口内扫描与锥形束CT重建牙颌数字化模型的测量分析

沈宇清 余优成 孙健 吴兴文 杨斐 周倩蓉 刘文娟 韩智慧

(1 复旦大学附属中山医院口腔科，上海 200032； 2 上海市徐汇区中心医院，复旦大学附属中山医院徐汇医院口腔科)

牙颌模型测量分析是口腔临床诊断治疗的重要参考方法，包括牙齿的解剖结构、排列位置、牙弓的形态以及咬合关系的分析，在口腔修复、种植、正畸治疗中应用广泛。近年来，随着数字化技术的发展，牙颌数字化模型的应用日益增多，简化了临床操作流程，使模型记录、传输及存储更为方便。

常用的数字化模型技术主要有容积成像技术和表面成像技术。容积成像技术主要通过CT或锥形束CT(CBCT)技术重建牙颌数字化模型(CBCT模型)，可以很好地反映牙根及牙槽骨的情况，且不受患者张口度的影响；而表面成像技术如采用口内扫描技术重建牙颌数字化模型(口内扫描模型)，则无辐射，操作简便，且能够显示牙龈及口内软组织情况。研究表明采用这两种数字化模型在精确度方面均能满足口腔临床应用的需要，但各有优缺点，因此，临床应用中常需要将两种方法制作的数字化模型进行拟合。

目前临床中数字化模型拟合多用于种植方案制定、导板设计及正畸方案制定等方面，但在模型拟合过程中，尚无统一的参考标准，主要依靠医生的经验来选择配准标志点，且匹配的精确度也无统一的测量标准。虽有研究将CBCT模型和口内扫描模型通过数字化软件进行拟合，建立了包含牙根及咬合关系的全牙列三维模型图，能够清晰地显示牙冠及牙根的形态位置及上下牙列的咬合关系[1]，但病例数量少，未能明确说明两者间是否存在差异。本研究旨在通过对口内扫描模型与CBCT模型进行测量分析，探讨两者的差别，为临床模型拟合的配准标志点的选择提供参考。

1 对象与方法

1.1 研究对象

1.2 CBCT模型的重建方法

所有患者拔牙前均采用同一台CBCT(eXam i，KAVO公司，德国)进行拍摄，球管电压120 kV，体素0.20 mm，成像视野(FOV)155.2 mm2。CBCT数据以DICOM格式保存，并导入Mimics(Version 15.01, Materialise公司,比利时)软件，设定阈值下限为900，阈值上限为3 071，进行阈值分割，重建上、下颌牙列三维数字化模型。

1.3 口内扫描模型的重建方法

1.4 两种数字化模型的测量分析

将同一患者的两种模型导入同一个Mimics文件，采用Mimics软件自带测量工具，对两种模型同时进行测量。测量定点时将两种模型移动至平行位置，并不断转动模型，使两种模型上同一定点的位置相对一致。模型的测量项目包括:①牙冠宽度，包括上颌中切牙至第二磨牙(U1～U7)、下颌中切牙至第二磨牙(L1～L7)间所有牙冠的近远中宽度；②牙弓宽度，包括上、下颌前段牙弓宽度(UA3、LA3，双侧尖牙牙尖之间的距离)、中段牙弓宽度(UA4、LA4，双侧第一前磨牙中央窝之间的距离)、后段牙弓宽度(UA6、LA6，双侧第一磨牙中央窝之间的距离)。1周后对两种数字化模型再进行重复测量，取2次测量的平均值为最后统计值，所有测量均由同一位医生完成。

1.5 统计学分析

应用SPSS 16.0软件进行统计学分析。采用配对t检验比较两种数字化模型中各牙牙冠宽度及牙弓宽度测量数据的差异，并采用散点图和组内相关系数(ICC)评价两种模型测量值的一致性。以P<0.01为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 CBCT模型与口内扫描模型的重建效果比较

CBCT模型可以通过重建阈值的调整对牙根、牙冠等硬组织成像(图1A)；口内扫描模型则能够保留软组织形态以及记录口内的咬合关系(图1B)。通过Mimics软件将两种模型进行拟合后,可以同时反映口内软、硬组织的情况，为临床应用提供参考(图1C)。

A、B分别为CBCT模型和口内扫描模型，C：应用Mimics软件对两种模型进行拟合后的模型

2.2 CBCT模型与口内扫描模型的测量分析比较

口内扫描模型与CBCT模型所有牙冠宽度测量值当中，U4、L3、L7的测量值间具有统计学差异(t=-3.302～4.225，P<0.01)，其余牙冠宽度测量值间以及牙弓宽度测量值间差异均无显著性(P>0.05)。见表1。

表1 口内扫描模型与CBCT模型各项目的测量差值比较

2.3 CBCT模型与口内扫描模型测量的一致性检验及散点图

两种模型牙冠宽度、牙弓宽度测量值间的ICC分别为0.983、0.998。两者上颌前牙牙冠宽度测量的一致性最好(ICC=0.953)；下颌前牙以及下颌前磨牙牙冠宽度测量的一致性良好(ICC=0.924、0.948)；而上颌前磨牙、上颌磨牙、下颌磨牙牙冠宽度测量的一致性一般(ICC=0.869、0.855、0.840)。见图2。

