李娜，宋锦璘，李丽华，宴燕 ，陈定根

(1.川北医学院附属医院口腔科，四川 南充　637000；2.口腔疾病与生物医学重庆市重点实验室；3.重庆医科大学附属口腔医院，重庆　401147)



锥形束CT在正畸牙颌模型分析中的应用

李娜1，宋锦璘2,3，李丽华1，宴燕1，陈定根1

(1.川北医学院附属医院口腔科，四川 南充637000；2.口腔疾病与生物医学重庆市重点实验室；3.重庆医科大学附属口腔医院，重庆401147)

目的：探讨锥形束CT(cone beam CT,CBCT)数字化牙颌模型测量的精确性。方法：对30例正畸初诊患者制取上下颌牙颌阴模一副灌制成阳模，制做成研究模型。对完成的石膏模型要求牙齿完整，牙列清晰，并用锥形束CT将所有石膏模型进行扫描，重建石膏模型三维图形，对数字化牙颌模型进行测量，将其结果与传统手工测量结果进行比较。采用配对t检验，计算一致性相关系数(concordance correlation coefficient,CCC)及绘制散点图来评价两种方法的一致性。结果：两种测量方法的数据无统计学意义(P>0.05)，CBCT 测量和手工测量的CCC 在0.883～0.999 之间一致性均非常好。结论：CBCT三维重建所得的数字化模型清晰，能分辨出明确的尖、窝和边缘嵴，使操作者的辨认选点可靠。在一定程度上可取代传统手工测量，但石膏的放射阻射性能、石膏模型的厚度对石膏牙颌模型的数字化成像可能有影响，有待以后进一步研究。

锥形束CT；正畸；模型测量

【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.

正畸临床诊断、分析中牙颌模型分析能直观反映牙齿及颌骨的发育情况，是制定治疗计划的重要参考指标，也是比较矫治前后牙、牙弓变化不可缺少的重要资料。长期以来，牙颌模型主要采用0.5 mm的黄铜丝、分规等工具进行手工测量，费时又费力[1]，影响了口腔临床工作的效率。同时它的储存是以石膏模型的形式存在，占用大量空间且容易变形。

近年来随着锥形束CT的引入，有学者开始应用锥形束CT 建立数字化牙颌模型并在牙齿、牙弓宽度测量精度方面进行研究，发现锥形束CT 扫描可以重建出精确度高的数字化牙颌模型[2-3]。目前，尚未见锥形束CT结合第三方软件Invivo5三维重建数字化牙颌模型的测量与手工测量之间的对比研究。

1　材料与方法

1.1实验对象和设备

实验对象：随机选择在重庆医科大学附属口腔医院正畸科就诊的初诊患者30例(男性1例，女性22例，年龄12～18岁)。纳入标准：无牙列缺失(第三磨牙除外)、无外伤史、口内无金属充填体、无颌骨、牙肿瘤，无颌骨骨折的恒牙列。

设备：CBCT(Classic i-CAT CBCT，Imaging Science International，美国),三星计算机(CPU：2.8G Hz 3.00 GHz，内存：4G)，操作系统：Microsoft Windows 7，功能软件：Invivo5(InVivo Dental Anatomage，美国)第三方测量软件。游标卡尺(成都成量工具集团，精度为0.02 mm)，0.5 mm黄铜丝。

1.2实验方法

1.2.1模型采集所有患者制取上下颌牙颌阴模一副灌制成阳模，制做成研究模型。对完成的石膏模型要求牙齿完整，牙列清晰。

1.2.2石膏模型测量(1)手工测量：用精度为0.02 mm的游标卡尺逐一测量上下颌第二磨牙之前的所有牙齿牙冠近远中径宽度(24颗)(图1)；上颌第一前磨牙之间的宽度(图2)，第一磨牙之间的宽度(图3)。并用0.5 mm黄铜丝测量现有牙弓长度(左第一磨牙远中到右第一磨牙远中)，由同1名医生对每颗牙测量两次，取平均值，两次测量误差大于0.1 mm的重新测量[4]。(2)CBCT测量：使用美国CBCT(Classic i-CAT CBCT，Imaging Science International，美国)对石膏模型进行拍摄扫描参数：可视范围13 cm×10 cm，灰度值14 Bit ，扫描速度360 °/s，像素0.4立体像素，扫描时间4 s，层厚0.4 mm，球管电压120 KV,管电流5 mA。将CBCT扫描图像数据以DICOM3.0标准文件格式导入Invivo5(InVivo Dental Anatomage，美国)软件(图4)，重建石膏模型三维图形，对数字化牙颌模型进行测量(图5)。

