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牙科數位印模儀在口腔正畸中應用進展

來源 : 中國醫療設備雜誌2019年第7期
update : 2019/09/03

引言
大多數壓印工藝仍採用傳統方法進行,即使用印模託盤和印模材料[1]。據估計,目前約有5%~10% 的牙醫使用口內掃描器進行光學印模。然而,毫無疑問,數位化印模給用戶帶來了很多好處。許多科學研究已經證明了口內掃描技術能夠確保臨床過程成功所需要的準確性[2-5]

在某些適應症的工作流程中使用口腔內掃描器可被認為至少相當於轉換程式。提供記錄數位化資料的選項為傳統的印模獲取方式帶來了更多的可能性,這些可能性往往過於複雜,或者根本不可行。除了簡單的虛擬剪切和合併工具,這些系統還提供磨損測量和軟硬牙體結構衰退等分析功能[6]

如今,利用數位化印模技術進行口腔治療的可能性已經遠遠超出了單顆牙齒的修復。根據系統的不同,使用者可以獲得廣泛的應用。在正畸應用中,數位化印模減小了實體模型存儲壓力,縮短了患者就診流程,還具有療效視覺化等優點[7]。隨著數位化技術的發展,口腔正畸的診斷設計及矯治將會迎來革命性改變。

1 數位化印模技術簡介
數位化印模技術屬於電腦輔助設計與電腦輔助製造技術(Computer Aided Design/Computer Aided ManufactureCAD/CAM)中的前提和基礎,準確而又快速地實現數位化模型的即時重建成為研究的熱點,並在修復、正畸等領域得到廣泛應用。

與傳統的石膏模型相比,數位化印模不僅簡化了患者牙列模型制取的過程,還可以通過個性化正畸設計軟體實現對每一顆牙齒的傾斜,旋轉,平移等移動,來模擬正畸結束的牙齒形態[8]。同時結合通過口腔頜面錐形束電腦攝影設備[9] 掃描獲得的患者的頜面影像學資料及面部掃描資料,則可以實現全面的正畸診斷和規劃,來獲得更加穩定和優質的正畸效果。

這是一種用於創建電腦化的、三維的、數位的口腔內區域圖像的設備。它記錄牙齒的形態,並對口腔內的各種結構產生精確的三維印模。通常由掃描模組、中央處理模組和製造模組組成,其中掃描模組包含攝像頭、紅外掃描器或者同等類型的感測器,中央處理模組包含電腦軟體和硬體,製造模組包含由電腦控制的銑床。掃描模組獲取牙齒、印模材料或者石膏模型的影像後,中央處理模組使用該影像在製造模組中將其銑削為修復體[10]

目前,獲得口腔數位化印模的方式有間接法和直接法兩種。其中間接法是利用桌面掃描器掃描牙頜的石膏模型獲得數位化模型,而直接法是利用探入式光學掃描頭直接在患者的口腔內獲取牙齒、牙齦形態及表面顏色資訊並建立三維模型。直接法減少由於複雜獲得模型步驟(咬牙模,翻制石膏模型等)可能帶來的模型精度損失,同時給患者帶來了相對舒適的就診體驗。

這種通過直接法應用探入式光學掃描頭,直接掃描患者口腔內,獲取口腔內牙齒、牙齦、黏膜等軟硬組織表面的三維形貌及彩色紋理資訊的設備,即為牙科數位印模儀,又稱口內掃描器。口內掃描器多是基於光學三維測量原理製造,通過光學成像系統將採集的圖像經過電腦處理重建獲得當前視角下的三維資料資訊,並通過匹配和拼接技術獲得完整的三維數位印模。

由於口腔空間狹小,現階段,口內掃描器要求設計小巧的掃描頭,其在小視場(半個牙弓內)掃描中可以獲得較高精度的數位化模型。但在獲得全牙弓的數位模型過程中,面臨著多視場三維資料拼接帶來模型的精度的降低[11]等問題。要想獲得相對完整的牙列模型,需要進行大量的多視角三維口內資料拼接處理,而拼接次數越多,最終模型資料精度越低。隨著印模區域的增大,數位化印模的準確度也隨之下降。所以相比較於局部牙列的數位化印模,全牙列的數位化印模的準確度差[12]。本文將介紹口內掃描器在正畸臨床應用中技術的進展情況。

2 口內掃描器在正畸臨床應用的效果評價
口內掃描器在正畸領域主要用於口腔牙齒、牙列的數位化資訊的儲存,以及應用相關的數位化印模資料製作隱形正畸矯治器以及正畸壓膜保持器等。產品預期針對牙齒錯合畸形的正畸領域。

在臨床上,通過檢查正畸壓膜保持器的邊緣密合性以及整體矯治器(或者保持器)與牙列的貼合性,以確定此項口內掃描器是否適用於正畸臨床。借鑒國際公認的美國公共健康協會制定的Modified USPHS 評價標準,在受試者進行壓膜保持器試戴時,採用探針探診和肉眼觀察法,探測牙列中每個牙齒牙頸部的近、遠中、唇側、舌側或者頰側、顎側四個方向的密合性能,最終評價壓模保持器的“邊緣密合性能”。將邊緣密合性能分成ABCD 四級,其中指標能達到A B 表示符合正畸壓膜保持器效果,達到臨床要求。指標為C D 則不符合臨床要求。具體分級如表1


1 邊緣密合性能評價表

在工程學上,主要通過準確度、操作時間、患者接受度等指標來評價口內掃描器。準確度是設計和製作的關鍵。準確度包括正確度和精密度兩方面內容[13-14]。正確度, 指被測量的測得值與其“真值”的接近程度。精密度,指在相同條件下對被測量值進行多次反復測量,測得值之間的一致(符合)程度[14]。使用全牙列數位化印模的研究方法視為適用於對正畸應用進行研究。但方法不同,得到的結論也不盡相同。

