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口内数字化印模技术在口腔种植中的应用现状与研究进展

作者:黄若萱,黄宝鑫,武诗语,陈建宇,于晓琳,李志鹏,中山大学附属口腔医院口腔种植科 来源:口腔医学 日期:2020-03-05
导读

         本文将从种植修复的角度,简述口内数字化印模技术的发展、优势及局限性,概述其应用现状及研究进展,以期进一步指导其临床应用。

        精确的印模是获得长期稳定的修复效果不可或缺的前提条件。对于种植修复而言,由于需要借助印模转移杆和替代体间接地获得种植体与周围组织的三维位置关系,种植修复印模的临床操作较天然牙固定修复印模更为复杂。经过临床实践,传统印模技术已衍生出多种改良方法以尽可能提高模型的精确度,但仍有一定的改善空间。

        随着数字化技术的发展及其在口腔医学领域的不断普及,口内数字化印模技术因其临床操作高效、患者体验舒适、便于医技患沟通、易于数据储存等优势而越来越广泛地应用于临床。口腔数字化印模可分直接法和间接法两类。间接法是指将已取得的石膏模型放入扫描仓进行三维扫描获得数字化数据。该技术随着CAD/CAM数字化修复体的广泛应用而被普及,现已较为成熟。直接法即口内数字化印模技术,其在种植修复中的应用是指将扫描杆固定于种植体上,利用光学印模技术获得扫描杆表面信息,根据扫描杆的参数获得扫描杆与种植体的空间位置关系,生成虚拟模型,并根据种植体的虚拟位置信息设计、制作修复体或通过3D打印模型制作修复体。本文将从种植修复的角度,简述口内数字化印模技术的发展、优势及局限性,概述其应用现状及研究进展,以期进一步指导其临床应用。

        1.数字化印模的发展

        1971年,Duret教授提出将计算机辅助设计制造(CAD/CAM)技术应用于口腔修复的临床工作,对基牙光学扫描获得数字化印模并使用数控切割机制作修复体,数字化印模技术首次被引入口腔医学领域。1987年,西诺德公司推出首个商业化的口腔修复CAD/CAM系统CEREC1,首台商业化的口内扫描仪问世。CEREC1口内扫描仪采用三角测量技术,物体表面不均匀的光反射会降低扫描精确度,因此需要在口内组织表面喷洒一层不透明的二氧化钛粉末。此后,十余种口内数字化印模系统陆续应用于临床,如基于共焦显微成像技术的Trios系统、基于主动波阵面采样技术的LavaC.O.S系统、基于平行共聚焦成像技术的iTero系统等。

        经过不断探索与发展,目前广泛使用的口内扫描仪的精度、舒适度、扫描速度等多方面性能明显提升,各有优势。CERECACOmnicam、Trios和iTero系统可以实现不喷粉的真彩扫描,真实还原口内色彩信息,同时使得操作时间缩短,患者舒适度提高,也避免了粉末喷涂不均造成的微小误差;LavaC.O.S.系统的扫描头仅13.2mm宽,便于在狭小的口腔内操作,也减少了患者的不适感;CERECAC和E4D系统常规配备椅旁CAD/CAM设备,简单的单冠或小跨度桥修复体可直接椅旁切削制作,减少患者就诊次数。

        与此同时,口内数字化印模的临床应用范围也在不断扩大。口内扫描仪最初被应用于天然牙的固定修复,近年来,随着众多原厂品牌数字化种植扫描杆的推陈出新和数字化种植修复上部结构临床应用的普及,口内数字化印模技术也在种植修复领域受到越来越广泛的关注。目前,口内扫描主要应用于种植体支持的单冠和小跨度的上部结构修复。根据2018年ITI共识会议得出的临床指南,数字化印模技术可作为常规方法应用于种植体支持的单冠修复。对于大跨度甚至无牙颌的种植体支持的上部结构修复,虽然已有研究证实口内扫描精度可以满足临床要求,并提出改良的扫描技术方案以获得更精确的种植数字化印模,但多数观点仍认为口内数字化印模技术的精度尚不足以取代传统印模,其广泛应用仍缺乏足够的科学证据支持。

