口内扫描数字化模型用于评价慢性牙周炎患者牙龈软组织区域准确度的初步研究

口内光学扫描仪和数字化印模相较于传统的石膏模型来说，具有保存时间长，节省空间以及便于学者研究等优势[1]。口内扫描数字模型是利用直接图像成型技技术，将光学扫描探头伸入患者口内直接扫描牙齿、黏膜、腭部等软硬组织，实时进行数字重建，还原口内3D模型。该方法采用超快光学切除和显微成像技术，利用光学采集即刻成型，可以避免传统石膏模型弹性变形、水分比例不当、不适宜的模型储存条件带来的误差[2]。传统石膏模型虽在运输、储存方面存在一定的不便利性，且准确度受到托盘、印模材料、石膏材料等多方面影响，仍然是临床上应用的金标准[3-4]。口内扫描数字化模型目前主要应用于口腔修复如单冠设计[5-7]，也用于口腔种植如导板制作[8]，以及正畸科辅助制定治疗计划等[9]。近两年已有学者将该技术引用到前牙美学伴牙龈成形修复术中，以数字印模为导向，设计牙龈成形术导板，达到精准医疗的目的。这种技术为牙周手术提供了更多的新思路[10]。

本实验通过获取临床上慢性牙周炎患者的口内扫描数字化模型和口外扫描传统石膏模型，导入逆向工程软件Geomagic Qualify 2012进行拟合对比，以石膏模型为金标准，分析其牙龈部分准确度与牙周袋深度、牙龈炎症程度、牙弓宽度以及解剖位置相关性，探讨慢性牙周炎患者的牙周情况是否影响口内扫描数字化印模牙龈软组织的准确度，为临床应用提供指导依据。

对照组神经外科患者中男性23例,女性17例,年龄范围在38-72岁之间,平均年龄为55.28±2.16岁,其中颅脑损伤患者19例,脑出血患者8例,脑肿瘤患者1例,脑积水患者9例,其他患者3例;

1 资料和方法

1.1 一般资料

半夜的时候，温简还没有睡着，顾青还在电脑前忙着工作。她看着他被汗湿透的身影，心里是铁马冰河的伤感。她可以为他倾尽所有，可以为他奋不顾身，但她却势单力薄，她不是那个可以拉他走出困境的人。原来，爱一个人，不是尽心尽力就已经足够，还需要生活，需要经济基础，这就是现实给爱情最残忍的难题。

选取2016年11月—2017年3月至南京大学医学院附属口腔医院牙周病科就诊的30例患者。纳入标准：①慢性牙周炎(探诊深度1～9 mm)；②牙列完整(不包括第三磨牙)；③无修复体。排除标准：①严重拥挤；②牙颌面畸形；③颞下颌关节疾病。南京大学医学院附属口腔医院独立伦理委员会批准本项研究(2016NL-016(KS))。

1.2 主要材料

12月13日，在支付宝开放日上海站上，支付宝宣布推出一款全新的刷脸支付产品—— “蜻蜓”，直接将刷脸支付的接入成本降低80%。今后无论是大的医院、超市、餐厅、品牌零售店，还是路边的便利店、夫妻店甚至菜市场，刷个脸就能把钱付了。

