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口内扫描仪和数字印模的临床展望(德)
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作者:
Sven Rinke 编外讲师(教授)(
Matthias Rödiger 教授(德) 
Ralf Bürgers 教授(德) 
德国哥廷根医科大学口腔修复科

通讯作者:
Sven Rinke 教授
sven.rinke@med.uni-goettingen.de

为了进一步推广口内扫描仪(IOS)和数字印模的应用,必须将其逐步纳入到临床前和临床实习教学中来。此外,为了使其成为临床上的常规应用,还有必要进一步缩短扫描时间以及扩大适应证范围,即将其应用于复杂的固定修复体和活动修复体制作。我们的目标是让这些设备在足够长的使用期内收回成本。虽然口内扫描系统的基础版本功能范围有限,但需投入的资金也不多,因此适合作为入门版本,以提高大家对该项技术的接受程度。

关键词:口内扫描仪,数字印模,传统印模,数字化工作流程,全颌扫描


引言

在过去的20年里,数字技术在口腔医学和牙科技术中的应用已经成为科学与实践(临床)的核心创新动力。随着数字技术覆盖范围的拓展,现在已经延伸到了口腔临床的所有领域,包括用于诊所管理的软件解决方案、数字放射成像系统、数字摄影、基于CAD/CAM的口腔修复体制作以及用于数字印模的口内扫描系统(IOS)。有趣的是,不同数字技术的实施并不遵循统一的动态。虽然用于诊所管理的软件解决方案早已成为大多数诊所日常工作的一部分,而且欧洲40%以上的牙科诊所都配备了一个或多个数字影像系统,但IOS的推广和使用却要少得多。

自1985年推出第一个商业口内扫描系统(CEREC,登士柏西诺德公司,德国)以来,这项技术一直在不断发展。尽管有相对较长的发展历史和制造商强大的广告推广,但据目前的估算,在欧洲只有20% -25%的牙科诊所使用IOS。相比之下,却有超过三分之二的牙科技工室在使用技工室扫描仪对传统模型进行数字化扫描。

根据纯粹的临床经验,作者认为,目前IOS已经能够很好地应用于口腔修复的若干领域。例如,在Ralf Bürgers教授的私立门诊(德国哥廷根大学医学中心的口腔修复门诊),有大约四分之三的间接修复(嵌体、部分冠、冠、三单位固定桥)和大约三分之二的固定种植修复(但仅在后牙区)是通过IOS进行的(图1a至d);这也适用于粘接桥。此外,约有四分之一的垫是通过数字印模制作的。不过,目前IOS还不能用于制作活动义齿和多单位的固定桥。

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图1a至d:一个利用数字印模制作后牙区一个3单位全瓷固定桥进行修复的临床病例(口内扫描仪:TRIOS 3,3Shape公司,丹麦)。(a) 为全瓷固定桥修复进行的牙体预备。(b) 放置牙龈收缩线(双线技术)为采集数字印模做准备。(c) 带有预备体的下颌和对颌数字模型,并通过侧方扫描获取了数字化咬合记录。(d) 最终戴入口内的三单位氧化锆全瓷桥。

第一作者Sven Rinke教授的口腔门诊使用口扫(IOS)已有十年历史,主要用于制作后牙区的单牙修复体(嵌体、部分冠、全冠)。这些修复体中大约三分之二是采用数字印模制作的。约30%的数字印模用于椅旁制作单牙修复体,它们主要是由高强度的玻璃陶瓷制作的部分冠和全冠。混合陶瓷(VITA ENAMIC,维他公司,德国)主要被用于制作嵌体(图2a至d)。不使用IOS的修复病例,其原因主要是预备体边缘位于龈下难以扫描,或者是需要制作贵金属基的金属烤瓷修复体。口扫的其他应用领域还包括制作种植体支持的单牙修复体。近年来,术中印模的应用越来越多,其中50%的病例会使用口扫。此外,2018年开始采用数字化方式制作垫,其中使用口扫的频率约为10% -15%。

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图2a至d:由高强度玻璃陶瓷制作冠修复体(口内扫描仪:CEREC Omnicam,登士柏西诺德公司)。(a) 15牙按全冠预备,16牙按部分冠预备。 (b) 数字印模和修复体设计(CEREC软件)。 (c) 烧结和个性化染色后的高强度玻璃陶瓷修 复体。(d) 修复体在口内粘接后的侧面观。

尽管总体条件有很大的不同,但在既定的应用领域还是有很多的相似之处。不过,无论是院校还是非院校的口腔门诊,口扫在多单位固定桥和活动义齿修复方面的应用还是未得到普及或者被广泛接受。

