不同牙位及髓腔固位型深度影响髓超嵌体口内数字印模精度的体外分析

甘红琴，孙舒雨，田瑞雪，刘芳，李建成，谢小飞

蚌埠医学院第一附属医院口腔科，安徽 蚌埠233000

1999年，Bindl和Mormann首次提出髓超嵌体的概念［1］，描述为保留髓腔为固位体的整体冠修复体，适用于根管治疗后修复牙体缺损。与传统桩核冠修复相比，髓超嵌体不需要进行桩道预备，不会削弱根管壁强度，临床操作步骤简单，其将边缘设计位于龈上不但保留了更多牙体组织，且有益于保护牙周组织不受影响［2］。随着粘接技术的迅速发展，以及高强度可酸蚀陶瓷材料的研发和临床应用，对髓超嵌体的应用逐渐广泛并受到了大量修复医师的关注。

随着口腔修复CAD/CAM技术的发展，使用数字工作流程制作间接修复体的比例大大增加［3］。但无论是传统的方法还是数字化新方法，都致力于防止操作过程中每个步骤中出现的误差，并尽最大努力减少误差的累积。数字印模的准确性通常通过最终修复体的边缘和/或内部适合性来评估，然而，评估修复体的适合性并不能揭示口内数字印模本身的性能，因为误差可能发生在后续的步骤中，包括虚拟模型处理、修复设计、修复体制作等［4］。本研究所采取的3D模型对比方法可以对数字印模本身的准确性进行评估。且不同于其他大部分研究采用不同种类、不同品牌的模型扫描仪进行精度对比［5-7］，本研究使用显微CT获取参考模型，取得的模型精度更高，更具参考价值。目前尚未有学者对髓超嵌体数字印模准确性进行直接研究，髓腔固位是髓超嵌体最主要的特点，髓腔固位型在数字化印模中的准确性对最后的修复效果有着决定性作用，本研究旨在通过不同牙位及不同深度的髓腔固位型两方面评估髓超嵌体数字印模的准确性，为临床实际应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 样本获取方法

选取右上颌第1磨牙（16）和右下颌第1磨牙（46）的解剖牙树脂模型各4颗，分别在模型牙上制备髓超嵌体预备体。相关制备原则：牙合面均匀磨除1.5～2 mm，范围覆盖整个牙合面，每个轴壁至少保留2 mm厚度，按照髓室形态预备出髓超嵌体洞形，边缘采用平面对接式。髓腔固位型深度分别为2、3、4、5 mm，外展2°～5°，形态清晰且连续。使用1 mm间距刻度的牙周探针以牙合面最低点为标志测量髓腔固位型深度。

本项实验为减小上下颌磨牙髓腔形态差异导致的误差，测量模型牙的颊舌向及近远中向长度后，决定将髓腔固位形均制备成直径近4 mm的圆形，方法为使用圆规在模型牙牙合面画出直径为4 mm的圆形后进行制备，制备完成后分3 d使用游标卡尺测量每颗模型牙近牙合面1 mm直径共3次，8颗模型牙3次测量数据取平均值分别为4.02、4.01、4.02、3.99、3.98、4.01、3.99、4.02 mm，差异无统计学意义（P＞0.05）。

图1 髓超嵌体预备前后对比图Fig.1 Comparison of pre-and post-preparation results of intramedullary hyperinlay.A-C: View of the occlusal,adjacent and buccal surfaces before tooth preparation;D-F:View of the occlusal,adjacent and buccal surfaces after tooth preparation.

1.2 图像、模型获取方法

将预备后8 颗树脂牙使用显微CT（ZEISS METROTOM 1500，德国，分辨率5µm）获得八组数据，树脂牙固定在载物台，正中矢状面与地平面垂直，扫描参数：电压120 kV，电流130µA 分辨率5µm，整合时间：380 ms，树脂牙均采用统一的扫描条件，获得的影像学数据保存为DICOM格式。将预备后影像学数据导入计算机，通过Mimics 2021软件（Materialise）表面重建方法进行三维重建，首先进行二维图象的阈值分割和编辑，然后是三维标识和重建、Calculate 3D生成完整牙齿模型导出为STL格式，为参考模型。

再将预备后树脂牙用螺钉固定到标准仿头模牙列上，上下颌中切牙间开口保持在人类平均开口度3.75 cm（图2）。以模拟真实临床条件，操作者位于头模的右侧，使用口腔扫描仪（3shape trios3，丹麦，分辨率6.9µm）扫描相应区域，包括预备牙和相邻牙。扫描仪从咬合面的远中相邻牙齿开始，向近中方向在预备好的模型牙上移动，获得模型牙的远中面、咬合面及髓腔固位形、近中面数字模型，接下来，扫描颊面和舌面，获得完整预备牙数字模型。导出为STL格式，为实验模型。

图2 在口内扫描过程中，具有3.75 cm开口度的仿头模Fig.2 A dental phantom head with interincisal opening of 3.75 cm during intraoral scanning.

