錐形束CT在正畸牙頜模型分析中的應(yīng)用

李娜，宋錦璘，李麗華，宴燕 ，陳定根

(1.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院口腔科，四川 南充　637000；2.口腔疾病與生物醫(yī)學(xué)重慶市重點實驗室；3.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，重慶　401147)

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錐形束CT在正畸牙頜模型分析中的應(yīng)用

李娜1，宋錦璘2,3，李麗華1，宴燕1，陳定根1

(1.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院口腔科，四川 南充637000；2.口腔疾病與生物醫(yī)學(xué)重慶市重點實驗室；3.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，重慶401147)

目的：探討錐形束CT(cone beam CT,CBCT)數(shù)字化牙頜模型測量的精確性。方法：對30例正畸初診患者制取上下頜牙頜陰模一副灌制成陽模，制做成研究模型。對完成的石膏模型要求牙齒完整，牙列清晰，并用錐形束CT將所有石膏模型進行掃描，重建石膏模型三維圖形，對數(shù)字化牙頜模型進行測量，將其結(jié)果與傳統(tǒng)手工測量結(jié)果進行比較。采用配對t檢驗，計算一致性相關(guān)系數(shù)(concordance correlation coefficient,CCC)及繪制散點圖來評價兩種方法的一致性。結(jié)果：兩種測量方法的數(shù)據(jù)無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，CBCT 測量和手工測量的CCC 在0.883～0.999 之間一致性均非常好。結(jié)論：CBCT三維重建所得的數(shù)字化模型清晰，能分辨出明確的尖、窩和邊緣嵴，使操作者的辨認(rèn)選點可靠。在一定程度上可取代傳統(tǒng)手工測量，但石膏的放射阻射性能、石膏模型的厚度對石膏牙頜模型的數(shù)字化成像可能有影響，有待以后進一步研究。

錐形束CT；正畸；模型測量

【Abstract】Objective：To discuss the accuracy of Cone Beam CT in the measurement of dental and jaw model.Methods：30 dental casts were fetched from orthodontic patients with malocclusion deformity in preliminary diagnosis.The plaster models were demanded to see the teeth and their adjacent teeth clearly.Then all the models were scanned by cone beam CT to reformat the three-dimensional images.The results of the 3D image were measured and compared with the results from the conventional Manual measurement.Results：There was no statistical difference between two methods(P>0.05).The CCC of CBCT measurement and manual measurement are in good consistency between 0.883 and 0.999.Conclusion：The 3D digital model of CBCT can be viewed to distinguish point,nest and edge ridge clearly,which can help the operator to identify reliable points.And in a certain degree,it can replace the traditional manual measurement.However,the radiation resistance of the gypsum and the thickness of plaster model may have an effect on the digital imaging.Further research is needed.

正畸臨床診斷、分析中牙頜模型分析能直觀反映牙齒及頜骨的發(fā)育情況，是制定治療計劃的重要參考指標(biāo)，也是比較矯治前后牙、牙弓變化不可缺少的重要資料。長期以來，牙頜模型主要采用0.5 mm的黃銅絲、分規(guī)等工具進行手工測量，費時又費力[1]，影響了口腔臨床工作的效率。同時它的儲存是以石膏模型的形式存在，占用大量空間且容易變形。

近年來隨著錐形束CT的引入，有學(xué)者開始應(yīng)用錐形束CT 建立數(shù)字化牙頜模型并在牙齒、牙弓寬度測量精度方面進行研究，發(fā)現(xiàn)錐形束CT 掃描可以重建出精確度高的數(shù)字化牙頜模型[2-3]。目前，尚未見錐形束CT結(jié)合第三方軟件Invivo5三維重建數(shù)字化牙頜模型的測量與手工測量之間的對比研究。

1　材料與方法

1.1實驗對象和設(shè)備

實驗對象：隨機選擇在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院正畸科就診的初診患者30例(男性1例，女性22例，年齡12～18歲)。納入標(biāo)準(zhǔn)：無牙列缺失(第三磨牙除外)、無外傷史、口內(nèi)無金屬充填體、無頜骨、牙腫瘤，無頜骨骨折的恒牙列。

設(shè)備：CBCT(Classic i-CAT CBCT，Imaging Science International，美國),三星計算機(CPU：2.8G Hz 3.00 GHz，內(nèi)存：4G)，操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 7，功能軟件：Invivo5(InVivo Dental Anatomage，美國)第三方測量軟件。游標(biāo)卡尺(成都成量工具集團，精度為0.02 mm)，0.5 mm黃銅絲。

