牙弓形態(tài)對牙科全景X射線攝影的影響研究*

何佳杰 王爐意

牙弓形態(tài)對牙科全景X射線攝影的影響研究*

何佳杰①王爐意①

分析研究牙科全景X射線攝影原理，以及牙弓形態(tài)對全景攝影的影響，提出優(yōu)化設計的主要指導原則，提高其圖像質(zhì)量。分析全球人群的牙弓形態(tài)特征參數(shù)，對特定的全景攝影運動軌跡進行優(yōu)化。牙科全景X射線攝影成像效果有諸多影響因素，斷層曲線的設計對設備成像會產(chǎn)生決定性影響，尤其是對尖牙部分。優(yōu)化斷層曲線設計可縮小水平垂直放大倍率變化范圍，減少幾何失真和牙齒重疊。

牙科全景X射線攝影；牙弓形態(tài)；斷層

何佳杰，男，(1977- )，碩士，工程師。杭州美諾瓦醫(yī)療科技有限公司研發(fā)部，從事醫(yī)用影像技術及設備的研制工作。研究方向：數(shù)字化牙科全景X射線攝影系統(tǒng)。

牙科全景X射線攝影是通過特定的X射線攝影生成面部結構照片的過程，其面部結構特征同時包括上頜和下頜牙弓及周邊相關組織結構[1]。牙科全景攝影在醫(yī)療診斷中的應用越來越廣泛，其可為牙科疾病、牙齒矯形以及牙槽骨、顳頜關節(jié)的骨病等多種疾病提供重要的信息；并且對幼兒乳牙、恒牙交替、齲齒、上下頜骨囊腫或腫瘤及上下頜骨骨折等具有較好的診斷價值。

1 全景X射線攝影

全景X射線攝影的最初形式中只存在1個旋轉中心，圍繞患者旋轉。由于牙弓并非是完全圓形，導致牙齒在成像過程中失真嚴重。通過改進設計，采用兩個旋轉中心將旋轉中心設計在臉頰兩側，通過兩次攝影且中線拼合，產(chǎn)生更為精確的全景斷層X射線影像。然而，研究表明，牙弓的結構呈馬蹄形可劃分為3段區(qū)域：兩側頰段和前牙段，3段區(qū)域以兩側第一雙尖牙為分界各呈圓弧狀[3-6]。因此，進一步設計三旋轉中心結構，使其更趨近于牙齒的實際形狀，所產(chǎn)生的圖像失真較小(如圖1所示)。

圖1 三旋轉中心曲面斷層裝置

現(xiàn)代的全景X射線攝影設備采用的原理無固定的旋轉中心。取而代之的是X射線源在一個橢圓形的軌跡上連續(xù)移動模擬牙弓的形狀。由于可以調(diào)節(jié)橢圓大小來符合患者的牙弓，得到的X射線片是一張連續(xù)的并相對恒定的水平和垂直倍率的頜骨圖像[1]。

目前，隨著數(shù)字技術的發(fā)展，采用電荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)技術的數(shù)字全景機逐步進入市場并替代了膠片全景機，完成了模擬到數(shù)字系統(tǒng)的轉換。全景X射線攝影系統(tǒng)是數(shù)字化X射線牙科機。與X射線牙科機相比，其可對人體頜面部進行全景成像，顯示牙齒、上下頜骨及其周圍骨性組織的情況，影像質(zhì)量得到極大提高，對微小病灶檢出率高。數(shù)字X射線攝影可減少患者的輻射劑量，并且通過操控和放大底片上的感興趣區(qū)域可提高診斷率[7]。隨著數(shù)字控制和感應技術的發(fā)展，X射線源的運動軌跡越來越精準，牙弓感應的應用使得運動軌跡的設定更為智能化。

2 全景斷層與牙弓形態(tài)的研究

研究表明，人體的牙弓形態(tài)大致分為3種：尖圓形、卵圓形和方圓形[8-9]。Noroozi等[9]指出，牙弓的主要四大影響因素為：磨牙寬度(Wm)、磨牙深度(Dm)、尖牙寬度(Wc)和尖牙深度(Dc)；建議用(Wc/ Wm)×(Dc/Dm)來區(qū)分三種弓形(如圖2所示)。

圖2 牙弓形態(tài)與相應變量

相關研究表明，中國人正常的牙弓形態(tài)以卵圓形最多，其次為方圓形牙弓[10]。雖然我國男性與女性的牙弓形態(tài)相似，但男性磨牙寬度明顯大于女性，其平均差異在2～3 mm之間[10-12]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，人類磨牙寬度及深度的上下限值差約為10 mm[8]。

