三種口內數字化掃描系統對全瓷冠邊緣適合性影響的研究

占莉琳 曾利偉 李霄夏 袁少艷 譚艷玲

[關鍵詞]口內掃描儀;數字化印模;全瓷冠;邊緣適合性;計算機輔助設計與制作

數字化印模是計算機義齒輔助設計與制作（Computeraided design/Computer aided manufacture，CAD/CAM）獲取口腔組織形態數據的方式，掃描生成的數字化模型是CAD/CAM的基礎。隨著計算機技術的發展，數字印模系統不斷更新換代，多種形式、品牌及技術平臺支持的口腔數字印模產品不斷涌現，數字化印模已在臨床修復領域得到廣泛應用。數字化印模技術中最關鍵的是掃描準確性，研究表明，由于口內數字化印模技術是通過光學掃描技術進行印模制取，不同掃描系統之間存在差距，影響數字化印模的準確度[1-2]。

印模的精確度直接影響修復體邊緣的適合性，良好的邊緣適合性是評價修復效果的重要指標[3]。本研究通過體外實驗比較三種不同品牌口內數字化掃描系統對全瓷冠邊緣適合性的影響，尋求精度更高的口掃系統和路徑以提高效率，實現口腔基牙形態的精確重現，以增加制作的全瓷冠的邊緣精度，為臨床實際工作提供依據。

1 材料和方法

1.1 主要實驗設備和材料：CEREC AC Omnicam口內掃描儀（Dentsply Sirona，美國）;3Shape TRIOS口內掃描儀（3Shape，丹麥）;Planmeca PlanScan口內掃描儀（Planmeca，芬蘭）;SZ61體視顯微鏡（ACI mage軟件，Olympus公司，日本）;3M加成型硅橡膠：3M ESPEExpressTM XT（3M公司，美國）;VITA可切削玻璃陶瓷（VITA公司，德國）;CEREC MC X研磨機（DentsplySirona，美國）;Roland DWX-4W 切削儀（ Roland 公司，日本）。相關技術指標見表1。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣本制備：數控車床制備PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材質下頜第一磨牙標準模擬全冠預備體模型16個。規格：高5.0mm，牙合面直徑5.0mm，聚合度10°，頸部肩臺為直角肩臺，肩臺寬度1.0mm，軸面制作固位溝。

1.2.2 實驗分組：根據不同口內數字化掃描系統分為CEREC AC掃描組、3Shape TRIOS掃描組、Planmeca PlanScan掃描組。

1.2.3 實驗步驟

1.2.3.1 制取數字化印模：將16個代型按隨機抽樣原則依次用超硬石膏等距固位于2個個別托盤中，就位道一致;分別采用CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca PlanScan三種掃描系統掃描16個全冠預備體，獲取圖像清晰、顯示完整牙預備體形態、邊緣清楚、無陰影和缺損的圖像，制取數字化印模。

1.2.3.2 CAD/CAM制作全瓷冠：將所得數據分別使用修復設計軟件畫肩臺邊緣線，按下頜第一磨牙外形標準統一設計全瓷冠的外形，計算機輔助制作切削儀將設計好的冠采用可切削玻璃陶瓷切割成型，制作完成48個全瓷冠。

1.2.4.3 試戴修復體：將48個全瓷冠在個別托盤代型上進行試戴。

1.2.4.4 硅橡膠復制全冠邊緣間隙：使用輕體硅橡膠和重體硅橡膠，采用硅橡膠印模法[4]復制得到全瓷冠間隙的硅橡膠模型。

1.2.4.5 邊緣間隙的測量：每個硅橡膠模型沿近遠中、頰舌向剖開，每個剖面肩臺等距選擇25個測量點，在45倍體視顯微鏡下完成測量，每個剖面測量3次取平均值，記錄測量結果。

