口腔

口內數字化印模技術在口腔種植中的應用現狀與研究進展

作者:黃若萱,黃寶鑫,武詩語,陳建宇,於曉琳,李誌鵬,中山大學附屬口腔醫院口腔種植科 來源:口腔醫學 日期:2020-03-05
導讀

         本文將從種植修複的角度,簡述口內數字化印模技術的發展、優勢及局限性,概述其應用現狀及研究進展,以期進一步指導其臨床應用。

        精確的印模是獲得長期穩定的修複效果不可或缺的前提條件。對於種植修複而言,由於需要借助印模轉移杆和替代體間接地獲得種植體與周圍組織的三維位置關係,種植修複印模的臨床操作較天然牙固定修複印模更為複雜。經過臨床實踐,傳統印模技術已衍生出多種改良方法以盡可能提高模型的精確度,但仍有一定的改善空間。

        隨著數字化技術的發展及其在口腔醫學領域的不斷普及,口內數字化印模技術因其臨床操作高效、患者體驗舒適、便於醫技患溝通、易於數據儲存等優勢而越來越廣泛地應用於臨床。口腔數字化印模可分直接法和間接法兩類。間接法是指將已取得的石膏模型放入掃描倉進行三維掃描獲得數字化數據。該技術隨著CAD/CAM數字化修複體的廣泛應用而被普及,現已較為成熟。直接法即口內數字化印模技術,其在種植修複中的應用是指將掃描杆固定於種植體上,利用光學印模技術獲得掃描杆表麵信息,根據掃描杆的參數獲得掃描杆與種植體的空間位置關係,生成虛擬模型,並根據種植體的虛擬位置信息設計、製作修複體或通過3D打印模型製作修複體。本文將從種植修複的角度,簡述口內數字化印模技術的發展、優勢及局限性,概述其應用現狀及研究進展,以期進一步指導其臨床應用。

        1.數字化印模的發展

        1971年,Duret教授提出將計算機輔助設計製造(CAD/CAM)技術應用於口腔修複的臨床工作,對基牙光學掃描獲得數字化印模並使用數控切割機製作修複體,數字化印模技術首次被引入口腔醫學領域。1987年,西諾德公司推出首個商業化的口腔修複CAD/CAM係統CEREC1,首台商業化的口內掃描儀問世。CEREC1口內掃描儀采用三角測量技術,物體表麵不均勻的光反射會降低掃描精確度,因此需要在口內組織表麵噴灑一層不透明的二氧化鈦粉末。此後,十餘種口內數字化印模係統陸續應用於臨床,如基於共焦顯微成像技術的Trios係統、基於主動波陣麵采樣技術的LavaC.O.S係統、基於平行共聚焦成像技術的iTero係統等。

        經過不斷探索與發展,目前廣泛使用的口內掃描儀的精度、舒適度、掃描速度等多方麵性能明顯提升,各有優勢。CERECACOmnicam、Trios和iTero係統可以實現不噴粉的真彩掃描,真實還原口內色彩信息,同時使得操作時間縮短,患者舒適度提高,也避免了粉末噴塗不均造成的微小誤差;LavaC.O.S.係統的掃描頭僅13.2mm寬,便於在狹小的口腔內操作,也減少了患者的不適感;CERECAC和E4D係統常規配備椅旁CAD/CAM設備,簡單的單冠或小跨度橋修複體可直接椅旁切削製作,減少患者就診次數。

        與此同時,口內數字化印模的臨床應用範圍也在不斷擴大。口內掃描儀最初被應用於天然牙的固定修複,近年來,隨著眾多原廠品牌數字化種植掃描杆的推陳出新和數字化種植修複上部結構臨床應用的普及,口內數字化印模技術也在種植修複領域受到越來越廣泛的關注。目前,口內掃描主要應用於種植體支持的單冠和小跨度的上部結構修複。根據2018年ITI共識會議得出的臨床指南,數字化印模技術可作為常規方法應用於種植體支持的單冠修複。對於大跨度甚至無牙頜的種植體支持的上部結構修複,雖然已有研究證實口內掃描精度可以滿足臨床要求,並提出改良的掃描技術方案以獲得更精確的種植數字化印模,但多數觀點仍認為口內數字化印模技術的精度尚不足以取代傳統印模,其廣泛應用仍缺乏足夠的科學證據支持。

