引用本文：陈亦甫杰，王祖华.数字化口内扫描技术在牙体疾病诊断及进展监测中的应用[J]. 中国实用口腔科杂志，2024，17（5）：527-531. DOI：10.19538/j.kq.2024.05.004
王祖华，副教授、主任医师。现任北京大学口腔医院牙体牙髓科医疗副主任。兼任中华口腔医学会牙体牙髓病学专业委员会常务委员、北京口腔医学会牙体牙髓病学专业委员会委员、中国整形美容协会牙颌颜面分会常务委员、中国老年学和老年医学学会口腔分会常务委员。主要研究方向为牙体牙髓病学、根尖周骨病损的诊治、数字化技术在牙体牙髓治疗中的应用。主持及参与省部级科研项目5项。以第一作者或通信作者发表核心期刊论文20余篇。参编专著5部，其中副主编1部；主译专著1部。摘要：随着口腔医学数字化技术的发展，牙体牙髓疾病的诊疗逐渐步入数字化时代。近年来数字化口内扫描技术不断进步，在牙体牙髓疾病诊疗中的应用日趋扩大，尤其是在一些牙体疾病的诊断和长期监测中展现出良好的应用前景。文章归纳并总结了数字化口内扫描技术在牙体疾病诊断及监测中的相关研究，概述了其研究进展和应用现状，以期为进一步的研究提供线索。
关键词：数字化技术；口内扫描；牙体疾病；诊断；监测
口腔医学数字化技术是指借助数字化软硬件实现精确、高效、自动、智能化口腔疾病诊疗的技术［1］。口内扫描（intraoral scanning，IOS）技术是口腔医学数字化技术的一个重要组成，近年来在临床得到越来越广泛的应用。IOS技术是指应用小型探入式光学扫描探头获取口内软、硬组织表面的三维形貌和颜色纹理等信息，存储为数字格式，并能生成数字化印模的扫描技术，具有用户友好、患者友好、准确且多功能等诸多优势［2］。
1977年Young等［3］最早提出了对口内组织进行数字化扫描的设想，而后瑞士Werner MÖrmann医生和意大利Marco Brandestini工程师共同于1980年首次开发出IOS技术，世界上第一台手持式口内扫描仪也在2年后问世［4］。1984年，Davidowitz等研制出了首个包含IOS技术在内的牙科专用CAD/CAM设备；1987年，Sirona（原西门子）公司推出了首款口内数字印模和CAD/CAM 产品CERECⅠ，成功发布了世界上第一台商业化的口内三维扫描仪［4-5］。经过近40年的发展，国内外研发出了利用共聚焦显微成像技术（confocal microscopy）、主动或被动三角测量技术（active or passive stereovision and triangulation）、主动波阵面采样技术（active wavefront sampling）等不同扫描原理的众多商业化IOS系统，并在扫描成像速度及精度、操作简易性等多个方面实现了巨大飞跃［1］。如今的IOS技术在口腔医学的多个领域实现了广泛应用，包括椅旁数字化修复、数字化种植及数字化正畸等［2］。与此同时，随着各种配套应用软件的开发，IOS的功能也不再局限于数字化印模的获取，而是逐渐向数字化诊断与设计等多方面扩展。
近年来，牙体牙髓病学的诊疗逐渐发展到数字化时代，IOS技术在牙体牙髓病学诊疗中的应用也日趋扩大，尤其是在多种牙体疾病的诊断和监测方面产生了突破性的进步。本文对IOS技术在牙体疾病诊断和监测方面的相关研究进行了全面的梳理和归纳，概述其研究进展和应用现状，以期进一步推动IOS技术在牙体牙髓病学诊疗方面的研究和应用。IOS技术通过快速扫描获得可自由旋转放大的口内彩色三维图像，使医生不再受到口内视野的局限，避免唾液等其他因素的视觉干扰，从而实现对相关牙体疾病更加清晰的视觉评估，同时也为医患沟通和个性化口腔卫生指导提供便利。近年来，IOS技术已在一些牙体疾病的临床视诊方面显现出应用价值。此外，在学科深度交叉的背景下，能够模仿人类认知技能的人工智能（artificial intelligence，AI）技术高速发展，IOS与AI技术的结合将有望实现牙体疾病的自动化诊断。