1.3 模型对比方法

使用3D 分析软件Gomagic Wrap 2017（Raindrop Gomagic）对数字模型进行对比。分别导入数字模型经过修剪，仅保留了16或46的牙冠部分，后保存。再将需进行对比的模型同时导入，使用函数“3点对齐”进行初始对齐，然后使用函数“局部最佳拟合”进行精细对齐，以便将扫描数据集设置在同一位置。在预备牙的近中面、远中面和牙龈面上创建了3个标称平面。通过标称平面删除不相关区域，仅留下预备牙的牙冠部分，并获得相同的感兴趣区域。最后进行偏差分析，偏差分布彩图可显示两个数字化模型间的三维差异分布与幅度，并获得相关偏差数值。

1.4 三维数据分析方法

根据ISO（国际标准化组织）5725-1的定义，以真实度和精确度评估数字模型的准确性［8］。真实度定义为实验模型与参考模型之间的一致性接近度，而精确度定义为在相同条件下获得的不同扫描模型之间的一致性接近度。使用最佳拟合对齐法将预对齐和修剪的数字模型叠加到相应的参考模型上，以评估每个实验模型（n=10）的真实度。通过将各试验组（n=45）中的每次扫描叠加到另一次扫描上来评估精确度。使用平均绝对偏差（平均偏差）量化扫描数据集之间的3D差异［9,10］。较低的平均偏差表示较高的真实度或精确度。此外，还获得了平均最大正偏差和平均最大负偏差，以观察相对于真实度的局部偏差幅度。

1.5 统计分析方法

数据采用统计程序SPSS Statistic 25进行分析。采用K-S 检验确定数据分布的正态性，采用Levene检验评估方差齐性。采用独立双样本t检验比较16和46所有变量的总体的真实度和准确度。使用LSD进行两两比较。采用单因素方差分析评价每组内4种深度髓腔固位型差异。P＜0.05时认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 真实度平均偏差、平均最大正偏差、平均最大负偏差和精确度平均偏差的总体结果

16号牙的真实度显著高于46号牙（P＜0.05）。16的精确度与46的精确度没有显著差异。两牙齿间16平均最大正偏差和负偏差显著小于46（P＜0.05），而两颗牙齿各自的平均最大正偏差大于平均最大负偏差（P＜0.05，表1）。

表1 牙齿之间的总体比较，以获得真实度的平均偏差、平均最大偏差和精度的平均偏差Tab.1 Comparison between the teeth for mean deviation of truth,mean maximum deviation,and mean deviation of accuracy(μm)

2.2 每个模型牙的髓腔固位形深度分组变量

5 mm 组的真实度显著低于2 mm 组、3 mm 组及4 mm组（P＜0.05）。精确度方面2 mm组显著高于4 mm组及5 mm组（P＜0.05），3 mm组显著高于5 mm组（P＜0.05）。平均最大正偏差和平均最大负偏差在2 mm组显著低于5 mm组（P＜0.05），与其余两组相差较小（表2）。

表2 髓超嵌体髓腔固位形深度真实度参数比较Tab.2 Comparison of retention form depth truth parameters of the medullary cavity of the endocrown(μm)

图3表示为评估关于真实度的偏差模式而创建的颜色编码图。所有组中，大多数偏离发生在近中方向。

3 讨论

有各方面的研究表明，髓腔固位型的深度不同对永久修复体及剩余牙体组织有不同影响。

研究发现深度为2 mm的髓腔固位型显示出更好的扫描准确性［11］。李智等［12］研究显示使用髓腔固位冠进行修复、树脂垫底、髓腔固位深度为2 mm时，修复牙的抗折强度最高，折裂程度和折裂方式与天然牙相似。曾百进等［13］发现髓腔固位洞形深度为3 mm 时髓腔固位冠边缘以及内部适合性均优于深度为2 mm 和4 mm 时。故本研究采用了2、3、4、5 mm髓腔固位型进行实验，以期在数字印模准确性方面为临床选择髓腔固位型深度提供参考。

光线可直接投射是高质量数字印模的第一个先决条件，即使有直接的光线，受限的视角或不利的扫描头方向也可能导致采集的模型出现偏差，为了获得最佳的扫描结果，还需要合适的入射角度［14］。本研究结果显示上颌磨牙髓超嵌体数字印模真实度优于下颌磨牙，在扫描颊侧时，上下颌磨牙均有活动度较大的颊部软组织可提供足够的扫描空间，但在扫描上颌磨牙腭侧时，腭穹窿为扫描头提供了较大空间，而下牙列的牙弓较小，后牙牙体长轴向舌侧倾斜较多与牙列舌侧存在的舌体占据了扫描头的活动空间形成矛盾增加了舌侧的扫描难度［15,16］，这或许从一方面解释了上颌磨牙髓超嵌体数字印模真实度优于下颌磨牙的原因。

