文摘
目标。建立一个三维参数化模型来检测形状和体积的牙科根,从全景x光照片(PAN)的病人。材料和方法。锅和锥束ct (CBCT)的病人。对于每一个牙齿,各种参数被认为是(日冕和根的长度和宽度):这些都是衡量CBCT和锅。措施相比,评估盘测量的精度水平。通过使用CAD软件、参数模型的门牙和摩尔的构造采用b样条曲线和自由表面。锅的牙齿2.1和3.6是分配给参数模型;同样的两颗牙齿从CBCT被分割。这两个模型叠加来评估参数模型的准确性。结果。潘措施导致与其他测量准确、可比。从模型叠加最大误差是1.1毫米在切牙冠和2毫米摩尔分叉。结论。这项研究表明,有可能建立一个三维参数化模型从2 d信息与临床有效的精度水平。这可能最终导致控制下运动仿真。
1。介绍
在过去的几年中,在正畸治疗中,无形的明确的对准器等设备的使用广泛增加尤其是在成人患者。此外,其他的看不见的设备徽章(1柯林斯](Ormco、西橙、钙、美国)和谐(美国牙齿矫正医师,维斯康星州,美国)现在发展中:这些设备并不清楚对准器但完全定制的舌括号和电线,可以提供准确的部队(2到牙齿。然而,明确调整器和无形的舌括号制定治疗计划只在皇冠信息源于扫描石膏模型。因此当病人接受明确的对准器,牙齿矫正医师没有3 d信息治疗计划的牙科根或根控制在矫正运动疗法(3,4]。这代表一个问题考虑到的潜在后果移动牙齿颊(如果根是邻近的皮质骨)是这些可以搬过颊,支持外牙槽骨,创建一个裂开,一个潜在的牙龈萎缩(5]。这也是一个问题,因为根可能会反对另一个,导致根吸收或根接近(这是牙槽骨丢失的进展的危险因素6])。
因此必须能够区分位置和体积牙科根为了防止根和骨吸收。
进一步问题方面越来越重要的不仅在正畸治疗,而且在牙科是辐射防护的诊断成像的x射线的吸收剂量。考虑到3 d图像,锥束CT (CBCT)相比,大大减少了剂量的x射线吸收传统的计算机断层扫描(CT),但仍然(甚至提供更多的信息比2 d射线照片),CBCT产生x射线剂量大于全景x光照片(PAN)添加到teleradiography [7,8]。最近发表的一项研究显示,用于牙科x射线诊断测试之间的相关性和增加患脑膜瘤的风险:当x射线考试尤其如此反复执行,在年轻患者(9]。
全景片但是没有的缺点不断放大,图像失真,缩小图像层。在文献中有一些定量测定研究,评估牙齿长度(10)和mesiodistal根测角(11]:垂直方向的维度可能需要一个变量的放大倍数,可以高达17 - 27%的上颌前磨牙和1摩尔地区腭根最差垂直放大。这就是为什么全景片的有限使用定量研究倾向于3 d成像或新技术12]。Lahreim [13)也从全景片和显示测量牙齿长度测量误差从0.43变化到0.56毫米,表明错误的主要来源是参考点的识别。
这是可疑的如果有必要让病人接受CBCT或者CT 3 d信息牙科根的形状和体积。本研究的目的是构建一个牙齿的三维参数化模型,从二维信息(病人的全景x光照片)。这模拟控制下运动的终极目标,而不是只有一个皇冠运动在治疗计划。这模拟控制下运动的终极目标,而不是只有一个皇冠运动在治疗计划。
2。材料和方法
在这项研究中使用的方法来构造和验证三维参数模型包括四个阶段:2.1。数据采集。2.2。测量。2.3。施工参数模型。2.4。从CBCT光学集成和牙齿分割。
2.1。数据采集
CBCT和潘从患者获得的。病人,一个女人,24岁,健康状况良好,已同意的CBCT提取所需的较低的第三臼齿。她经历了前一个固定矫正治疗和呈现良好结合拱形式;没有牙周病在场,没有任何一种金属电器(的家臣,汞合金修复,植入物)可能干扰x射线。
CBCT是获得与Planmeca电子产品品牌3 d单元,(Planmeca男孩,芬兰赫尔辛基)[14];CBCT数据被存储在DICOM格式和处理来生成体积表示的解剖结构。CBCT扫描是必要的验证研究:是作为一个3 d参考模型与二维全景测量。
