口内数字印模技术的优势、局限及原理(2)

　　3. 1 共聚焦显微成像技术

　　共聚焦显微成像技术是利用放置在光源后的照明针孔和放置在检测器前的探测针孔实现点光源和点探测。光源通过照明针孔发射出的光，聚焦在牙齿焦平面的某点上，该点的反射光由原光路返回，成像在探测针孔内，非聚焦范围的反射光线均被探测针孔阻挡而不成像，从而仅获得该焦平面上牙齿的形貌数据。照明针孔与探测针孔对被照射点或被探测点来说是共轭的，因此被探测点即为共焦点，被探测点所在的平面即为共焦平面（ 简称焦平面） .通过逐层扫描，获取牙齿不同深度的焦平面形貌数据，从而构建出牙齿的三维形貌[3]（ 图 1） .共聚焦显微成像技术获取的聚焦图像，数据清晰度高、细节表现力好，扫描精度较高； 但因采用逐层扫描模式，扫描速度相对较慢，iTero（ Cadent,以色列） 口内扫描仪（ 图2） 即为此种扫描原理，其单牙位扫描时间约为 20 s.Trios（ 3Shape,丹麦） 口内扫描仪（ 图 3） 基于共聚焦显微成像技术，改进加入了独特的光路震荡系统，即使不改变扫描头与牙齿的相对位置高度，焦平面位置也周期性地自动变换和聚焦成像，实现牙齿不同层面的动态连续扫描及三维成像，从而提高了扫描效率和速度，每秒可捕捉超过3 000 幅二维图像，达到动态摄像的速度，被其命名为“超快光学分割技术”.此外，3D Progress（ MHT,意大利） 的口内扫描系统也采用共聚焦显微成像技术，可实现 28 帧/s 的扫描速度[4].

　　3. 2 三角测量技术

　　三角测量技术包括线激光扫描技术、结构光扫描技术、立体摄影技术等。其基本原理是： 光源发射的光束投射到牙齿表面经反射后，在电荷耦合器（ Charge Coupled Device,CCD） 上成像，牙齿上被测点的三维坐标信息（ XYZ） 可通过光学系统已知的物距、像距、主光轴与 CCD 成像平面夹角、入射光线与主光轴夹角以及 CCD 上被测点对应像点的成像位置信息，通过求解光路系统相似三角形得出[5]（ 图4） .CEREC 口内扫描系统是三角测量技术的典型应用。CEREC Bluecam（ Sirona,德国） 口内扫描仪（ 图 5） 采用光栅扫描技术，每次曝光拍摄 4 幅变换光栅条纹图像，单次曝光时间 0. 16 s,获得牙齿表面三维形貌信息。但光栅技术需要扫描物体表面能产生较好的漫反射效果，因此 Bluecam 扫描前需要适当隔湿和喷粉。CEREC 最新的 Omnicam 口内扫描仪（ 图 5） 在 Bluecam 单色光源的基础上进行了改进，可以同时投射不同波长的光束，实时计算投射表面高度信息，且不需喷粉，大大提高了扫描速度，实现类似动态摄像的扫描速度.Bluescan （ A. TRON3D,奥地利） 是一款尺寸小巧和紧凑的口内扫描仪（ 图 6） ,其光学系统采用主动立体摄影技术，是一种附加投射随机纹理的模仿双目视觉的三维测量技术。其原理是通过光路系统中两个 CCD 照相机同时获取具有一定角度关系的两幅牙齿表面二维纹理图像，从而合成三维立体的牙齿模型。这种技术的最大优点是扫描速度非常快，可以实现毫秒级的实时图像获取，扫描速度类似摄像取像，扫描操作相对轻松和自由。此外，IOS FastScan（ IOS,美国） 、MIA3d（ Den-sys3D,以色列） 和 DirectScan（ HINT - ELS 德国） 口内扫描系统亦采用主动三角测量技术。