1.3测量分析项目

用两种测量方法测量牙齿宽度、牙弓宽度、牙弓长度、上颌第一前磨牙中央窝之间以及第一磨牙中央窝之间的宽度。并计算出Bloton指数、Pont 指数、拥挤度。

1.4统计学分析

对Bloton指数、Pont 指数、拥挤度采用配对t检验，计算一致性相关系数(concordance correlation coefficient,CCC)及绘制散点图评价两种方法的一致性[5-7]。分析由SPASS 13.0软件完成，P<0.05表示差异有统计学意义。

2　结果

两种测量方法的数据差异无统计学意义(P>0.05,表1)，CBCT 测量和手工测量的CCC在0.883～0.999一致性均非常好(图6-图9)。

表1锥形束CT(CBCT)和手工测量在各测量项目上的一致性相关系数和配对t检验

测量项目CBCT测量手工测量一致性相关系数(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拥挤度(mm)1.84±1.731.87±1.750.9990.7590.454

3　讨论

牙颌石膏模型对于研究牙颌发育、错牙合致病机制、临床诊断设计和观察矫治前后变化是必不可少的宝贵资料。在传统的正畸牙颌模型测量中，手工测量复杂曲线的长度几乎是不可能的。

近年来三维诊断技术已逐渐应用到口腔正畸领域，已经在计算机上运用相应软件进行数字化牙颌模型的三维测量，耗时少，极大的满足了临床需求[8-9]。虽然在传统模型测量与数字化牙颌模型测量之间的准确性和可靠性有不少研究，但未见二者在牙弓Bolton指数、Pont 指数、拥挤度之间差异的比较，同时也没有成熟的测量软件应用于临床。

3.1锥形束CT三维重建数字化牙颌模型的特点

数字化牙颌模型目前主要采用激光扫描、层析扫描和CT 扫描技术。激光扫描技术的最大缺点是扫描过程中存在盲区和阴影，如果模型存在倒凹或斜率很大的部位，由于扫描过程中光线不能到达而导致数据丢失，从而影响模型的精确度[10]。层析扫描技术将模型逐层去除，并逐层光扫描重建数字化模型[11]，但其精确度受到层厚的影响。普通CT扫描技术空间分辨率有限不能精确进行牙冠表面重建，而且放射量大，所需时间长，价格昂贵，不易为患者所接受[12-13]。

CBCT采用锥形束X 线进行扫描，放射量小，所需时间短，重建速度快，空间分辨率高于普通CT，能获得更为精确的数字化模型[13]。重建后的三维数字化牙颌模型可进行各个方位的旋转移动及放大缩小，能在不改变模型空间坐标的情况下更精确地显示某一细微的结构。

近年来有学者开始应用CBCT 建立数字化牙颌模型并进行了相关测量，结果与手工测量无统计学差异[1]。本实验CBCT 数字化牙颌模型测量值与手工游标卡尺测量值配对t检验无统计学意义(P>0.05),采用一致性相关系数(CCC)评价两种方法。CCC 的范围为0～1，越接近1，说明一致性越高；CCC>0.7，说明一致性非常好；0.4≤CCC≤0.7，说明一致性良好；CCC<0.4 则说明一致性较差[4]。

本实验所有测量项目的CCC从散点图(图6-图9)也可以看出，即使是各测量项目中CCC 值最低的，其一致性也较高表示CBCT 数字化牙颌模型重建的精确度和CBCT测量值的可靠性很高。基于CBCT 建立的数字化牙颌模型测量的一致性和准确性都较高，可以替代手工测量进行数字化牙颌模型的存储和测量。

3.2锥形束CT图像质量及精度的影响因素

机械的设定、操作、患者的体位、三维重建及DICOM格式的输出均和CBCT的图像质量有密切关系。有研究发现，扫描重建参数如视野(field of view,FoV)选择和三维像素的大小都会影响CBCT 扫描的数字化模型的精度[14]。也有学者在不同像素条件下对头颅模型进行CBCT 扫描建立数字化模型发现，像素大小与模型精确度无明确的直接关系[15]。本研究图像数据均来源于同一台CBCT，投照条件、患者体位及输出的DICOM3格式也相同，排除了图像质量的影响，保证了测量值更精确。且本研究三维重建所得的数字化模型清晰，能分辨出明确的尖、窝和边缘嵴，使操作者的辨认选点可靠。