锅是用Planmeca电子产品品牌单位(Planmeca男孩,赫尔辛基芬兰);DICOM格式的数据存储和处理。全景x光照片被用来选择和测量这些参数控制参数模型。
2.2。测量
不同的参数被认为是为每个齿;这些测量体内,从锅里(数字1(一)和1 (b)CBCT)和。已经验证了测量方法(15]ImageJ 1.46 r [16)(美国马里兰州贝塞斯达)数字DICOM图像处理软件;体内措施获得数字卡尺:无根措施体内。误差计算方法与Dahlberg方程(17),它为每个方法导致小于1毫米。从历史上看,Dahlberg是第一个提供重复性误差的公式;最初的公式描述 在哪里之间的区别是对复制测量,是病例数,是“真正”的统计估计误差(标准偏差)。
(一)
(b)
措施分化根据牙科根的数量(mono -或multiradicular牙齿)。下面列出的所有测量值都由一个人来完成
Monoradicular(我)赤道(装备):广泛的皇冠的一部分;在可能的接触点之间的距离已经被考虑。(2)冠高度(碳氢键):最高皇冠的一部分,从牙龈方位到冠状尖端。(3)Cement-enamel结(CEJ):狭隘的皇冠的一部分;在x射线图像视觉过渡从水泥到釉质被认为是。(iv)根(RAD)的宽度:1宽度测量根长度的一半。(v)牙齿高度(张茵):长度从牙科顶点对应的尖端。
Multiradicular(我)赤道(装备):广泛的皇冠的一部分;在可能的情况下,接触点之间的距离已经被考虑。(2)中央的冠高度(MC-H):从中央的长度CEJ尖端。(3)远端冠高度(DC-H):长度从远端CEJ尖端。(iv)Cement-enamel结(CEJ):狭隘的皇冠的一部分;在x射线图像视觉过渡从水泥到釉质被认为是。(v)远端根宽度(DRAD): 1宽度测量远端根的根长度的一半。(vi)中央的根宽度(MRAD): 1宽度测量中央的根的根长度的一半。(七)腭根宽度(马):1宽度测量腭根的根长度的一半。(八)中央的牙齿高度(MT-H):从中央的根端长度相应的尖端。(第九)远端齿高度(DT-H):长度从远端根端到相应的尖端。(x)上颚的牙齿高度(PT-H):长度从腭根端到相应的尖端。(十一)分叉高度(H-FURC):分叉和根顶点之间的距离。
2.3。施工参数模型
使用生成的参数模型是SolidWorks [18(达索系统公司股价SolidWorks Corp .)康科德,妈,美国),这是一个可以创建2 d和3 d CAD软件表面和对象。几次b样条曲线或“控制曲线”就下定决心:样条曲线是由一个函数定义由一组多项式彼此连接。这些多项式的目的是连接一个点集(称为节点的样条)在一个时间间隔,这样的曲线是连续的每一点范围。样条曲线是由特定点(节点)由操作员根据之前定义的参数。在这项研究中,齿几何建模通过b样条曲线的援助(二维)和NURBS(非均匀有理样条函数基础),自由曲面(三维)。因此参数建模方法:措施从全景x光照片被定义为一般牙齿模型的控制参数。这允许建设的三维虚拟模型只需插入数据测量从全景x光照片。在这项研究中我们构建了两个模型:一个模型的monoradicular牙(上颌切牙,牙2.1)和multiradicular牙齿的模型(下颌磨牙,牙3.6)。
Monoradicular。上颌切牙的参数模型是由3关闭了b样条曲线来定义根宽度;王冠与有限的自由曲面建模4 b样条曲线,定义它的宽度和深度。连接曲线也被用来连接与冠根。使用的控制参数(我)张茵定义的整体高度牙;(2)CEJ定义圆的直径连接根皇冠;(3)装备的定义皇冠的宽度;(iv)碳氢键设置冠的高度;(v)RAD定义根宽度。
