三种口内数字化扫描系统对全瓷冠边缘适合性影响的研究

占莉琳 曾利伟 李霄夏 袁少艳 谭艳玲

[关键词]口内扫描仪;数字化印模;全瓷冠;边缘适合性;计算机辅助设计与制作

数字化印模是计算机义齿辅助设计与制作（Computeraided design/Computer aided manufacture，CAD/CAM）获取口腔组织形态数据的方式，扫描生成的数字化模型是CAD/CAM的基礎。随着计算机技术的发展，数字印模系统不断更新换代，多种形式、品牌及技术平台支持的口腔数字印模产品不断涌现，数字化印模已在临床修复领域得到广泛应用。数字化印模技术中最关键的是扫描准确性，研究表明，由于口内数字化印模技术是通过光学扫描技术进行印模制取，不同扫描系统之间存在差距，影响数字化印模的准确度[1-2]。

印模的精确度直接影响修复体边缘的适合性，良好的边缘适合性是评价修复效果的重要指标[3]。本研究通过体外实验比较三种不同品牌口内数字化扫描系统对全瓷冠边缘适合性的影响，寻求精度更高的口扫系统和路径以提高效率，实现口腔基牙形态的精确重现，以增加制作的全瓷冠的边缘精度，为临床实际工作提供依据。

1 材料和方法

1.1 主要实验设备和材料：CEREC AC Omnicam口内扫描仪（Dentsply Sirona，美国）;3Shape TRIOS口内扫描仪（3Shape，丹麦）;Planmeca PlanScan口内扫描仪（Planmeca，芬兰）;SZ61体视显微镜（ACI mage软件，Olympus公司，日本）;3M加成型硅橡胶：3M ESPEExpressTM XT（3M公司，美国）;VITA可切削玻璃陶瓷（VITA公司，德国）;CEREC MC X研磨机（DentsplySirona，美国）;Roland DWX-4W 切削仪（ Roland 公司，日本）。相关技术指标见表1。

1.2 实验方法

1.2.1 样本制备：数控车床制备PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）材质下颌第一磨牙标准模拟全冠预备体模型16个。规格：高5.0mm，牙合面直径5.0mm，聚合度10°，颈部肩台为直角肩台，肩台宽度1.0mm，轴面制作固位沟。

1.2.2 实验分组：根据不同口内数字化扫描系统分为CEREC AC扫描组、3Shape TRIOS扫描组、Planmeca PlanScan扫描组。

1.2.3 实验步骤

1.2.3.1 制取数字化印模：将16个代型按随机抽样原则依次用超硬石膏等距固位于2个个别托盘中，就位道一致;分别采用CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca PlanScan三种扫描系统扫描16个全冠预备体，获取图像清晰、显示完整牙预备体形态、边缘清楚、无阴影和缺损的图像，制取数字化印模。

1.2.3.2 CAD/CAM制作全瓷冠：将所得数据分别使用修复设计软件画肩台边缘线，按下颌第一磨牙外形标准统一设计全瓷冠的外形，计算机辅助制作切削仪将设计好的冠采用可切削玻璃陶瓷切割成型，制作完成48个全瓷冠。

1.2.4.3 试戴修复体：将48个全瓷冠在个别托盘代型上进行试戴。

1.2.4.4 硅橡胶复制全冠边缘间隙：使用轻体硅橡胶和重体硅橡胶，采用硅橡胶印模法[4]复制得到全瓷冠间隙的硅橡胶模型。

1.2.4.5 边缘间隙的测量：每个硅橡胶模型沿近远中、颊舌向剖开，每个剖面肩台等距选择25个测量点，在45倍体视显微镜下完成测量，每个剖面测量3次取平均值，记录测量结果。

