口內掃描儀臨床掃描精度及影響因素把控

包旭東，岳 林

自20世紀70年代計算機輔助設計和計算機輔助制作(computer aided design and computer aided manufacture，CAD/CAM)技術由法國牙科醫師Duret引入口腔科臨床診療以來，數字化技術得到越來越廣泛的普及和應用。通過口內光學掃描來獲取牙或牙列的數字化印模是CAD/CAM技術中的臨床核心操作環節，適應證從嵌體、貼面、全冠等一單位修復方式逐漸延伸到更為復雜的固定橋、種植導板及種植體基臺的制作。口內掃描獲取數字化印模的技術經半個世紀的發展，操作流程進一步簡化，數字化印模質量進一步提升，也越來越被臨床醫師接受[1]，在一些臨床治療中甚至替代了傳統修復中印模材料制取的實體印模[2]。修復體印模的準確性是修復成敗的關鍵要素之一，而口內掃描數字化印模的精準性也一直為人們密切關注[3]。目前，口內掃描設備種類繁多，所采用的光學掃描原理各有不同，掃描精度受之影響的程度也不一致。加之臨床術者的操作方法和患者本身的諸多因素，都會干擾口內掃描的精度，進而影響數字化印模的質量。針對上述問題，本文通過口內掃描設備的掃描原理來分析影響掃描精度的相關因素，為臨床提高數字化印模的準確度提出可行的操作方法和建議。

1 口內掃描系統的工作原理與應用

1.1 口內掃描系統掃描光源類型

口內數字化印模系統按投射光源類型可分為激光和可見光。激光為單色光，方向性好或者準直性好，抗干擾能力強。激光有點激光和線激光兩種形式。點激光掃描儀精度較低，掃描時間較長，掃描單個牙列石膏模型約13 min。線激光掃描具有精確度高、速度快、重建圖像清晰、適用范圍廣等優點[4]。

可見光主要指白光和藍光。白色光掃描儀有良好的掃描速度和再現性，比激光掃描儀讀取三維圖像數據能力更強[5]。白光由多種顏色的光組成，不同顏色的光不全折射在同一焦點上，雖可通過掃描儀中透鏡的設計來糾正，但不能完全修正。藍光波長更短，較白光抗干擾性強，可提高數據的精度[6]。相對于白色光掃描儀，藍光掃描儀產生誤差更小，掃描再現性更高。

1.2 口內掃描系統掃描成像原理

口內掃描數字印模技術包括掃描獲取局部圖像數據及圖像數據融合重建兩個過程，掃描原理主要包括三種類型：主動三角測量技術(active or passive stereovision and triangulation)、共聚焦激光掃描顯微成像技術(confocal laser scanner microscopy)和主動波陣面采樣技術(active wavefront sampling)。

主動三角測量技術指相機主動投射結構光到被測物體表面，通過成像系統在另一角度對部分反射光進行匯聚，計算機通過相似三角形原理計算被測物的尺寸參數，獲得三維印模圖像。采用該掃描原理的有真彩口內掃描儀(廣東朗呈)和瓷睿刻(CEREC，德國)椅旁CAD/CAM的掃描技術。三角測量技術的優點是圖像獲取快速、簡潔，掃描精度較高。但是由于光束從牙列近中的一定角度發出，預備體軸壁的阻擋使光線無法到達預備體遠中肩臺部分而形成陰影，即遠中陰影現象，會降低局部印模精度。最新研究發現鄰牙對掃描取像也會產生遮擋，影響最終的掃描精度[7]。

共聚焦激光掃描顯微成像技術基本工作方法和共聚焦顯微鏡的工作原理相似，是相機在單個位置采集不同深度的圖像信息。利用透鏡從不同層面動態連續掃描及獲取三維圖像重組點，在不同焦點和不同角度拍攝連續圖像后拼接形成3D形態，比如牙齒外形輪廓，然后將所有的外形輪廓組合成該位置的三維圖像。使用共聚焦平面成像技術的代表產品有iTero(Align Technology，美國)和TRIOS(3Shape,丹麥)。共聚焦顯微成像技術獲取的聚焦圖像掃描精度較高，細節表現力好。

主動波陣面采樣技術是利用設置在采樣光路中的旋轉偏心孔裝置，過濾牙齒上被測點的反射光線，并在成像平面內形成圓形軌跡的失焦圖像，通過測量失焦圖像半徑，結合已知光路系統參數，計算獲得牙齒表面被測點的空間坐標。該技術的代表產品有Lava True Definition 口內掃描系統(3M，美國)，其特點是采用了動態3D印模采集技術，高速攝像每秒可捕獲20張3D圖像，掃描過程中可隨時識別口內軟硬組織進行圖像掃描，并快速構建三維圖像，能實時給予臨床醫生信息反饋。

