口腔扫描精度影响因素分析：模型类型与操作者经验的体外研究

《Scientific Reports》：An in-vitro study on factors influencing the accuracy of current intraoral scanners

本研究针对当前口腔扫描设备(IOS)在全牙弓取模中精度影响因素不明确的问题，通过体外实验系统评估了模型类型(上颌无腭部/上颌含腭部/下颌)和操作者经验对七种主流IOS真实度(trueness)和精密度(precision)的影响。研究发现包含腭部的上颌扫描([upper-pal])可显著提升部分设备的精密度(p<0.001)，而操作者经验仅对精密度产生轻微影响(p=0.04)。所有设备的误差值均低于临床可接受的100μm阈值，为优化数字化印模策略提供了实验依据。

　　

随着数字化技术席卷牙科领域，传统的取模方式正逐渐被口内扫描仪(IOS)取代。然而，一个关键问题依然悬而未决：在制作需要跨越整个牙弓的修复体时，数字印模的精度能否媲美甚至超越传统印模？尽管大量研究表明，对于较短的牙弓段，数字印模已经展现出同等甚至更优的精度，但在全牙弓场景下，传统印模技术是否仍具优势，至今仍是学术界争论的焦点。近期一项采用最新口内扫描系统的体外研究甚至指出，在此类适应症中，传统印模技术仍展现出更高的准确性。这引出了一个核心问题：究竟是哪些因素影响着口内扫描设备的精度？

文献中讨论了多种可能因素，可大致归为两类：操作者相关因素和患者相关因素。操作者因素包括扫描者的经验水平和所采用的扫描策略；而患者因素则涵盖被扫描材料的特性、口腔湿度以及牙齿预备体的形态设计等。为了最大化扫描精度，在获取数字印模过程中，尽可能减少负面影响、同时优化正面影响至关重要。受控的体外研究的一大优势在于能够标准化、消除、隔离或改变这些变量，从而明确它们对精度的具体影响。

在此背景下，苏黎世大学的研究团队Jenny Buhl、Albert Mehl和Andreas Ender在《Scientific Reports》上发表了题为“An in-vitro study on factors influencing the accuracy of current intraoral scanners”的研究。该研究旨在系统评估模型类型（上颌无腭部[upper]、上颌含腭部[upper-pal]、下颌[lower]）和操作者经验这两个关键变量，对七种当前主流口内扫描仪真实度和精密度的影响，并探究两者之间是否存在交互作用。

为了回答这些问题，研究人员设计了一项严谨的体外实验。他们使用了定制化的全牙弓模型作为参考标准，这些模型的牙齿光学特性（折射率）经过精心选择以模拟天然牙齿。上颌模型牙齿由长石陶瓷（Cerec Blocs）制成，下颌模型牙齿则采用氧化锆增强玻璃陶瓷（Celtra Duo），并且下颌模型上还设计了多种类型的单颗牙预备体（如全冠、嵌体等），以增加临床相关性。参考模型使用高精度的工业扫描仪（ATOS III）进行扫描，生成的真值文件（STL格式）精度高达微米级。研究涵盖了七种具有代表性的口内扫描设备：Emerald Green (EME), iTero 5D (ITE), Medit i900 (MED), Primescan (PRI), Primescan2 (PS2), Aoralscan 3 (SHI), 和 Trios 5 (TR5)。每种扫描仪对三种模型类型（[upper], [upper-pal], [lower]）各扫描十次，这三十次扫描由两名经验水平不同的操作者（操作者1：超过20年经验；操作者2：2年经验）平分完成。扫描过程严格遵循制造商指南或经过预实验优化的策略（特别是对PRI设备）。所有获取的数字印模均导出为STL文件，随后通过最佳拟合配准方法与参考模型进行三维偏差分析，并以(90_10)/2百分位数作为真实度（与真值的偏差）和精密度（重复扫描间的一致性）的量化指标。统计分析采用线性混合效应模型，将模型类型和操作者作为固定效应，扫描设备作为随机效应，以检验预先设定的多个零假设。