牙弓曲線與全景斷層曲線有一定的相關性，但兩者不為同一研究對象。牙弓研究的上頜和下頜的牙齒排列弧線形態(tài)，而全景斷層包括的區(qū)域除了上頜和下頜的牙齒以外，還包括了髁部。牙弓形態(tài)研究統(tǒng)計的是牙面數(shù)據(jù)；而全景斷層的確定是結合牙弓形態(tài)和下頜牙齒排列規(guī)律而定的[13]。Welander等[12]在1989年統(tǒng)計美洲典型人群的牙齒特征給出了標準全景斷層曲線(如圖3所示)。

圖3 標準平均下頜牙列形狀

Scarfe等[14]通過研究OP100全景機發(fā)現(xiàn)，OP100提供了一個符合平均牙弓的整體形態(tài)，景深寬度從前牙區(qū)的17 mm到后磨牙區(qū)的44 mm連續(xù)變化。而其垂直放大倍率變化范圍為1.24～1.37，水平放大倍率為1.01～1.63，失真指數(shù)變化范圍為0.84～1.24(如圖4所示)。

圖4 斷層景深分布圖

如圖5所示，在這張常規(guī)全景片中下頜左右尖牙幾何失真嚴重，其原因在于標準全景斷層曲線不能滿足此病患的牙弓特點。研究表明，斷層曲線的設計對尖牙部分的幾何成像影響最大，并且前磨牙區(qū)的牙齒重疊現(xiàn)象最為明顯。研究發(fā)現(xiàn)，尖圓牙弓的尖牙影像水平放大倍率偏大，而方圓牙弓則偏小，以上結果和曲面斷層原理一致。并且尖牙部分處于位于斷層低分辨率區(qū)域，導致其影像顯示是模糊的。

圖5 全景尖牙失真圖

3 斷層曲線的優(yōu)化

研究表明，單一的斷層曲線不能滿足不同人群牙弓差異導致的不同攝影診斷要求。因此在牙科全景X攝影設計過程中，結合醫(yī)學統(tǒng)計研究我國人群的牙弓形態(tài)，確定最佳的斷層區(qū)域參數(shù)，合理控制全景攝影運動軌跡十分必要。根據(jù)牙弓形態(tài)的分類，細分設計成3種牙弓形態(tài)。并且根據(jù)磨牙寬度的差異性，每種牙弓形態(tài)對應有大、中、小3種，建議以平均磨牙寬度為參照設定為中型，+3 mm為大型，-3 mm為小型。斷層曲線的細分設計在現(xiàn)代全景機中的應用能夠更好地提高全景X射線攝影圖像質(zhì)量[15-16]。

兒童處于乳牙期及混合牙期的時候牙弓形態(tài)是隨著生長發(fā)育而改變的。多數(shù)學者對牙弓分類的定義是針對基本穩(wěn)定的恒牙期。故而在牙科全景X攝影中針對兒童需要設定特定的斷層曲線來滿足兒童牙齒形態(tài)的特殊要求和最大程度地減少輻射劑量。

4 結語

不同程度的水平和垂直放大倍率，幾何失真和牙齒重疊的圖像(尤其是前磨牙區(qū)域)是全景圖像生成所固有的特性。此外，在X射線片上可能是重要的識別對象，因為這些對象可能是位于斷層之外，導致在X射線片上顯示扭曲或模糊。所有這些因素的共同作用可能會限制圖像的有用性和可識別性，并取決于特定的應用要求。

通過對人類牙弓形態(tài)的進一步研究不斷積累相關數(shù)據(jù)，優(yōu)化斷層曲線設計，并結合數(shù)字技術在全景機研究中的綜合應用，可極大改善或者減少全景圖像的幾何失真以及牙齒重疊現(xiàn)象，尤其是尖牙部分的幾何失真。從而提高對牙科疾病的診斷率。

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The effect of dental arch on dental panoramic radiography

HE Jia-jie, WANG Lu-yi// China Medical Equipment,2014,11(5):71-73.

Through the analysis on principles of dental panoramic radiography, we analyzed the influence factors of the dental arch, and provided the main principles for optimizing design to improve the image quality. Through the analysis on the human dental arch’s form, we optimized the radiographic procedure. Many factors affect the quality panoramic image, but the focal trough’s design is one of the most important factors, especially for canine regions. Optimizing design of focal trough can lessen degrees of horizontal andVertical magnification, also can reduce geometric distortion and overlapped images of teeth.

Dental panoramic radiography; Dental arch form; Focal trough

1672-8270(2014)05-0071-03

R814.41

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.05.026

2014-01-09

國家科技型中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金(12C26213302929)“醫(yī)用數(shù)字化全景牙科攝影系統(tǒng)”

①杭州美諾瓦醫(yī)療科技有限公司研發(fā)部 浙江 杭州 310053

[First-author’s address]Mednova Medical Technologies Co., Ltd, Hangzhou 310053, China.