        2.数字化印模技术的优势与局限性

        2.1优势

        2.1.1简单高效

        与传统印模技术相比,应用口内扫描技术减少了选择托盘、调拌印模材料、材料固化、印模消毒、模型灌制、模型运输等步骤,简化了操作流程。对于单冠修复或跨度较小的多单位固定修复,可仅对部分牙弓进行口内数字化印模,无需进行全牙弓扫描。此外,口扫系统实时显示扫描结果,操作者可及时对扫描盲区进行补充扫描,而无需重复整个印模过程。

        Lee等对牙科医学生应用数字化印模与传统印模取单个种植体印模的总就诊时间、准备时间、取模时间、重取印模的次数和时间进行了统计评估,并对其难度进行视觉模拟量表(visualanaloguescale,VAS)问卷调查。结果表明,虽然数字化印模重取印模的次数较多,但其总就诊时间、取模时间、重取印模的时间均低于传统印模,数字化印模的难度VAS评分低于传统印模,说明数字化印模更加高效且易于掌握。Gherlone等对25例“all-on-4”种植修复患者进行口内数字化印模或传统方法印模,结果表明数字化印模的操作时间和重取印模时间均低于传统印模。

        2.1.2患者舒适度高

        数字化印模避免了传统印模过程中托盘和印模材料在口腔内造成的恶心反胃,尤其是对于咽反射敏感的患者。在牙周炎、楔状缺损、舌体肥大和颊部组织肥大等特殊病例的取模过程中,数字化印模更易操作,避免了传统印模方法在取出印模时因组织倒凹造成的应力,从而减少了患者的痛苦与不适。此外,较短的取模时间也增加了患者的舒适感。

        Schepke等对50例前磨牙区种植单冠修复的患者应用口内数字化印模技术和传统印模方法进行印模并进行问卷调查。结果表明,患者认为数字化印模便利度更高,且操作过程中的焦虑和窒息感以及对重新取模的恐惧感更轻。系统评价也显示,比起传统印模,患者更偏向于接受数字化印模。

        2.1.3便于交流

        数字化印模不仅可以展示口内组织的三维形态,还能显示其色彩信息,可对牙齿进行数字化比色,模拟修复治疗过程,便于患者直观地了解治疗方案及预期修复效果。另一方面,通过互联网传输也使得医-医、医-技远程交流更为方便。

        2.1.4易于储存

        传统印模的模型储存需占用大量空间,且对替代体等耗材的消耗较高,尤其是需要长期保存的复杂种植修复模型。而储存于光盘、硬盘等存储介质中的数字化印模不仅节省空间、便于随时调取,而且避免了使用印模材料而产生的垃圾和潜在污染。

        2.1.5利于术中或术后即刻印模

        口内数字化印模应用于种植术中或术后即刻取模,可避免印模材料接触伤口带来的感染风险,减少对软组织的刺激,同时避免对未形成骨结合的种植体产生不良应力。

        2.2局限性

        2.2.1图像拼接处理精度不足

        由于扫描头结构纤细,单视野视场数据往往较小,需要进行大量的数据拼接,拼接次数越多,精度越低。研究表明,对部分牙弓进行口内扫描精度高于全牙弓扫描。此外,扫描数据的拼接需要相对明显、固定的参照点,口内扫描时不稳定的黏膜形态以及平整的黏膜表面均会增加数据拼接处理的难度,从而影响扫描精度。

        2.2.2软组织还原度低

        对于美学区尤其是骨水平种植体的口内数字化印模,取出临时修复体后软组织快速变形塌陷,难以精确捕捉经过塑形的牙龈形态;同时,口内扫描仪可扫描的深度范围有限,无法精确复制较深的穿龈轮廓;当种植体周围软组织受到唾液、血液污染时,数字化印模更是难以识别其表面形态,从而带来一定的美学风险。已有学者提出改良方案以获得准确的穿龈轮廓,但其精度及长期的软组织稳定性仍需更多的研究证实。

