数字化口内扫描技术在口腔修复学临床和教学中的应用*

黄清川 黄翠 蔡新杰

1.数字化口内扫描技术在口腔修复学的发展

自18世纪以来，传统的印模技术已用于记录患者口内组织的三维几何形状。然而，印模材料的体积变化、石膏的膨胀以及医师的操作等都会影响模型的精确度。虽然牙科材料不断发展，尺寸稳定性和精度等都得到了极大的提高，但传统印模技术对医师的临床操作要求高，患者对传统印模技术的就诊体验差等问题依然存在[1-3]。牙科领域亟需一种新的技术能够同时满足临床印模高精密度，医生操作低难度以及患者体验舒适的三重要求，数字化口内扫描技术应运而生。1977年Young等开发出口内网格绘图系统，并首次提出运用数字化技术对口腔组织进行扫描的设想[4]。3年后，Mörmann和Brandestini合作开发出了口内扫描技术，并研制出世界上第一台手持式口内扫描仪。1984年Duret等将数字化口内扫描技术与CAD/CAM技术结合，研制出了可应用口内扫描技术的牙科专用CAD/CAM设备，并于1987年推出了首个商用数字化牙科CAD/CAM设备——CERECI，该系统仅能满足椅旁嵌体的制作。随着产品不断更新换代（CERECII、CERECIII系统），开始适用于各类高嵌体、单冠、固定桥等修复体类型，到如今已经尝试在活动义齿、全口义齿领域应用[5，6]。但早期口内扫描仪因受应用技术的限制，操作前需对牙齿等口内组织预先表面喷粉减少物体表面不均匀的光反射，并且只能获得黑白色数字化模型，不能反映牙齿真实的颜色。同时，由于操作前口腔内喷粉的原因，患者的体验感也较差。直到2011年，丹麦的3Shape首次推出了彩色数字化口内扫描仪（Trios），它突破了粉末喷涂的技术障碍，获得了口腔组织的彩色图像信息[7]，成为当今主流口内扫描仪之一，常见的口内扫描仪系统还包括iTero(Align Technology，美 国)，CEREC Omnicam/Bluecam(Sirona，德国)，CS3500(Carestream Dental，美国)，Lava C.O.S.(3M，美国)。

2.数字化口内扫描技术在口腔修复学的应用

2.1 数字化口内扫描技术在修复前设计中的应用 随着生活质量的提高，患者的主诉不仅仅局限于解决疼痛、满足功能，越来越多的患者期望通过修复治疗改善牙齿的美观问题，“以始为终”、“以修复为导向”、“设计在前，修复在后”的修复理念成为必要。在前牙美学区的种植及固定修复中，术前往往涉及到美学分析和美学设计。传统的前牙美学分析与设计建立在数码照片的基础上，通过采集患者的口内、微笑及面部信息，仔细分析患者的面部和牙齿特征、唇齿关系等，进行数字化微笑设计（Digital Smile Design，DSD）[8]。但是，传统的2DDSD与研究模型相互割舍，美学设计的信息难以准确表达于患者口内，最终修复效果与修复设计存在明显偏差，因此修复前的设计仅停留在“模糊表达”的阶段[9]。当数字化口内扫描技术广泛应用于牙科诊疗后，数字化微笑设计进入了3D设计的新纪元。通过数码照片采集患者口内、微笑及面部二维信息，利用数字化口内扫描技术将患者口腔内情况转移为数字化虚拟模型，将虚拟模型与数码照片重叠，采集包含3D牙列信息的术前资料。在面部和口内数码照片上绘制参考线和形状，对牙齿和面部进行分析，确定理想的水平面和垂直中线，连接上颌前牙的切端来建立微笑曲线等，根据大众的审美要求和患者的个人需求，进行设计、修改、调整牙齿形状及位置。通过全程数字化的方式在美学分析、设计与表达之间传递信息，使最终修复效果与修复设计达到完全一致。除此之外，随着数字化牙科技术的不断发展，通过面部扫描记录面部三维信息与口内三维信息进行拟合，建立数字化3D虚拟病人。近年来，电子面弓开始进入牙科临床诊疗的流程中，通过整合电子面弓记录患者的运动轨迹，实现4D虚拟病人的建立。在未来，以数字化口内扫描技术获取的数字化虚拟模型为基础，采集动态自由咬合轨迹信息、面部运动及表情信息等，不断完善的虚拟病人个性化信息，使修复前的设计不断迈入新的台阶[10-14]。

