牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)可靠性研究及與手工測量的比較

1、    牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)可靠性研究及與手工測量的比較        【摘要】目的對牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究，并為其臨床應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。方法利用D.01-L-3D SCANNER 系統(tǒng)掃描和測量了30例基本正常石膏模型。采用三種方法檢驗了牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)的可靠性，并與手工測量進(jìn)行了比較。結(jié)果可靠性研究三個方法的結(jié)果顯示無顯著性差異；與手工測量的比較無顯著性差異，但牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)具有一些手工測量所無法達(dá)到的功能。結(jié)論牙頜模型三維激光掃描

2、系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，可應(yīng)用于臨床、科研、教學(xué)中的牙頜模型測量?！娟P(guān)鍵詞】牙頜模型三維測量激光掃描 The reliability study of three-dimensional dental cast laser scanner and comparison with manual measurementCHEN Jun,LU Peijun,FENG Hailan,et al.School of Stomatology,Beijing Medical University,Beijing 100081【Abstract】ObjectiveTo test the reliability

3、 of the three-dimensional dental cast laser scanner for clinical applications.Methods30 dental casts were scanned and measured to test the reliability of the three-dimensional dental cast laser scanner using the D.01-L-3D SCANNER system.And it was also compared with the direct manual measurement.Res

4、ultsThere were no significant differences between scanming and manual.ConclusionThe three-dimensional dental cast laser scanner is a highly reliable system.It can be used in analysis and storage of the dental cast.【Key words】Dental castThree-dimensional measurementLaser scanner牙頜模型的三維測量包括接觸式非接觸式的方法。

5、接觸式的方法主要有三維測量儀，非接觸性的方法較多，如全息激光測量法、莫爾云紋測量法、立體攝影測量法等。由于這些方法存在模型測量和數(shù)據(jù)處理時費時費力、測量技術(shù)要求相當(dāng)高以及設(shè)備昂貴等缺點，至今未能在臨床得到廣泛應(yīng)用。近十余年來隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，引入了非接觸式三維激光掃描測量技術(shù)，在很大程度上彌補了以上牙頜模型測量方法的一些缺陷。為給臨床應(yīng)用提供科學(xué)的依據(jù)，本實驗從三個方面對國內(nèi)首臺由衛(wèi)生部口腔醫(yī)學(xué)計算機(jī)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心和二炮工程學(xué)院共同研制開發(fā)的牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)(D.01-L-3D SCANNER 系統(tǒng)，專利號：ZL97220475.X)1的可靠性進(jìn)行了研究，并與手工測量

6、進(jìn)行比較。材料和方法一、材料1.石膏模型：從我院咀嚼生理實驗室記存模型中挑選牙列完整、無牙齒磨耗或輕度磨耗的基本正常石膏模型30副，模型底座與平面平行。2.測量儀器：萬能角度尺(精確到2)；游標(biāo)卡尺(精確到0.02mm)；D.01-L-3D SCANNER系統(tǒng)，系統(tǒng)的測量范圍為70mm×70mm×70mm，測量精度為0.05mm。二、測量項目21.線距測量：.I CL：左中切牙近中切角唇面與左側(cè)尖牙牙尖點的距離。.I PL1：左中切牙近中切角唇面與左側(cè)第一雙尖牙頰尖點的距離。.I ML1：左中切牙近中切角唇面與左側(cè)第一磨牙近中頰尖牙尖點的距離。.I ML2：左中切牙近中切角

7、唇面與左側(cè)第一磨牙近中舌尖牙尖點的距離。.I CR：左中切牙近中切角唇面與右側(cè)尖牙牙尖點的距離。.I PR1：左中切牙近中切角唇面與右側(cè)第一雙尖牙頰尖點的距離。.I MR1：左中切牙近中切角唇面與右側(cè)第一磨牙近中頰尖牙尖點的距離。.I MR2：左中切牙近中切角唇面與右側(cè)第一磨牙近中舌尖牙尖點的距離。.CLCR：左右尖牙牙尖點之間的距離。.PL2PR2：左右第一雙尖牙中央溝中點之間的距離。.ML3MR3：左右第一磨牙中央窩點之間的距離。2.角度測量：.CLI CR：以左中切牙近中切角唇面為頂點與左右尖牙牙尖點之間所形成的角度。.PL2I PR2：以左中切牙近中切角唇面為頂點與左右第一雙尖牙中央溝