1.2.4.6 評價標準：評價邊緣間隙值>120μm為臨床不能接受，評價邊緣間隙值≤120μm為臨床可接受。

1.3 統計學分析：使用 SPSS 22.0 統計軟件對實驗數據采用單因素方差分析，P <0.05為差異有統計學意義。

2 結果

三組不同掃描系統的的全瓷冠邊緣間隙結果，見表2。本實驗條件下三組全瓷冠的平均邊緣間隙值從小到大依次為CEREC AC掃描組、3Shape TRIOS掃描組、PlanmecaPlanscan掃描組。結果顯示：三組全瓷冠的邊緣間隙的測量結果之間比較，差異有統計學意義（P <0.05），CERECAC掃描組與3Shape TRIOS掃描組、Planmeca Planscan掃描組差異有統計學意義（P <0.05），3Shape TRIOS掃描組與Planmeca Planscan掃描組差異無統計學意義（P >0.05），但均在臨床可接受的范圍內（<100μm）。

3 討論

3.1 實驗方法及掃描精度評價方法的選擇

3.1.1 實驗方法的選擇：數字印模的精確度與設備、操作技術及患者配合有關。口內掃描易受口內軟硬組織結構的復雜性、濕潤環境、患者的張口度、頭部移動以及操作者與掃描元件設備等因素的影響。本研究選擇體外實驗，采用口內掃描儀直接掃描體外試件模擬口內掃描法，未受操作空間、患者配合及口腔環境等方面的影響和干擾，減少了因操作因素、患者因素和人為誤差的可能性，能更加真實準確地評價掃描系統的精確度。臨床應用中需克服操作技術與患者配合等影響數字印模精確度的因素。本研究的實驗樣本為下頜第一磨牙標準模擬全冠預備體模型，全冠預備體需要有一定的軸面聚合度，理想的軸面聚合度為4°～10°，若聚合度過小，則口內掃描無法獲得足夠的軸面數據[5]。為獲得足夠的掃描數據和便于模擬粘接，本實驗標準模型的軸面聚合度設計為10°，減少因聚合度的大小對實驗的影響。

3.1.2 口內掃描儀精度評價方法的選擇：目前對數字化掃描儀精度評價的研究方法主要有[6]：通過測量最終修復體的內部及邊緣適合性來間接評價數字化印模的精度;使用逆向工程軟件擬合掃描圖像數據直接評價;采用電子游標卡尺及測量軟件兩點測距線性測量直接評價等。陳思涵等[7]通過專業逆向工程軟件Geomagic studio 12處理進行數據擬合評價分析不同品牌口內掃描儀的準確性均能達到臨床要求。對臨床來說最重要的是口內掃描系統制作的修復體有比較理想的邊緣適應性，本實驗選擇制作全冠，采用硅橡膠復制全冠間隙評價修復體的邊緣適合性間接評價三種口內掃描儀的精度，能很好地模擬臨床直觀地反映修復效果。

評價固定修復體邊緣適合性的方法主要有定性和定量法，定量法包括顯微鏡、印模、片切、Micro-CT技術法等[8]。硅橡膠印模技術法經研究證明是測量邊緣間隙的一種可靠有效的方法[9]，相對操作簡便、不破壞模型、可重復測量、不需要特殊工具等被廣泛應用[8]。對于全冠邊緣間隙，美國牙科協會ADA規定，理想的修復體邊緣與牙預備體的密合度為25～40μm[10]。有研究表明[11]，臨床邊緣間隙應小于100μm，目前文獻中應用較多的標準是McLean等[12]的觀點，認為邊緣間隙最大臨床接受范圍為120μm，本實驗評價邊緣間隙值大于120μm為臨床不能接受，小于等于120μm為臨床可接受。

3.2 掃描路徑與掃描時間：與口外模型掃描儀的靜態掃描不同，口內掃描儀為動態掃描，每次掃描時，坐標系的改變在一定程度上影響圖像間的融合重建，易出現掃描缺損區，需要反復掃描。在重復進行口內掃描時很難保證掃描儀的位置始終不變，掃描的圖像在三維重建時就可能會產生差異。數據拼接次數越多，數據精度越低[13]，因此，口內數字化印模技術有著特定的技術要求，掃描順序、掃描范圍、掃描步驟及掃描時間均影響所獲取的圖像質量，從而影響印模的準確性。有研究顯示[14-15]，多次掃描的順序和移動軌跡存在的差別會導致偏差。關于掃描時間，有學者建議，全牙列掃描時間一般控制在3～5min，反復掃描可影響圖像質量，過長時間的掃描可使操作者和患者產生疲勞，反而影響掃描的準確性[5]。

