数字化印模在无牙颌中应用的研究进展

    我国第四次口腔流行病学调查显示国内无牙颌患者达2100万人，然而目前主要修复方式仍是传统全口义齿修复。一步法、两步法印模或者其他印模程序都没有足够的临床证据支持，相关RCT实验也极少，因此选择何种印模程序具有更佳的效果仍然是一个具有争议性的话题。
    传统全口义齿制取印模多采用藻酸盐初印模结合个别托盘二次印模的方式进行，但此操作程序繁琐、耗费时间、印模压力不易控制、技术敏感性较高且印模存在变形及不易保存的问题，造成了全口义齿理想印模难以制取的现状。数字化印模是采用光学原理，利用数字化扫描设备扫描获取口腔内软硬组织情况，再由相关软件进行数据重叠分析并建立可视化模型，实现信息的虚拟化，以便进一步设计和制作修复体。
    数字化扫描技术的出现在逐步改变传统修复印模制取方式，它具有高效、便捷、舒适、高度可重复性，扫描数据还有易采集、存储方便、可远程交流等优点。近来数字化印模在口腔正畸学、固定修复、颌面外科学以及口腔种植学等领域的应用发展迅速，但是因为无牙颌患者口内情况复杂多变以及印模质量要求更高，数字化印模在无牙颌患者修复中仍是小范围的个别应用。本文将从无牙颌数字化印模的种类、准确度研究，临床策略等方面，概述其应用现状及研究进展，以期为临床全口义齿的印模制取提供全新思路。
    1.无牙颌数字化印模的分类
    牙颌患者制取数字化印模分为间接法和直接法两种方式。
    1.1口外数字化印模技术（间接法）
    间接法是采用口外仓模型扫描仪或者口内扫描仪对无牙颌的印模或石膏模型进行扫描，常采用激光测量方法，可精确到20μm内。Rossini等系统评价显示数字模型与传统的石膏模型一样可靠，具有高精度、可靠性和重现性。国内孙玉春课题组也进行了相关研究，使用红膏进行无牙颌初印模制取，再扫描红膏初印模提取三维数据，并在此基础上创新性地发明了固易美TM数字化全口义齿系统。
    扫描石膏模型以及红膏印模都具有高精度以及可重复性，且操作便捷；但是石膏模型作为数据转化的载体，存在藻酸盐印模脱模、撕拉变形、石膏膨胀等问题；而红膏印模技术敏感性高，流动性差，容易过展。间接法获取的口内数据依然是医师依靠经验采用常规方法制取的印模结果，并不能解决传统印模制取中存在的问题，那么间接法扫描结果与患者口内实际情况的差异并没有减小，各种叠加因素的影响也使得印模数据不能作为终印模结果使用。
    1.2口内数字化印模技术（直接法）
    直接法是使用口内扫描仪直接扫描无牙颌牙槽嵴及周围相关软组织形态，记录的是患者张口状态下无牙颌的黏膜表面静态信息，无法辨别无牙颌的肌静力区边界以及黏膜功能状态下的形态。同时受到仪器的限制，使用口内扫描仪直接扫描获取的无牙颌光学印模准确度最低，利用此光学印模制作最终修复体的准确度是否能够满足临床需求有待考量。
    目前我们普遍将无牙颌数字化印模作为初印模，配合计算机辅助设计以及三维打印技术制作个别托盘，再通过功能整塑获取全口义齿功能压力终印模，在此基础上制作传统全口义齿或者数字化全口义齿。
    这样的方法较传统的纯手工操作获取的初印模更接近无压力印模，同时在制作时长上也具有一定的优势。直接法数字化印模由于其便捷性和舒适性且不对黏膜施加压力，可用于特殊的无牙颌患者。Hong结合数字化印模与二次印模法，将间接与直接的STL数据结合用于松软牙槽嵴患者义齿的制作，为完整的义齿提供了良好的固位性和稳定性。
    部分无牙颌患者来就诊前通常具有一副旧义齿，记录旧义齿的各种信息对后续全口义齿修复具有重要指导意义。Goodacre等使用口内扫描仪记录患者旧义齿形态、牙的排列以及垂直距离作为数字化修复设计的参考，是无牙颌数字化印模的又一创新应用。口内扫描仪的扫描头相对于常规托盘更加小巧，更能个性化地适应患者牙弓及口角大小，可以用于张口受限患者，解决此类患者临床上无合适成品托盘的问题。直接法数字化印模为松软牙槽嵴和张口受限患者的印模制取提供全新的临床思路。
    1.3面部扫描
    无牙颌患者通常会呈现缺牙的特殊面容，而临床上印模的制取也更希望全面记录患者面部三维信息，常规我们是使用卡尺和量角器等来记录患者面部数据。近年来随着数字化领域发展，临床上可选择面部扫描仪来记录无牙颌患者面部三维信息，便携式面部扫描仪与固定式面部扫描仪有相似准确度，平均偏差值＜1.0mm。
    同时将面部扫描数据与口内扫描数据以及CBCT数据结合可以三维重建无牙颌患者颌骨与黏膜形态，在此基础上再进行修复。这类多种三维数据结合的新型修复方式，拥有更加完善的患者口腔三维数据，具有广阔的应用前景。
