數(shù)字化正畸模型測(cè)量的可靠性研究

劉金平 鄭小婉 黃曉峰

近年來(lái)，數(shù)字醫(yī)學(xué)蓬勃發(fā)展，其在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用也方興未艾，主要包括三維掃描技術(shù)、數(shù)字化/計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造、數(shù)字化輔助診斷分析、數(shù)字化導(dǎo)航等方面[1～3]。其中三維數(shù)字化成像技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了三維數(shù)字化模型在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用，它可將石膏模型通過三維掃描系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型進(jìn)行儲(chǔ)存和測(cè)量，減少了石膏模型帶來(lái)的儲(chǔ)存困難、易斷裂磨損、會(huì)診困難等缺點(diǎn)。模型測(cè)量是正畸治療方案制定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)上是通過石膏模型測(cè)量來(lái)獲得數(shù)據(jù)，那么數(shù)字化模型測(cè)量是否能達(dá)到正畸模型測(cè)量的精度？可否將數(shù)字模型測(cè)量的結(jié)果用于臨床正畸決策？本研究將使用掃描儀掃描石膏模型獲取的數(shù)字化模型與石膏模型進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，檢驗(yàn)其測(cè)量的可靠性，為正畸臨床治療提供更為科學(xué)、高效、便捷的模型測(cè)量方式。

對(duì)象與方法

1.研究對(duì)象：根據(jù)樣本量計(jì)算得到需要選擇13個(gè)模型進(jìn)行本研究。納入標(biāo)準(zhǔn)：①2018年4月～2019年4月到首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院正畸門診就診患者的記存模型；②牙列完整，無(wú)缺失牙；③無(wú)牙體缺損、無(wú)修復(fù)體；④第二磨牙完全萌出；⑤牙列上下牙列擁擠3～8mm。排除標(biāo)準(zhǔn)：①模型有明顯氣泡干擾；②模型牙齒邊緣嵴、牙尖、窩溝及腭穹隆形態(tài)不清晰。將符合標(biāo)準(zhǔn)的每一個(gè)原始石膏模型通過EXCEL軟件進(jìn)行隨機(jī)賦值，選取最大的前13個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)的13個(gè)模型。對(duì)該13個(gè)石膏模型進(jìn)行邊緣修整。

2.測(cè)量參數(shù):①牙冠寬度：上頜全牙列每顆牙牙冠的寬度;②牙弓現(xiàn)有長(zhǎng)度：牙弓整體弧形的長(zhǎng)度，本研究采用四段法測(cè)量;③牙弓寬度：牙弓前、中、后段寬度,即尖牙牙尖間寬度、第一前磨牙中央窩間的寬度、第一磨牙中央窩間的寬度;④牙弓長(zhǎng)度：牙弓前、中、后段長(zhǎng)度，即切牙近中接觸點(diǎn)至尖牙連線間垂距，尖牙連線至第一磨牙近中接觸點(diǎn)連線間垂距，第一磨牙近中面連線至第二磨牙遠(yuǎn)中面連線間垂距;⑤腭穹高度：第一磨牙合面平面至腭穹頂?shù)木嚯x[4]。詳見圖1。

圖1 數(shù)字化模型各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)

3.測(cè)量方法:(1)手工石膏模型測(cè)量方法：應(yīng)用分規(guī)和電子游標(biāo)卡尺(精確度0.01mm)測(cè)量，每周完成1次測(cè)量，隔周再測(cè)量1次，共3次，記錄數(shù)據(jù)。(2)計(jì)算機(jī)輔助數(shù)字化模型測(cè)量方法：將石膏模型固定于用3Shape E3激光掃描儀掃描箱內(nèi)進(jìn)行掃描，再應(yīng)用Geniusscanlite軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化并導(dǎo)入3Shape E3激光掃描儀輔助制作軟件(Magics 20.03)生成三維圖像并進(jìn)行測(cè)量。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:使用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(inter-class correlation coefficient，ICC)，比較同一模型重復(fù)測(cè)量3次的一致性。ICC值介于0～1，0表示不可信，l表示完全可信；ICC>0.8表示兩種測(cè)量方法信度特優(yōu)，0.61～0.80表示信度優(yōu)[5]。石膏模型和數(shù)字化模型重復(fù)測(cè)量的均值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.石膏模型手工測(cè)量和數(shù)字化測(cè)量牙齒寬度差異的比較:同一測(cè)量者在石膏模型和數(shù)字化模型測(cè)量參數(shù)的ICC值為均>0.8(0.876～0.999)，說(shuō)明兩種方法的可重復(fù)性強(qiáng)，詳見表1。兩組在各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)均>0.8，兩種測(cè)量方法具有強(qiáng)相關(guān)性。兩種測(cè)量方法的均值經(jīng)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析：左上頜第一前磨牙牙冠寬度差異為-0.09±0.13mm，左上頜第一磨牙牙冠寬度差異為-0.18±0.29mm；左下頜第一前磨牙牙冠寬度差異為-0.13±0.20mm；左下頜第一磨牙牙冠寬度差異為-0.21±0.20mm；左下頜第二磨牙牙冠寬度差異為-0.19±0.30mm；右下頜第一磨牙牙冠寬度差異為-0.18±0.27mm，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。其余牙齒寬度的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見表2。