结果

真实度分析

真实度值范围从PRI扫描上颌含腭部模型时的29.0 ± 3.7 μm，到EME扫描下颌模型时的94.9 ± 18.5 μm。统计分析显示，模型类型和操作者对真实度的影响存在显著的交互作用。这意味着，模型类型对真实度的影响取决于操作者，反之亦然。具体而言，对于经验丰富的操作者1，扫描三种不同模型类型所得到的真实度没有显著差异。然而，对于经验较少的操作者2，扫描下颌模型时产生的真实度误差显著高于扫描两种上颌模型（[upper] 或 [upper-pal]）。此外，只有在扫描下颌模型时，操作者2的真实度误差才显著高于操作者1（高出10.6 μm）。这表明，对于经验不足的操作者，扫描下颌可能更具挑战性，或者某些扫描设备在下颌扫描时对操作技巧更敏感。

精密度分析

精密度值范围从PRI扫描上颌含腭部模型时的17.2 ± 4.9 μm，到ITE扫描上颌无腭部模型时的80.7 ± 31.2 μm。与真实度不同，模型类型和操作者对精密度的影响没有显著的交互作用，因此可以独立分析两者的主效应。研究发现，模型类型对精密度有显著影响。具体表现为，扫描包含腭部的上颌模型（[upper-pal]）所获得的精密度最高，显著优于扫描不包含腭部的上颌模型（[upper]）和下颌模型（[lower]）。这一现象在PS2和ITE设备上尤为明显。研究者认为，腭部结构可能为图像拼接提供了额外的横向稳定信息，从而提高了扫描的一致性。此外，操作者经验也对精密度有轻微但显著的影响，经验更丰富的操作者1获得的精密度略高于操作者2（平均差3.95 μm）。

讨论与结论

本研究通过严密的实验设计，分离并量化了模型类型和操作者经验对现代口内扫描仪精度的影响。所有测试扫描仪的误差值均低于临床常用的100μm接受阈值，表明当前IOS技术在全牙弓印模方面已具备可靠的临床适用性。

研究的主要结论包括：首先，模型类型（即扫描的颌骨解剖结构）是影响精密度的重要因素，扫描上颌时包含腭部可以显著提升某些扫描仪的扫描一致性和可重复性。这为临床操作提供了明确的优化策略。其次，操作者经验对真实度的影响与扫描的模型类型相关，尤其对经验较少的操作者扫描下颌时影响更明显，但对精密度的影响总体较小且一致。这可能得益于现代扫描软件算法的进步，降低了对操作者熟练度的依赖，但同时也提示在培训中仍需关注特定场景（如下颌扫描）的技巧。此外，本研究未发现上颌（由长石陶瓷制成，含未预备牙）和下颌（由氧化锆增强玻璃陶瓷制成，含多种预备体）模型之间在真实度和精密度上存在统计学上的显著主效应。这表明，当所使用的牙科材料光学特性与天然牙齿相似时，材料本身或是否存在预备体，对全牙弓扫描的整体精度影响可能有限。

当然，本研究作为体外实验存在局限性，例如无法完全模拟口腔内的唾液、软组织活动、患者移动及复杂光线条件等变量。未来的临床研究需要进一步验证这些发现在真实口腔环境下的适用性，并更精细地探索单一变量（如不同修复材料、湿度控制）的影响。

总之，这项研究为理解口内扫描精度的关键影响因素提供了宝贵的定量数据。它证实，通过优化扫描策略（如上颌扫描时包含腭部）并进行适当训练，尤其是针对具有挑战性的解剖结构（如下颌），临床医生可以充分利用口内扫描技术的优势，推动数字化牙科的进一步发展。所有观察到的差异均处于临床可接受的狭窄范围内，这增强了临床医生在日常实践中使用这些设备进行全牙弓取模的信心。