        2.數字化印模技術的優勢與局限性

        2.1優勢

        2.1.1簡單高效

        與傳統印模技術相比,應用口內掃描技術減少了選擇托盤、調拌印模材料、材料固化、印模消毒、模型灌製、模型運輸等步驟,簡化了操作流程。對於單冠修複或跨度較小的多單位固定修複,可僅對部分牙弓進行口內數字化印模,無需進行全牙弓掃描。此外,口掃係統實時顯示掃描結果,操作者可及時對掃描盲區進行補充掃描,而無需重複整個印模過程。

        Lee等對牙科醫學生應用數字化印模與傳統印模取單個種植體印模的總就診時間、準備時間、取模時間、重取印模的次數和時間進行了統計評估,並對其難度進行視覺模擬量表(visualanaloguescale,VAS)問卷調查。結果表明,雖然數字化印模重取印模的次數較多,但其總就診時間、取模時間、重取印模的時間均低於傳統印模,數字化印模的難度VAS評分低於傳統印模,說明數字化印模更加高效且易於掌握。Gherlone等對25例“all-on-4”種植修複患者進行口內數字化印模或傳統方法印模,結果表明數字化印模的操作時間和重取印模時間均低於傳統印模。

        2.1.2患者舒適度高

        數字化印模避免了傳統印模過程中托盤和印模材料在口腔內造成的惡心反胃,尤其是對於咽反射敏感的患者。在牙周炎、楔狀缺損、舌體肥大和頰部組織肥大等特殊病例的取模過程中,數字化印模更易操作,避免了傳統印模方法在取出印模時因組織倒凹造成的應力,從而減少了患者的痛苦與不適。此外,較短的取模時間也增加了患者的舒適感。

        Schepke等對50例前磨牙區種植單冠修複的患者應用口內數字化印模技術和傳統印模方法進行印模並進行問卷調查。結果表明,患者認為數字化印模便利度更高,且操作過程中的焦慮和窒息感以及對重新取模的恐懼感更輕。係統評價也顯示,比起傳統印模,患者更偏向於接受數字化印模。

        2.1.3便於交流

        數字化印模不僅可以展示口內組織的三維形態,還能顯示其色彩信息,可對牙齒進行數字化比色,模擬修複治療過程,便於患者直觀地了解治療方案及預期修複效果。另一方麵,通過互聯網傳輸也使得醫-醫、醫-技遠程交流更為方便。

        2.1.4易於儲存

        傳統印模的模型儲存需占用大量空間,且對替代體等耗材的消耗較高,尤其是需要長期保存的複雜種植修複模型。而儲存於光盤、硬盤等存儲介質中的數字化印模不僅節省空間、便於隨時調取,而且避免了使用印模材料而產生的垃圾和潛在汙染。

        2.1.5利於術中或術後即刻印模

        口內數字化印模應用於種植術中或術後即刻取模,可避免印模材料接觸傷口帶來的感染風險,減少對軟組織的刺激,同時避免對未形成骨結合的種植體產生不良應力。

        2.2局限性

        2.2.1圖像拚接處理精度不足

        由於掃描頭結構纖細,單視野視場數據往往較小,需要進行大量的數據拚接,拚接次數越多,精度越低。研究表明,對部分牙弓進行口內掃描精度高於全牙弓掃描。此外,掃描數據的拚接需要相對明顯、固定的參照點,口內掃描時不穩定的黏膜形態以及平整的黏膜表麵均會增加數據拚接處理的難度,從而影響掃描精度。

        2.2.2軟組織還原度低

        對於美學區尤其是骨水平種植體的口內數字化印模,取出臨時修複體後軟組織快速變形塌陷,難以精確捕捉經過塑形的牙齦形態;同時,口內掃描儀可掃描的深度範圍有限,無法精確複製較深的穿齦輪廓;當種植體周圍軟組織受到唾液、血液汙染時,數字化印模更是難以識別其表麵形態,從而帶來一定的美學風險。已有學者提出改良方案以獲得準確的穿齦輪廓,但其精度及長期的軟組織穩定性仍需更多的研究證實。

