口內(nèi)掃描與錐形束CT重建牙頜數(shù)字化模型的測(cè)量分析

沈宇清 余優(yōu)成 孫健 吳興文 楊斐 周倩蓉 劉文娟 韓智慧

(1 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院口腔科，上海 200032； 2 上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院，復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院徐匯醫(yī)院口腔科)

牙頜模型測(cè)量分析是口腔臨床診斷治療的重要參考方法，包括牙齒的解剖結(jié)構(gòu)、排列位置、牙弓的形態(tài)以及咬合關(guān)系的分析，在口腔修復(fù)、種植、正畸治療中應(yīng)用廣泛。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，牙頜數(shù)字化模型的應(yīng)用日益增多，簡(jiǎn)化了臨床操作流程，使模型記錄、傳輸及存儲(chǔ)更為方便。

常用的數(shù)字化模型技術(shù)主要有容積成像技術(shù)和表面成像技術(shù)。容積成像技術(shù)主要通過CT或錐形束CT(CBCT)技術(shù)重建牙頜數(shù)字化模型(CBCT模型)，可以很好地反映牙根及牙槽骨的情況，且不受患者張口度的影響；而表面成像技術(shù)如采用口內(nèi)掃描技術(shù)重建牙頜數(shù)字化模型(口內(nèi)掃描模型)，則無輻射，操作簡(jiǎn)便，且能夠顯示牙齦及口內(nèi)軟組織情況。研究表明采用這兩種數(shù)字化模型在精確度方面均能滿足口腔臨床應(yīng)用的需要，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，臨床應(yīng)用中常需要將兩種方法制作的數(shù)字化模型進(jìn)行擬合。

目前臨床中數(shù)字化模型擬合多用于種植方案制定、導(dǎo)板設(shè)計(jì)及正畸方案制定等方面，但在模型擬合過程中，尚無統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)，主要依靠醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)來選擇配準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)，且匹配的精確度也無統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。雖有研究將CBCT模型和口內(nèi)掃描模型通過數(shù)字化軟件進(jìn)行擬合，建立了包含牙根及咬合關(guān)系的全牙列三維模型圖，能夠清晰地顯示牙冠及牙根的形態(tài)位置及上下牙列的咬合關(guān)系[1]，但病例數(shù)量少，未能明確說明兩者間是否存在差異。本研究旨在通過對(duì)口內(nèi)掃描模型與CBCT模型進(jìn)行測(cè)量分析，探討兩者的差別，為臨床模型擬合的配準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)的選擇提供參考。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

1.2 CBCT模型的重建方法

所有患者拔牙前均采用同一臺(tái)CBCT(eXam i，KAVO公司，德國(guó))進(jìn)行拍攝，球管電壓120 kV，體素0.20 mm，成像視野(FOV)155.2 mm2。CBCT數(shù)據(jù)以DICOM格式保存，并導(dǎo)入Mimics(Version 15.01, Materialise公司,比利時(shí))軟件，設(shè)定閾值下限為900，閾值上限為3 071，進(jìn)行閾值分割，重建上、下頜牙列三維數(shù)字化模型。

1.3 口內(nèi)掃描模型的重建方法

1.4 兩種數(shù)字化模型的測(cè)量分析

將同一患者的兩種模型導(dǎo)入同一個(gè)Mimics文件，采用Mimics軟件自帶測(cè)量工具，對(duì)兩種模型同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量定點(diǎn)時(shí)將兩種模型移動(dòng)至平行位置，并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)模型，使兩種模型上同一定點(diǎn)的位置相對(duì)一致。模型的測(cè)量項(xiàng)目包括:①牙冠寬度，包括上頜中切牙至第二磨牙(U1～U7)、下頜中切牙至第二磨牙(L1～L7)間所有牙冠的近遠(yuǎn)中寬度；②牙弓寬度，包括上、下頜前段牙弓寬度(UA3、LA3，雙側(cè)尖牙牙尖之間的距離)、中段牙弓寬度(UA4、LA4，雙側(cè)第一前磨牙中央窩之間的距離)、后段牙弓寬度(UA6、LA6，雙側(cè)第一磨牙中央窩之間的距離)。1周后對(duì)兩種數(shù)字化模型再進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，取2次測(cè)量的平均值為最后統(tǒng)計(jì)值，所有測(cè)量均由同一位醫(yī)生完成。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較兩種數(shù)字化模型中各牙牙冠寬度及牙弓寬度測(cè)量數(shù)據(jù)的差異，并采用散點(diǎn)圖和組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)評(píng)價(jià)兩種模型測(cè)量值的一致性。以P<0.01為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 CBCT模型與口內(nèi)掃描模型的重建效果比較