表1 兩種測(cè)量方法3次重復(fù)測(cè)量ICC值

表2 石膏模型測(cè)量和數(shù)字化測(cè)量牙冠寬度的差異(配對(duì)t檢驗(yàn))

2.石膏模型手工測(cè)量和數(shù)字化測(cè)量牙弓寬度、牙弓長(zhǎng)度和腭穹高度差異的比較:兩種測(cè)量方法的均值經(jīng)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析，下牙弓中段長(zhǎng)度差異為0.96±1.32mm，腭穹隆高度差異為0.96±1.31mm,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，詳見表3。

表3 石膏模型測(cè)量和數(shù)字化測(cè)量腭穹高度、牙弓寬度和牙弓長(zhǎng)度的差異(配對(duì)t檢驗(yàn))

3.石膏模型測(cè)量和數(shù)字化測(cè)量牙齒擁擠度的比較：石膏模型測(cè)量上頜平均擁擠度為3.29±3.27mm，下頜為3.14±2.74mm；數(shù)字化模型測(cè)量上頜平均擁擠度為3.45±3.34mm，下頜為3.11±2.50mm。擁擠度兩種方法測(cè)量的上頜擁擠度差異為-0.15±0.40mm，下頜擁擠度差異為0.03±0.58mm。兩種方法測(cè)量牙齒擁擠度經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，詳見表4。

表4 石膏模型測(cè)量和數(shù)字化測(cè)量擁擠度的差異(配對(duì)t檢驗(yàn))

討 論

激光掃描石膏模型并結(jié)合立體攝影測(cè)量技術(shù)并進(jìn)行三維重建,從而產(chǎn)生一個(gè)可三維旋轉(zhuǎn)的數(shù)字化模型，是目前獲取患者三維數(shù)字化牙頜模型的主要方式之一[6～8]。激光掃描原理簡(jiǎn)單、速度快，但是對(duì)被掃描物體的表面存在陰影效應(yīng)。許多研究者對(duì)模型掃描生成的數(shù)字模型的精度進(jìn)行了研究，個(gè)別測(cè)量參數(shù)的結(jié)果不盡相同[9～13]。Gül等[9]和Czernota等[10]比較了手工石膏模型測(cè)量和數(shù)字化模型測(cè)量在牙冠寬度和牙弓寬度的差異，結(jié)果無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但也有研究者測(cè)量比較得出數(shù)字化測(cè)量的牙齒寬度較標(biāo)準(zhǔn)值大0.024mm[11]。Kim等[12]認(rèn)為激光掃描數(shù)字化模型和石膏模型間平均差異為0.230±0.169mm，但差異<0.5mm，不影響臨床正畸方案的制定。Liang等[13]比較了數(shù)字化模型測(cè)量在不同擁擠度下牙弓寬度、牙弓所需間隙，牙弓現(xiàn)有間隙的差異，得出下頜所需間隙輕度擁擠組(0.28±0.01mm)和重度擁擠組(0.21±0.09mm)間有差異，但差異較小不影響臨床決策。但是，對(duì)于正畸臨床來(lái)說(shuō)，單純牙齒寬度的測(cè)量尚不足以給正畸診斷、分析和治療方案的制定提供足夠的數(shù)字化數(shù)據(jù)。本研究對(duì)兩種模型的正畸各種參數(shù)進(jìn)行了較全面的測(cè)量，同時(shí)也首次比較了上下頜牙弓擁擠度的差異。

本研究中每個(gè)模型經(jīng)過3次重復(fù)測(cè)量的相關(guān)性均>0.8，說(shuō)明兩種方法的可重復(fù)性強(qiáng)。兩種測(cè)量方法的均值經(jīng)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析，24、26、35、36、37和46牙冠寬度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且數(shù)字化模型測(cè)量的牙冠寬度值較手工測(cè)量石膏模型組偏大。這與Czarnota等[10]的研究結(jié)論相似。除了測(cè)量誤差的原因，筆者考慮可能也會(huì)因?yàn)槭嗄Ｐ兔渴止y(cè)量一次，其定點(diǎn)位置都可能會(huì)有部分磨損或是因儲(chǔ)存不當(dāng)導(dǎo)致模型摩擦產(chǎn)生磨損，而產(chǎn)生差異。而數(shù)字化模型一經(jīng)掃描完成則數(shù)據(jù)永久保存，不存在磨耗的問題。本研究還發(fā)現(xiàn)牙冠寬度的測(cè)量差異主要集中于前磨牙和磨牙區(qū)的數(shù)據(jù),可能是因?yàn)檠例X的擁擠集中于前磨牙區(qū)且下頜后牙牙冠近中舌向傾斜，鄰面接觸點(diǎn)的定位可能出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致后牙測(cè)量的不精確，這提示在數(shù)字化測(cè)量時(shí)，需要對(duì)數(shù)字化模型進(jìn)行多次翻轉(zhuǎn)，尋找每個(gè)牙位的最佳測(cè)量位置進(jìn)行測(cè)量。