2 口內掃描系統掃描精度的評價指標

在數字化修復流程中最關鍵的一步是應用口內掃描儀掃描預備體獲取數字化印模，印模精度決定了修復體的密合性，復制精準的預備體終止線是數字化修復成敗的關鍵。根據國際標準化組織標準(IOS 5725-1)[8]，精度(accuracy)也稱準確度或精確度，用于描述測量值和參考值的一致程度，反映測量結果中的系統誤差和隨機誤差，是正確度(trueness)和精密度(precision)的綜合。精密度是指設備系統本身測量結果的可重復性，和設備穩定性有關，屬于隨機誤差；而正確度屬于系統誤差，是大量測量值的均值與參考值間的一致程度，正確度越高測量結果越接近真實值[9]，正確度會受到臨床各種因素影響，因此學者們更多專注于數字化印模正確度的研究。

隨著近年來口內掃描技術的不斷發展，口內掃描數字化印模精度的不斷提高，口內掃描系統不僅用于單牙預備體、全牙弓，甚至開始用于上下頜象限牙列的掃描。很多研究表明，這些數字化印模的精度都達到了臨床可接受的精度范圍[10]。排除臨床因素，從實驗室結果看，牙頜模型掃描儀的平均掃描精度可達到10 μm，而目前口內數字化掃描儀的平均掃描精度約為20 μm[2]。

3 口內掃描系統掃描精度的影響因素

影響口內掃描儀掃描精度的因素很多，口掃設備本身所采用的掃描技術原理，臨床操作過程中從口內環境、牙體預備到口內掃描的每一個環節都有可能產生影響。口內掃描儀均基于不同原理的非接觸式光學掃描技術，而光學掃描對被檢測物體表面有較嚴格要求，并且掃描光線無法探測到被遮擋的區域、無法全部進入深度過大的區域。在復雜的臨床環境中，受患者唾液、齦溝液的影響，很難形成不反光的均質表面。鄰牙倒凹的存在以及肩臺位于齦下，使掃描光源無法直線進入終止線區域，或者受患者血液影響，終止線被遮擋，這些均會影響掃描精度，從而影響最終修復體的質量[11]。

3.1 口內掃描儀的掃描原理和掃描精度

口內掃描設備采用的掃描原理不同，掃描精度有所不同。以三角測量技術為原理的口內掃描儀，其掃描光線從近中斜向遠中入射，預備體本身會形成遮擋，在遠中部位產生陰影現象[3,5]，導致遠中終止線掃描正確度下降，從而影響整體掃描正確度。近期的研究表明鄰牙也會產生遮擋影響預備體近遠中終止線的正確度[7]。應用共聚焦顯微成像原理，掃描光源入射光路與反射光路的路徑一致，就不存在預備體自身遮擋導致的遠中陰影現象。其他以主動波陣面采樣技術為原理的口內掃描儀，也不存在預備體自身遮擋導致的遠中陰影現象[1]。Kurz等[12]用CEREC Omnicam分別以45°、60°和90°掃描圓柱狀樣本表面時發現以90°掃描(垂直于物體表面)時，掃描精度最高，以45°掃描物體表面時，掃描精度最低。并且掃描角度越接近90°掃描，圖像噪點越少。

3.2 掃描方案

口內掃描時應該從后牙咬合面開始還是從頰舌面開始掃描精度更高，掃描圖像拼接誤差與操作者的掃描方案密切相關，選擇合適的掃描方案非常重要。Müller等[13]研究了掃描方案對3Shape TRIOS掃描儀掃描精度的影響，該研究掃描獲取患者上頜全牙列數字化印模并在體外翻制鈷鉻模型，然后進行三種不同方式的掃描取像。方案A，先從17頰面遠中開始掃描所有牙齒頰面，然后從咬合面和腭側面返回。方案B，先從17咬合面和腭側面掃描，然后從頰面返回。方案C，按每顆牙從頰面到咬合面到腭側面以此掃描，掃描軌跡成S型。研究發現三種掃描方案對口內掃描儀掃描精密度有影響。方案B掃描精密度最高，A精密度最低，推薦從后牙咬合面和腭側開始掃描，然后從頰側返回掃描。目前多數口內掃描設備廠家都推薦采用該掃描方案進行口內掃描。

3.3 預備體相關因素

在進行單牙修復掃描時，預備體可呈現多種因素干擾數據的獲取。

3.3.2 預備體質量 在口內掃描環節，受設備分辨率的限制，預備體表面粗糙的突起和倒凹常不能被掃描識別。牙體預備中常見的錯誤如不規則斜面、過銳線角、邊緣尖角等，以及突然發生形變不流暢的區域都不易被識別從而降低口內掃描精度[15]。在修復體研磨加工環節，一般是平頭的柱形車針進行修復體組織面切割，車針直徑常規為1 mm。受車針直徑的限制，預備體厚度小于1 mm的區域將因為車針無法進入而無法加工出相適應的形態結構，影響修復體就位，從而降低邊緣適應性。