2.4 不同解剖位置口内扫描数字化模型牙龈软组织准确差异

1.3.1 获取口内扫描数字化模型和传统石膏模型STL格式文件 本研究纳入了30例于南京大学医学院附属口腔医院牙周病科就诊的慢性牙周炎患者，均取得了知情同意。每位患者完成龈上洁治术后一周，由同一位经过培训的可以熟练使用3Shape Trios口内扫描仪的实验者，在相同的实验条件下，获取口内扫描数字化模型，制取传统石膏模型也于当日完成，常温下储存[11-12]。在当日对患者进行Florida探诊检查，记录牙周袋探诊深度(PD)，探诊后出血情况(BOP)。口内数字印模是由一个可进入口腔内的扫描头(Trios，3Shape公司)进入口腔，对患者口腔内的牙齿、软组织、咬合关系进行扫描。扫描方法为：从上颌右侧第二磨牙开始，依次向左扫描至右侧前牙，完成上颌右侧象限印模的扫描，而后，从上颌左侧第二磨牙开始，依次向右至左侧前牙，以完成上颌左侧象限印模的扫描，下颌印模也均从第二磨牙开始，最终完成全口扫描。获得3Shape专用格式3OXZ文件后，再将文件发送至上海Foshion技术处，用3Shape Appliance DesignerTM 2015-1软件转化为STL格式(D1)。将石膏模型于南京航空航天大学机电学院使用3Shape D810扫描仪(3Shape，丹麦)完成对其扫描，可直接获取该石膏模型的STL格式数据(D2)。

3.控制活动。控制活动主要是控制识别风险和预防风险的产生，完整的控制有组织结构控制、授权批准控制、记录报告控制、接近盘点控制、职工素质控制、筹划预算控制、风险控制等七个方法。控制活动是内部控制的关键点，也是党风廉政建设重要控制环节及实施控制的主要手段。只有将控制活动方法有效的执行，才能将各种形式的舞弊和腐败现象防患于未然。

1.3.2 测量过程 牙弓宽度定义为两侧第一磨牙舌/腭侧中心点之间的距离(测3次，取平均值)；上下颌第二磨牙间牙龈表面形态3D偏差所定义的区域为：以龈缘为界，宽度为3 mm的龈缘部分。将同一患者的D1和D2上下颌STL格式的文件同时导入逆向工程软件(Geomagic Qualify 2012，美国)(图1A)。点击对齐手动注册，固定D1，浮动D2，选择清晰的解剖标志点如牙尖，进行初步对齐。而后在软件中将D1设置为test model，D2设置为reference model，用“最佳拟合对齐”功能将自动运行配准程序。软件使用迭代最近点算法自动运行配准程序，配准运用两个数据的表面信息去计算两个数据的旋转和平移，搜寻相关的点和外形，在旋转和平移之后将相关距离降到最低(图1B)。同时选中两个已对齐的模型，在贯通模式下选择需要测量的牙龈部分，宽度控制在3 mm(图1C)，将剩余部分剪裁。通过使用程序的“3D比较”功能计算两个图像表面大量点之间的3D真实距离并以3D偏差色谱显示(图1D)。3D真实距离定义为参考点上的最近点对与测试模型之间的所有距离的均方根(RMS)。3D真实距离(RMS)可以表示两个3D模型之间偏差的指标，本实验的测量数值均来自于RMS，RMS越低，表示两个模型拟合的程度越好，准确度越高。

3Shape Trios光学扫描仪(3Shape Trios，丹麦)、Florida探针、硅橡胶、超硬石膏(Cavex Impressional, Cavex Corporation Tokyo,日本)、逆向工程软件(Geomagic，美国)、3Shape D810扫描仪(3Shape，丹麦)等。

探诊位点偏差的测量：获得3D偏差图谱后，选择“创建注释”，偏差半径定义为3 mm，测量各牙唇/颊、舌/腭侧的近中，远中及中央6个探诊位点，获取各个探诊位点的偏差值(图1E)。与解剖位置相关的偏差值测量：获取已拟合的牙龈部分后，分别选中切牙、前磨牙和磨牙部分，进行“只比较已选择的”3D测量，软件将自动计算出选中部分的RMS值。以上测量进行2次，记录2次测量的绝对值(图1F)。

  

