全国重点实验室,口腔生物医学教育部重点实验室,口腔医学湖北省重点实验室,武汉大学口腔医(学)院口腔修复科;2.北京大学口腔医学院·口腔医院门诊部,国家口腔疾病临床医学研究中心,口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室,口腔数字医学北京市重点实验室;3.四川大学华西口腔医院,国家口腔疾病临床研究医学中心;4.武汉大学口腔医院正畸一科;5.同济大学口腔医学院和附属口腔医院;6.上海交通大学口腔医学院,上海交通大学医学院附属第九人民医院,国家口腔疾病临床医学研究中心;7.滨州医学院口腔医学院烟台市口腔医院;8.口颌系统重建与再生全国重点实验室,国家口腔疾病临床医学研究中心,陕西省口腔医学重点实验室,空军军医大学第三附属医院;9.空军军医大学特色医学中心口腔科;10.广州医科大学附属口腔医院;11.北京大学口腔医学院·口腔医院牙体牙髓科,国家口腔疾病临床医学研究中心,口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室,口腔数字医学北京市重点实验室;12.南开大学口腔医院·天津市口腔医院;13.重庆医科大学附属口腔医院;14.吉林大学口腔医院;15.南京医科大学附属口腔医院;16.首都医科大学附属北京口腔医院;17.中国医科大学口腔医学院,附属口腔医院

口内印模技术是口腔医学临床实践重要技术之一。与传统物理印模技术相比,口内数字印模技术具有高效、舒适、安全、易于掌握、便于交流和储存等优势[1-2],呈现逐步取代传统物理印模的趋势[3]。

目前已投入临床应用的口内数字印模系统(以下简称口扫)种类繁多,规范化的技术培训有利于使用者快速掌握并熟练操作。现有的培训多数为口扫生产或销售企业针对产品本身所提供的碎片化信息,缺乏一定的系统性和理论性,不利于使用者全面理解和应用口内数字印模技术。然而,关于口内数字印模技术临床实践的专家共识较少,临床医师亟需参考相关共识性文件,提高口内数字印模技术临床应用水平。

全国卫生产业企业管理协会数字化口腔产业分会(CSDDI)召集相关专家,总结口内数字印模技术的临床应用范围、基本操作方法、不同临床场景下的操作特点和要点等,旨在为口内数字印模技术的临床应用提供一定的参考。

1 临床应用范围

口内数字印模技术可以用于检查与记录、正畸、修复、引导手术等临床场景,也可在医技、医患交流与沟通中发挥重要的作用。

2 基本操作方法

2.1 准备工作

2.1.1 定期校准 口扫在使用前应按照产品使用说明的要求,定期进行校准,确保所获得口内扫描数据的准确性。部分口扫具有自动校准功能,可以免去人工校准工作。

2.1.2 感染控制 扫描头或者保护罩必须经过感染控制处理才能使用,一般采用高温灭菌法进行消毒。在高温灭菌打包前,可使用卡瓦布擦净扫描头或者保护罩,去除唾液、血液、口红印等污渍。为减少高温灭菌对镜片表面的不利影响,可将洁净的脱脂干纱布折叠成口扫头窗口适宜大小经由扫描头或保护罩内部近镜片侧轻轻塞入。反复多次的高温灭菌,可能会降低口扫的准确度,扫描头或保护罩应当在安全的灭菌次数内使用[4]。部分口扫可以使用一次性无菌保护套,无需对扫描头或保护罩进行灭菌。

2.1.3 设备提前预热 若使用具有自动加热防起雾功能的扫描头,建议提前开启口扫进行预热,应用时即可无需等待、即刻使用。若使用即时吹送冷气防起雾的扫描头则无须预热。

2.1.4 建立订单 大多数口扫需要首先建立比较完善的扫描订单,通常包括扫描日期、患者姓名、病例号、治疗牙位、治疗类型、修复体材料和颜色等信息。提前建立订单并使设备开始预热有助于提高临床工作效率。

2.1.5 环境光的管理 在口扫之前,应当关闭牙椅灯光、无影灯等高强度的外部光源[5];对于阳光过于强烈的诊室,还应适当关闭窗帘。

2.1.6 牙科治疗椅及患者的体位调整 在口扫之前,应了解患者的病史和特殊需求并与其沟通口扫流程。口内扫描的体位要求可能会因具体的扫描设备和操作方法而有所差异,但是需要确保患者能够舒适地保持口扫所需的体位。