3.3.3 被測物體表面特征 被測物體表面特征主要指物體半透性，半透性是指穿過混濁介質傳播的光的相對量，或是穿過混濁介質在底物表面漫反射的光的相對量。它的產生是由于材料內部各種物相對光的折射率不同而在相鄰物相以及不同物相之間的界面處發生散射的結果[16]。Kurz等[12]研究了不同材料(兩種玻璃陶瓷、三種樹脂、銀汞合金和金合金)半透性對CEREC Omnicam掃描精度的影響，發現物體半透性會對無粉口內掃描設備掃描精度產生影響，但產生的誤差均在臨床接受范圍內。2017年Li等[17]研究了玻璃陶瓷半透性對掃描精度的影響，該研究采用基于共聚焦激光掃描顯微成像技術原理的口內掃描設備，結果發現材料半透性越高，掃描精度越低，預備體終止線軸齦線角的形變量越大。

3.3.4 預備體終止線位置和類型 齦下邊緣一直是口內掃描的難點。Nedelcu等[18]將全冠預備體肩臺的遠中頰側區域和近中舌側區域置于齦下，用3D偏差分析方法計算掃描精度，發現口內掃描系統在齦下區域掃描精度比齦上區域低。Euán等[19]研究了45°斜面肩臺與90°直角肩臺對CAD/CAM系統制作的修復體邊緣間隙的影響，發現直角肩臺組的修復體邊緣適應性更好。還比較了氧化鋯全冠邊緣采用無角肩臺與有角肩臺兩種類型終止線時，有角肩臺組獲得的邊緣間隙更小。其他研究也發現冠邊緣間隙受到預備體終止線類型的影響，直角肩臺組修復體邊緣間隙要小于無角肩臺組[20]。

3.4 患者因素

患者本身的因素也會影響口內掃描的數字化印模精度。口內解剖結構的限制，如頰舌側軟組織尤其是舌體阻擋，張口度受限使后牙區空間不足，都會影響掃描角度的調整，降低口內掃描精度。口內唾液、齦溝液和血液對口內掃描精度的影響比較大，尤其是當預備體終止線位于齦緣或齦下時，終止線不能充分暴露，無法獲得清晰精準的預備體終止線的數字化印模[12]。另外牙列擁擠、掃描過程中患者發生移動等患者自身因素都能影響掃描精度[21]。

綜上，掃描設備本身所采用的光學掃描技術、口內牙列掃描方案、具體掃描角度、預備體質量和預備體窩洞深度，以及患者本身牙齒排列和口腔解剖結構等因素都可能影響口內掃描系統的掃描精度。

4 口內掃描系統臨床應用的策略和建議

如上所述，多種因素都會影響口內掃描的掃描精度，最終會影響修復體的邊緣密合性，造成微滲漏、繼發齲壞甚至修復失敗，因此我們在臨床操作中應根據掃描設備特點和相關影響因素采取對應策略來提高口內掃描的掃描精度。

對于采用三角測量原理的口掃設備，需要采取一定措施來避免遠中陰影的影響。近期的研究表明，預備體本身和鄰牙都有可能阻擋光線入路，降低預備體近遠中終止線的掃描精度，可以采用增加咬合面波浪式補掃或頰舌側波浪式補掃的改良掃描方法來提高近遠中終止線掃描精度，能達到與采用共聚焦激光掃描顯微成像技術的口內掃描設備相同的掃描精度[11]。

至于掃描方案，一般采取先從后牙咬合面和腭側面掃描，然后從頰面返回的掃描方案[13]，掃描探頭與掃描對象呈90°角，研究也表明這樣的掃描精度相對最高[12]。要注意的是，來回多次掃描會增加圖片拼接錯誤，降低掃描精度，臨床上應盡量避免，可按照最佳掃描方案完成掃描后對取像不全區域進行局部補掃。

針對預備體相關因素，臨床醫生應該提高牙體預備質量，預備體組織面光滑平緩，避免尖銳線角和倒凹等[15]。預備體肩臺一般推薦內線角圓鈍的90°直角肩臺，更易被口內掃描設備識別[19-20]。也要考慮修復體加工中車針直徑的限制，避免預備體過薄出現厚度小于1 mm的區域。預備體終止線盡量放于齦上，避免牙齦組織和齦溝液等的影響[19]，同時也能減小掃描頭至終止線之間的掃描距離，提高掃描精度。對于預備體或預備體上的充填材料有一定透明度導致口內掃描設備不易識別的情況，可以考慮進行噴粉，注意噴粉厚度要均勻。

最后，在掃描過程中可以與助手配合牽拉開面頰和阻擋舌體，保持牙面干燥避免唾液膜的影響，找好支點按正確的掃描方案進行穩定流暢的掃描。

致謝：姜楠在文章撰寫中收集提供相關文獻資料。