2.2 数字化口内扫描技术在固定修复中的应用

2.2 .1 在单牙修复中的应用以及精度评价 在固定修复中，数字化口内扫描技术可作为一种印模制取的方式。与传统印模方式不同的是，所有数字化口内扫描系统都允许通过在屏幕上放大扫描的牙齿来更好地控制数字化印模，并提供了重新扫描再现不足区域的可能性[15]。印模的精确度对于最终修复体的内部和外部匹配至关重要，临床上常通过修复体的边缘适配性和内部适应性评价印模的精确度，研究表明120 µm以下的内部边缘差异在临床上足以满足单牙修复。边缘适配性差可能有利于生物膜积累，并可能导致继发性龋齿和牙周病等并发症；内部适应不佳可能会导致轴向固位力丧失、旋转稳定性丧失、断裂韧性降低和就位不准确，从而导致邻面和咬合干扰[16-19]。Seelbach等进行了一项体外实验，以评估使用传统印模和数字化印模制作的牙冠的精度，结果显示两种方式制作的牙冠边缘适配性和内部适应性相似。作者得出结论，使用数字化印模制作的牙冠精度与传统印模相同[20]。由于口内复杂的临床因素，如出血、唾液、患者依从性、操作员经验等都会影响实验结果，体外研究中口腔内扫描的理想条件不能完全适用于临床情况，因此还需要更多的体内研究进行评估。Zarauz等进行了一项体内研究，以评估基于传统硅橡胶印模和数字化印模制作的牙冠边缘适合性，使用立体显微镜测量内部错配和边缘错配的平均值，结果显示数字化印模的结果更准确[21]。此外，Syrek等以及Ting Shu和Jian报告了使用Lava C.O.S.CAD/CAM系统制作的单个磨牙牙冠的平均边缘间隙为49 µm，而传统两步印模法的平均边缘间隙较差，为71 µm，尽管临床上可以接受，但CAD/CAM牙冠也有更好的邻面接触点。Abdel Azim等报告说，使用Lava C.O.S.和iTero CAD/CAM系统以及聚醚硅橡胶印模进行牙冠制作的边缘适配性相似[22，23]。但是，当基牙与邻牙相距较近时，由于进入光线受到限制，数字化口内扫描无法扫描基牙的邻面肩台边缘及邻面形态，影响修复体边缘及邻接的适配性。体外研究表明基牙与邻牙之间的距离影响基牙扫描的准确性。在口内扫描中，当基牙与邻牙的距离大于1.5 mm时，扫描误差不会增加，可以获得准确的扫描数据[24]。因此，临床医生应根据不同的口腔情况选择合适的印模制取方式。