2.1.7 口腔内的干燥隔湿 干燥隔湿处理对于顺利完成口扫操作、获得准确的扫描结果非常重要[6]。在扫描过程中,助手应协助操作者牵拉唇颊部组织、阻挡舌体组织等,使用三用枪轻吹牙面保持干燥,必要时用强/弱吸引器吸走唾液。

在配合人员有限的情况下,使用环形开口器能同时起到牵拉口唇和隔湿的效果,这在全口扫描和前牙列扫描时尤为重要。使用棉卷等也能起到一定的隔湿干燥作用。

在制取口内数字印模前嘱患者漱口或取下假牙等。必要时应检查扫描区域的口腔卫生,如果口腔卫生不佳,建议首先去除牙结石、软垢以及色素,避免对口扫准确度产生不利影响。

2.2 扫描过程

2.2.1 扫描顺序 建议按照口扫设备默认的程序分别完成上颌、下颌、咬合扫描。如果上下颌扫描次序错误,大部分口扫软件可以通过调换扫描件工具进行数据调换,不会影响数字印模制取准确性,但会降低工作效率。建议按照厂家提供的策略,有序沿牙列扫描可以提高扫描的效率和准确性。扫描时,建议尽量避免重复扫描,即尽量减少拼接次数,降低对扫描准确度产生不利影响的机会[7]。多数情况下,若没有特殊结构(例如:预备体、扫描杆、矫治器等)则“先整体再细节”;若有特殊结构则可以优先扫描特殊结构,或者“先整体再裁切补扫”完成特殊结构的扫描[8]。

2.2.2 扫描角度 口内数字印模是由成百上千张通过口扫设备在口内获取的图像整合而成。为了减少图像重叠产生畸变,应尽可能保持扫描头与被扫描组织表面平行[9],并保持扫描头平稳均速移动。

2.2.3 扫描距离 口扫头和被扫描组织之间需要保持合适的扫描距离。建议操作者按照产品说明将扫描头与被扫描组织之间的距离保持在最佳扫描距离范围内,通常为5～10 mm。

2.3 口内数字印模的基本要求

牙列及所需的牙龈、软组织表面光滑连续,无数据拼接分层;对颌牙面完整;咬合关系与口内一致;扫描范围满足临床需求。

2.4 数据处理

通过口内扫描采集到的数据仅仅以原始数据形式储存,需经过后处理方可被设计软件读取。数据处理的第一种方式是经简单后处理就直接进入CAD环节,这仅限于将口扫与CAD集成在一起的系统。第二种方式是后处理的数据直接发送至指定技工室,或人工导出为STL或PLY等开放格式并手动发送至技工室。

注:CAD,Computer Aided Design,计算机辅助设计。STL,Standard Triangle Language,一种描述三维物体的表面几何形状的计算机文件,没有颜色、材质贴图属性。PLY,Polygon File Format,一种多边形文件格式,通常用于描述三维多边形网格和面片表示的模型,文件信息包含定点的坐标、法向量、颜色等。

3 不同临床场景下的操作方案

3.1 检查与记录

口内数字印模技术是一种舒适、便捷、无创的检查与记录手段,可用于治疗前记录、医患沟通、复杂方案的设计等,也可以应用口内扫描数据进行相关数据的测量和分析,此类应用一般没有预备体、扫描杆、矫治器等特殊结构。

图1 一般记录时扫描顺序

3.2 正畸诊疗

口内数字化印模技术在正畸诊疗中的应用日益广泛,应用数字化扫描设备获取患者口腔的准确模型,可以应用于错畸形的诊断和治疗计划的确定,各类固定或活动正畸装置的设计和制造以及唇侧或舌侧矫治器和附件等的间接粘接等[12-13]。该技术不仅可以提高正畸诊断及治疗的准确性和效率,也可以提高患者的治疗舒适度[14]。