除了这些个人经验之外,针对口扫的使用还存在一些疑问,例如:当前的科学知识与创新将会对口扫未来的使用产生多大的影响。目前来看,针对这些系统发表的专业文献数量还是很高的。在PUBMED门户网站用 “口内扫描仪*(intraoral scanner *)或数字印模*(digital impression*)”作为搜索关键词搜索文献,确定了2019年出现了165篇专业文章;而在2014年,只检索到16篇文章;2020年已发表的科学文献的数量则已达到159篇(搜索日期为2020年8月31日)。口内扫描系统的制造商数量和相应的创新数量也在稳步增加,这些系统在性能特点和价格方面有很大的差异。这两方面的发展都会对未来口扫应用的传播动态产生相当大的影响。

下文将介绍有关口扫的最新专业知识与创新,并探讨它在牙科应用中的预期发展。


科学和教学进展现状

有几项研究探讨了数字印模与口腔临床前和临床培训的结合。研究结果显示,对比传统印模技术,数字化印模应用的训练需要更长的时间。然而,经过充分的培训后,大多数学生都喜欢使用数字印模系统,而不是传统的取模方法。采集数字印模的工作时间也比传统印模短,至少在模拟条件下是如此。

此外,IOS还可以与相应的软件(如prepCheck,登士柏西诺德公司)一起使用,以实现质量控制,并作为客观评价实习操作的辅助工具。关于这方面也有一些研究记录,证明了这对学生教学有着很高的价值。若为临床前和临床期的教学课程配置大量的口内扫描仪,则会产生很高的购置成本,而且根据2021年10月起新的执业许可条例,预计口腔专业学习中的实习部分将减少,这可能意味着IOS模块无法被迅速普及。

总体而言,这些研究展示了数字印模的潜力。在临床上,它们也证明了将其纳入学生教学是至关重要的。只有这样,未来几代的牙医才会表现出更大的意愿,将这项技术纳入常规的临床使用中来。在对完成了数字印模课程单元的学生进行的调查中,90%的学生可以设想在未来使用口扫来完成治疗工作。然而,这种培训的前提是,需要在培训中心适当地配备市售的硬件和软件以及相应的培训人力资源。 

除了关于IOS与学生教学结合的研究外,还有大量针对口内扫描系统的准确性的研究。在准确性上,一方面要考虑扫描数据的正确性(真实性),即数据与已知参考对象的一致性;另一方面还要考虑到精确度,即数据的可重复性。一些临床研究已证明,采用数字印模制作的冠和三至四单位固定桥的适合精度与使用传统印模制作的修复体相当。使用口内扫描仪为种植体支持的单冠和三至四单位固定桥获取的印模也具有足够的精度,这在一些临床研究中也得到了证实(图3a至f)。

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图3a至f: 牙科技工室制作种植体支持式上部结构的数字化流程(口内扫描仪:TRIOS 3)。在去除牙龈成型器后对软组织情况进行预扫描;在固定扫描杆后采集种植体的位置,随后记录咬合关系。(b)数字化模型的显示与修复体的设计。(c) 和(d) 带有两件式瓷基台和Cercon ht(登士柏西诺德公司)氧化锆烤瓷冠的工作模型。(e) Cercon ht两件式瓷基台固定在口内。(f) 氧化锆冠(Cercon ht)暂时粘接。

特别是在种植领域,与传统方法相比,数字印模有可能改善工作流程。最重要的是,使术中取印模变得更加容易。与传统印模相比,术中取数字印模在卫生和应用技术方面都更安全、更方便(图4a至d)。这开辟了新的治疗策略,大大缩短了治疗时间,可立即使用椅旁制作的修复体进行即刻负重。同样,在导航种植领域,扫描数据与CBCT数据的数字化匹配也比传统印模获取的数据更快、更方便(图5a和b)。

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图4a至d:使用术中采集的数字印模制作暂时修复体,可以即刻术后戴入口内或者二期手术暴露种植体时戴入口内(口内扫描仪: TRIOS 3)。(a) 35位点植入种植体(Astra EV,登士柏西诺德公司)后的状态。(b)拧入扫描杆(Scanbody 2nd Generation,MEDENTiKA®公司,德国)准备采集数字印模。(c)  术中采集数字印模的操作步骤:扫描对颌、侧方扫描咬合记录、软组织预扫描、利用扫描杆获取种植体位置的数据。(d)  螺丝固定的临时上部结构,该结构由PMMA切削而成并与钛基底粘接。

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图5a和b: 口内印模数据可以与CBCT数据合并。利用这些虚拟数据可以精确制作密合的手术导板以植入种植体。(a)上颌的数字印模数据与CBCT数据合并。(b) 在虚拟数据的基础上制作的一个外科导板;应用打印技术制作的导板和模型。