    2.无牙颌口内数字化印模的准确度研究
    数字化印模自20世纪80年代第一次应用于口腔至今，在扫描设备、扫描头、扫描程序上不断改进，使印模的准确度有了大幅度提升。越来越多的临床医生将数字化印模应用到无牙颌患者全口修复的治疗过程中。无牙颌因为解剖特殊性以及生理特点，所以临床上印模方法以及质量要求不同于固定修复，患者口内环境以及扫描技术的多种限制导致无牙颌扫描结果准确度低，自然其相应的临床运用相对于固定修复较为滞后。
    而准确度虽然有明确定义，但在口腔数字化扫描邻域没有统一的评判标准，不同的扫描设备原理和分析程序也不相同，准确度的研究和评价体系是否可靠需要更多的研究来探索。
    2.1准确度的评价方法
    准确度包含精密度和正确度两个概念。精密度是指相同条件下，测试结果间的一致程度。正确度指测量值与真实值之间的接近程度。目前尚无标准来评判模型的准确度差异，也没有一个明确的界值来指导我们对仪器进行改进。准确度的评价方法主要有两种：一是测量测试模型与参考模型之间的三维偏差值，这是最直观的评价指标。
    需要在体外先采用高分辨率模型扫描仪对参考模型进行扫描作为参照来对比不同扫描仪的准确度，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。二是引入一些形态规则的几何体，例如在牙弓辅助固定金属小球，通过研究这些标志物之间的线性以及角度差异来间接比较数字化印模的准确性。
    不同的分析程序中，除了经典的线性分析，MATLAB的体积分析法也具有良好的可靠性。尽管不同的分析软件被证明具有可靠性，但是最终的分析结果仍受数据捕获方式，软件类型以及测量指标的影响。数字化印模虽然目前临床上已有良好应用，却缺乏一个金标准来评判印模的准确度。我们期待有更多的研究来统一评价标准，或者建立一个转换公式来弥补这些分析方法的水平或垂直向的误差。
    2.2影响无牙颌数字化印模准确度的因素
    2.2.1无牙颌图像拼接存在缺陷
    现在多数口内扫描仪采用小面积单视场快速扫描进行图片重叠拼接，获取扫描对象的整体表面数据信息。无牙颌数字化印模图片拼接存在缺陷，一是由于无牙颌患者自身解剖特性，无牙颌牙槽嵴表面的黏膜平整光滑、腭皱襞形态多种多样、没有相对明显的解剖结构和固定的参照点，加之可能有松软牙槽嵴等不稳定的黏膜形态存在；二是因为患者口内情况复杂多变，患者口内的唾液、运动的舌体、口腔空间大小、活动的口底及黏膜组织等都会导致图像获取困难。以上众多原因导致的图片拼接问题都会降低无牙颌扫描的准确度，更加精密的扫描设备和适合的临床操作策略将是弥补图片拼接缺陷的方法。
    2.2.2无法获得准确的肌静力边界
    目前教科书观点仍然认为边缘封闭以及后堤区的形成是全口义齿的固位和稳定的重要环节。传统全口义齿印模制取时医师可以使用红膏等边缘整塑材料、或者改良托盘形态来寻找理想的边界，同时医生依靠经验来控制压力的大小，这种方法虽然操作复杂但是可以获取相对清晰的边界位置并制作后堤区给义齿提供足够的固位力和稳定性。
    无牙颌数字化印模接近于无压力状态下印模，但是扫描时辅助牵拉动作会改变印模边界位置，口内扫描仪的扫描头大小有限在下颌舌侧以及后牙等区域可能存在伸展不足情况。因此无牙颌数字化印模无法获得准确的肌静力边界，也不能够加压制作后堤区，印模边界位置都依靠在电脑端进行人工确定和剪裁，不能真实地反应口内的边缘封闭区具体位置和形态。
    2.2.3不同扫描仪的差异
    市面上口内扫描设备品种繁多，各类扫描仪的数据获取方式以及处理程序都有差异，究竟哪种扫描仪具有更好的准确性仍然是未知的。因为口内环境的复杂，针对不同扫描仪准确度差异的研究主要是体外研究。
    Patzelt等采用4种扫描仪扫描无牙颌模型，发现平均正确度44.1～591.8μm，平均精密度值21.6～698.0μm，而某些研究表明临床上可接受的偏差＜311mm。不同扫描设备都配备相应的扫描头，实际操作中发现较大的扫描头能够提高扫描的准确度，但却会影响医师的操作，在后段牙弓甚至会造成患者恶心，从而缺失扫描图像。不同扫描仪之间数据捕获的方法、使用的软件和测量度量都不相同，这些因素也会显著影响扫描结果。因此不同扫描仪之间的结果是否能够相互比较，尚有疑虑。
    2.2.4扫描偏差较大的区域