2.2 .2 在多牙以及固定桥修复中的应用以及精度评价 在多牙以及固定桥修复中，印模技术对于精确的固定修复更为重要。对于单牙修复和最多4个单位的固定桥，数字化印模显示出与传统印模相当或更高的精度。Su和Sun通过体外研究评估和比较由数字化印模和传统印模制成的3单位氧化锆FPD的内部适应性和边缘适配性，结果表明由两种印模制取方式制作的3单位氧化锆FPD显示出临床上可接受的边缘和内部适应性[24，25]。Seelbach等比较了牙冠和固定桥的数字化和传统印模技术，发现使用数字化口内扫描技术和传统方法制作的牙冠边缘适应性之间没有差异[20]。Chochlidakis等和Ahlholm等进行的系统综述也发现，由传统印模或数字化印模制成的修复体（如牙冠和固定桥）的边缘适应性良好，两者之间没有差异[18，26]。Almeida等比较了数字化印模和传统印模制作的4单位全瓷修复体，发现数字化印模组的边缘差异为63.96 μm，传统印模组为65.33 μm，数字印模组的内部差异值为58.46 μm，传统印模组为65.94 μm[27]。在小于4个单位的固定修复中，数字组表现出更好的整体适合性可以解释为传统印模制作过程引起的误差。在传统印模组中，通过印模材料转移口腔内组织的情况灌注石膏模型，在石膏模型上制作修复体。在传统印模和石膏模型的获取过程中，材料膨胀和收缩不可避免会造成误差。在数字化印模组中，数字印模直接通过数字化口内扫描技术获取口腔内情况，然后直接进入CAD/CAM工作流程，误差只来源于口内扫描技术本身[24]。Waldecker等根据不同的参考点距离评价数字化全牙列模型的准确性，还评估了基牙的扫描表面的局部精度（真实度和精度）。结果显示整个牙弓的最大差异为192.5至294.6 μm，距离偏差取决于它们在扫描路径中的位置。在扫描路径的前半部分，与参考值的偏差最小，而与扫描路径的后半部分相关的偏差显著较大。这种偏差可能是由沿扫描路径的误差扩大引起的。扫描过程中合并多个图像可能会导致失真和不准确，尤其是在扫描大面积或整个牙弓时，由于扫描路径从一侧后牙开始朝向牙弓另一侧后牙，软件可能在整合图像期间失去跟踪能力，并且在整个扫描过程中，误差从起始点开始累积并不断放大。因此，在目前的精度水平下，目前尚不建议使用完整的牙弓扫描来制作大跨度固定桥。对于多牙以及固定桥修复，同一象限内的口内扫描似乎是传统方式的替代方法[24-26，28]。

2.3 数字化口内扫描技术在种植修复中的应用

2.3 .1 种植术前导航与导板设计 种植体正确的三维位置是种植成功最重要的先决条件之一，反之可能会出现不利于修复体设计、美学效果较差、生物力学欠佳和口腔自洁能力不足等一系列问题。为达到理想的种植三维位置，基于CBCT扫描和口内扫描的种植导航或种植导板手术是一种可行的手术治疗选择[29]。传统的种植术前设计是通过在研究模型上制作蜡型，确定未来修复体的三维位置，使用硫酸钡或其他标记物标记后制作简易导板。然而，使用简易导板进行种植前设计涉及多个程序，增加了治疗的总成本，并且对种植体三维位置的指导作用有限。数字化口内扫描技术的引入使直接在虚拟模型上设计未来修复体的三维位置成为可能，这为种植导航及导板设计提供了基础条件。由于可以创建虚拟口内模型，因此在数字化种植工作流程中使用口内扫描技术可以跳过在研究模型上制作蜡型这一步骤。除了可能降低成本外，还排除了患者佩戴放射成像物进行第二次CBCT扫描的必要性，这意味着预先存在的CBCT数据也可以用于数字化种植手术规划。术前匹配口内扫描数据和CBCT数据而无需额外测量仅适用于部分缺牙患者（至少有一些健全的牙齿结构），因为这需要在两次扫描中都有牙齿结构才能进行匹配。此外，金属（或氧化物）伪影可能会影响关键结构的准确性，并对图像对比度产生负面影响。数字化口内扫描技术获取虚拟口内模型包括提高临床效率和立即纳入种植术前设计手术软件的优势。迄今为止，许多作者报道了种植导板及导航手术的临床准确性[29，30]。