8、中點之間所形成的角度。.ML3I MR3：以左中切牙近中切角唇面為頂點與左右第一磨牙中央窩點之間所形成的角度。三、實驗方法方法一：由實驗者在一連續(xù)時間內(nèi)對石膏模型進(jìn)行掃描，在重建后的計算機(jī)像上確定標(biāo)志點，測量各線距和角度值；相隔兩周后再次測量相同的像。比較兩次結(jié)果，檢驗測量者對經(jīng)三維重建后的牙頜模型像辨認(rèn)的可靠性。方法二：由實驗者在一連續(xù)時間內(nèi)對石膏模型進(jìn)行掃描，在所生成的像上確定標(biāo)志點，并測量各線距和角度值；相隔兩周后重復(fù)第一次實驗。比較兩次測量結(jié)果，檢驗系統(tǒng)本身的可靠性。方法三：由另一名未經(jīng)過特殊培訓(xùn)的牙科醫(yī)師在一連續(xù)時間內(nèi)石膏模型的三維像進(jìn)行測量，將實驗結(jié)果與實驗者所測得的結(jié)果進(jìn)行比較，

9、檢驗系統(tǒng)的可重復(fù)性。方法四：由實驗者在一連續(xù)時間內(nèi)對石膏模型進(jìn)行掃描，在所生成的形上確定標(biāo)志點，測量各線距和角度值；相隔兩周后由實驗者直接在模型上確定標(biāo)志點，用游標(biāo)卡尺和萬能角度尺進(jìn)行手工直接法測量。比較兩次測量結(jié)果。利用SPSS6.0 for win95醫(yī)學(xué)統(tǒng)計分析軟件對測量結(jié)果進(jìn)行配對t檢驗分析。結(jié)果方法一、二的結(jié)果見表1，方法一結(jié)果顯示各測量項目P值均大于0.05，表明兩次測量結(jié)果之間無顯著性差異。方法二兩次測量結(jié)果的比較，除上頜模型IMR2外其余各測量項目P值均大于0.05，但I(xiàn)MR2的標(biāo)準(zhǔn)差為0.335mm，無臨床實際意義。表1實驗方法一、二的統(tǒng)計結(jié)果測量項目實驗方法一實驗方法二上頜

10、模型下頜模型上頜模型下頜模型SDPSDPSDPSDPI CL0.4110.8430.3220.9230.3320.5550.2520.859I PL10.4120.9640.4220.5830.2380.9460.3350.788I ML10.3440.0780.5470.6730.3260.3710.2930.256I ML20.3650.8940.5140.7320.2060.1190.2650.840I CR0.3680.9750.3190.6960.4320.3680.2760.483I PR10.4490.4360.4680.6740.3100.1870.3250.606I MR10

11、.5130.9760.6150.4060.3060.1400.2990.942I MR20.5200.3250.4010.8170.3350.0060.2630.421CLCR0.4380.8270.3530.8700.2640.4370.2540.080RL2PR20.2670.8150.3260.5030.1950.8200.3140.420ML3MR3：0.2540.0860.3100.0580.3170.7720.2620.722CLI CR1.3940.0611.6140.0741.3230.2221.1470.879PL2I PR20.7940.6251.2850.2190.843

12、0.5701.0490.584ML3I MR30.5370.3200.7380.2000.3670.6470.3960.052表2顯示了方法三、四的統(tǒng)計結(jié)果。方法三結(jié)果顯示的是不同測量者之間的比較結(jié)果，其中P值均大于0.05，表明兩者之間無顯著性差異。牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)和手工直接測量的比較結(jié)果表明P值均大于0.05，不具有統(tǒng)計學(xué)上的差異。從各實驗方法的結(jié)果中可看出，角度測量項目的標(biāo)準(zhǔn)差較線距測量項目大，與上下頜尖牙及下頜雙尖牙有關(guān)的測量項目標(biāo)準(zhǔn)差較其它測量項目大。 表2實驗方法三、四的統(tǒng)計結(jié)果測量項目實驗方法三實驗方法四上頜模型下頜模型上頜模型下頜模型SDPSDPSDPSDPI CL0.