1.2.4.6 评价标准：评价边缘间隙值>120μm为临床不能接受，评价边缘间隙值≤120μm为临床可接受。

1.3 统计学分析：使用 SPSS 22.0 统计软件对实验数据采用单因素方差分析，P <0.05为差异有统计学意义。

2 结果

三组不同扫描系统的的全瓷冠边缘间隙结果，见表2。本实验条件下三组全瓷冠的平均边缘间隙值从小到大依次为CEREC AC扫描组、3Shape TRIOS扫描组、PlanmecaPlanscan扫描组。结果显示：三组全瓷冠的边缘间隙的测量结果之间比较，差异有统计学意义（P <0.05），CERECAC扫描组与3Shape TRIOS扫描组、Planmeca Planscan扫描组差异有统计学意义（P <0.05），3Shape TRIOS扫描组与Planmeca Planscan扫描组差异无统计学意义（P >0.05），但均在临床可接受的范围内（<100μm）。

3 讨论

3.1 实验方法及扫描精度评价方法的选择

3.1.1 实验方法的选择：数字印模的精确度与设备、操作技术及患者配合有关。口内扫描易受口内软硬组织结构的复杂性、湿润环境、患者的张口度、头部移动以及操作者与扫描元件设备等因素的影响。本研究选择体外实验，采用口内扫描仪直接扫描体外试件模拟口内扫描法，未受操作空间、患者配合及口腔环境等方面的影响和干扰，减少了因操作因素、患者因素和人为误差的可能性，能更加真实准确地评价扫描系统的精确度。临床应用中需克服操作技术与患者配合等影响数字印模精确度的因素。本研究的实验样本为下颌第一磨牙标准模拟全冠预备体模型，全冠预备体需要有一定的轴面聚合度，理想的轴面聚合度为4°～10°，若聚合度过小，则口内扫描无法获得足够的轴面数据[5]。为获得足够的扫描数据和便于模拟粘接，本实验标准模型的轴面聚合度设计为10°，减少因聚合度的大小对实验的影响。

3.1.2 口内扫描仪精度评价方法的选择：目前对数字化扫描仪精度评价的研究方法主要有[6]：通过测量最终修复体的内部及边缘适合性来间接评价数字化印模的精度;使用逆向工程软件拟合扫描图像数据直接评价;采用电子游标卡尺及测量软件两点测距线性测量直接评价等。陈思涵等[7]通过专业逆向工程软件Geomagic studio 12处理进行数据拟合评价分析不同品牌口内扫描仪的准确性均能达到临床要求。对临床来说最重要的是口内扫描系统制作的修复体有比较理想的边缘适应性，本实验选择制作全冠，采用硅橡胶复制全冠间隙评价修复体的边缘适合性间接评价三种口内扫描仪的精度，能很好地模拟临床直观地反映修复效果。

评价固定修复体边缘适合性的方法主要有定性和定量法，定量法包括显微镜、印模、片切、Micro-CT技术法等[8]。硅橡胶印模技术法经研究证明是测量边缘间隙的一种可靠有效的方法[9]，相对操作简便、不破坏模型、可重复测量、不需要特殊工具等被广泛应用[8]。对于全冠边缘间隙，美国牙科协会ADA规定，理想的修复体边缘与牙预备体的密合度为25～40μm[10]。有研究表明[11]，临床边缘间隙应小于100μm，目前文献中应用较多的标准是McLean等[12]的观点，认为边缘间隙最大临床接受范围为120μm，本实验评价边缘间隙值大于120μm为临床不能接受，小于等于120μm为临床可接受。

3.2 扫描路径与扫描时间：与口外模型扫描仪的静态扫描不同，口内扫描仪为动态扫描，每次扫描时，坐标系的改变在一定程度上影响图像间的融合重建，易出现扫描缺损区，需要反复扫描。在重复进行口内扫描时很难保证扫描仪的位置始终不变，扫描的图像在三维重建时就可能会产生差异。数据拼接次数越多，数据精度越低[13]，因此，口内数字化印模技术有着特定的技术要求，扫描顺序、扫描范围、扫描步骤及扫描时间均影响所获取的图像质量，从而影响印模的准确性。有研究显示[14-15]，多次扫描的顺序和移动轨迹存在的差别会导致偏差。关于扫描时间，有学者建议，全牙列扫描时间一般控制在3～5min，反复扫描可影响图像质量，过长时间的扫描可使操作者和患者产生疲劳，反而影响扫描的准确性[5]。