2.3 .2 单牙种植修复的应用以及精度评价 传统方法使用印模材料和印模杆、印模帽将种植体位置转移石膏模型上，以制作种植支持的修复体。每个种植体位置相对于邻牙的正确转移对于种植支持的修复体的设计和制作至关重要，因此其对于种植治疗的长期成功，避免机械和生物并发症至关重要[31]。通过数字化口内扫描技术制取印模，跳过了传统的种植支持修复体制作步骤，并直接进入CAD/CAM加工流程。与传统的印模制取类似，扫描体与种植体相连，为数字化口内扫描创造了一个可采集数据的表面。使用口内扫描仪记录扫描体在牙弓内的位置，并生成显示扫描体的虚拟牙列模型。利用扫描体尺寸的数据，重建连接到扫描体的种植体的空间位置。基于种植体的虚拟位置，可以使用CAD/CAM技术虚拟设计和制作修复体[32]。研究表明，使用数字化口内扫描技术制作的牙冠精度与使传统印模技术制作的牙冠精度在统计学上没有差异。传统印模技术制作的牙冠咬合接触更紧密，这是由于印模材料的弹性特性，当将种植体的替代体替换到非开窗式印模托盘中时，它倾向于将替代体向上推，替代体的垂直位置比真实位置更深，因此制作的修复体位置比设计位置更位于冠方。对于单牙种植取模，数字化印模制作的修复体的精度更高。此外，与传统方法相比，患者对数字化工作流程表现出较高的满意度[33]。

2.3 .3 多牙种植修复的应用以及精度评价 如前所述，目前的证据表明单牙种植体扫描的可预测性很高，但当多颗种植体跨弓植入时，数字化扫描显示的尺寸精度低于传统方法，并随着扫描跨度的增加，准确性降低。当获得跨牙弓种植印模时，数字扫描的真实性值低于传统夹板开盘印模技术[33-35]。对于使用两个种植体进行三单位种植支持固定桥修复，Lin等在牙列缺损的下颌骨中植入两个不同角度的种植体，比较了使用数字化和传统技术制作的最终修复体的准确性。结果表明，两颗种植体的成角程度不影响传统印模灌注的石膏模型的准确性，但对数字化口内扫描生成的虚拟模型的准确性有重大影响。在15°角度时，数字化技术导致修复体精度显著降低；然而，在成角角度为30°和45°时，数字化生成的模型与传统方式生成的模型没有显著差异[36]。Zhang YJ等研究种植体角度、位置和扫描体数量对牙列缺损的牙弓中多个种植体数字印模准确性的影响。结果显示成角度种植体与平行种植体相比，在部分缺牙牙弓中显示出更好的数字化印模准确性；口内扫描技术对于非游离端部分缺牙的准确性大于游离端缺失；对于部分缺牙的牙弓，在一定距离内扫描体数量的增加对体外数字种植印模的准确性没有影响[37，38]。对于游离端缺失的牙列缺损，使用IOS制作的数字化印模可用于制造最多三个单元的种植修复体[39]。

2.3 .4 无牙颌种植修复的应用以及精度评价 在无牙颌种植修复中，修复支架被动就位对于预防机械和生物并发症至关重要。不匹配的修复支架可能会对无牙颌固定种植修复的长期成功率产生负面影响，尤其是在即刻修复即刻负载时。对于数字化口内扫描技术直接用于无牙颌种植修复存在争议，相关的体外研究结果不一致[40-43]。Rutkunas比较在体外和体内条件下无牙颌数字化口内扫描印模的准确性。结果显示口内条件对口内扫描仪的精度和真实度有一定影响，体外准确性研究的结果不能直接转移到临床领域[44]。临床上，对于无牙颌种植修复的数字化取模方式主要是采用摄影测量技术，方法为在基台替代体上安装摄影测量专用基台扫描体（Icam 4D），使用基于摄影测量技术的口外扫描仪口外扫描，再通过数字化口内扫描，获取软组织信息，修复体信息以及咬合信息，在软件上将数据进行整合获得无牙颌虚拟种植模型。很多研究表明，在制取牙列缺失种植修复基台水平印模时，摄影测量技术能够获得临床满意的精确度，但其与传统方法的精度差异仍然存在争议[45，46]。