        3.數字化印模精度的研究進展

        與天然牙支持的冠橋修複體相比,種植體支持的修複體對密合度的要求更加嚴格,而印模的製取是影響修複體密合度的關鍵步驟。印模的精度可從準確度和精密度兩個方麵進行評價,其中準確度是指樣本測定值與真實值的接近程度,表示係統誤差的大小;精密度是指規定條件下掃描數據間的一致程度,表示隨機誤差的大小。

        3.1準確度

        現已有多項研究對口內掃描的準確度進行評價,評價指標主要包括:測試模型與參考模型之間的三維偏差、種植修複上部結構的邊緣密合性以及種植修複上部結構的被動就位與應力研究。對於小跨度種植修複的口內數字化印模,大部分文獻支持其準確度在臨床可接受範圍或不低於傳統印模技術。Marghalani等對後牙區植入兩枚種植體的牙列缺損模型分別進行傳統技術印模以及Omnicam係統和TrueDefinition係統的口內數字化印模,結果表明,對於NobelBiocare種植係統,其平均偏差分別為39、20和15μm;對於Straumann種植係統,其平均偏差分別為22、26和17μm。

        Lee等對單個種植體的模型應用傳統閉窗式印模方法和口內掃描儀分別進行30次印模,獲得灌製的石膏模型和CAD/CAM切削模型,比較兩者與參考模型的三維偏差,結果表明,口內數字化印模與傳統印模的準確度相當。對於全口種植修複的口內數字化印模,多數體外模型研究認為其準確度與傳統印模相當或優於傳統印模,尚缺乏足夠的體內研究證實。Gherlone等對30個“all-on-4”種植修複牙弓進行口內數字化印模或傳統方法印模。結果表明,基於口內數字化印模的CAD/CAM支架密合性良好,其1年隨訪的種植體存留率及邊緣骨吸收均與傳統方法修複無明顯差異。

        Andriessen等對25例植入2枚種植體的下頜無牙患者進行口內數字化取模,其中4例掃描數據無法拚接,僅1例獲得了臨床可接受的精度,研究者認為牙列缺失的數字化印模主要挑戰在於:黏膜具有一定的動度,且表麵平整,缺乏明顯的參考點;同時,由於使用了形態相同掃描杆,使得掃描儀很難分辨它們,從而誤將兩個掃描杆圖像疊加成一個掃描杆,導致口內數字化印模掃描失敗。準確度是評估樣本測試值與真實值的接近程度,其中測試模型與參考模型之間的三維偏差是最直觀的評價指標。

        體外研究中,常應用高分辨率模型掃描儀對參考模型進行掃描,其掃描精度較高,且不受操作方法和口內環境的影響,故可以認為該掃描數據反映真實值;也有研究使用高精度的坐標測量儀對參考模型上特定標記點之間的距離或掃描杆中軸之間的角度進行測量,從而獲得真實值數據。然而,在體內研究中,無法直接應用模型掃描儀對口內組織進行掃描或使用坐標測量儀進行測量,而通過各種印模方法獲得的模型均存在一定誤差,無法作為參考模型,故目前的相關研究多為體外研究。

        2018年ITI共識會議指出,在體外條件下,對於單個或多個相鄰種植體的牙列缺損模型和多個種植體的牙列缺失模型,數字化印模均能獲得與傳統印模相當的精度。然而,體外研究無法完全模擬複雜的口腔內環境。因此,口內數字化印模的精度仍需進一步的研究證實。

        3.2精密度

        對於種植體口內數字化印模精密度的相關研究較少。一項比較4個口內掃描係統對無牙頜多顆種植體取模的體外研究結果顯示,LavaC.O.S.、CerecOmnicam、3ShapeTrios和3MTrueDefinition的精密度均值分別為66、59、33和30μm。結合其準確度結果,研究者認為除LavaC.O.S.外,其餘3種口內掃描儀均能滿足大跨度種植體支持修複體的印模精度要求。Imburgia等的體外研究則表明Trios、CerecOmnicam、TrueDefinition和CS3600對全牙弓種植修複取模精密度均值在31.5~75.3μm,對部分牙弓種植修複取模精密度均值在19.5~26.3μm,對部分牙弓取模的精密度高於全牙弓取模,而4種口內掃描係統之間則無顯著差異。