即使对于延期负重的种植修复体来说,口内扫描仪的使用也简化了治疗过程。至少在后牙区,无模型制作高强度玻璃陶瓷或半透明全氧化锆陶瓷修复体是可能的。这大大缩短了治疗时间和技工室的制作时间(图6a至d)。在这些适应证范围内,数字印模不仅可以替代传统印模,还可以扩大治疗范围和/或缩短治疗时间。因此,种植修复治疗将共同决定口内扫描仪在未来口腔临床中的应用可能性和接受程度。尽管如此,IOS(还)不能完全取代种植修复中的传统印模。 

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图6a至e: 临床病例:螺丝固位的种植体支持式单冠修复。直接利用数字印模制作单层全瓷冠,无需预先制作工作模型(口内扫描仪: cara i500, Kulzer公司)。(a) 二期手术暴露种植体2周后的临床状态。(b)去除牙龈成型器后的临床状态。(c)拧入扫描杆以获取种植体的三维位置(二代扫描杆)。(d)在患者口内戴入螺丝固位的4代氧化锆(KATANA STML,Kuraray Europe公司,德国)单层全瓷冠。(e)从获取数字印模到制作种植体支持式修复体的工作步骤。


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在对471名患者进行的11项临床研究中发现,与制取传统印模相比,患者对数字印模具有很高的偏好度。除了足够准确外,这也是一个与临床实践中常规使用高度相关的决策标准。相比之下,在同一系统综述中,数字印模与传统印模相比,没有显示出时间上的优势。因此,制造商经常宣传的效率优势无法得到验证,至少在迄今为止的扫描系统中是如此。然而,就扫描过程所需时间这一要素而言,还不仅与所使用的扫描系统相关,用户的经验也起着一定的作用。Hamad 等人的一项研究显示,随着对扫描仪使用的增加,会出现一个相对陡峭的学习曲线,这会使扫描时间缩短。在另一项研究中,有经验者比无经验的使用者也会获得更好和更快的结果。

此外,还对影响临床扫描结果的因素进行了研究。例如,环境照明对不同扫描系统的扫描结果有很大影响。在这种情况下,必须遵守各生产商的建议,以达到最佳的扫描结果。同样,扫描结果也受到口内扫描附件(扫描头)的大小、扫描区域的大小和扫描策略的影响。

这些观察结果强调了强化用户培训的重要性,特别是在使用之初。从医生的角度看到的数字印模的临床相关优势包括:即刻显示扫描结果,可以在屏幕上放大显示,并在个别点上纠正扫描(“擦除”和“重新扫描”)。通过扫描数据传输给牙科技工室节省的时间也体现了口扫的优势(图7a和b)。

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图7a和b:数字印模具有的优势是,可以即刻检查扫描结果并判断是否需要补充预备或者补充扫描  (口内扫描仪: CEREC Omnicam,登士柏西诺德公司)。(a)为制作一个由高强度玻璃陶瓷部分冠所做的牙体预备。(b)借助CEREC 软件的分析工具可以显示扫描数据不完整的区域、对于全瓷修复体来说预备明显不足的地方以及在预备体边缘和修复体边缘区域的接触。

对全颌扫描准确性的研究显示,在使用不同的扫描系统时,结果的差异性很大。特别是在后牙区发现了更大的不精确度。此外,事实证明,全颌扫描比传统印模更耗时。基于这些发现,到目前为止,口内扫描系统的使用只被评价为对牙齿和种植体支持的冠桥修复有了充分的科学验证。

如果全颌扫描能够达到足够的精确度,那么会极大地拓展口内扫描系统的适用范围。因为这意味着可以制作复杂的牙齿和种植体支持式修复体,也允许制作活动义齿和垫。此外,可以假定,随着适应证的不断增加也将扩大口扫在临床上的应用基础。

总之,从现有的科学数据中可以得出结论,除了扫描速度外,提高全颌扫描的准确性特别有助于提高口扫系统在临床上的接受度。


临床中的应用技术领域

在不同的专业领域中,口内扫描仪的应用有着根本性的不同发展。比如,它在正畸领域的推广明显好于口腔医学的其他专业方向。这与隐形矫正器使用的增加密切相关,因为目前全颌扫描所能达到的精度足以用于制作矫治器(图8a和b)。数字化口内印模简化并加快了向加工中心发送数据的速度,并且还能提供虚拟模拟治疗的可能性。例如,一项研究发现,引入口内扫描仪后,两年内对隐形矫治的接受率明显提高了20%以上。此外,另一项研究表明,直接与藻酸盐印模相比,儿童和青少年更喜欢数字印模8。这项研究表明,基于藻酸盐印模的传统石膏模型和数字化全颌扫描的准确性没有明显的差异。这一点很重要,因为藻酸盐印模是口腔正畸中最常用的印模技术。这种技术在目前的发展阶段已经可以被口扫取代。

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图8a和b: 目前市售的口内扫描仪进行的全颌扫描,还是能够满足大多数正畸治疗所需的精度。(a)为隐形矫正所做的全颌扫描(口内扫描仪: cara i500)。(b)工作模型可以根据需要在加工中心或者其他地方进行制作。