1.2實驗方法

1.2.1模型采集所有患者制取上下頜牙頜陰模一副灌制成陽模，制做成研究模型。對完成的石膏模型要求牙齒完整，牙列清晰。

1.2.2石膏模型測量(1)手工測量：用精度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺逐一測量上下頜第二磨牙之前的所有牙齒牙冠近遠中徑寬度(24顆)(圖1)；上頜第一前磨牙之間的寬度(圖2)，第一磨牙之間的寬度(圖3)。并用0.5 mm黃銅絲測量現(xiàn)有牙弓長度(左第一磨牙遠中到右第一磨牙遠中)，由同1名醫(yī)生對每顆牙測量兩次，取平均值，兩次測量誤差大于0.1 mm的重新測量[4]。(2)CBCT測量：使用美國CBCT(Classic i-CAT CBCT，Imaging Science International，美國)對石膏模型進行拍攝掃描參數(shù)：可視范圍13 cm×10 cm，灰度值14 Bit ，掃描速度360 °/s，像素0.4立體像素，掃描時間4 s，層厚0.4 mm，球管電壓120 KV,管電流5 mA。將CBCT掃描圖像數(shù)據(jù)以DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)文件格式導(dǎo)入Invivo5(InVivo Dental Anatomage，美國)軟件(圖4)，重建石膏模型三維圖形，對數(shù)字化牙頜模型進行測量(圖5)。

1.3測量分析項目

用兩種測量方法測量牙齒寬度、牙弓寬度、牙弓長度、上頜第一前磨牙中央窩之間以及第一磨牙中央窩之間的寬度。并計算出Bloton指數(shù)、Pont 指數(shù)、擁擠度。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析

對Bloton指數(shù)、Pont 指數(shù)、擁擠度采用配對t檢驗，計算一致性相關(guān)系數(shù)(concordance correlation coefficient,CCC)及繪制散點圖評價兩種方法的一致性[5-7]。分析由SPASS 13.0軟件完成，P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

兩種測量方法的數(shù)據(jù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,表1)，CBCT 測量和手工測量的CCC在0.883～0.999一致性均非常好(圖6-圖9)。

表1錐形束CT(CBCT)和手工測量在各測量項目上的一致性相關(guān)系數(shù)和配對t檢驗

測量項目CBCT測量手工測量一致性相關(guān)系數(shù)(CCC)t值P值Bolton(前牙%)80.59±5.7381.40±4.420.9151.8080.081Bolton(全牙%)90.35±2.7990.81±2.620.8831.8970.068Pont(前磨牙%)80.35±4.6780.46±4.660.9961.3200.197Pont(磨牙%)62.68±4.2162.62±4.270.9940.7410.465擁擠度(mm)1.84±1.731.87±1.750.9990.7590.454

3　討論

牙頜石膏模型對于研究牙頜發(fā)育、錯牙合致病機制、臨床診斷設(shè)計和觀察矯治前后變化是必不可少的寶貴資料。在傳統(tǒng)的正畸牙頜模型測量中，手工測量復(fù)雜曲線的長度幾乎是不可能的。

近年來三維診斷技術(shù)已逐漸應(yīng)用到口腔正畸領(lǐng)域，已經(jīng)在計算機上運用相應(yīng)軟件進行數(shù)字化牙頜模型的三維測量，耗時少，極大的滿足了臨床需求[8-9]。雖然在傳統(tǒng)模型測量與數(shù)字化牙頜模型測量之間的準(zhǔn)確性和可靠性有不少研究，但未見二者在牙弓Bolton指數(shù)、Pont 指數(shù)、擁擠度之間差異的比較，同時也沒有成熟的測量軟件應(yīng)用于臨床。

3.1錐形束CT三維重建數(shù)字化牙頜模型的特點

數(shù)字化牙頜模型目前主要采用激光掃描、層析掃描和CT 掃描技術(shù)。激光掃描技術(shù)的最大缺點是掃描過程中存在盲區(qū)和陰影，如果模型存在倒凹或斜率很大的部位，由于掃描過程中光線不能到達而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，從而影響模型的精確度[10]。層析掃描技術(shù)將模型逐層去除，并逐層光掃描重建數(shù)字化模型[11]，但其精確度受到層厚的影響。普通CT掃描技術(shù)空間分辨率有限不能精確進行牙冠表面重建，而且放射量大，所需時間長，價格昂貴，不易為患者所接受[12-13]。