CBCT模型可以通過重建閾值的調(diào)整對(duì)牙根、牙冠等硬組織成像(圖1A)；口內(nèi)掃描模型則能夠保留軟組織形態(tài)以及記錄口內(nèi)的咬合關(guān)系(圖1B)。通過Mimics軟件將兩種模型進(jìn)行擬合后,可以同時(shí)反映口內(nèi)軟、硬組織的情況，為臨床應(yīng)用提供參考(圖1C)。

A、B分別為CBCT模型和口內(nèi)掃描模型，C：應(yīng)用Mimics軟件對(duì)兩種模型進(jìn)行擬合后的模型

2.2 CBCT模型與口內(nèi)掃描模型的測(cè)量分析比較

口內(nèi)掃描模型與CBCT模型所有牙冠寬度測(cè)量值當(dāng)中，U4、L3、L7的測(cè)量值間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=-3.302～4.225，P<0.01)，其余牙冠寬度測(cè)量值間以及牙弓寬度測(cè)量值間差異均無顯著性(P>0.05)。見表1。

表1 口內(nèi)掃描模型與CBCT模型各項(xiàng)目的測(cè)量差值比較

2.3 CBCT模型與口內(nèi)掃描模型測(cè)量的一致性檢驗(yàn)及散點(diǎn)圖

兩種模型牙冠寬度、牙弓寬度測(cè)量值間的ICC分別為0.983、0.998。兩者上頜前牙牙冠寬度測(cè)量的一致性最好(ICC=0.953)；下頜前牙以及下頜前磨牙牙冠寬度測(cè)量的一致性良好(ICC=0.924、0.948)；而上頜前磨牙、上頜磨牙、下頜磨牙牙冠寬度測(cè)量的一致性一般(ICC=0.869、0.855、0.840)。見圖2。

A：牙冠寬度，B：牙弓寬度，C：上頜前牙，D：下頜前牙，E：上頜前磨牙，F(xiàn)：下頜前磨牙，G：上頜磨牙，H：下頜磨牙

3 討 論

臨床常用的傳統(tǒng)石膏模型體積較大，不易保存，且精度也易受到印模、石膏材料及模型制取操作過程的影響。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，口內(nèi)掃描模型與CBCT模型在口腔修復(fù)、種植、正畸中的應(yīng)用日益增多，眾多研究表明，兩種數(shù)字化模型基本可以達(dá)到臨床所需精度，但均存在不同程度的缺陷。

口內(nèi)掃描儀運(yùn)用了超快光學(xué)切割技術(shù)以及共焦顯微技術(shù)，可以通過快速捕捉二維圖形，實(shí)時(shí)地創(chuàng)建出三維數(shù)字化模型，能夠顯示牙冠形態(tài)、牙體顏色及軟組織情況，在口腔修復(fù)治療中具有一定的優(yōu)勢(shì)。NEDELCU等[11]和ENDER等[12]分析了不同廠家的口內(nèi)掃描儀重建的模型，認(rèn)為其準(zhǔn)確性均能達(dá)到臨床要求，但存在局部偏差。影響口內(nèi)掃描精度的重要原因的是存在掃描盲區(qū)。受到患者張口度、軟組織的影響，掃描盲區(qū)多存在于后牙的遠(yuǎn)中面，一些牙列不齊的部位也易產(chǎn)生掃描盲區(qū)，此外，有研究表明口內(nèi)掃描的精度還與操作者的臨床經(jīng)驗(yàn)及掃描方法有關(guān)[13-17]。

