三維數(shù)字化牙頜模型在口腔正畸學(xué)中的應(yīng)用

1、110ChineseJournalofPracticalStomatologyJan.2008Vol.1No.2綜述三維數(shù)字化牙頜模型在口腔正畸學(xué)中的應(yīng)用彭佳美,嚴(yán)斌綜述,王林,趙春洋審校文章編號:1674-1595(2008)02-0110-02中圖分類號:R78文獻標(biāo)志碼:A關(guān)鍵詞:牙頜模型;三維重建;正畸學(xué)Keywords:dentalcasts;three-dimensionalreconstruction;orthodontics現(xiàn)代口腔正畸學(xué)創(chuàng)建100多年來,牙頜模型作為正畸1.4激光掃描法(LaserScan)激光掃描法自20世紀(jì)80患者病案記錄的重要組成部分,能客觀完整地記錄牙

2、、牙年代末用于牙頜模型三維重建后得到迅速發(fā)展,其原理是弓、腭及基骨的形態(tài)位置等信息,也是反映錯畸形患者真應(yīng)用激光三角測距法測出物體勻速螺旋旋轉(zhuǎn)軸到物體表面合牙的距離,根據(jù)檢測部件的位置和距離計算出該點的三維坐實三維解剖結(jié)構(gòu)的唯一途徑。模型的測量分析及相關(guān)檢查標(biāo),由計算機分析處理后進行整合重建。此法的主要優(yōu)點是錯畸形診斷和矯治設(shè)計的主要依據(jù);同時,不同治療階合牙4。但存在對模是操作簡便，耗費較低，圖像精度達300dm段的研究模型可用來觀察記錄矯治進展情況和判斷最終療。近5型過大倒凹有一定掃描盲區(qū),且掃描速度慢等缺點效。隨著科技的發(fā)展,石膏模型已很難滿足正畸醫(yī)師快速幾年,國內(nèi)外學(xué)者對提高激光掃描的

3、速度和減少掃描盲區(qū)準(zhǔn)確地測量數(shù)據(jù)和進行可視化預(yù)測治療的需求。基于此,6。進行了嘗試,取得一定成功三維數(shù)字化牙頜模型應(yīng)運而生并得到了不斷完善。1.5結(jié)構(gòu)光技術(shù)(StructuredLightTechniques)結(jié)構(gòu)光技1牙頜模型數(shù)字化三維重建的主要方法術(shù)的原理與激光掃描法相似,是采用光陣列照射模型表面,通過線陣列攝像機捕獲變形光點,經(jīng)計算機計算各光點坐1.1莫爾云紋法(MoireTopography)莫爾云紋法是一種標(biāo)后整合建模。該法較激光掃描法圖像分辨率高,掃描時獲得任意形狀物體等高線的非接觸性光學(xué)方法,于1970年間短,但仍存在掃描盲區(qū)。1由Meadows等發(fā)明。其原理為兩組周期性柵格重疊

4、在一1.6層析式掃描法(DestructiveScan)層析式掃描又稱起,非接觸地產(chǎn)生包含物體表面三維信息的等高線圖像,經(jīng)破壞性掃描,是一種接觸性掃描方式。其采用“斷面剖開與計算機獲取和分析而實現(xiàn)三維重建。但該法不適于過陡平斷面疊加”的形態(tài)學(xué)方法,先用銑床或磨床剖開被聚氨酯樹面,且靈敏度較低,因而多用于無牙頜模型的研究;而有牙脂包裹的石膏模型,然后采集斷層面邊緣輪廓二維形態(tài)信頜模型形態(tài)變化復(fù)雜,該法 TOC o 1-5 h z 應(yīng)用受限。7。息疊加再現(xiàn)模型的表面立體形態(tài),生成三維模型圖像1.2數(shù)字散斑相關(guān)法(DigitalSpekleCorrelationMethod)此法精度較高,可達50醫(yī)

5、m可同時包裹多個石膏模型進數(shù)字散斑相關(guān)法是利用隨機分布的散斑場中散斑顆粒因被行掃描,提高了掃描速度。然而缺點也很明顯,因為模型最測物體的高度變化而產(chǎn)生一定形變,經(jīng)計算機分析處理而終要被損壞,所以每個模型只能掃描一次。2獲得物體表面的三維坐標(biāo)。張修銀等通過測量牙冠各面1.7CT掃描法(ComputedTomographyScan)CT掃描的特征點而完成牙冠的三維重建與測量。該法測量精度較原理是用高精度CT機發(fā)射X線束掃描牙頜模型某一層高,但對鄰間隙等光線弱處信息較弱。面,由探測器接受后經(jīng)計算機處理形成不同灰度按矩陣排1.3近景立體攝影法(Stereophotogrammetry)近景立體列的像素