        Muhlemann等應用3種口內掃描儀和傳統印模方法對5例單牙種植患者重複取模,結果表明:iTeroCadent、Trios和LavaTrueDefinition的平均偏差分別為(57.2±32.6)、(88.6±46.0)和(176.7±120.4)μm,均高於傳統印模的(32.7±11.6)μm。然而,該研究比較的是CAD/CAM或3D打印模型與傳統石膏模型的精密度,CAD/CAM係統和3D打印設備的差異可能會引起誤差。該研究中種植體鄰牙的精密度均值在31.4~39.5μm,各組間無顯著差異。基於以上結果,研究者認為,數字化模型製作的精密度尚不能滿足臨床要求;若不涉及到模型製作,則數字化印模和傳統印模均能達到較高的精密度。

        3.3臨床因素對精確度的影響

        3.3.1掃描範圍

        當掃描範圍增大時,數據拚接處理的次數增多,使得掃描誤差累積而增大。Gimenez等應用口內掃描儀對含6個種植體的模型進行全牙弓掃描,後續掃描的半個牙弓中掃描杆三維位置偏差明顯大於先掃描的半個牙弓。Vandeweghe等的研究也表明,掃描誤差最大處位於牙弓的最遠端,即掃描結束的位置。

        3.3.2種植體角度及深度

        Papaspyridakos等的研究顯示不大於15°的種植體間角度不會對掃描精度造成影響。Gimenez等的多項研究也表明,對基於三角測量技術、主動波陣麵采樣技術及平行共聚焦成像技術的口內掃描係統,種植體角度及深度均不影響其掃描精度。

        3.3.3操作方法

        Gimenez等針對多個口掃係統,比較了數字化印模操作經驗對其掃描精度的影響。對於iTero係統,在2名無經驗者和2名有經驗者中,其中1名無經驗操作者掃描精度明顯低於其餘3人。對於LAVACOS係統,在10次印模操作中,有經驗操作者掃描精度明顯高於無經驗者,但是在最後二次印模操作中,無經驗操作者取得了與有經驗者相當的掃描精度。該研究者認為,口內數字化印模的精度受操作方法的影響,而操作者經驗不是直接影響因素。醫師在臨床應用口掃儀之前應熟悉操作方法並進行一定次數的練習,以獲得理想的掃描精度。

        3.3.4掃描係統

        目前已有一些研究對多個口內數字化印模係統的精度進行評估,結果表明不同掃描係統的精度存在差異。Vandeweghe等對4種口內掃描儀在多顆種植體取模中的精度進行了評價,LavaC.O.S.、CerecOmnicam、3ShapeTrios和3MTrueDefinition的準確度均值分別為112、61、28和35μm,3ShapeTrios和3MTrueDefinition展現出較好的結果。Imburgia等應用Trios、CerecOmnicam、TrueDefinition和CS3600分別對部分牙弓和全牙弓的種植修複模型取模,部分牙弓取模的準確度均值分別為50.2、58.8、61.4和45.8μm;全牙弓取模的準確度均值在60.6~106.4μm,TrueDefinition準確度明顯低於其餘3種口內掃描儀。由於實驗設計和評價指標各異,對口內掃描係統精度的優劣尚未能得出較為一致的結論。

        4.總結

        口內數字化印模是實現數字化種植修複的關鍵步驟之一,其高效、舒適、便捷等特點為臨床診療工作帶來許多便利。目前口內數字化印模的精度仍需更多的文獻支持和進一步的探索提升,尚不能完全取代傳統印模方法應用於種植修複。此外,醫師應在熟悉原理和操作要點的前提下嚴格把握適應證,方能充分發揮其優勢,達到理想的修複效果。

        來源:黃若萱,黃寶鑫,武詩語,陳建宇,於曉琳,李誌鵬.口內數字化印模技術在口腔種植中的應用現狀與研究進展[J].口腔醫學,2019,39(06):539-543.

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