使用的参数之间的关系并没有明确定义的大小选择在统计的基础上从文学(或数据库),并尽可能保持不变(图2)
Multiradicular。下颌磨牙参数模型构造使用革命根表面:这些都是通过使用b样轮廓曲线。王冠与自由曲面建模,六个曲线:三个封闭的b样条曲线齿截面齿廓和三个开放的b样条曲线,宽度和深度。使用的控制参数(我)MT-H DT-H定义齿的高度;(2)CEJ定义根之间的关系曲线和皇冠的宽度;(3)赤道定义皇冠的宽度;(iv)DC-H MC-H定义冠高度;(v)DRAD MRAD设置中央的和远端根宽度。
使用的参数之间的关系并没有明确定义的大小选择在统计的基础上从文学(或数据库),并尽可能保持不变(图3)。
2.4。从CBCT光学集成和牙齿分割
数字图像的分割是图像分割成的过程重要的地区。它允许将数字图像像素集》。它是用来获得更紧凑的表示为了提取对象或分析图像。有不同的方法来获得一个细分,通常在口腔正畸学的目的使用分割分区的牙冠齿运动的仿真(19,20.]。
在这项研究中分割的识别是通过“参考阈值”;3 d模型分割的准确性从CBCT强烈影响采集参数和重建设置(21];体积表示的结果是用户输入的阈值根据不同组织的视觉分割(可能因此受到错误和不准确的地方)。在这项研究中,聚醚的印象病人拍摄,演员的涌入,扫描(使用牙科Vision-ScanSystems S.R.L.,意大利Cascina光学扫描仪,总体精度0.01毫米的22- - - - - -24):DICOM图像分割使用3 d扫描模型作为参考。最优阈值是通过叠加计算的3 d模型和CBCT扫描;这样任何区别两种不同扫描技术已经最小化(图4)。
市场细分的目的是隔离上颌切牙和从CBCT下颌磨牙。3 d分段模型叠加的参数模型相应的牙齿所以准确性水平可以得到证实。使用软件阿米拉5.4.3[执行分割25](容貌成像集团,圣地亚哥、钙、美国)(数据5(一个)和5 (b)),这是一个验证方法(26,27]。
(一)
(b)
3所示。结果
3.1。措施
所有测量体内取自CBCT和锅进行了分析。有必要计算比例系数(0.313854)之间做个比较CBCT措施和其他措施成为可能。
最重要的是,它是必要的,以验证值分布;Shapiro-Wilk测试应用于CBCT数据,盘数据,和他们的区别:它表明他们不是正态分布;此外,它是不可能正常化通过对数变换。的Wilcoxon符号秩检验,适用于两个变量的结果(CBCT和PAN),并不重要。相同的测试是用来验证上下牙弓之间的差异,并在这两种情况下它是不显著(上拱,降低拱)。克鲁斯卡尔-沃利斯检验,应用于分析组牙齿之间的差异,也是无意义的。CBCT和潘统计发现类似的根和皇冠措施,在上颌和下颌弓的病例中没有区别不同群体的牙齿。
然后Shapiro-Wilk测试应用于体内,CBCT,和潘皇冠措施:它表明这些数据不是正态分布。因此,非参数测试是用来比较皇冠的措施。克鲁斯卡尔-沃利斯检验应用于所有四个方法,这是不重要的也意味着皇冠措施都统计上具有可比性。
的Wilcoxon符号秩检验被应用到皇冠措施验证差异对方法:它仍然导致了渺小CBCT和锅CBCT和体内,锅和体内措施。
3.2。模型叠加和比较
参数化模型和分段模型叠加使用Geomagic [28)(Geomagic限定2012、数控、美国)(数据6(一),6 (b),6 (c)),一个专门的软件使叠加和空间的比较。在最佳适合对齐算法用于最小化模型重叠。Geomagic视图的尺寸比较得到:中央的数据显示,上颌切牙颊和远端视图(数字7(一),7 (b),7 (c))和中央的下颌磨牙的远端视图(数字8(一个)和8 (b))。
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
(c)
(一)