6、圖像,再將斷層圖像堆砌加工形成三維模型。CT攝影法出現(xiàn)于二十世紀(jì)六七十年代。其原理為在高精度控掃描法有許多顯著優(yōu)點,不僅可掃描石膏模型,還能掃描聚制網(wǎng)的基礎(chǔ)上從不同角度攝取對象的立體像對,再經(jīng)計算乙烯硅氧烷印模和咬合記錄,甚至可直接用于人體口腔掃機處理重建。目前主要用于顱頜面軟組織三維重建,在牙描,且掃描范圍大,一次可掃描多個模型,而無明顯盲區(qū)。3頜模型分析方面也有應(yīng)用。周立新等建立的牙頜模型視隨著CT性能的不斷提高,特別是螺旋CT的發(fā)展,以及從頻立體測量系統(tǒng)的測量精度為0.09mm。但存在一定缺陷:單層掃描向快速容積掃描的轉(zhuǎn)變,使掃描速度有 TOC o 1-5 h z 了極大的首先,需兩臺或

7、以上相機來獲取圖像數(shù)據(jù),且口腔內(nèi)實測非8。Mac-提高,且其精度也足以滿足牙頜模型的測量分析9常困難;其次，兩個立體像比較時,需要一些特征,而牙冠外chiA等將CT掃描法與激光掃描法結(jié)合重建出上下頜包含牙根的精確的三維模型。但目前該設(shè)備投資較大,限制形特征不明顯。了此技術(shù)的應(yīng)用。2三維數(shù)字化牙頜模型在口腔正畸學(xué)中的應(yīng)用作者單位:南京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)研究所,江蘇南京210029通訊作者:王林,電子信箱:2.1記存牙頜信息的載體三維數(shù)字化牙頜模型可生成2008年1月第1卷第2期中國實用口腔科雜志111耐用的圖像資料而不必擔(dān)心對原始模型造成磨耗或損壞,醫(yī)生對牙頜面畸形作出更全面精確的判斷與分析。利于

8、模型資料的保存管理,又節(jié)省空間,方便攜帶轉(zhuǎn)運。通3.3建立三維數(shù)字化牙頜模型數(shù)據(jù)庫美國Acuscape公過三維數(shù)字化牙頜模型可很容易實現(xiàn)正畸治療進展的記錄司正在創(chuàng)建一個國際顱頜面解剖數(shù)據(jù)庫,通過采集每個新觀察,從任何角度、任意放大率來觀測模型,同時也易于正患者的顱頜面三維數(shù)字化模型,根據(jù)牙弓形態(tài)和錯類型合牙畸醫(yī)生進行病案的討論交流,為正畸遠程網(wǎng)上診斷和治療進行分類,形成知識庫,以指導(dǎo)正畸臨床診療,并為教學(xué)和提供了信息載體。這些都是以往石膏模型難以實現(xiàn)的?？蒲刑峁┴S富的資料。三維數(shù)字化牙頜模型數(shù)據(jù)庫的建立2.2錯畸形的分析診斷三維數(shù)字化模型的測量分析也是新興的口腔正畸信息學(xué)的一項重要內(nèi)容。合牙快

9、速省時、操作簡單、精確度高,數(shù)據(jù)易于儲存且調(diào)用方便,3.4將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于牙頜三維數(shù)字化重建虛擬其測量結(jié)果與傳統(tǒng)石膏模型手工測量并無顯著性差異。由現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展為建立三維立體牙頜模型提供了可TMCADENT公司研發(fā)的OrthoCAD軟件還實現(xiàn)了簡單快捷的能。三維成像和建模技術(shù)的最終目標(biāo)就是要建立虛擬正畸患者。與目前只能在計算機屏幕上顯示三維圖像相比,這人機對話,可通過對牙頜模型三維圖像的任意旋轉(zhuǎn)、平移,種立體模型將給正畸醫(yī)生和患者前所未有的真實感,不僅以及對空間任意距離、角度、牙弓或任意曲線的弧長及曲面可看到牙頜的三維信息,更可通過觸覺等其它感覺系統(tǒng)了面積等項目的測量分析,來更準(zhǔn)確地進