        3.数字化印模精度的研究进展

        与天然牙支持的冠桥修复体相比,种植体支持的修复体对密合度的要求更加严格,而印模的制取是影响修复体密合度的关键步骤。印模的精度可从准确度和精密度两个方面进行评价,其中准确度是指样本测定值与真实值的接近程度,表示系统误差的大小;精密度是指规定条件下扫描数据间的一致程度,表示随机误差的大小。

        3.1准确度

        现已有多项研究对口内扫描的准确度进行评价,评价指标主要包括:测试模型与参考模型之间的三维偏差、种植修复上部结构的边缘密合性以及种植修复上部结构的被动就位与应力研究。对于小跨度种植修复的口内数字化印模,大部分文献支持其准确度在临床可接受范围或不低于传统印模技术。Marghalani等对后牙区植入两枚种植体的牙列缺损模型分别进行传统技术印模以及Omnicam系统和TrueDefinition系统的口内数字化印模,结果表明,对于NobelBiocare种植系统,其平均偏差分别为39、20和15μm;对于Straumann种植系统,其平均偏差分别为22、26和17μm。

        Lee等对单个种植体的模型应用传统闭窗式印模方法和口内扫描仪分别进行30次印模,获得灌制的石膏模型和CAD/CAM切削模型,比较两者与参考模型的三维偏差,结果表明,口内数字化印模与传统印模的准确度相当。对于全口种植修复的口内数字化印模,多数体外模型研究认为其准确度与传统印模相当或优于传统印模,尚缺乏足够的体内研究证实。Gherlone等对30个“all-on-4”种植修复牙弓进行口内数字化印模或传统方法印模。结果表明,基于口内数字化印模的CAD/CAM支架密合性良好,其1年随访的种植体存留率及边缘骨吸收均与传统方法修复无明显差异。

        Andriessen等对25例植入2枚种植体的下颌无牙患者进行口内数字化取模,其中4例扫描数据无法拼接,仅1例获得了临床可接受的精度,研究者认为牙列缺失的数字化印模主要挑战在于:黏膜具有一定的动度,且表面平整,缺乏明显的参考点;同时,由于使用了形态相同扫描杆,使得扫描仪很难分辨它们,从而误将两个扫描杆图像叠加成一个扫描杆,导致口内数字化印模扫描失败。准确度是评估样本测试值与真实值的接近程度,其中测试模型与参考模型之间的三维偏差是最直观的评价指标。

        体外研究中,常应用高分辨率模型扫描仪对参考模型进行扫描,其扫描精度较高,且不受操作方法和口内环境的影响,故可以认为该扫描数据反映真实值;也有研究使用高精度的坐标测量仪对参考模型上特定标记点之间的距离或扫描杆中轴之间的角度进行测量,从而获得真实值数据。然而,在体内研究中,无法直接应用模型扫描仪对口内组织进行扫描或使用坐标测量仪进行测量,而通过各种印模方法获得的模型均存在一定误差,无法作为参考模型,故目前的相关研究多为体外研究。

        2018年ITI共识会议指出,在体外条件下,对于单个或多个相邻种植体的牙列缺损模型和多个种植体的牙列缺失模型,数字化印模均能获得与传统印模相当的精度。然而,体外研究无法完全模拟复杂的口腔内环境。因此,口内数字化印模的精度仍需进一步的研究证实。

        3.2精密度

        对于种植体口内数字化印模精密度的相关研究较少。一项比较4个口内扫描系统对无牙颌多颗种植体取模的体外研究结果显示,LavaC.O.S.、CerecOmnicam、3ShapeTrios和3MTrueDefinition的精密度均值分别为66、59、33和30μm。结合其准确度结果,研究者认为除LavaC.O.S.外,其余3种口内扫描仪均能满足大跨度种植体支持修复体的印模精度要求。Imburgia等的体外研究则表明Trios、CerecOmnicam、TrueDefinition和CS3600对全牙弓种植修复取模精密度均值在31.5~75.3μm,对部分牙弓种植修复取模精密度均值在19.5~26.3μm,对部分牙弓取模的精密度高于全牙弓取模,而4种口内扫描系统之间则无显著差异。