    无牙颌患者口内黏膜不同区域具有不同活动性和黏弹性，数字化印模同传统印模一样都需要克服这些问题。临床口内扫描最常见的缺失区域主要位于上颌结节区以及磨牙后垫区，而图片拼接容易出现问题的区域常常在上颌腭部、边缘封闭区、舌下区（≥500μm）以及扫描头难以抵达部位。
    这些容易缺失和发生拼接问题的区域是扫描头伸展不全难以获得完整图像的部位，同样也是传统印模制取中差异大的部分。目前的扫描设备还不足以完全解决这个问题，我们期待在未来能匹配更小的扫描头或者针对不同区域采取个性化扫描方式来减小印模的误差。
    2.2.5无牙颌种植－活动联合修复
    采用种植修复的无牙颌患者相对普通全口义齿患者的光滑黏膜具有更明显的标志物，数字化印模扫描结果具有更高的准确度。种植无牙颌患者植入的植体数目越多、植入物间距离越小，口腔内扫描系统的线性畸变越低。在8种不同的扫描仪中发现True Defifinition（（31±8）μm）和Trios（（32±5）μm）三维偏差分析表现最好。
    种植数字化印模过程中需要用到扫描体，各个厂家以及种植系统都具有不同型号的扫描体，在5种不同的扫描体中发现ZI扫描体的距离偏差明显较小，表明不同的扫描体也会影响扫描的准确性。
    同样使用辅助几何物件固定到种植无牙颌模型上，可以提高无牙颌种植－活动修复印模的准确性。我们查阅文献得知种植无牙颌患者印模的研究多是体外实验，没有考虑到患者口内唾液以及舌体活动组织影响，忽略掉了软组织的干扰情况，因此体外研究结果应用于口内真实情况如何，我们无法预估。
    3.无牙颌口内数字化印模的临床应用策略
    现有的口扫设备在体外对无牙颌石膏模型扫描时都有良好的准确性和可重复性。目前口内扫描无牙颌的研究较少，扫描设备更新慢，许多临床医师则通过改变扫描策略来提高扫描的准确度。
    现有方法包括在图片拼接易出现问题的区域以及边缘封闭区域进行画线指示图片拼接和印模边界，在上颚部以及牙槽嵴顶区域放入标志物如树脂小球和氧化铝标记物来提供相对参考点，以及采用不同类型的扫描路径如“Z”形、“S”形、颊腭、腭颊路径来改善图像拼接以及重叠问题。但是使用何种材料进行画线更安全可靠以及在什么部位画线更有意义，没有相关研究。
    而我们在扫描时通常会使用拉钩、口镜来辅助牵拉口角，也会改变黏膜静止状态下已经标记号的边界位置。若考虑在口内增加固体的标记物，必然在一定程度上我们会牺牲掉标记物覆盖区域的黏膜和骨形态的真实数据。不同的扫描路径也会因为操作者经验差异而使结果不同，Zarone等采用不同扫描方法发现颊腭扫描技术在有腭皱襞形态的无牙颌模型显示出更好的准确度，但是也只能说明某些扫描策略在特定区域具有更好的准确度。
    无牙颌数字化印模大部分体内研究主要集中于上颌，因为上颌相对于下颌来讲解剖标志明显且易获取，使得下颌无牙颌的数字化印模研究相对滞后，但有研究指出上下颌的三维偏差数据差异没有统计学意义，并认为数字化印模和传统印模之间的三维差异是由于两种印模方法不同的物理效应，而不是两种方法在准确度上相比的缺陷。这些无牙颌数字化印模的临床策略研究极少有随机对照实验，而且一部分是病例报告研究，缺乏强有力的证据支持。
    各项研究的参照标准也不一致，可能是口外仓扫石膏模型数据或者硅橡胶模型扫描数据，也无法将各种临床测量数据进行横向比较。就目前而言，在各项实验研究的有限范围内，临床医师的改良扫描策略能够有效提高无牙颌扫描结果的质量。
    4.小结与展望
    通过口内直接扫描获取牙列的三维数据已成为近年来数字化印模技术的重点研发方向，口内扫描全牙弓的准确度得到有效验证，但扫描准确度随着牙弓长度增加有所降低，缺牙区域的范围大小会显著影响结果的准确性，对无牙颌数字化印模来说更是不小的挑战。
    无牙颌的数字化印模仍处于研究阶段，现有体外研究表明口内扫描仪在准确度上可以和传统印模以及桌面扫描仪媲美。体内研究的准确度尽管受到口内血液、唾液、运动的舌体以及扫描头大小的影响有所下降，但一些优秀的口扫设备在此情况下的误差仍在临床可接受范围内。
    临床采取的在口内画线、增加地标以及不同扫描路径的策略等都可以有效地提高口内印模的准确度，使得无牙颌的数字化印模具有更加广阔的应用前景。尽管无牙颌数字化印模的结果作为终印模来讲仍有一段距离，但无牙颌口内扫描印模仅作为初印模用以制作个别托盘是具有可行性的。
    未来，口内三维扫描技术和三维打印技术将成为口腔治疗中不可或缺的治疗技术，而无牙颌患者的全口义齿数字化修复仍然存在诸多的未完善关键环节，需要人们不断进行深入研究。随着时间推移，口内扫描技术的继续发展更新，我们期待口内扫描仪能胜任无牙颌印模，提供良好的准确度。