CBCT采用錐形束X 線進行掃描，放射量小，所需時間短，重建速度快，空間分辨率高于普通CT，能獲得更為精確的數(shù)字化模型[13]。重建后的三維數(shù)字化牙頜模型可進行各個方位的旋轉(zhuǎn)移動及放大縮小，能在不改變模型空間坐標(biāo)的情況下更精確地顯示某一細微的結(jié)構(gòu)。

近年來有學(xué)者開始應(yīng)用CBCT 建立數(shù)字化牙頜模型并進行了相關(guān)測量，結(jié)果與手工測量無統(tǒng)計學(xué)差異[1]。本實驗CBCT 數(shù)字化牙頜模型測量值與手工游標(biāo)卡尺測量值配對t檢驗無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),采用一致性相關(guān)系數(shù)(CCC)評價兩種方法。CCC 的范圍為0～1，越接近1，說明一致性越高；CCC>0.7，說明一致性非常好；0.4≤CCC≤0.7，說明一致性良好；CCC<0.4 則說明一致性較差[4]。

本實驗所有測量項目的CCC從散點圖(圖6-圖9)也可以看出，即使是各測量項目中CCC 值最低的，其一致性也較高表示CBCT 數(shù)字化牙頜模型重建的精確度和CBCT測量值的可靠性很高。基于CBCT 建立的數(shù)字化牙頜模型測量的一致性和準(zhǔn)確性都較高，可以替代手工測量進行數(shù)字化牙頜模型的存儲和測量。

3.2錐形束CT圖像質(zhì)量及精度的影響因素

機械的設(shè)定、操作、患者的體位、三維重建及DICOM格式的輸出均和CBCT的圖像質(zhì)量有密切關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)，掃描重建參數(shù)如視野(field of view,FoV)選擇和三維像素的大小都會影響CBCT 掃描的數(shù)字化模型的精度[14]。也有學(xué)者在不同像素條件下對頭顱模型進行CBCT 掃描建立數(shù)字化模型發(fā)現(xiàn)，像素大小與模型精確度無明確的直接關(guān)系[15]。本研究圖像數(shù)據(jù)均來源于同一臺CBCT，投照條件、患者體位及輸出的DICOM3格式也相同，排除了圖像質(zhì)量的影響，保證了測量值更精確。且本研究三維重建所得的數(shù)字化模型清晰，能分辨出明確的尖、窩和邊緣嵴，使操作者的辨認(rèn)選點可靠。

綜上所述，本實驗測量結(jié)果與手工測量比較后并未見統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，而一致性相關(guān)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)CCC在0.883～0.999 之間，一致性均非常好，介于錐形束CT重建的三維數(shù)字化牙頜模型相對于傳統(tǒng)的石膏牙頜模型具有易存儲、精度高、測量方便利于遠距離交流等優(yōu)點，錐形束CT數(shù)字化牙頜模型可替代傳統(tǒng)的手工測量。但是，在臨床中應(yīng)用仍存在一些問題，比如石膏的放射阻射性能、石膏模型的厚度對石膏牙頜模型的數(shù)字化成像可能會產(chǎn)生一定的影響，有待以后進一步研究。因此圖像處理系統(tǒng)還需要進一步改進以提高測量精度,實現(xiàn)真正的數(shù)字模型三維化[16]。

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(學(xué)術(shù)編輯：劉英)

Application of cone beam CT in orthodontic model analysis

LI Na1,SONG Jin-lin2,3,LI Li-hua1，YAN Yan1,CHEN Ding-gen1

(1.Department of Stomotology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，Sichuan；2.Chongqing Key Laboratory for Oral Diseases and Biomedical Sciences,Chongqing 400016;3.Stomatological Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing 401147,China)

Conebeam CT;Orthodontics;Model measurement

10.3969/j.issn.1005-3697.2016.04.05影像醫(yī)學(xué)研究專題·論著

四川省南充市科技局項目(13ZB0251)

2015-11-30

李娜(1981-)，女，碩士，主治醫(yī)師。E-mail：lingnna@yeah.net

宋錦璘，E-mail：2147258@qq.com

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-8-217∶48網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160802.1748.020.html

1005-3697(2016)04-0466-04

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