本研究中石膏模型和數(shù)字化模型進(jìn)行配對(duì)比較腭穹高度差異為0.96±1.15mm，下牙弓中段長(zhǎng)度差異為0.61±0.83mm。與牙冠寬度差異不同的是數(shù)字化模型測(cè)量值小于石膏模型組，且差異均較大。下牙弓中段長(zhǎng)度差異較大，筆者分析是因?yàn)檠懒袚頂D的位置集中于前磨牙區(qū)，那么擁擠重疊的區(qū)域定點(diǎn)困難，容易造成差異的產(chǎn)生。手工測(cè)量石膏模型可以通過視覺和觸覺來(lái)確定相對(duì)“真實(shí)”的三維標(biāo)識(shí)，而數(shù)字化模型在電腦屏幕上需將虛擬圖像旋轉(zhuǎn)到視覺上能夠識(shí)別出正確點(diǎn)的位置上，從而造成一定的影響。腭穹高度是垂直向高度的測(cè)量，測(cè)量者利用分規(guī)可輕松感知石膏模型上腭黏膜的定點(diǎn)，但數(shù)字化模型只能通過視覺定位。因?yàn)殡娔X屏幕上是二維圖像，當(dāng)在視線垂直的位置時(shí)會(huì)遮擋腭部定點(diǎn)，測(cè)量者需要將模型翻轉(zhuǎn)至與視線完全平行，而此時(shí)在屏幕上定位實(shí)際模型上前后向的垂點(diǎn)會(huì)有誤差，可能會(huì)造成測(cè)量的誤差。而牙弓寬度的測(cè)量需要定位牙齒(牙合)面中央窩，無(wú)論在石膏模型還是數(shù)字化模型上，都較容易找到定點(diǎn)，所以兩種測(cè)量方法在測(cè)量牙弓寬度時(shí)無(wú)差異。

本研究不僅對(duì)石膏模型和數(shù)字化模型的牙冠寬度、牙弓寬度、牙弓長(zhǎng)度和腭穹高度進(jìn)行比較，并對(duì)兩種模型測(cè)量的擁擠度差異進(jìn)行分析。擁擠度是影響正畸方案制定的重要因素，擁擠度測(cè)量的可靠性為數(shù)字化模型測(cè)量是否可直接應(yīng)用于臨床正畸方案的制定提供參考。本研究比較上下頜牙齒的擁擠度后發(fā)現(xiàn)上頜擁擠度為-0.15±0.40mm，下頜擁擠度為0.03±0.58mm，兩種方法的差異都在0.5mm之內(nèi)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在正畸臨床的診斷和治療方案的制定中，0.5mm的差異是可以接受的。因此數(shù)字化模型的數(shù)字化測(cè)量與傳統(tǒng)的石膏模型測(cè)量在臨床實(shí)際應(yīng)用中并沒有較大的差異。因此本研究認(rèn)為，數(shù)字化模型和數(shù)字化測(cè)量可以替代傳統(tǒng)石膏模型測(cè)量方法來(lái)進(jìn)行牙列擁擠量的計(jì)算。盡管兩種測(cè)量方法的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但是觀察兩組數(shù)據(jù)的SD值相對(duì)較大。這可能和本研究選擇的病例的擁擠度范圍較大有關(guān)。牙列擁擠的程度不一，測(cè)量的誤差可能會(huì)增大，那么不同擁擠度的石膏模型測(cè)量和數(shù)字化模型測(cè)量是否有差異呢？針對(duì)這一問題將繼續(xù)深入研究。

綜上所述，數(shù)字化模型測(cè)量可以為臨床正畸治療提供一個(gè)易于保存、相對(duì)準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量方法。本研究比較數(shù)字化模型測(cè)量與石膏模型測(cè)量一致性較高，個(gè)別測(cè)量參數(shù)會(huì)有差異，但差異較小，尤其是研究牙齒的擁擠度后發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化模型的數(shù)字化測(cè)量牙齒擁擠度與石膏模型的差異在0.5mm之內(nèi)，對(duì)正畸臨床的診斷和治療方案的制定沒有實(shí)際的影響，可以應(yīng)用于臨床。