在口內(nèi)掃描過程中，需要進(jìn)行大量的口內(nèi)三維數(shù)據(jù)拼接處理，因此拼接次數(shù)越多，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度越低。ATIEH等[18]研究發(fā)現(xiàn)口內(nèi)掃描儀全牙弓數(shù)字化印模準(zhǔn)確度要低于傳統(tǒng)硅橡膠印模，數(shù)字化印模偏差大多集中在磨牙位置。ENDER等[19]則認(rèn)為在全牙弓掃描中，基于視頻圖像采集的掃描系統(tǒng)(如 CEREC Omnicam、Lava C.O.S、True Definition和 TRIOS 等)當(dāng)掃描進(jìn)行至前牙區(qū)時(shí)，在前牙遠(yuǎn)中區(qū)開始發(fā)生變形，而基于單圖像采集的數(shù)字印模系統(tǒng)(如CEREC Bluecam和Cadent iTero)則主要表現(xiàn)為掃描至另一側(cè)牙弓末端的變形。也有學(xué)者對(duì)口內(nèi)掃描儀掃描的范圍與可重復(fù)性提出了質(zhì)疑，例如SU等[20]對(duì)仿真頭模進(jìn)行口內(nèi)掃描，發(fā)現(xiàn)口內(nèi)掃描精度隨著牙弓掃描范圍增大而降低，其在掃描范圍小于半個(gè)牙弓時(shí)表現(xiàn)出的精度符合臨床要求；隨著掃描區(qū)域的不斷增加，三維圖像的建立會(huì)耗費(fèi)更多時(shí)間，從而產(chǎn)生更大偏差。

本研究結(jié)果顯示，在牙冠測(cè)量方面，兩種數(shù)字化模型的上頜第一前磨牙、下頜尖牙、下頜第二磨牙牙冠近遠(yuǎn)中徑測(cè)量值有明顯差異，其余牙冠及牙弓寬度并無顯著性差異。分析其原因，可能在口內(nèi)掃描時(shí)，尖牙、前磨牙區(qū)因牙弓轉(zhuǎn)折，導(dǎo)致掃描時(shí)常在該區(qū)域反復(fù)多次成像導(dǎo)致誤差，這與謝軼倫等[21]研究結(jié)果相一致。本研究中，由于下頜第三磨牙的存在，下頜第二磨牙遠(yuǎn)中多有部分牙齦覆蓋，且受到患者張口度的影響，牙冠遠(yuǎn)中面存在盲區(qū)，導(dǎo)致該部位口內(nèi)掃描模型的測(cè)量結(jié)果與CBCT模型的差異較大。在其他牙位牙冠寬度與牙弓寬度測(cè)量中，兩種數(shù)字化模型表現(xiàn)出良好的一致性，測(cè)量結(jié)果無顯著差異；以牙齒尖、窩作為參考點(diǎn)的牙弓寬度測(cè)量數(shù)據(jù)的一致性要明顯優(yōu)于以鄰接點(diǎn)作為參考的牙冠寬度測(cè)量數(shù)據(jù)。

CBCT模型主要記錄牙及牙槽骨等硬組織的情況，口內(nèi)掃描模型則只能顯示口內(nèi)牙冠及軟組織的形態(tài)。而在種植、正畸等臨床治療中，需同時(shí)考慮患者口腔的軟、硬組織情況，因此應(yīng)將兩者進(jìn)行擬合以彌補(bǔ)各自的不足。本研究中采用Mimics軟件，可以將這兩種模型進(jìn)行擬合，從而更直觀地反映患者的牙、牙齦及牙槽骨情況。但需要注意的是，由于兩者成像原理不同，兩種模型擬合時(shí)只能通過牙冠來進(jìn)行配準(zhǔn)，配準(zhǔn)點(diǎn)位置的選擇直接關(guān)系到模型擬合的精確度，而模型的精確度會(huì)進(jìn)一步影響后續(xù)修復(fù)體及導(dǎo)板制作的精度。

依據(jù)本研究結(jié)果，在將口內(nèi)掃描模型與CBCT模型擬合時(shí)，由于兩種模型牙弓寬度的測(cè)量誤差小，一致性最高，因此可以采用雙側(cè)尖牙牙尖、第一前磨牙中央窩、第一磨牙中央窩作為模型牙列擬合的主要參考點(diǎn)；其次，在牙冠近遠(yuǎn)中徑測(cè)量中，兩者上頜前牙的測(cè)量值無明顯差異，且一致性高，也可考慮作為擬合的參考點(diǎn)；而后牙的近遠(yuǎn)中鄰接點(diǎn)不宜作為擬合配準(zhǔn)點(diǎn)。綜上，應(yīng)盡量采用明顯的尖、窩結(jié)構(gòu)作為模型擬合配準(zhǔn)的參考點(diǎn)，建議采用尖牙牙尖、第一前磨牙中央窩、第一磨牙中央窩及上頜前牙作為模型配準(zhǔn)的參考點(diǎn)，以確保口內(nèi)掃描模型與CBCT模型擬合的精度。