(b)
维的比较必须解释颜色:暖色的存在有一个地区过剩的参数模型对分段模型;冷的颜色,另一方面,代表缺乏区域的参数模型相比,分段模型。
上的上颌切牙模型(图中间的一边7(一))有一个0.8毫米的总体差距相比,分段模型;在顶点级别差异增加模型过度,到1.1毫米。在颊侧(图7 (b)),有一个约0.8毫米的整体差异。远端呈现一个从0到1.6毫米的差异:最大误差是cement-enamel结水平。
下颌磨牙模型(数据8(一个)和8 (b))显示一个0.7毫米的根本差异。在皇冠级别提出了区域0 - 0.5毫米的差距(舌侧)和地区差异到2毫米(前庭和咬合的)。
4所示。讨论
定义精度水平有必要分析错误,这可能是固有方法:数据采集错误,错误分割过程,由于模型校准和错误。
关于数据采集过程中,根据文献,CBCT可用于牙科测量与一个可接受的精度水平(29日),而全景x光照片的图片可能会扭曲(30.]。在目前的研究中参考点和测量方法被证明是可靠:Dhalberg方程导致小于1毫米为每个方法。此外,全景x光照片变形了的风险考虑在内:所有测量都与CBCT和统计结果无意义的相比,结果参数模型可以构造。
参数的模型只有两颗牙齿构造(这是一个初步研究),但所有的牙齿测量:这是必要的,以提供足够多的全景x光照片的一个有效的统计检验数据的准确性。
分割阈值进行特别关注:最精确的阈值可能是通过叠加扫描模型和CBCT。此外,文献表明,不同的体积中提取牙齿和牙齿CBCT-segmented不同−4%到7% (31日),临床可接受的值,如果目的是齿运动的仿真。
最后,模型的叠加和空间比较进行使用最佳算法,最小化模型对齐错误。因此模型对齐误差最小,仅仅取决于不同的它们之间的模型是:如果模型是相同的,错误将是零。定位误差与误差检测的比较两个模型叠加(在这种情况下,从0到1.6毫米的门牙和从0到2摩尔)。
在这项研究中我们只获得mesio /远端测量:我们不能实现从锅颊舌措施。唯一的方法来验证颊、舌精度水平叠加的两个模型(数据7(一),7 (b),7 (c),8(一个),8 (b)),表明该模型可以叠加的分段牙临床有效的准确性在根水平。本研究的关键是根模型:皇冠模型并不是开发尽可能多的细节,因为它将与一个更精确的3 d扫描模型集成。
最近Kihara给et al。32)发表了一项研究的目的是重建牙齿根直接扫描模式:他们的研究提出更精确和可靠的结果比在这项研究中提出的(0.025±0.007毫米)的平均差异,但他们的方法考虑使用CBCT在每一个病人,因此增加的辐射剂量应该是合理的8]。
最近的研究也表明,CBCT需要解释一个人培训先进的解释技术在宽范围的放射学,因为偶然的发现指出这些扫描(33:这种方法将是一个更容易和更安全的方式对临床医生和患者3 d根信息的访问。
本研究中所示的参数模型是可比较的分段模型,最终,临床可接受的错误;然而,它很简单:任何曲线或根畸形都觉察不到。仍有许多方面,应该调查。病人有良好结合的牙齿;参数模型如何工作如果有旋转的牙齿或重叠由于拥挤或异位爆发?病人怎么样没有一个完美的定位全景图像捕获?和什么措施对于那些根据文学的牙齿最严重的垂直放大全景片吗?我们相信,有扫描石膏模型和合并的参数模型将有助于减少根错误甚至在流离失所的牙齿。更多的研究是必要的和已经进行的建设更准确和可靠的模型,以构建和验证所有的牙齿从所有象限。
5。结论
这个初步的研究表明一种新方法,使可能的三维参数化模型的建设。最重要的是,这种方法的重要性的降低辐射剂量,因为它提供了3 d信息牙科根不使用CBCT,对病人的健康好处。模型有一个精度统计和临床可接受的水平;然而,皇冠参数模型的质量差,和改进的空间仍然存在。正在进行进一步的研究是必要的,为了建立模型为每个牙齿和重建整个牙弓。