综上所述，本实验测量结果与手工测量比较后并未见统计学意义(P>0.05)，而一致性相关系数分析发现CCC在0.883～0.999 之间，一致性均非常好，介于锥形束CT重建的三维数字化牙颌模型相对于传统的石膏牙颌模型具有易存储、精度高、测量方便利于远距离交流等优点，锥形束CT数字化牙颌模型可替代传统的手工测量。但是，在临床中应用仍存在一些问题，比如石膏的放射阻射性能、石膏模型的厚度对石膏牙颌模型的数字化成像可能会产生一定的影响，有待以后进一步研究。因此图像处理系统还需要进一步改进以提高测量精度,实现真正的数字模型三维化[16]。

[1]王红梅，刘郁.拔牙矫治前后的牙牙合模型测量研究[J].北京口腔医学，1999，7(3)：122.

[2]武建潮，黄吉娜，徐学军.锥形束CT 在三维数字化牙模建立中的初步应用[J].上海口腔医学，2010，19(5)：456-459.

[3]王艳，李均，陈兆学.CBCT在口腔三维成像中的应用研究[J].中国医学物理学杂志，2013,30(2):4008-4011.

[4]张凌鹏，杨向红，朱艳艳.三种测量技术应用于口腔正畸模型测量中的比较研究[J].口腔正畸学，2008,15(1)：23-24.

[5]Watson PF,Petrie A.Method agreement analysis:a review of correct methodology[J].Theriogenology,2010,73(9):1167-1179.

[6]Oliva A,Llabres M,Farina JB.Comparative study of protein molecular weights by size-exclusion chromatography and laser-light scattering[J].J Pharm Biomed Anal,2001,25(5-6):833-841.

[7]Lin LI.Aconcordance correlation coefficient to evaluate reproducibility[J].Biometrics,1989,45(1):255-268.

[8]Kau CH,Littlefield J,Rainy N,et al.Evaluation of CBCT digital models and traditional models using the Little’s Index [J].Angle Orthod,2010,80(3):435-439.

[9]石校伟，刘洪臣，李亚男，等.应用锥形束CT影像对颏管的三维定量测量及临床意义[J].口腔颌面修复学杂志，2011,12(4)：197-199.

[10]刘松林，许天民，林久祥.三维点激光扫描仪的扫描可靠性研究[J]．口腔正畸学，2008，15(1)：39-41,10.

[11]白玉兴，周洁珉，王邦康，等.国产无托槽隐形正畸矫治系统的开发与研制[J].北京口腔医学，2004，12(2)：89-92,96.

[12]Nkenke E,Zachow S,Benz M,et al.Fusion of computed tomography data and optical 3D images of the dentition for streak artefact correction in the simulation of orthognathic surgery[J].Dentomaxillofac Radiol,2004,33(4):226-232.

[13]Macchi A,Carrafiello G,Cacciafesta V,et al.Three-dimensional digital modeling and setup[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2006,129(5):605-610.

[14]Hassan B,Couto Souza P,Jacobs R,et al.Influence of scanning and reconstruction parameters on quality of three-dimensional surface models of the dental arches from cone beam computed tomography[J].Clin Oral Investig,2010,14(3):303-310.

[15]Damstra J,Fourie Z,Huddleston Slater JJ,et al.Accuracy of linear measurements from cone-beam computed tomography-derived surface models of different voxel sizes[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2010,137(1):16 -17.

[16]高鹏程，谢理哲，严斌.牙颌模型三维数字化技术及其在口腔正畸学中的应用进展[J].口腔生物医学，2014,5(3)：152-156.

(学术编辑：刘英)

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影像医学研究专题·论著

四川省南充市科技局项目(13ZB0251)

2015-11-30

李娜(1981-)，女，硕士，主治医师。E-mail：lingnna@yeah.net

宋锦璘，E-mail：2147258@qq.com

网络出版时间：2016-8-217∶48网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160802.1748.020.html

1005-3697(2016)04-0466-04

R782.2

A