Kuhr [15] 研究發現全牙列傳統印模比數位化印模更準確。他們把4 個相對位置確定的金屬球固定在受試者的下頜牙列,傳統印模所得的石膏模型用高精度座標測量儀進行量作為參考標準;再用3 個口內掃描器進行口內掃描。比較虛擬模型中球體之間的距離和球體組成的平面的夾角,以及球體的三維資料重疊。通過比較距離測量與重疊比較的結果,說明數位化測量適用于全牙列印模,但是傳統印模比數位化印模更準確。Güth [16] 則是在體外模型的雙側第二磨牙之間加入一根金屬棒,用座標測量儀測量資料作為參考標準。再分別口內掃描,取模灌模後用口外掃描器將石膏模型數位化,比較兩者之間的金屬棒的坐標系差異以及角度差異,結果發現數位化印模的準確度並不比傳統印模差。

Flügge [17] 的研究分3 組進行,第一組直接口內掃描10 次;第二組傳統印模後,用口內掃描器掃描石膏模型10次;第三組將石膏模型用口外描儀器掃描10 次。3 組虛擬模型用表面最近距離方法(最佳擬合方式)比較組內模型資料的精密度,結果發現口內掃描組的精密度最差, 平均偏差50 μm ;口外掃描器掃描組重複性最好, 平均偏差為10 μm ;口內掃描器掃描口外模型組平均偏差為25 μm。說明口內掃描器在口內環境不如在口外模型上掃描準確,並且口腔內條件( 如唾液、有限的間距) 導致了掃描的不準確性。Ender [3] 則通過類似的方法進行了體外研究,比較了兩個口內掃描系統與傳統印模的準確度(包括正確度和精密度),結果發現數位化印模的準確度與傳統印模相近。

林志興[18] 認為不同掃描器的精度均有一定的差異;掃描全牙列時,口外掃描器的精度高於口內掃描器;全牙弓取模時,三種印模材料的印模精度均較口內光學印模精度更高;採用藻酸鹽陰模灌注石膏後,則會降低印模精度,聚醚印模灌注石膏後對印模精度無影響,矽橡膠陰模灌注石膏後,則會提高印模精度。劉靜[19] 認為以模型掃描器資料為參考,口內掃描全牙列精度在正畸臨床可接受範圍內,但體外掃描石膏模型精度優於口內掃描天然牙列精度。不同操作者使用掃描器的掃描精度存在一定程度的差異性,但對於正畸臨床工作影響較小。蘇庭舒等[20] 通過研究發現數位化印模掃描精度隨著牙弓掃描範圍增大而降低,其在掃描範圍小於半個牙弓時表現出的精度符合臨床要求;而口外臺式掃描器在掃描任意範圍牙弓時均表現出較好的精度;甘寧等[21] 研究總結口內掃描用於獲取全上頜數位化印模是可行的。全上頜軟硬組織數位化印模的正確度並未受到牙列寬度的明顯影響,但全牙列數位化印模的精密度隨牙列寬度的增加而降低。

口內掃描器掃描精度隨掃描牙弓長度增加而下降,究其原因是掃描區域跨度大,多次掃描的順序和移動軌跡存在差別,隨掃描區域的增加,建立三維圖耗費更多時間、圖片,產生更大偏差[20]。目前許多參考掃描器的局限性是缺乏對大型物體( 如全牙弓) 的精確掃描,或評估牙齒表面細節的可能性有限[22]

上述研究表明口腔內直接掃描全牙列的準確度相對于傳統印模較差。作為一種新技術,數位化印模具有很高的技術敏感性。它要求醫生掌握掃描器的正確使用技巧準確把握取模過程中可能影響到精度的注意事項,從而獲得相對準確的模型,同時還需要醫生在取模過程中能準確恢復口腔中的軟硬組織解剖形態[23]。當然如果使用適當的掃描策略,完整的牙弓印模是可能的,並具有較高的準確性[24]

3 總結與展望
目前,大陸口腔正畸領域的數位化進程還處於起步階段,這主要與患者診斷資料資料分散繁雜、治療效果依賴手工操作技巧以及疾病診斷設計過多依賴醫師經驗且正畸醫師數量嚴重不足相關。數位化正畸立足於客觀、定量、自動化的精准醫療理念,應用數位化、自動化和智慧化的軟硬體手段輔助醫師完成高精度、個性化的診療操作,將徹底改變口腔正畸的現在與未來。數位化技術在正畸領域的應用越來越引起醫師的關注,不僅因其可提高臨床工作效率、節省空間成本,同時還可提高診斷治療的精確性並加強不同地區間合作,有利於提高整體行業水準;因此,建立一套完整、規範的口腔正畸數位化診療流程和標準勢在必行[25]

伴隨著數位化印模在正畸全流程的應用,高精度的全牙列模型在正畸領域的需求也急速升高。隨著口內掃描技術的快速進展,其也能獲得符合正畸臨床需求的全牙列模型。口內數位印模技術正處於快速發展階段,口內光學掃描是數位印模獲取的發展方向。現今雖有一些局限性有待從技術原理上做進一步改進,但其方便、快捷、即時、靈活的特點,在個體診斷、個體治療方面具有明顯優勢[26]。相信隨著技術地繼續發展和完善,口內掃描器會逐步取代傳統印模,讓更多的正畸患者在椅旁就可以看到牙齒的形態和正畸模擬效果,進一步推廣正畸的數位化進程。

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