口内正畸数字印模依据扫描目的的不同,其扫描范围及要求也略有不同。一般而言,正畸医师需采集患者全口牙列完整数据及牙尖交错位咬合关系用于诊断和治疗计划的确定。若患者存在多个有临床意义的颌位,则需将所有颌位的咬合关系全部记录。当拟应用数字印模设计和制作个性化唇舌侧固定矫治器或无托槽隐形矫治器时,还需要采集牙齿外形、颊、舌三面至龈缘的外形数据;当拟设计和制作活动矫治器或功能矫治器时,矫治器可能涉及的硬腭及颊舌侧软组织轮廓也需同时扫描记录。

口内正畸数字印模扫描前需清洁患者牙面,必要时可建议患者洁牙后再行取模。记录咬合关系时,叮嘱患者正常咬合,不必咬合过紧;扫描过程中需避免咬合变动;扫描头侧身进入口内,用扫描头外侧推开颊侧软组织,扫描头镜片侧对准咬合位置后,再点击机身按钮进行扫描。扫描初步完成后,重点补扫最后一颗磨牙远中端和开放性龈楔状隙(黑三角)处。

3.3 修复治疗

口内数字印模被广泛用于各类修复治疗,最常见的应用是不超过五单位的天然牙修复[15]以及不超过两颗种植体的种植修复[16],也可用于可摘局部义齿、全口义齿、赝复体的初印模制取[17]。

修复治疗的口内数字印模除了前述基本要求外,更强调预备体、扫描杆、邻牙等表面的完成度与清晰度。不同修复方式对扫描范围要求有所不同:前牙修复要求除了包含邻牙以外,还需包含要整个前牙区作为美学参考;后牙修复需要包含预备体/扫描杆及近远中邻牙;种植修复以及涉及牙龈形态调整的天然牙修复,需要包含相应牙位的牙龈/软组织信息。

3.3.1 天然牙修复

3.3.1.1 排龈 为获得良好的边缘适合性,印模中的预备体完成线/完成区域必须清晰准确。当水平型牙体预备的完成线为齐龈或龈下边缘时,建议使用机械性或机械化学性排龈技术(排龈线、排龈膏等)来实现完成线与牙龈的物理分离,可以采用留置深部排龈线的方式制取数字印模[18];当垂直型牙体预备的完成区域位于龈下时,在使用排龈技术的基础上,建议应用氯化铝止血剂等进行化学止血以充分暴露龈沟底并获得清洁干燥的视野,不建议留置排龈线制取数字印模。

3.3.1.2 扫描顺序 对于存在单基牙或少量基牙的工作颌牙列的扫描,常规建议在做好口内准备后,首先重点、快速扫描清楚工作区域,减少体液润湿对工作区域的影响[19],再向近远中邻牙扩展至合适区域(图2)。

图2 单基牙工作颌牙列的扫描顺序

对于多基牙的工作颌牙列扫描,可以在整体扫描后裁切去除完成线/完成区域,确保清洁干燥条件下再补扫完成线/完成区域[20]。

3.3.1.3 咬合关系的复制 在全口咬合重建修复时,常需要复制mock-up或者临时修复体所确定的咬合关系。在保留稳定的咬合关系前提下,可以通过交叉扫描的方式进行复制:完成部分牙齿的牙体预备或者取下部分临时修复体后进行扫描、锁定,再进行另一部分牙齿的预备、扫描,最终通过多组数据匹配,完成咬合关系的复制[21]。

3.3.2 种植修复 种植修复的数字化印模扫描准确性随着牙位增加而降低,目前常用于不超过连续两个种植体的数字化印模;对于连续3 个种植体以上的种植修复,口内扫描的准确度相对有限。对于无牙颌的种植修复而言,采用常规口内扫描进行模型制取已无法满足准确度要求[22-23],需要配合口外扫描[24],从而增加数字化印模的准确性。种植修复的扫描操作方法与天然牙修复类似,需要特别注意扫描顺序、扫描杆选择、美学区穿龈轮廓复制等问题。

3.3.2.1 扫描顺序 种植扫描的顺序一般按照完整牙列、穿龈袖口、扫描杆、咬合关系的顺序来进行,其中咬合关系扫描也可以提前至扫描完成后。如果在口内存在多个种植体,但只有一个扫描杆时,也可以利用口扫设备的“锁定”功能锁定扫描杆后,再取下扫描杆安装于第二个种植体处继续之前的步骤扫描。