A：3Shape Trios获取的扫描文件转化为STL格式D1导入Geomagic Qualify 2012中；B：D1和D2进行最佳拟合对齐；C：同时选中D1和D2沿龈缘宽度约3 mm；D：D1设为test，D2设为Reference，3D比较后的偏差色谱；E：创建注释，偏差半径设为3 mm，测量每个探诊位点处的偏差；F：分别选中切牙、前磨牙、磨牙处并各自得出RMS值A: the scanned file obtained by 3Shape TRIOS was translated into STL format(D1)which was imported into Geomagic Qualify 2012; B: D1 and D2 performed the best fit alignment; C: both D1 and D2 were selected along the gingival margin width of about 3 mm; D: D1 is set as “test”, “D2” is “Reference”, and “deviation chromatography” after 3D comparison; E: create notes, set the deviation radius to 3 mm, and measure the deviation at each probe site; F: the incisors, premolars and molars were selected and RMS values were obtained respectively

 

图1 RMS值测量过程图Fig.1 RMS value measurement process diagram

各组3D偏差的平均值、标准差、最大值、最小值、频数和独立样本t检验的P值见表1。3种不同深度的牙周袋口内扫描数字化模型的精度分别比较没有显著差异(P>0.05)，说明其准确度不受牙周袋的深度影响。

2 结 果

2.2 牙龈炎症程度对口内扫描数字化模型牙龈软组织准确度的影响

2.1 牙周袋深度对口内扫描数字化模型牙龈软组织准确度的影响

综上所述，开拓马克思主义理论9个方面的新境界，增强对马克思主义9个方面的理论自信，是新时代把马克思主义推向新阶段，把对当代马克思主义的理论自信提升至新高度的主要途径。

1.4 统计分析 将两次测量结果导入Med Calc，使用Bland-Altman分析两次测量的一致性。统计分析使用IBM SPSS Statistics 24版(IBM SPSS，美国)完成。使用不同牙周袋类型、牙龈炎症情况、牙弓宽度及上下颌进行分组，计算各组平均值(Mean)、标准差(SD)、最大值和最小值。使用Kolmogorov-Smirnov检验各组数值的正态分布。独立样本t检验用于分析牙周袋类型(PD)与对应探诊位点牙龈偏差值大小是否有关，检验值设为0。卡方检验用于分析牙龈3D偏差大小是否与该位点牙龈炎症程度(BOP)相关。Pearson相关系数用于分析牙弓宽度与牙龈偏差大小之间的线性关系。随机区组设计的方差分析用于分析不同解剖位置之间数字印模牙龈准确度有无差异，用Tukey检验进一步进行两两分析。P<0.05具有统计学意义。

 

表1 在不同深度的牙周袋分组中，牙龈3D偏差的平均值/标准差、最大值、最小值、频数以及单样本T检验的P值Tab.1 The average value/standard deviation, maximumvalue, minimum value, frequency and P value of singlesample T test of gingival 3D deviation in differentprobing depth groups.

  

牙周袋类型Mean(SD)/mm最大值/mm最小值/mm频数P浅袋(1～3mm)0．012(0．053)0．305-0．2736780．187中袋(4～6mm)0．004(0．059)0．260-0．2467420．853深袋(>6mm)-0．005(0．084)-0．2020．13250．747合计0．001(0．546)0．305-0．2744450．223

本研究患者收集部分于2016年11月至2017年3月完成。共纳入30例患者，男性14例，女性16例，均取得知情同意，年龄分布为20～40岁。数据的纳入流程如图2所示。两次测量(GB1、GB2)的Bland-Altman一致性检验以及两次测量平均值(GB)Kolmogorov-Smirnov正态性检验结果如图3所示，显示其符合正态分布。

将所测得的牙龈3D偏差按照四分位数(-0.134 5,0.001 0,0.153 0)进行分组，分别为A、B、C、D四个等级，其频数如表2所示。Pearson卡方检验结果为P=0.255，无统计学意义，说明牙龈炎症程度对口内扫描数字化模型牙龈软组织的准确度无影响。

  

图2 数据筛选流程图Fig.2 Flow chart

  

A：Bland-Altman一致性分析散点图；B：各探诊位点牙龈偏差的正态性检验A: scatter diagram of Bland-Altman coherence analysis； B: the normal test of gingival deviation at the probesite

 