　　3. 3 主动波阵面采样

　　主动波阵面采样技术的成像原理是利用设置在采样光路中的旋转偏心孔装置，过滤牙齿上被测点的反射光线，并在成像平面内形成圆形轨迹的失焦图像，通过测量失焦图像半径，结合已知光路系统参数，计算获得牙齿表面被测点的空间坐标。偏心孔装置的光线过滤作用可以很好的防止牙齿表面不同区域的图像重合，从而提高图像的空间分辨率[3]（ 图7） .Lava C. O. S. （ 3M,美国） 口内扫描仪是现有系统中采用主动波阵面采样技术的系统，可实现 20 帧/s的动态摄像扫描速度，扫描前牙齿表面需要均匀喷涂粉末，用于增加供扫描系统识别的纹理参考点。国外研究对其扫描精度的评价较高，关注度也较高。

　　3M 目前最新型号 True Definition Scanner（ 图 8） 扫描探头设计纤巧轻便，值得关注[6].
　　
　　4 口内数字印模技术的临床应用

　　目前，口内数字印模技术的临床应用还处于起步阶段，国内外研究对各种系统扫描精度的关注度较高，相关研究不胜枚举[7 -11].现阶段，口内数字印模技术应用较多的领域主要集中在口腔修复与口腔正畸，具体包括以下几方面：

　　4. 1 椅旁数字化修复

　　CEREC 系统是典型的椅旁数字化修复系统，其配备的蓝光及摄像口内扫描仪，可以快速获取患者口内牙体预备数据，随即进行冠、桥、嵌体等常规修复的设计，并可在 20 min 内完成修复体的切削制造。但由于口内扫描精度的局限性，现阶段仅适用于 5 单位以下固定修复体的扫描设计，且对预备体的预备形态有一定特殊要求（ 如嵌体内壁倾斜度、预备体颈缘形态、倒凹和就位道等）[12 -14].

　　4. 2 数字化正畸

　　Trios 口内扫描仪配套的正畸分析软件可实现正畸模型建模、三维测量、数字分牙、虚拟排牙、牙齿移动分析、托槽排布、间接粘结托盘设计和治疗效果评价等功能，实现了数字化的正畸治疗诊断分析。

　　iTero 口内扫描仪是兼容 Invisalign 隐形矫治系统的口内扫描系统，省略了传统翻制、邮寄印模的繁复程序，实现了高效、便捷的隐形矫治器设计制 作流程[15 -17].

　　4. 3 数字化种植

　　口内扫描牙列与 CBCT 获取的颌骨进行数据融合，这种应用模式在数字化种植设计软件功能的不断完善过程中，得以在口腔种植领域推广和普及。基于上述多源融合的三维数据，在种植治疗前，可以进行数字化的种植手术方案设计，根据邻牙、对颌牙、颌骨、黏膜以及预期修复体的情况综合考虑种植体的植入位置和角度。依据设计好的种植方案制作手术导板，并可手术后立即通过口内扫描种植体扫描杆，评估种植体的植入误差，与术前设计进行比对与分析，同期还可进行个性化种植基台与修复体的设计制作，提高了种植手术的安全性，缩短了种植修复的时间。Sirona、Plan-meca 等公司的 CBCT 与口内扫描设备可实现上述功能整合，3shape 种植计划软件也可支持其口内扫描数据与开放 CBCT 数据的整合[18 -20].

　　5 小 结

　　口内数字印模技术正处于快速发展阶段，口内光学扫描是数字印模获取的发展方向。现今虽有一些局限性有待从技术原理上做进一步改进，现阶段还不能完全取代牙颌模型扫描技术与传统印模技术，但其方便、快捷、实时、灵活的特点，在个体诊断、个体治疗方面具有明显优势。此外，口内数字印模易于实现基于网络的数据传输，可实现分散式（ 非集中式） 就诊和远程辅助诊断设计等全新的口腔诊疗模式，将会成为日常口腔诊疗流程的必备手段。

　　[参 考 文 献]

　　[1] Davidowitz G,Kotick PG. The Use of CAD/CAM in Dentistry[J].Dent Clin North Am,2011,55（ 3） : 559 - 570.
　　[2] Duret F. CAD-CAM in dentistry[J]. J Am Dent Assoc,1988,117（ 6） : 715 -720.
　　[3] Logozzo S,Zanetti EM,Franceschini G,et al. Recent advances indental optics-Part I: 3D intraoral scanners for restorative dentistry[J]. Optics and Lasers in Engineering,2014,54: 203 -221.
　　[4] Reich S,Vollborn T,Mehl A,et al. Intraoral optical impression sys-tems---an overview[J]. Int J Comput Dent,2013,16（ 2） : 143 -162.