1. 1. 1 龋病 目前临床常用的龋病诊断方法为视诊、探诊结合X线片检查［6］，存在一定的主观性和较低的再现性，并且易受口内视野、X线片拍摄质量等影响。尤其是对于邻面龋及还未形成龋洞的早期龋，传统临床检查表现出低敏感性［7］。近年来，具有高分辨率、非侵入性、无辐射等优势的光学技术如近红外成像（near-infrared imaging，NIRI）、定量光诱导荧光（quantitative light-induced fluorescence，QLF）和光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT）被发掘出辅助龋病诊断的潜力，然而如何在狭窄的口内空间中快速简易地使用这些光学技术成为一大难题。在此背景下，集成这些光学技术的新型口内扫描仪应运而生，这些口内扫描仪具有方便使用、操作简易等诸多优势，更加适用于实际的临床工作，有望进一步推动龋病诊断的发展。NIRI利用不同矿化程度的牙体组织对近红外光散射和吸收的差异提示龋坏的存在［8］。研究显示，利用集成NIRI的口内扫描仪检测邻面龋和早期龋具有较高的灵敏度和准确度［9］，但目前仍存在一些局限性，如难以评估龋损的深度和范围、难以区分龋损与异常牙体结构引起的光散射、无法检测继发龋等［10-11］。QLF利用波长约415 nm的蓝紫光来检测牙体组织及致龋菌代谢物释放出的荧光信号，通过荧光颜色区分不同进展状态的龋损。研究表明，集成QLF的口内扫描仪在观察咬合面龋损时有较高的灵敏度和特异性，与显微计算机断层扫描技术有中等程度的一致性［11］。然而，QLF不能应用于光线无法直接进入的牙齿邻面，限制了其在邻面龋诊断方面的应用。OCT通过相干光干涉对牙体内部结构进行实时光学成像，借助脱矿部位因反向散射增加而形成的亮区判断脱矿的程度和范围。研究显示，尽管OCT存在成像深度受介质半透明度影响大等局限性，但其在检测早期牙釉质龋和牙本质龋时具有较高的敏感性和特异性，并且可以检测一定深度可透光修复材料下的继发龋［12］。Eom等［13］开发出基于OCT系统的口内扫描仪，初步验证了这种口内扫描仪的龋病诊断功能，有望推动两者的结合及应用。
1. 1. 2 牙釉质发育缺陷 牙釉质发育缺陷（developmental defects of enamel）具有复杂多样的表现，临床诊断主要基于结合分级指数的视诊和影像学检查，在疾病的早期诊断方面存在明显不足。Cardoso-Silva等［14］发现使用IOS评估牙釉质发育缺陷时，会得到比视诊更大的病变范围及更重的病变程度，认为IOS在可视化方面的优势有助于牙釉质发育缺陷的早期诊断和预防，但也存在高估病情的风险，需行进一步的体外和临床研究。考虑到病变深度对制定治疗方案的重要影响，Al-Azri等［15］尝试使用OCT对切牙-磨牙矿化不全（molar-incisor hypomineralization，MIH）进行诊断，发现OCT能够提供更多关于釉质缺陷结构及深度范围的信息，在识别MIH缺陷类型并确定病变程度方面具有很大的应用潜力。1. 1. 3 牙齿磨损 牙齿磨损（tooth wear）在广义上泛指一切理化因素造成的牙齿硬组织渐进性丧失［16］。目前临床常用的检测方法是多种半定量的指数评估，在早期磨损的诊断方面存在困难。研究显示，与临床检查相比，IOS与磨损指数的结合能较为可靠地评估牙齿磨损情况，具有良好的重复性和对早期磨损更高的敏感性［17］，但目前仍无法避免指数评估的主观性和区分牙色填充物与牙体组织的困难。1. 2 IOS技术实现自动化诊断 Michou等［18］在2020年为口内扫描仪开发了基于荧光成像和颜色分析的龋齿自动评分及分类系统，该系统于体外实验中表现出较高的准确性。2021年，该研究团队以组织学为参考对该系统进行了临床验证，结果显示此系统在咬合面龋的诊断方面具有与视诊基本一致的口内诊断能力［19］。2024年，该研究团队进一步的前瞻性体内研究评估了此系统在检测咬合面龋和监测龋损进展方面的临床性能，发现此系统与视诊、咬合翼片相结合的传统检查方式有较好的一致性［20］。这一系列研究为龋病的诊断提供了新方向和新思路，是利用IOS技术实现牙体疾病自动化诊断中的重要一步。由于深度卷积神经网络（convolutional neutral network algorithm，CNN）在处理复杂口腔图像方面的优势，一大批学者利用深度学习对基于口内二维数码照片或光学成像的AI诊断算法进行训练，开发出龋病、牙釉质发育缺陷的智能诊断系统［21-23］。随着在口内扫描成像领域的不断发展，IOS技术未来有望与AI技术结合，实现高效、精准、智能的牙体疾病自动化诊断，带来前所未有的巨大变革。
IOS技术具备图像存储功能，能够记录和再现口内信息，其与三维测量分析软件的结合使用可实现部分牙体疾病病情进展的可视化和准确量化，有助于医生长期监控疾病进展情况并及时做出相应临床决策。现有研究显示，IOS技术有望实现对菌斑水平及牙体硬组织丧失情况的长期监测。