图3 一致性分析及正态检验Fig.3 The coherence analysis and normal test

 

表2 在A～D组中，BOP+/BOP-位点的频数Tab.2 Frequency of BOP+/BOP- in group A～D

  

组别F(BOP+)F(BOP-)PA9600．255B3481688C3711927D537

 

F(BOP+)：探诊后出血阳性位点的频数；F(BOP-)：探诊后出血阴性位点的频数

2.3 牙弓宽度对口内扫描数字化模型牙龈软组织准确度的影响

比较上下颌不同牙列宽度之间牙龈软组织的准确度时，差异不具有统计学意义(上颌：P=0.802；下颌：P=0.783)，说明牙弓宽度对口内扫描数字化模型牙龈软组织的准确度无影响。

定义降阶运行模式为：在系统运行平稳后为一个预设常数)，将x1,k降为一维向量降为二维向量结构不对称变量θk和Φk固化为上一时刻的估计值，从而减小CPU(central processing unit，中央处理器)的计算量，提高算法的实时性。

1.3 方法

各组3D偏差的平均值、标准差、最大值、最小值和频数见表3。随机区组设计的方差分析结果显示：在上下颌间的比较中，P=0.285，无显著统计学意义(P>0.05)；在不同的牙位上，P=0.000，具有统计学意义，说明其准确度在不同的牙位上有显著差异(图4)。进一步进行多重分析比较，切牙、与前磨牙牙龈RMS无显著性差异，磨牙与切牙和前磨牙均有显著性差异。由表4相似子集结果可知，磨牙区域准确度相较于切牙和前磨牙区域明显降低(P>0.05)，可得磨牙区的牙龈准确性最低((0.381±0.137)mm)。

 

表3 不同解剖位置牙龈RMS的平均值/标准差、最大值、最小值和频数Tab.3 Average/standard deviation, maximum, minimum and frequency of gingival RMS in different anatomic positions

  

颌位Mean(SD)/mm最大值/mm最小值/mm频数切牙前磨牙磨牙切牙前磨牙磨牙切牙前磨牙磨牙切牙前磨牙磨牙上颌0．188(0．083)0．199(0．072)0．384(0．132)0．3870．3620．6460．0590．0740．177282828下颌0．159(0．071)0．183(0．061)0．381(0．137)0．3450．3330．6990．0780．0890．189252525

  

*：P<0.05

 

图4 上下颌的切牙、前磨牙、磨牙牙龈RMS误差条形图Fig.4 RMS of gingival soft tissue from incisors,premolars, molars in maxillary and mandible

 

表4 牙龈RMS(相似子集)Tab.4 RMS of gingival soft tissue similar subset

  

Tukey检验牙位n子集12TukeyHSD切牙530．17440前磨牙530．19142磨牙530．28304显著性0．6411．000

3 讨 论

口内扫描数字化模型配合计算机辅助设计为精准医疗提供了十分便携而又准确的诊疗方法，目前市面上的口内扫描系统有多种，包括iTero、Carestream 3500、3Shape Trios等。Renne等在2016年比较了7种市面上口内扫描系统得出，3Shape Trios系统在扫描速度、精确度和准确性综合评价上表现最佳[13]。本研究使用的口内扫描系统为3Shape Trios。Kim等比较了医务人员分别使用iTero系统和3Shape Trios系统所消耗的扫描时间和学习效率的区别，得出3Shape Trios系统扫描时间较短[14]。探索口内扫描数字模型在牙龈软组织部位的准确度对临床应用具有指导意义。

