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根据印模及CT扫描数据获取牙齿三维模型精度的初步研究

孙力  
【摘要】: 医学图像三维重建是实施计算机辅助分析和治疗设计的基础。近年来,随着螺旋CT、锥束CT、Micro CT技术的迅速发展,根据CT扫描数据建立三维数字模型已成为CAD/CAM、机体运动模拟以及生物力学研究中的重要方法。由于牙齿及口腔颌面部骨组织结构复杂,且牙齿体积小、外形不规则,根据CT扫描数据重建牙颌三维数字模型时难度大,容易产生较大误差,而三维数字模型的精度直接影响到CAD/CAM、运动分析以及生物力学分析的结果。本课题以人离体牙、猴牙列为例,采用图像拟合、误差分布区间统计以及重建模型体积变化率分析的方法,对根据CT扫描数据重建牙表面形态的三维精度进行初步的研究。 实验一:OKIO-V-100三维光学扫描系统精度测试 目的:评价OKIO-V-100三维光学扫描系统精度。方法:以中国计量科学研究院检测的标准球具为标准,使用OKIO-V-100三维光学扫描系统扫描标准模具五次,获取球心距离,计算其测量误差。结果:球1-球2球心距与标准球心距离误差为0.0034±0.0016mm;球2-球3球心距与标准球心距离误差为0.0064±0.0048mm。结论:OKIO-V-100三维光学扫描系统精度满足本研究的要求。 实验二:根据CT扫描数据重建离体牙表面形态的三维精度研究 目的:三维评价根据螺旋CT、锥束CT、Micro CT扫描数据重建牙齿表面形态的精度。方法:选择18颗完整的人离体牙(前牙、前磨牙、磨牙各6颗),分别用螺旋CT、锥束CT、Micro CT、OKIO-V-100三维光学扫描系统扫描,采用Mimics软件和Geomagic qualify 9.0软件重建牙齿数字模型,以OKIO-V-100三维光学扫描系统重建得到的数字模型作为标准模型。分别将三种CT扫描重建的数字模型与标准模型图像拟合,在拟合图像中使用不同颜色标记不同大小的误差值,并生成误差直方图。计算根据不同CT扫描图像重建的牙齿数字模型与标准模型的体积之差,并求得体积差与标准模型体积的比值(体积变化率RVD/VS),采用配对t检验和方差分析的方法,分析不同种类CT扫描仪、不同牙位对RVD/VS的影响。结果:与标准模型相比,采用Micro CT、锥束CT、螺旋CT扫描图像重建得到牙齿数字模型的平均RVD/VS分别为5.11±2.58%,20.73±4.61%,24.60±6.52%,不同CT扫描仪之间的差异有统计学意义(P0.01)。不同种类的离体牙牙之间RVD/VS也有统计学差异(P0.01)。结论:根据螺旋CT、锥束CT、Micro CT扫描图像重建的牙齿数字模型,与标准模型相比均有不同程度的放大,这种放大在不同牙位以及牙齿的不同部位是不一致的。 实验三:三种印模材料制取模型的三维精度比较 目的:三维评价藻酸盐类、缩合硅橡胶类、聚醚橡胶类三种牙科印模材料的印模精度。方法:以猴上、下颌牙列为标准模型,分别采用三种印模材料制取各5付石膏模型,用OKIO-V-100三维光学扫描系统扫描标准模型及石膏模型,提取石膏模型扫描图像中牙列的图像与标准模型图像进行拟合,获取设定牙列截面体的体积并对所得数据进行方差分析和秩和检验统计分析,观察不同印模材料制取印模与标准模型之间三维形态偏差分布的规律。结果:与标准模型扫描图像相比较,采用藻酸盐类、缩合硅橡胶类、聚醚橡胶类三种印模材料制取印模,翻制石膏模型后扫描图像的牙列截面体平均体积变化率(RVD/VS)分别为-5.84%、-3.21%、-0.63%,藻酸盐组与缩合硅橡胶组、聚醚橡胶组截面体体积差异有统计学意义(P0.05);聚醚橡胶组与标准模型最接近;缩合硅橡胶组和藻酸盐组,聚醚组(P0.05)、缩合硅橡胶组(P0.05)在上、下颌RVD/VS无统计学差异;而藻酸盐组则有统计学差异(P0.05)。拟合图像最大偏差出现在牙颈部与牙龈组织接触的部位。结论:三种印模材料制取石膏模型与标准模型相比较体积均变小,聚醚橡胶类印模材料的取模精度要优于缩合硅橡胶类,缩合硅橡胶类要优于藻酸盐类印模材料,牙颈部与牙龈组织接触的部位取模误差较大。 实验四:根据CT扫描数据及印模三维重建牙列数字模型精度的初步研究 目的:评价根据CT扫描数据和牙列印模重建牙列数字模型的精度。方法:以OKIO-V-100三维光学扫描系统扫描猴牙列标本获取标准模型;根据螺旋CT、锥束CT扫描数据重建颌骨及牙列三维数字模型;制取猴牙列标本印模,灌制石膏模型,通过OKIO-V-100三维光学扫描系统扫描重建牙列形态。分别将CT扫描重建的数字图像、石膏模型扫描重建图像与标准模型的牙列图像拟合。拟合图像中使用不同颜色标记不同大小的误差值,并生成误差直方图。在拟合图像中以模拟平面截取牙列形态,分析不同位置的平面所截取的牙列数字模型与标准模型的体积之差及RVD/VS。结果:根据螺旋CT、锥束CT扫描数据重建牙列三维数字模型的RVD/VS可达40%以上,随着模拟平面龈向移动,RVD/VS有变小的趋势;在根据石膏模型扫描重建的模型中,随着模拟平面龈向移动,RVD/VS有变大的趋势。结论:根据螺旋CT、锥束CT扫描图像重建的牙列数字模型,与标准模型相比都有较大程度的放大;不同位置的平面所截取牙列图像的变形程度是不一致的,CT扫描与印模相结合重建三维牙颌模型可能是获得较高精度三维牙颌数字模型的方法。


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