本研究的结果表明髓腔固位型深度对髓超嵌体口内数字印模精确度有所影响，且大体趋势为随着深度的增加偏差随之变大。2 mm深度的髓超嵌体髓腔固位型数字印模不论在真实度还是精确度方面均优于其余深度。相对于其余深度，2 mm深度髓腔固位型具有更小的体积、表面积，洞壁更短有利于各个角度的光线直达洞底，便于模型的采集。深度的增加可以增加固位力但相对的也会增加扫描难度，加长的洞壁在扫描时会阻挡部分光线使其难以投射到洞底，尤其是洞底与洞壁的交界处［17］。结合相关研究［11-13］表明2 mm深度的髓腔固位型在扫描准确性、抗折强度等方面优于其余深度，但在冠边缘以及内部适合性方面3 mm深度的髓腔固位型优于2 mm及4 mm深度，可为临床提供参考，在髓腔深度过深时，可采取树脂垫底等方式减小髓腔深度，深度控制在2～3 mm为佳。

本研究结果关于真实度的偏差模式而创建的颜色编码图，所有组中，大多数偏离发生在近中方向，以往研究的结果表明，口内扫描仪放置的相关解剖结构限制、牙齿位置和形态，可影响数字印模［18,19］。有时，为了获得直线照射扫描，扫描光线必须几乎平行于被扫描的近中表面。近中区域的曲率和陡度变化会对数字印模的准确性产生负面影响［20］。

有研究［21］显示牙体预备类型影响数字口内印模的真实性，但不影响准确性。这意味着，即使口内扫描具有良好的再现性，数字模型的测量值也可能与实际口腔的测量值有所差异。换句话说，重复扫描不会弥补数字印模操作步骤中可能出现的偏差。数字模型中的偏差不容易被医师及技师识别，可能导致不理想的修复效果，这可能需要更多的椅旁时间进行调整，或者导致修复工作的后续失败［22-23］。因此，在口腔扫描前，应做好充分准备，尽量避免干扰因素，如避免在可视性受限的情况下进行扫描，和有邻近牙齿时要有意识的扫描的更加全面，以减少对数字化口内印模精度产生的影响［24,24］。根据McLean 的研究［26］最大临床可接受边际差异为120µm。在我们的研究中，从4.11µm到6.98µm的平均真实度值均明显小于120µm，表明使用数字口内印模技术的有效性。

在本研究中，是熟练的修复医师进行了牙体预备，而非直接3D打印预备体，最大可能的保证对临床工作的重现，保证了指导临床的意义。我们在标准仿头模型上采集了口内数字印模，旨在尽可能模拟临床条件。口内数字印模最显著的特征之一是扫描数据采集是在实际临床情况下在口腔内完成的。然而，很大一部分关于口腔内扫描的研究是在自由空间条件下进行的，即扫描时将模型握在手中，这样可以在放置扫描头时获得更大的自由度［27］。相对口腔环境更大的自由度确保了直接的视线和有利的入射角，这可能会影响扫描质量［28］。一项体内研究发现，在使用相同的口内扫描仪下，口外扫描的精度高于口内扫描［29］。比较口内扫描仪和实验室扫描仪的研究表明，实验室扫描仪比口内扫描仪产生更精确的结果［30］。实验室扫描仪的卓越精度可归因于有利于直射光线的条件。因此，扫描条件会影响数字印模的研究结果。

本研究的参考模型创新性的使用高分辨率的显微CT获取，相对于一些研究使用不同品牌、系统的口内扫描仪进行对比实验，其制约因素大致是相同的。而显微CT在在分辨率方面高于口内扫描仪，且显微CT扫描过程均在口外完成，进一步保证了获取的数字模型的准确性。

本研究的不足是仅使用了一个口内扫描系统与显微CT进行对比实验，还需要更多研究以充分理解各种口内扫描系统在获取髓超嵌体数字印模时的特点。

牙齿位置对髓超嵌体口内数字印模真实度存在影响，总体结果显示，16的真实度高于46，而牙齿间的精确度相近。髓腔固位型深度对髓超嵌体口内数字印模精确度有所影响，且大体趋势为随着深度的增加偏差随之变大，但深度在5 mm时与其余深度不论在真实度还是精确度均有较显著的差异。髓超嵌体数字印模的总体准确性在临床上是可接受的。