传统石膏模型已在临床上应用多年，仍然是诊断和治疗计划依据的金标准[15]。本研究使用3Shape Trios口内扫描系统，获取数字化模型，与扫描传统石膏模型对照，初步探索慢性牙周炎患者的牙周状况是否影响口内扫描数字化模型牙龈软组织的准确度，是否还存在其他的影响因素。在研究牙周袋深度对口内扫描数字化模型牙龈软组织准确度的影响时，P=0.255，认为牙周袋的深度对牙龈区域各探诊位点的准确度无影响。在牙龈炎症程度上，不同3D偏差范围内的阴性阳性率总体上保持一致，说明牙龈的炎症状况不影响数字印模牙龈部分的准确度。综上，认为口内扫描数字印模可以代替传统石膏模型。但是需要注意的是，本研究是以石膏模型为基准，通过口外扫描仪扫描所得的数据进行测量，与患者口腔内真实情况存在一定的偏差。

以牙弓宽度分组，口内扫描数字化模型的准确度未见组间的差异性。有学者研究牙弓宽度对口内扫描牙列部分的影响，得出牙列的准确度随着牙列宽度增加而降低[16-17]。这与本研究关于牙龈部分的结果不一致。虽然上颌存在操作空间小，骨阻隔，下颌存在舌体等干扰因素，但本研究扫描过程中本研究注重软组织的获取，尽量减小舌部、唾液、颊舌系带带来的影响。所得准确度与牙弓宽度未见明显相关性，说明牙弓宽度对扫描结果的影响较小。

关于不同解剖位置对口内扫描数字化模型牙龈软组织准确度的影响可以看出，越靠近口腔深部，其偏差随之增加，磨牙的牙龈偏差值最大(0.283 mm)，而与颌位无关。造成这种差异的原因可能是越靠近牙列远端，距离越远，扫描仪所需要处理的图像以及光学重建的难度越大。这与2015年的一项关于评估口内扫描数据精准性的研究相一致，Zhang等对评估了全牙列口内扫描数字印模的精确度，得出结论是磨牙区域的偏差值最大[18]。Patzelt等评估了4种口内扫描仪包括iTero[19]，也得出了类似的结果。该差异低于Hirogaki等[20]提出的临床所接受的差异为0.3 mm，所以可以代替传统石膏模型。综上我们建议，在使用3Shape Trios扫描系统获取口腔数字模型时，多次扫描和降低扫描速度可能会提高其准确度。

蛙式分腿牵拉训练：仰位，屈髋屈膝，双脚并拢。配合呼吸，吸气时双膝关节打开，双脚底保持并拢，并靠近臀部，使双腿呈“蛙形”。呼气，全身放松，随重力扩展角度。每次停留6秒，每组5次，每天进行6组。过程中，双侧髋关节保持放松。

本研究仍存在一些不足之处，虽然3Shape Trios扫描系统经过多次学者测试，其准确性精确性及扫描效率都表现的较佳，但本研究仅使用该一种口内扫描仪器，缺乏横向比较的条件，建议在后续研究中增加扫描系统的种类，得出进一步结果。此外，依靠光学采集技术的扫描系统在扫描至两牙间龈乳头处，表面存在凹陷以及阴影反射，可能会增加误差[21]，在这一点上，Zhao等在研究面部软组织的准确度时也做出了类似的猜想[22]。数据测量主要是依靠Geomagic Qualify 2012的“迭代最近点”算法完成的，该算法需要依靠显著的表面特征和曲率以增加拟合的效率，在表面特征不明显的区域可能因此增加误差，希望在以后的研究中可以寻找到更加合适的方法进行测量。

[参 考 文 献]

[1] Kim J,Heo G, Lagravère MO. Accuracy of laser-scanned models compared to plaster models and cone-beam computed tomography[J]. Angle Orthod, 2013, 84(3):443-450.

[2] Ender A, Mehl A. Accuracy of complete-arch dental impressions:a new method of measuring trueness and precision[J]. Int J Comput Dent, 2013, 109(2):121-128.

[3] Flügge TV, Schlager S, Nelson K, et al. Precision of intraoral digital dental impressions with iTero and extraoral digitization with the iTero and a model scanner[J]. Am J Orthod Dentofac Orthop, 2013, 144(3):471-478.