10、行錯畸形的診斷合牙解深部骨骼肌肉的三維解剖結(jié)構(gòu)。若其能精確完成,可從分析。運用計算機輔助測量工具,醫(yī)生只需簡單的鼠標(biāo)操中獲取相當(dāng)多的數(shù)據(jù)進行軟、硬組織分析,還可提高我們對作就可完成復(fù)雜的測量分析工作,提高了工作效率。咀嚼系統(tǒng)、牙齒運動生物學(xué)、整形和正頜外科的理解。在不2.3正畸矯治過程的三維模擬與療效的可視化預(yù)測根TM久的未來,可觀測三維虛擬牙頜模型的工作臺必將成為口據(jù)臨床診斷設(shè)計的需要,還可運用OrthoCAD等軟件實現(xiàn)腔正畸診所的標(biāo)準(zhǔn)配置。虛擬矯治過程,如計算機模擬手術(shù),模擬牙的移動、旋轉(zhuǎn)、拔除等,還可模擬托槽的定位和預(yù)成個體弓絲的形態(tài)。通過參考文獻虛擬治療來選擇制定最佳治療方案使矯治更為

11、精確1MeadowsDM,JohnsonWO,AllenJB.Generationofsurfacecon-2.4具有劃時代意義的無托槽隱形矯治器的研制美國tourbyMoirepatternsJ.AppliedOptics,1970,9(4):942-Align公司制作的無托槽隱形矯治器-Invisalign,1999年以947.來已成功矯治了數(shù)以百萬計的各類錯畸形。其借助CT合牙2張修銀,楊寵瑩,高建新,等.數(shù)字散斑相關(guān)方法用于牙冠形狀等掃描技術(shù)將獲得的口腔陰?；蚴嚓柲＿M行三維處理形的三維測量J.上?？谇会t(yī)學(xué),1997,6(2):68-70.成數(shù)字化模型,模擬臨床矯治設(shè)計和牙齒移動的方式

12、,進行3周立新,厲松,王邦康.牙頜模型視頻立體測量系統(tǒng)的建立與可視化矯治,并將每個矯治階段的三維模型快速激光成形，應(yīng)用J.現(xiàn)代口腔醫(yī)學(xué)雜志,2002,16(4):347-349.再在成形母模上制作壓膜矯治器,具有美觀舒適、高效衛(wèi)生4KusnotoB,EvansCA.Reliabilityofa3Dsurfacelaserscannerfor及椅旁操作日寸|旬短等諸多優(yōu)點,開創(chuàng)了正畸矯治技術(shù)的新orthodonticapplicationsJ.AmJOrthodDentofacialOrthop,篇章。國內(nèi)也已研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的無托槽隱形2002,122(4):342-348.10。矯治

13、器系統(tǒng)5HajeerMY,AyoubAF,MillettDT,etal.Three-dimensionalimaginginorthognathicsurgery-theclinicalapplicationofanew3三維數(shù)字化牙頜模型的發(fā)展前景methodJ.IntJAdultOrthodOrthognathSurg,2002,17(4):318-330.3.1動態(tài)三維數(shù)字化牙頜模型的建立Hannam和Lange*姚森，易亞星，李忠科，等.牙頜模型專用激光三維掃描分析nbach已開發(fā)出一種建立三維動態(tài)牙頜模型的技術(shù),能顯示系統(tǒng)的研制及應(yīng)用J.口腔醫(yī)學(xué)縱橫雜志，2000,16(4):285

14、患者咀嚼過程中牙頜和相關(guān)肌肉的三維運動情況,從而模-287.擬功能活動中相關(guān)肌肉、咬合關(guān)系以及顳下頜關(guān)節(jié)的生物7高洪濤,顏永年,祁鵬,等.醫(yī)學(xué)牙頜石膏模型數(shù)字化技術(shù)研究力學(xué)變化，分析牙頜形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能之間的不調(diào)。因該模J.制造業(yè)自動化,2005,27(8):9-12.型中包括牙齒、肌肉、頜骨以及軟組織在內(nèi)的所有解剖結(jié)構(gòu)8嚴(yán)斌,王林,胡遒生,等.牙模型三維CT掃描測量分析系統(tǒng)合牙都是分離的,并可在人為控制下產(chǎn)生獨立的運動，所以是真的建立和研究J.華西口腔醫(yī)學(xué)雜志,2005,23(4):329-正的可互動的患者個體模型。如能投入臨床常規(guī)應(yīng)用,將331.為正畸診斷和治療提供巨大幫助。9MacchiA,CarrafielloG,CacciafestaV,etal.Three-dimensional3.2三維顱頜面軟、硬組織模型的重建整合顱面軟、硬digitalmodelingandsetupJ.AmJOrthodDentofacialOrthop,組織及牙頜模型任