3.3.2.2 扫描杆的选择 扫描杆与种植体的紧密贴合是种植取模准确性的重要保证,扫描杆的材料、形状、表面性质、连接和重复使用频率等因素均与种植取模的准确性密切相关,一般推荐使用种植系统对应的原厂扫描杆。

在选择扫描杆时,需要根据不同的种植体系统、型号及修复方案选择所对应的扫描杆。扫描杆的形态通常分为3个组成部分:最冠方的扫描识别区域,中间主体部分以及根方的连接部分。其中扫描识别区域用于记录种植体的方向和角度,常常设计为不对称形貌利于识别。可识别区域的材料有聚醚醚酮、钛合金,铝合金及各种树脂材料[25]。不同的材料的加工准确度和耐磨性各不相同。在选择扫描杆时,应该注意扫描杆是否有磨损,避免对种植体位置和轴向的高准确度转移造成影响[26]。

3.3.2.3 美学区穿龈轮廓的复制 取下愈合基台后种植体周围的软组织会在短时间内发生回缩,影响穿龈轮廓的准确复制,因此扫描穿龈轮廓应快速完成[28]。在一些品牌的口扫设备中可以利用表面锁定的功能锁定穿龈袖口,即首先选择种植体牙位后,利用软件中的“修整”功能擦除愈合基台数据,取下愈合基台后迅速完成袖口扫描,同时利用软件中的“锁定”功能锁定扫描后的软组织形态,防止后续重复扫描该区域造成的图像覆盖。

如果已经利用临时修复体对软组织进行了塑形,则可以先整体扫描牙列及咬合,取下临时修复体后单独扫描临时修复体特别是穿龈部分的形貌,再置入扫描杆后确定种植体的位置。将4 组扫描数据重叠,达到更加准确复制穿龈轮廓的目的。

3.4 引导手术

口内数字印模数据与CBCT数据准确匹配后可以应用于数字化导板引导的种植体植入手术及其他各类引导外科手术中[30],例如数字化钛网、数字化取骨及植骨等骨增量手术、上颌窦侧壁开窗手术、根尖外科手术等;也可以与术后的CBCT进行拟合,从而分析种植体植入准确度。

口内扫描用于制作导板或者外科导板时,需要采集的数据包括上下颌牙列及咬合信息。扫描范围需要根据未来手术范围、导板需要覆盖的面积确定,通常需要在牙列的基础上进一步扩大[31]。对于混合支持式的导板,如果导板需要固位钉进行稳定和支持,口扫时上下颌的颊侧均需扫描至黏膜转折处,上颌需要包括颚穹隆至颤动线,为设计导板固位钉留有余地。对于需要制作放射导板的病例,注意粘膜支持式导板制作过程中粘膜的可让性对导板准确度的影响。在匹配口扫数据及CBCT时,需要了解松动牙位,否则在与CBCT匹配时可能造成一定的误差;对于佩戴金属材质的正畸矫治器的患者或者有金属修复体、氧化锆修复体的牙列应考虑放射伪影对CBCT融合准确度的影响[32]。

4 口内数字印模目前存在的局限性

4.1 无法制取功能性印模

目前的口内数字印模是光学仪器通过非接触方式制取,无法选择性施加压力,也无法进行边缘整塑。

4.2 润湿表面扫描困难

液体表面的反光性会影响扫描,当待扫描的软硬组织被唾液、龈沟液、血液等液体覆盖时,口扫获取湿润表面形态的能力会下降,甚至不能正常扫描。

4.3 窄而深的部位扫描能力有限

受取像元件焦距、景深的限制,较深的位置不容易被扫描;狭窄的空间由于光照强度低而不易被取像元件识别。因此,口扫对于窄而深的部位,如个性化桩道和个别相邻后牙邻面较深的龈下边缘,扫描能力有限。

4.4 黏膜扫描准确性低

光滑的黏膜缺乏特征点,增加了不同视场数据拼接的难度,跨越较大范围黏膜扫描的误差较大,限制了口内数字印模在全口义齿修复和全口种植桥架修复种植体定位中的应用。虽然已有一些研究表明无牙颌口扫的可能性[33-34],其准确度与传统印模在统计上和临床上均没有显著差异,可以整合到全口义齿修复和全口种植修复的数字化工作流程中,但仍需进一步的大样本的临床研究观察证据。