[4] Fleming PS, Marinho V, Johal A. Orthodontic measurements on digital study models compared with plaster models:a systematic review[J]. Orthod Craniofac Res, 2011, 14(1):1-16.

[5] Pradíes G, Zarauz C, Valverde A, et al. Clinical evaluation comparing the fit of all-ceramic crowns obtained from silicone and digital intraoral impressions based on wavefront sampling technology[J]. J Dent, 2015, 43(2):201-208.

[6] Seelbach P, Brueckel C, Wöstmann B. Accuracy of digital and conventional impression techniques and workflow[J]. Clin Oral Investig, 2013, 17(7):1759-1764.

[7] Ender A,Mehl A. Accuracy of complete-arch dental impressions:a new method of measuring trueness and precision[J]. Int J Comput Dent, 2013, 109(2):121-128.

[8] Rhee YK, Huh YH, Cho LR, et al. Comparison of intraoral scanning and conventional impression techniques using 3-dimensional superimposition[J]. J Adv Prosthodont, 2015, 7(6):460-467.

[9] Grünheid T, McCarthy SD, Larson BE. Clinical use of a direct chairside oral scanner:an assessment of accuracy, time, and patient acceptance[J]. Am J Orthod Dentofac Orthop, 2014, 146(5):673-682.

[10] 李峥,柳玉树,叶红强,等.数字化修复结合牙周手术解决复杂前牙美学缺陷[J].北京大学学报(医学版),2017, 49(1):71-75.

[11] Lee SJ, Betensky RA, Gianneschi GE, et al. Accuracy of digital versus conventional implant impressions[J]. Clin Oral Implants Res, 2015, 26(6):715-719.

[12] Michalakis KX, Asar NV, Kapsampeli V, et al. Delayed linear dimensional changes of five high strength gypsum products used for the fabrication of definitive casts[J]. J Prosthet Dent, 2012, 108(3):189-195.

[13] Renne W, Ludlow M, Fryml J, et al. Evaluation of the accuracy of 7 digital scanners:An in vitro analysis based on 3-dimensional comparisons[J]. J Prosthet Dent, 2017, 118(1):36-42.

[14] Kim J, Park JM, Kim M, et al. Comparison of experience curves between two 3-dimensional intraoral scanners[J]. J Prosthet Dent, 2016, 116(2):221-230.

[15] Thongthammachat S, Moore BK, Barco MT, et al. Dimensional accuracy of dental casts:influence of tray material, impression material, and time[J]. J Prosthodont, 2002, 11(2):98-108.

[16] Chandran DT, Jagger DC, Jagger RG, et al. Two-and three-dimensional accuracy of dental impression materials:effects of storage time and moisture contamination[J]. Biomed Mater Eng, 2010, 20(5):243-249.

[17] Gan N, Xiong Y, Jiao T. Accuracy of intraoral digital impressions for whole upper jaws, including full dentitions and palatal soft tissues[J]. PLoS one, 2016, 11(7):e0158800.

[18] Zhang F, Suh KJ, Lee KM. Validity of intraoral scans compared with plaster models:An in-vivo comparison of dental measurements and 3D surface analysis[J]. PLoS one, 2016, 11(6):e0157713.

[19] Patzelt SBM, Emmanouilidi A, Stampf S, et al. Accuracy of full-arch scans using intraoral scanners[J]. Clin Oral Investig, 2014, 18(6):1687-1694.

[20] Hirogaki Y, Sohmura T, Satoh H, et al. Complete 3-D reconstruction of dental cast shape using perceptual grouping[J]. IEEE Trans Med Imaging, 2001, 20(10):1093-1101.

[21] 熊耀阳，陈晓波，孙健，等.结构光投影面部三维测量系统的精度研究[J].上海交通大学学报(医学版)，2010, 30(1):66-69.

[22] Zhao Y,Xiong Y, Wang Y. Three-dimensional accuracy of facial scan for facial deformities in clinics:A new evaluation method for facial scanner accuracy[J]. PLoS one, 2017, 12(1):e0169402.