本实验将16个试件依次用超硬石膏等距固位于2个个别托盘中，沿牙弓排列，扫描采用结构式扫描方式，遵循分区域扫描、次序扫描、叠加扫描的原则，每个试件均按照舌侧/腭侧、咬合面、颊侧/唇侧的路径进行分区域依次叠加扫描，每个牙位扫描时间控制在30s之内。能够避免扫描数据过大，以减少图像拟合重建运算次数，同时又保证所获取图像的稳定连续，从而获得稳定、准确的数字化印模，本实验所有扫描均由同一操作者按相同扫描路径操作完成。

3.3 三种扫描系统性能特点比较：不同扫描系统的扫描原理主要包括：共聚焦显微成像技术、主动或被动三角测量技术、主动波阵面采样、光学相干断层扫描技术、干涉及相移测量技术等[13，16]。CEREC AC扫描系统运用三角测量技术，采用连续彩色摄像获得数据拼接成完整的立体三维图形;3Shape TRIOS运用超快光学切割技术和共焦显微成像技术，采用真彩连续照相实时创建三维数字印模;Planmeca Planscan系统运用光学相干断层扫描技术，采用连续摄像获得三维数字印模。

Patzelt等[17]比较iTero，CEREC AC Bluecam， LavaC.O.S.，Zfx Intrascan四个品牌口内扫描仪扫描获得的数字化牙列模型比较发现不同的扫描仪之间的精确性存在差异，本实验三个品牌CE R E C A C、3 S h a p e T R I O S、Planmeca Planscan中TRIOS在扫描效率和速度上较优于其他系统，CEREC AC扫描组在三组边缘间隙值中最小，显示不同的扫描仪之间的精确性存在差异。但是基于三种扫描系统获取数字印模制作完成全瓷冠的边缘间隙值均在临床可接受的范围内，准确性均能达到临床要求。

3.4 不同CAD系统的误差分析

3.4.1 系统匹配：获取数字化印模的最终目的是制作完成修复体满足临床需求。CEREC AC采集的信息由专用数据格式或配套软件转换，其终端需为Sirona支持的CERECMC和CEREC In-Lab等设备，属于封闭系统，目前已有开放系统投入使用[16]。本研究中CEREC AC组选用Sirona配套的CEREC MC X研磨机，可与CEREC软件实现优化协同，且步进加工精度可达±6.25μm。本实验条件下CEREC AC掃描组与3Shape TRIOS扫描组、Planmeca Planscan扫描组差异有统计学意义，可能与系统匹配有关。封闭系统虽然无法获取开放数据并兼容通用CAD系统进行修复体的制作，但采用配套软件与加工设备，可能减少或修正数据传输及加工单元磨合过程中的误差，从而获得更好的精度。

3 . 4 . 2 非系统匹配： 3 S h a p e T R I O S 、P l a n m e c aPlanscan扫描系统属于开放式系统，采集的信息以开放式的STL数据格式传递，其通过扫描获取的数字化文件可以使用任何C A D / C A M系统来进行最终修复体的制作，Planmeca Planscan同时也有配套的 CAD 系统。本实验中3Shape扫描组与Planmeca Planscan扫描组均使用兼容的Roland DWX-4W 切削仪完成全瓷冠的制作。使用兼容的CAD系统提高了制作过程的灵活性和适应范围，然而不同的扫描系统有其各自的属性，且修复体适合性误差不仅来源于扫描仪，还有研磨仪，数据传输及修复体设计制作过程中都有可能因系统不匹配对研究结果产生一定的影响。

CEREC AC、3Shape TRIOS和Planmeca Planscan三种口内数字化扫描系统准确性均能满足临床修复体制作要求，全瓷冠的边缘适合性均在临床可接受范围之内，CEREC AC组的修复效果最优。口腔数字化印模提高了临床治疗的时效性和精确性，使口腔数字化诊疗体系的全面构建成为可能，同时在临床使用中尚需要注意设备间的优化组合与技术条件的匹配等因素，以提高修复精度，取得更好的工作效率和临床效果。