根據(jù)印模及CT掃描數(shù)據(jù)獲取牙齒三維模型精度的初步研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)圖像三維重建是實(shí)施計(jì)算機(jī)輔助分析和治療設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。近年來，隨著螺旋CT、錐束CT、Micro CT技術(shù)的迅速發(fā)展，根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)建立三維數(shù)字模型已成為CAD/CAM、機(jī)體運(yùn)動(dòng)模擬以及生物力學(xué)研究中的重要方法。由于牙齒及口腔頜面部骨組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且牙齒體積小、外形不規(guī)則，根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)重建牙頜三維數(shù)字模型時(shí)難度大，容易產(chǎn)生較大誤差，而三維數(shù)字模型的精度直接影響到CAD/CAM、運(yùn)動(dòng)分析以及生物力學(xué)分析的結(jié)果。本課題以人離體牙、猴牙

2、列為例，采用圖像擬合、誤差分布區(qū)間統(tǒng)計(jì)以及重建模型體積變化率分析的方法，對根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)重建牙表面形態(tài)的三維精度進(jìn)行初步的研究。
　　 實(shí)驗(yàn)一：OKIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)精度測試
　　 目的：評(píng)價(jià)OKIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)精度。方法：以中國計(jì)量科學(xué)研究院檢測的標(biāo)準(zhǔn)球具為標(biāo)準(zhǔn)，使用OKIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描標(biāo)準(zhǔn)模具五次，獲取球心距離，計(jì)算其測量誤差。結(jié)果：球1-球2球心距與標(biāo)準(zhǔn)球心距離誤

3、差為0.0034±0.0016mm；球2-球3球心距與標(biāo)準(zhǔn)球心距離誤差為0.0064±0.0048mm。結(jié)論：OKIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)精度滿足本研究的要求。
　　 實(shí)驗(yàn)二：根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)重建離體牙表面形態(tài)的三維精度研究
　　 目的：三維評(píng)價(jià)根據(jù)螺旋CT、錐束CT、Micro CT掃描數(shù)據(jù)重建牙齒表面形態(tài)的精度。方法：選擇18顆完整的人離體牙（前牙、前磨牙、磨牙各6顆），分別用螺旋CT、錐束CT、Micro

4、CT、OKIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描，采用Mimics軟件和Geomagic qualify 9.0軟件重建牙齒數(shù)字模型，以O(shè)KIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)重建得到的數(shù)字模型作為標(biāo)準(zhǔn)模型。分別將三種CT掃描重建的數(shù)字模型與標(biāo)準(zhǔn)模型圖像擬合，在擬合圖像中使用不同顏色標(biāo)記不同大小的誤差值，并生成誤差直方圖。計(jì)算根據(jù)不同CT掃描圖像重建的牙齒數(shù)字模型與標(biāo)準(zhǔn)模型的體積之差，并求得體積差與標(biāo)準(zhǔn)模型體積的比值（體積變化率RVD/VS）

5、，采用配對t檢驗(yàn)和方差分析的方法，分析不同種類CT掃描儀、不同牙位對RVD/VS的影響。結(jié)果：與標(biāo)準(zhǔn)模型相比，采用Micro CT、錐束CT、螺旋CT掃描圖像重建得到牙齒數(shù)字模型的平均RVD/VS分別為5.11±2.58％，20.734±4.61％，24.60±6.52％，不同CT掃描儀之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）。不同種類的離體牙牙之間RVD/VS也有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.01）。結(jié)論：根據(jù)螺旋CT、錐束CT、Micro CT

6、掃描圖像重建的牙齒數(shù)字模型，與標(biāo)準(zhǔn)模型相比均有不同程度的放大，這種放大在不同牙位以及牙齒的不同部位是不一致的。
　　 實(shí)驗(yàn)三：三種印模材料制取模型的三維精度比較
　　 目的：三維評(píng)價(jià)藻酸鹽類、縮合硅橡膠類、聚醚橡膠類三種牙科印模材料的印模精度。方法：以猴上、下頜牙列為標(biāo)準(zhǔn)模型，分別采用三種印模材料制取各5付石膏模型，用OKIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描標(biāo)準(zhǔn)模型及石膏模型，提取石膏模型掃描圖像中牙列的圖像與標(biāo)準(zhǔn)模型圖

7、像進(jìn)行擬合，獲取設(shè)定牙列截面體的體積并對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和秩和檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，觀察不同印模材料制取印模與標(biāo)準(zhǔn)模型之間三維形態(tài)偏差分布的規(guī)律。結(jié)果：與標(biāo)準(zhǔn)模型掃描圖像相比較，采用藻酸鹽類、縮合硅橡膠類、聚醚橡膠類三種印模材料制取印模，翻制石膏模型后掃描圖像的牙列截面體平均體積變化率（RVDNS）分別為-5.84％、-3.21％、-0.63％，藻酸鹽組與縮合硅橡膠組、聚醚橡膠組截面體體積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；聚醚橡膠組與標(biāo)準(zhǔn)模

8、型最接近；縮合硅橡膠組和藻酸鹽組，聚醚組（P>0.05）、縮合硅橡膠組（P>0.05）在上、下頜RVD/VS無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；而藻酸鹽組則有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。擬合圖像最大偏差出現(xiàn)在牙頸部與牙齦組織接觸的部位。結(jié)論：三種印模材料制取石膏模型與標(biāo)準(zhǔn)模型相比較體積均變小，聚醚橡膠類印模材料的取模精度要優(yōu)于縮合硅橡膠類，縮合硅橡膠類要優(yōu)于藻酸鹽類印模材料，牙頸部與牙齦組織接觸的部位取模誤差較大。
　　 實(shí)驗(yàn)四：根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)及印

9、模三維重建牙列數(shù)字模型精度的初步研究
　　 目的：評(píng)價(jià)根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)和牙列印模重建牙列數(shù)字模型的精度。方法：以O(shè)KIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描猴牙列標(biāo)本獲取標(biāo)準(zhǔn)模型；根據(jù)螺旋CT、錐束CT掃描數(shù)據(jù)重建頜骨及牙列三維數(shù)字模型；制取猴牙列標(biāo)本印模，灌制石膏模型，通過OKIO-V-100三維光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描重建牙列形態(tài)。分別將CT掃描重建的數(shù)字圖像、石膏模型掃描重建圖像與標(biāo)準(zhǔn)模型的牙列圖像擬合。擬合圖像中使用不同顏色標(biāo)記不同

10、大小的誤差值，并生成誤差直方圖。在擬合圖像中以模擬平面截取牙列形態(tài)，分析不同位置的平面所截取的牙列數(shù)字模型與標(biāo)準(zhǔn)模型的體積之差及RVD/VS。結(jié)果：根據(jù)螺旋CT、錐束CT。掃描數(shù)據(jù)重建牙列三維數(shù)字模型的RVD/VS可達(dá)40％以上，隨著模擬平面齦向移動(dòng)，RVD/VS有變小的趨勢；在根據(jù)石膏模型掃描重建的模型中，隨著模擬平面齦向移動(dòng)，RVD/VS有變大的趨勢。結(jié)論：根據(jù)螺旋CT、錐束CT。掃描圖像重建的牙列數(shù)字模型，與標(biāo)準(zhǔn)模型相比都有較大程