13、4290.7710.7170.3940.3860.7040.2580.307I PL10.3910.0850.4300.4330.4140.3140.3730.380I ML10.5610.1010.5290.9240.4110.4980.3870.710I ML20.4180.8020.6800.3630.3260.0830.3670.885I CR0.5590.2881.1710.1760.5000.5670.4520.730I PR10.4870.8880.4690.7500.3830.9490.4230.710I MR10.6070.4220.7120.0650.5240.4140.4

14、220.856I MR20.6290.3190.5080.8930.3540.3730.4220.318CLCR0.5230.0940.7110.9730.5160.6500.3340.115RL2PR20.5230.8710.6320.9780.2690.1520.5720.959ML3MR3：0.3050.2520.3710.2410.5230.6280.3410.810CLI CR2.8110.6192.4280.9841.8720.3591.3930.083PL2I PR21.4010.0762.4500.0881.4430.2781.7760.625ML3I MR30.7410.18

15、30.7170.9500.8700.3081.0060.756討論對于一種測量儀器的可靠性，可以從儀器本身的穩(wěn)定性和可靠性以及測量者操作過程的可靠性等兩個方面考慮。方法一的實驗?zāi)康脑谟跈z驗測試者對屏幕像標(biāo)志點的分辯能力和重復(fù)性如何，即測試者對測量標(biāo)志點辨認(rèn)的可靠性。結(jié)果顯示，兩次測量之間不存在顯著性的差異，說明經(jīng)像的三維重建后，模型上的標(biāo)志點仍可以很好識別，同樣也表明了測試者對模型標(biāo)志點的確認(rèn)非?？陀^、可靠。但對于磨耗重的標(biāo)志點的確認(rèn)能力不如磨耗輕的標(biāo)志點強(qiáng)。方法二綜合了各種系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響，進(jìn)一步檢驗了系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和可靠性。結(jié)果表明對兩個不同時期掃描進(jìn)去的相同牙頜模型的測量基本上

16、無顯著性差異，說明本系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可靠性強(qiáng)，可以進(jìn)行準(zhǔn)確的模型測量。不同操作者之間的測量結(jié)果無顯著性差異，系統(tǒng)可重復(fù)性強(qiáng)。牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)和手工直接測量的比較結(jié)果表明兩者之間無顯著性差異。但與手工直接測量比較，牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)具有非接觸式、快速省時、精確度高、可定量性、數(shù)據(jù)易于儲存和調(diào)用方便、操作簡單等優(yōu)點。其中最突出的是本系統(tǒng)能將被測物體表面形態(tài)進(jìn)行數(shù)字化，即可以隨意提取模型表面任意點的三維坐標(biāo)，求出任意線距、角度、面積、線線之間、面面之間的相關(guān)幾何參數(shù)，這是以往方法所無法實現(xiàn)的。四種實驗方法的結(jié)果均顯示，與尖牙牙尖點有關(guān)的線距和角度測量項目的標(biāo)準(zhǔn)差均較其它的標(biāo)志點大，其主要

17、原因可能是由于上、下頜的尖牙牙尖點由于受尖牙保護(hù)的影響，磨耗較重，標(biāo)志點的辨認(rèn)困難而引起操作者的定點誤差。本系統(tǒng)的誤差來源于測量者操作所造成的誤差3，4。各實驗方法的統(tǒng)計分析結(jié)果顯示基本上無統(tǒng)計學(xué)差異，因此可以認(rèn)為綜合以上四種誤差所造成的系統(tǒng)誤差對測量系統(tǒng)可靠性的影響很小，不會影響其臨床應(yīng)用。牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)還存在一些有待解決的問題。如對上下頜模型進(jìn)行三維空間的咬合匹配的仿真，目前還不能完全模擬出實際情況中正常的咬合關(guān)系。此外在掃描過程中還存在一些盲區(qū)，如模型倒凹和斜率很大的部位，有望通過增加CCD相機(jī)的數(shù)量來解決5。(本文編輯王好公)本課題受國家自然科學(xué)基金資助(39870843)作

18、者單位：陳?。?00081 北京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院）呂培軍（100081 北京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院）馮海蘭（100081 北京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院）胡亮（100081 北京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院）參考文獻(xiàn)1，呂培軍，李忠科，王勇.一種激光掃描數(shù)據(jù)采集裝置.實用新型專利證書第327972號 專利號：ZL97220475.X.2，粟震亞.正常牙及牙弓的研究.華西口腔醫(yī)學(xué)雜志，1983，1(2)：19-24.3，Kawahata N,Ono H,Nishi Y,et al.Trial of duplication procedure for complete dentures by CAD/CAM.J Oral Reh,1997,24:540-8.4，Mehl A,Gloger W,Kunzelmann KH.A new optical 3-D d