本實驗將16個試件依次用超硬石膏等距固位于2個個別托盤中，沿牙弓排列，掃描采用結構式掃描方式，遵循分區域掃描、次序掃描、疊加掃描的原則，每個試件均按照舌側/腭側、咬合面、頰側/唇側的路徑進行分區域依次疊加掃描，每個牙位掃描時間控制在30s之內。能夠避免掃描數據過大，以減少圖像擬合重建運算次數，同時又保證所獲取圖像的穩定連續，從而獲得穩定、準確的數字化印模，本實驗所有掃描均由同一操作者按相同掃描路徑操作完成。

3.3 三種掃描系統性能特點比較：不同掃描系統的掃描原理主要包括：共聚焦顯微成像技術、主動或被動三角測量技術、主動波陣面采樣、光學相干斷層掃描技術、干涉及相移測量技術等[13，16]。CEREC AC掃描系統運用三角測量技術，采用連續彩色攝像獲得數據拼接成完整的立體三維圖形;3Shape TRIOS運用超快光學切割技術和共焦顯微成像技術，采用真彩連續照相實時創建三維數字印模;Planmeca Planscan系統運用光學相干斷層掃描技術，采用連續攝像獲得三維數字印模。

Patzelt等[17]比較iTero，CEREC AC Bluecam， LavaC.O.S.，Zfx Intrascan四個品牌口內掃描儀掃描獲得的數字化牙列模型比較發現不同的掃描儀之間的精確性存在差異，本實驗三個品牌CE R E C A C、3 S h a p e T R I O S、Planmeca Planscan中TRIOS在掃描效率和速度上較優于其他系統，CEREC AC掃描組在三組邊緣間隙值中最小，顯示不同的掃描儀之間的精確性存在差異。但是基于三種掃描系統獲取數字印模制作完成全瓷冠的邊緣間隙值均在臨床可接受的范圍內，準確性均能達到臨床要求。

3.4 不同CAD系統的誤差分析

3.4.1 系統匹配：獲取數字化印模的最終目的是制作完成修復體滿足臨床需求。CEREC AC采集的信息由專用數據格式或配套軟件轉換，其終端需為Sirona支持的CERECMC和CEREC In-Lab等設備，屬于封閉系統，目前已有開放系統投入使用[16]。本研究中CEREC AC組選用Sirona配套的CEREC MC X研磨機，可與CEREC軟件實現優化協同，且步進加工精度可達±6.25μm。本實驗條件下CEREC AC掃描組與3Shape TRIOS掃描組、Planmeca Planscan掃描組差異有統計學意義，可能與系統匹配有關。封閉系統雖然無法獲取開放數據并兼容通用CAD系統進行修復體的制作，但采用配套軟件與加工設備，可能減少或修正數據傳輸及加工單元磨合過程中的誤差，從而獲得更好的精度。

3 . 4 . 2 非系統匹配： 3 S h a p e T R I O S 、P l a n m e c aPlanscan掃描系統屬于開放式系統，采集的信息以開放式的STL數據格式傳遞，其通過掃描獲取的數字化文件可以使用任何C A D / C A M系統來進行最終修復體的制作，Planmeca Planscan同時也有配套的 CAD 系統。本實驗中3Shape掃描組與Planmeca Planscan掃描組均使用兼容的Roland DWX-4W 切削儀完成全瓷冠的制作。使用兼容的CAD系統提高了制作過程的靈活性和適應范圍，然而不同的掃描系統有其各自的屬性，且修復體適合性誤差不僅來源于掃描儀，還有研磨儀，數據傳輸及修復體設計制作過程中都有可能因系統不匹配對研究結果產生一定的影響。

CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca Planscan三種口內數字化掃描系統準確性均能滿足臨床修復體制作要求，全瓷冠的邊緣適合性均在臨床可接受范圍之內，CEREC AC組的修復效果最優。口腔數字化印模提高了臨床治療的時效性和精確性，使口腔數字化診療體系的全面構建成為可能，同時在臨床使用中尚需要注意設備間的優化組合與技術條件的匹配等因素，以提高修復精度，取得更好的工作效率和臨床效果。