        Muhlemann等应用3种口内扫描仪和传统印模方法对5例单牙种植患者重复取模,结果表明:iTeroCadent、Trios和LavaTrueDefinition的平均偏差分别为(57.2±32.6)、(88.6±46.0)和(176.7±120.4)μm,均高于传统印模的(32.7±11.6)μm。然而,该研究比较的是CAD/CAM或3D打印模型与传统石膏模型的精密度,CAD/CAM系统和3D打印设备的差异可能会引起误差。该研究中种植体邻牙的精密度均值在31.4~39.5μm,各组间无显著差异。基于以上结果,研究者认为,数字化模型制作的精密度尚不能满足临床要求;若不涉及到模型制作,则数字化印模和传统印模均能达到较高的精密度。

        3.3临床因素对精确度的影响

        3.3.1扫描范围

        当扫描范围增大时,数据拼接处理的次数增多,使得扫描误差累积而增大。Gimenez等应用口内扫描仪对含6个种植体的模型进行全牙弓扫描,后续扫描的半个牙弓中扫描杆三维位置偏差明显大于先扫描的半个牙弓。Vandeweghe等的研究也表明,扫描误差最大处位于牙弓的最远端,即扫描结束的位置。

        3.3.2种植体角度及深度

        Papaspyridakos等的研究显示不大于15°的种植体间角度不会对扫描精度造成影响。Gimenez等的多项研究也表明,对基于三角测量技术、主动波阵面采样技术及平行共聚焦成像技术的口内扫描系统,种植体角度及深度均不影响其扫描精度。

        3.3.3操作方法

        Gimenez等针对多个口扫系统,比较了数字化印模操作经验对其扫描精度的影响。对于iTero系统,在2名无经验者和2名有经验者中,其中1名无经验操作者扫描精度明显低于其余3人。对于LAVACOS系统,在10次印模操作中,有经验操作者扫描精度明显高于无经验者,但是在最后二次印模操作中,无经验操作者取得了与有经验者相当的扫描精度。该研究者认为,口内数字化印模的精度受操作方法的影响,而操作者经验不是直接影响因素。医师在临床应用口扫仪之前应熟悉操作方法并进行一定次数的练习,以获得理想的扫描精度。

        3.3.4扫描系统

        目前已有一些研究对多个口内数字化印模系统的精度进行评估,结果表明不同扫描系统的精度存在差异。Vandeweghe等对4种口内扫描仪在多颗种植体取模中的精度进行了评价,LavaC.O.S.、CerecOmnicam、3ShapeTrios和3MTrueDefinition的准确度均值分别为112、61、28和35μm,3ShapeTrios和3MTrueDefinition展现出较好的结果。Imburgia等应用Trios、CerecOmnicam、TrueDefinition和CS3600分别对部分牙弓和全牙弓的种植修复模型取模,部分牙弓取模的准确度均值分别为50.2、58.8、61.4和45.8μm;全牙弓取模的准确度均值在60.6~106.4μm,TrueDefinition准确度明显低于其余3种口内扫描仪。由于实验设计和评价指标各异,对口内扫描系统精度的优劣尚未能得出较为一致的结论。

        4.总结

        口内数字化印模是实现数字化种植修复的关键步骤之一,其高效、舒适、便捷等特点为临床诊疗工作带来许多便利。目前口内数字化印模的精度仍需更多的文献支持和进一步的探索提升,尚不能完全取代传统印模方法应用于种植修复。此外,医师应在熟悉原理和操作要点的前提下严格把握适应证,方能充分发挥其优势,达到理想的修复效果。

        来源:黄若萱,黄宝鑫,武诗语,陈建宇,于晓琳,李志鹏.口内数字化印模技术在口腔种植中的应用现状与研究进展[J].口腔医学,2019,39(06):539-543.

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