在这种情况下,值得一提的是,针对正畸适应证的印模制作比较容易,因为不需要像修复治疗那样,必须显示(龈下)预备体的边缘。此外,口内扫描仪也可以用于大多数的正畸印模适应证。数字印模在正畸中不仅用于制作矫治器,而且还用于诊断、治疗计划的制定和存档。它们在这些方面取代了传统的藻酸盐印模。用数字模型代替实体模型存档,不仅可以大大地节省存放空间,而且即使有时候需要实体模型,也可以随时用3D打印机打印出来,极具时间和成本效益。

因此,数字扫描仪可以在正畸治疗中频繁和常规地使用。这意味着用户很快就能积累使用经验,形成一个陡峭的学习曲线,从而大大缩短了扫描时间,这是口内扫描仪的理想应用场景。

在口腔修复治疗领域,口内扫描仪目前只能用于有限的适应证(单冠和固定桥)。口内扫描仪并不能取代现有的技术,临床上还必须暂时继续在“双轨制”基础上工作,因此,潜在的节约效果还没有完全实现。不过,在种植修复领域,数字印模却具有更多的可能性。然而,也要考虑到,种植修复只是牙科修复治疗范畴里的一部分。这就解释了为什么口内扫描仪在口腔修复中的推广相对较慢。


口内扫描系统的发展现状

在过去五年中,口内扫描系统的供应商数量不断增加。尽管开发了一些特殊功能,但在新的发展中还是出现了一些普遍趋势:目前的扫描系统几乎无一例外地都是无粉操作,在大量的系统中可以实现数据采集和处理器(主机)之间的无线连接;此外,光学扫描头变得更小,扫描速度变得更快。对于后者,整合了自动校正功能是必不可少的,也就是说,周围软组织被错误扫描的区域会被自动校正。这种功能很大程度上基于人工智能(AI)对软件的优化,大大简化了全颌扫描的数据采集,并缩短了扫描时间。对于口内扫描系统必要的适应证扩展来说,这一创新是一个重大进展。

此外,在目前的扫描系统中可以看到市场的细分。那些高级系统除了可以纯粹获取表面数据外,还集成了确定牙齿颜色或龋齿诊断的软硬件功能。虚拟规划的元素也可以被整合,这样就可以在数字数据的基础上直接进行所谓的微笑设计。这些功能也扩展了口内扫描系统的应用领域。

有趣的是,在过去的两年里,推出的几个口内扫描系统只具备纯采集表面数据的基本功能,不过价格却大大降低了(例如cara i500,Kulzer公司)。这些系统的价格约为15,000欧元,与已经投放市场几年的价格在25,000欧元以上的高级扫描系统相比,其投资障碍要低得多。这种市场细分对于口内扫描系统在口腔临床的日益普及来说至关重要。


对牙科诊所的经济意义

除了上述与科学和应用技术有关的方面之外,在作出购买决定之前,商业效益的考量也是很重要的一点。鉴于目前的发展状况,在普通牙科诊所购买口内扫描系统是作为对现有的且适于所有适应证的技术的补充。与其他数字技术领域一样,由于硬件和软件的不断更新,口内扫描系统的可用性也是有限的。这意味着,一方面,诊所必须计算持续更新的成本;另一方面,制造商也必须使这些硬件和软件更新成为可能。只有在这些条件下,才可能使口内扫描仪作为一种商品有足够的使用寿命。我们假设购买价格为25,000欧元,每年的软件维护费为1,000欧元,在五年的总使用期内产生的总费用为30,000欧元,平均下来每年为6,000欧元。

如果考虑到德国牙科收费标准(GOZ 0065)的计费方式,一个数字印模可以收取大约60欧元。这意味着每年需要100次扫描才能为口内扫描仪再融资。因此,购买价格、运行成本和使用寿命是决定购买的经济核算的决定性参数。在扫描仪可以使用的一般条件下,诊所势必要考虑自己是否有足够数量的病例进行口内扫描。


对未来发展的展望

未来,可以设想口内扫描仪和数字印模将继续在临床上得到推广。特别是,与传统印模相比,患者接受度的显著提高可以成为数字印模的核心决策标准。通过数字印模逐步整合到临床前和临床的学生培训中,也将有利于这项技术的未来传播。对于常规使用,有必要通过硬件和软件的进一步发展,一方面缩短扫描时间,另一方面将适应证扩展到复杂的固定和活动修复体的制作中是非常必要的。那么,以足够的精度扫描全颌并花费合理的时间成为了关键要素。另外,更广泛的应用还需要通过可升级的硬件和软件组件在足够长的使用寿命内进行可计划的摊销。功能有限的基础版口内扫描系统作为入门级非常有意义,它可以促进临床医生对该项技术的接受。



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