2.4 数字化口内扫描技术在活动义齿修复中的应用

2.4 .1 在牙支持式活动义齿的应用与精度评价

对于KennedyⅢ/Ⅳ类牙列缺损，活动义齿通常设计为牙支持式。研究表明数字化口内扫描技术能够准确捕获软组织形态，但由于该技术是捕获扫描画面拼接成虚拟模型，其应用于活动义齿的制作主要限制是难以记录黏膜组织功能运动的状态，并且不能捕获到可移动组织的边缘延伸的状态[47]。对于牙支持式的活动义齿而言，捕获软组织的边缘延伸并不那么关键，因此在一些KennedyⅢ/Ⅳ类牙列缺损患者的病例报告中，使用数字化口内扫描技术获得的数字化印模制作可摘局部义齿（removable partial denture，RPD）后，没有进行太多的组织面调整，患者对RPD足够满意[48，49]。这表明数字化印模在RPD制作中对这些缺失区域小的牙列缺损患者有效。多个缺牙区和/或广泛缺牙区（连续缺牙超过五颗）的情况数字化印模精度不足，不建议使用数字化印模。对于这些临床情况，体外研究建议使用更大的扫描头和在无牙区添加人工标志物可以提高数字印模的真实性和精度[50]。除此之外，对于KennedyⅢ/Ⅳ类有多颗缺失牙齿的患者，使用数字化口内扫描技术进行数字化印模采集比传统印模采集椅旁时间更短，患者体验也更舒适[47]。

2.4 .2 在黏膜及混合支持式活动义齿的应用与精度评价 研究表明，对于KennedyⅠ/Ⅱ类远端游离缺失的情况，使用传统方式制取印模比数字化印模制作活动义齿可以产生更好的结果。在传统方法中，制作黏膜及混合支持式活动义齿需使用边缘整塑材料制作个别托盘制取功能性印模，缺牙区的黏膜被印模材料机械地压下产生变形。这些操作对于KennedyⅠ/Ⅱ类牙列缺损进行印模制取时是必要的，以模拟功能性负载期间义齿基托下黏膜的变形。显然，在通过数字化口内扫描技术获得数字化印模期间，软组织不会受到压力。因此，有必要开发软件来调整义齿承载区黏膜的压力位移，以模拟传统印模后的功能变形，并建立边界建模扫描技术，以确定义齿基托的轮廓[47，51，52]。

2.5 数字化口内扫描技术在全口义齿修复中的应用 由于难以获得准确的软组织功能运动下的状态及边缘轮廓，数字化全口义齿是有争议的[47，51]。Goodacre等研究了使用数字化口内扫描获取无牙上颌弓形态用于CAD/CAM全口义齿制作的可行性。结果显示数字化口内扫描可以用于制作功能上可接受的上颌全口义齿，但不能用于制作下颌全口义齿，因为即使在扫描过程中使用压力指示糊剂（PIP）和软组织回缩，也很难扫描到舌侧黏膜转折处。Fang等研究指出，虽然数字化口内扫描不能在功能上记录可移动的软组织，但使用专门的牵开器进行固定并最大限度地收缩前庭区域、嘴唇和脸颊，可以获得满意的全口义齿。这与Lo Russo等的报告相一致，在该报告中，在扫描无牙颌弓的同时，使用U形牵开器来稳定软组织，由此制作的全口义齿取得令人满意的固位和稳定[53，54]。由于缺乏参考点和缺牙区的光滑度，扫描数据的错误拼接仍然可能存在。Lee报告称，在硬腭上的腭皱襞上绘制不规则标志可以改善并减少数字化印模拼接整合的误差，但对腭穹窿较高患者的扫描仍困难。使用复合树脂在硬腭组织上固定6个不同大小的树脂球，包括在光滑表面上放置可追溯的标记，以获得完整的无牙上颌数字化印模。对于扫描路径，建议一次性捕捉前庭区域，以尽量减少来回运动引起的软组织位置变化，从上颌弓的牙槽嵴开始，覆盖腭部，并在上颌骨的颊部和唇部前庭结束。下颌弓径路从牙槽嵴顶到前庭，止于舌缘。通过数字化口内扫描技术捕获翼上颌切迹、后堤区及舌骨后窝是一项挑战[51-55]。