2. 1 菌斑水平的变化监测 龋病是一种以细菌为病原体的疾病，致龋菌常以菌斑形式存在，因此菌斑的聚集量及位置是龋病风险评估的重要因素［24］。若能对菌斑进行长期监测，则有利于控制菌斑并预防龋病的发生发展。研究表明，IOS技术在菌斑水平的长期监测及定量评估方面具有良好的应用前景。临床上常使用菌斑指数评价菌斑水平，研究显示，将菌斑指数应用于IOS获得的三维模型上能较为可靠地识别并检测菌斑水平，与临床检测具有良好的一致性。虽然存在必须使用菌斑染色剂、无法规避指数系统既存缺陷等不足，但这种基于清晰图像的菌斑检测技术确有助于减少主观误差，且IOS的图像存档和再现功能便于进行不同时间节点下菌斑水平的比较［25］。
Jung等［26］在不同时间节点下，利用IOS采集菌斑染色后的全口牙列三维图像，并使用专门编写的程序计算出菌斑面积百分比，通过比较这些时间节点下菌斑水平的变化实现菌斑定量监测。Guo等［27］将IOS捕获的牙齿三维图像导入三维测量分析软件中计算出菌斑染色面积和菌斑百分比，对比临床检查得出的菌斑指数，发现两者具有良好的相关性，建立了较为可靠的菌斑定量分析方法。研究表明，荧光图像的颜色参数比与激光诱导荧光（laser-induced fluorescence，LIF）光谱强度比呈正相关，因此荧光图像可用于菌斑的定量评估［28］。Chen等［29］分别通过口内荧光相机和口内扫描仪获取牙齿咬合面的二维荧光图像和三维图像，以数字算法将两者配准并与计算机图像处理技术相结合［22-23，30］，研究菌斑在咬合面上的定量三维分布，发现菌斑分布与牙面局部及整体形态有关，为分析菌斑分布及表面形态提供了新思路。
2. 2 牙齿磨损的进展监测 牙齿磨损具有慢性、进展性的特征，因此判断病变进展状况在进行临床决策时尤为重要。比较分析不同时期的牙齿三维图像被认为是监测磨损进展的最佳方法［31］，IOS具有记录和再现特定时刻口内三维信息的显著优势，并且IOS与Geomagic Control等三维测量分析软件的结合使用不仅可使不同阶段牙齿外形的差异量化、可视化，更使磨损的数字化定量监测成为可能。经过一系列对体外石膏模型或离体牙［32-33］、口内真实牙齿［34］的磨损测量研究，IOS结合外部软件的磨损监测能力得到了学者们的肯定，被认为可用于牙齿磨损进展的长期监控。目前已有公司开发出了内置三维测量软件的商品化口内扫描仪系统，使得应用IOS进行实时椅旁定量监测成为可能。Mitrirattanakul等［35］以微型计算机断层扫描（micro-CT）作为参考对照，通过离体牙体外实验表明口内扫描仪和配套软件在牙齿磨损的定量监测方面具有较高的灵敏度和准确性，因此推荐将实验中所用的口内扫描仪产品作为牙齿磨损的诊断筛查工具。一些其他研究也得到了相似的结果［36-37］。2. 3 非龋性颈部缺损的进展监测 非龋性颈部缺损（non-carious cervical lesions，NCCL）定义为非龋病引起的牙颈部硬组织丧失［38］，强调早期检测和纵向监测。Charamba等 ［39］和Denucci等［40］分别对离体前磨牙进行实验室模拟刷牙，在基线、刷牙35 000次和刷牙65 000次时取弹性印模，使用实验室光学轮廓仪和口内扫描仪对印模进行扫描并用图像分析软件进行牙齿体积损失分析，结果显示两者总体上具有良好的一致性，因此认为IOS具有监测NCCL进展的应用潜力。在多学科交叉融合的时代背景下，越来越多的数字化技术开始应用于牙体牙髓疾病的诊疗当中，其中数字化IOS技术在牙体疾病诊断方面的研究进展令人瞩目。
IOS技术创建的口内数字化三维模型可供医生在不同角度和放大倍数下仔细观察牙体组织并获得更好的视野，因此可以较好地辅助牙体疾病的视诊。尽管IOS技术尚不能取代临床传统检查方法，但其已在龋病、牙釉质发育缺陷和牙齿磨损等疾病的诊断方面显示出良好的应用前景。最新的口内扫描仪集成了一些基于不同光学原理的辅助诊断技术，大大提高了IOS技术在相关牙体疾病诊断方面的应用潜力。目前IOS技术在实现牙体疾病自动化诊断方面的功能开发仍处于起步阶段，未来对IOS结合AI技术的研究有望进一步推进牙体疾病的自动化诊断，是极具价值的研究方向。此外，通过与三维测量分析软件的结合，IOS技术在相关牙体疾病的临床定量监测方面展现出良好的应用价值，方便医生追踪患牙的病情发展并及时采取干预措施。但在正式投入临床使用前，应对检测的最低阈值和误差范围、测量指标的选取应用及测量软件的标准化使用进行更加深入的研究，并且需要开展大样本的体内研究以证实体内定量监测的准确性。总体来说，IOS技术在牙体疾病的诊断和进展监测方面表现出了显著的优势和极大的应用潜力，值得进一步的深入探索和研究。