A：牙冠宽度，B：牙弓宽度，C：上颌前牙，D：下颌前牙，E：上颌前磨牙，F：下颌前磨牙，G：上颌磨牙，H：下颌磨牙

3 讨 论

临床常用的传统石膏模型体积较大，不易保存，且精度也易受到印模、石膏材料及模型制取操作过程的影响。随着数字化技术的发展，口内扫描模型与CBCT模型在口腔修复、种植、正畸中的应用日益增多，众多研究表明，两种数字化模型基本可以达到临床所需精度，但均存在不同程度的缺陷。

口内扫描仪运用了超快光学切割技术以及共焦显微技术，可以通过快速捕捉二维图形，实时地创建出三维数字化模型，能够显示牙冠形态、牙体颜色及软组织情况，在口腔修复治疗中具有一定的优势。NEDELCU等[11]和ENDER等[12]分析了不同厂家的口内扫描仪重建的模型，认为其准确性均能达到临床要求，但存在局部偏差。影响口内扫描精度的重要原因的是存在扫描盲区。受到患者张口度、软组织的影响，扫描盲区多存在于后牙的远中面，一些牙列不齐的部位也易产生扫描盲区，此外，有研究表明口内扫描的精度还与操作者的临床经验及扫描方法有关[13-17]。

在口内扫描过程中，需要进行大量的口内三维数据拼接处理，因此拼接次数越多，数据准确度越低。ATIEH等[18]研究发现口内扫描仪全牙弓数字化印模准确度要低于传统硅橡胶印模，数字化印模偏差大多集中在磨牙位置。ENDER等[19]则认为在全牙弓扫描中，基于视频图像采集的扫描系统(如 CEREC Omnicam、Lava C.O.S、True Definition和 TRIOS 等)当扫描进行至前牙区时，在前牙远中区开始发生变形，而基于单图像采集的数字印模系统(如CEREC Bluecam和Cadent iTero)则主要表现为扫描至另一侧牙弓末端的变形。也有学者对口内扫描仪扫描的范围与可重复性提出了质疑，例如SU等[20]对仿真头模进行口内扫描，发现口内扫描精度随着牙弓扫描范围增大而降低，其在扫描范围小于半个牙弓时表现出的精度符合临床要求；随着扫描区域的不断增加，三维图像的建立会耗费更多时间，从而产生更大偏差。

本研究结果显示，在牙冠测量方面，两种数字化模型的上颌第一前磨牙、下颌尖牙、下颌第二磨牙牙冠近远中径测量值有明显差异，其余牙冠及牙弓宽度并无显著性差异。分析其原因，可能在口内扫描时，尖牙、前磨牙区因牙弓转折，导致扫描时常在该区域反复多次成像导致误差，这与谢轶伦等[21]研究结果相一致。本研究中，由于下颌第三磨牙的存在，下颌第二磨牙远中多有部分牙龈覆盖，且受到患者张口度的影响，牙冠远中面存在盲区，导致该部位口内扫描模型的测量结果与CBCT模型的差异较大。在其他牙位牙冠宽度与牙弓宽度测量中，两种数字化模型表现出良好的一致性，测量结果无显著差异；以牙齿尖、窝作为参考点的牙弓宽度测量数据的一致性要明显优于以邻接点作为参考的牙冠宽度测量数据。

CBCT模型主要记录牙及牙槽骨等硬组织的情况，口内扫描模型则只能显示口内牙冠及软组织的形态。而在种植、正畸等临床治疗中，需同时考虑患者口腔的软、硬组织情况，因此应将两者进行拟合以弥补各自的不足。本研究中采用Mimics软件，可以将这两种模型进行拟合，从而更直观地反映患者的牙、牙龈及牙槽骨情况。但需要注意的是，由于两者成像原理不同，两种模型拟合时只能通过牙冠来进行配准，配准点位置的选择直接关系到模型拟合的精确度，而模型的精确度会进一步影响后续修复体及导板制作的精度。

依据本研究结果，在将口内扫描模型与CBCT模型拟合时，由于两种模型牙弓宽度的测量误差小，一致性最高，因此可以采用双侧尖牙牙尖、第一前磨牙中央窝、第一磨牙中央窝作为模型牙列拟合的主要参考点；其次，在牙冠近远中径测量中，两者上颌前牙的测量值无明显差异，且一致性高，也可考虑作为拟合的参考点；而后牙的近远中邻接点不宜作为拟合配准点。综上，应尽量采用明显的尖、窝结构作为模型拟合配准的参考点，建议采用尖牙牙尖、第一前磨牙中央窝、第一磨牙中央窝及上颌前牙作为模型配准的参考点，以确保口内扫描模型与CBCT模型拟合的精度。