3.数字化口内扫描技术在口腔医学专业教学中的应用

目前，世界各国的本科生牙科课程仍主要侧重于向学生传授传统的印模技术，但数字化的发展与应用正在推动将更多的数字化技术纳入课程。当代牙科学生可以被视为数字化时代的“原住民”，他们出生在数字化牙科成为现实的时代。大量文献表明，数字化工具充斥着年轻一代的生活，如智能手机、数码相机和社交媒体平台等，年轻的从业者在利用数字化技术方面具有较高悟性，并且牙科学生希望数字化系统在他们的职业生涯中也发挥重要作用[56]。为了有效地教育这些学生，由数字化工具组成的新的教学结构对于补充传统的教学模式以满足现代学习风格至关重要。对于牙科学生而言，大多数没有临床经验的牙科学生倾向于使用口腔内扫描仪，而不是学习使用传统印模技术。由于消除了与传统工作流程中使用的印模和石膏模型材料相关的误差，数字化印模被认为可以产生更准确的结果。然而，操作者的经验显著影响数字印模的精度和扫描时间，这表明存在一条随着实践而增加的学习曲线。目前缺乏大量研究评估实现数字化印模临床能力所需的培训和经验量，有研究通过纳入牙科学生进行重复扫描，评估扫描时间和扫描质量的变化，初步探索口内扫描技术的学习曲线。结果表明第一次和最后一次手术的扫描时间和扫描质量存在明显差异，重复使用数字化口内扫描技术5次以后基本能达到个人最佳表现的80%。已经证明的是，对于临床经验不足的牙科学生，在视频演示和讲解中，数字化印模所需的教学时间明显高于传统印象。但大多数牙科学校的对于印模技术的培训通常在数字化口内扫描技术上花费的时间更少，这可能是由于教学时间或设备限制。调查显示牙科学生在口腔内扫描中的接受度预计高，因为他们更愿意在牙科学校学习新技术，并且在采用数字设备和软件方面具有较低的技术障碍，牙科学生也不考虑设备成本。在设计牙科课程时，考虑学生的偏好和感知，可以使学生获得更好的学习体验。目前的研究表明，在经历一次口腔内扫描仪后，信心水平显著提高。因此，未来关于减少牙科学生在引入新技术时面临的学习曲线的研究将有助于形成课程，以提供更有效和高效的牙科学生培训和教育[57-59]。

在国内，数字化口内扫描技术相关课程和培训的开展不断增加。上海第九人民医院研究数字化口内扫描和三维模型分析技术在口腔临床教学中的应用，结果指出数字化口内扫描和三维模型分析技术有助于提高学生数字化思维及三维模型分析阅读能力，可完善和提升口腔临床教学实践的应用效果，学生普遍接受并认同口腔数字化技术在临床教学中的开展，认为数字化技术的应用可重复性良好，有利于临床实践技能的提升。厦门医学院口腔医院利用数字化口内扫描技术评估大三学生上颌前牙全瓷冠预备体的轴壁倾斜度。类似的报道还包括昆明医科大学采用数字化技术，以聚合度为评估指标，分析昆明医科大学口腔医学院学生临床前牙体预备培训后牙体预备的情况[60-62]。

4.结语

目前，数字化口内扫描技术在口腔修复学临床中应用十分广泛，主要包括固定、种植和活动义齿的数字化印模制取和修复术前设计。对于固定及种植义齿的单牙和短牙弓（小于等于三个牙位）的应用已经十分成熟，而长的跨牙弓数字化印模精度仍然欠佳，临床上需结合其他数字化技术或传统技术进行修复。对于活动义齿的印模制取，难点在于记录黏膜组织功能运动的状态，临床成功的病例报告大多针对于KennedyⅢ/Ⅳ类牙列缺损患者。而对于KennedyⅠ/Ⅱ类牙列缺损或牙列缺失患者虽然也有研究报告了经特殊处理后获取数字化印模，但总体而言数字化口内扫描技术对于活动义齿的印模制取还处于探索阶段。

随着数字化在临床应用范围的不断扩大，其在教学中的应用也显得非常有必要。国际和国内越来越多的牙科课程开始开展数字化口内扫描技术，并且研究数字化技术在牙科学生中的学习曲线。对于牙科学生而言，数字化口内扫描技术的体验和适应性都很高。