牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)可靠性研究及與手工測(cè)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(cè)量的比較        【摘要】目的對(duì)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(cè)量了30例基本正常石膏模型。采用三種方法檢驗(yàn)了牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)的可靠性，并與手工測(cè)量進(jìn)行了比較。結(jié)果可靠性研究三個(gè)方法的結(jié)果顯示無(wú)顯著性差異；與手工測(cè)量的比較無(wú)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(cè)量所無(wú)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(cè)量。【關(guān)鍵詞】牙頜模型三維測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x，非接觸性的方法較多，如全息激光測(cè)量法、莫爾云紋測(cè)量法、立體攝影測(cè)量法等。由于這些方法存在模型測(cè)量和數(shù)據(jù)處理時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、測(cè)量技術(shù)要求相當(dāng)高以及設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)，至今未能在臨床得到廣泛應(yīng)用。近十余年來(lái)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(cè)量技術(shù)，在很大程度上彌補(bǔ)了以上牙頜模型測(cè)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(shí)驗(yàn)從三個(gè)方面對(duì)國(guó)內(nèi)首臺(tái)由衛(wèi)生部口腔醫(yī)學(xué)計(jì)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(hào)：ZL97220475.X)1的可靠性進(jìn)行了研究，并與手工測(cè)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(shí)驗(yàn)室記存模型中挑選牙列完整、無(wú)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(cè)量?jī)x器：萬(wàn)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(cè)量范圍為70mm×70mm×70mm，測(cè)量精度為0.05mm。二、測(cè)量項(xiàng)目21.線距測(cè)量：.I CL：左中切牙近中切角唇面與左側(cè)尖牙牙尖點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的距離。.I CR：左中切牙近中切角唇面與右側(cè)尖牙牙尖點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的距離。.CLCR：左右尖牙牙尖點(diǎn)之間的距離。.PL2PR2：左右第一雙尖牙中央溝中點(diǎn)之間的距離。.ML3MR3：左右第一磨牙中央窩點(diǎn)之間的距離。2.角度測(cè)量：.CLI CR：以左中切牙近中切角唇面為頂點(diǎn)與左右尖牙牙尖點(diǎn)之間所形成的角度。.PL2I PR2：以左中切牙近中切角唇面為頂點(diǎn)與左右第一雙尖牙中央溝

8、中點(diǎn)之間所形成的角度。.ML3I MR3：以左中切牙近中切角唇面為頂點(diǎn)與左右第一磨牙中央窩點(diǎn)之間所形成的角度。三、實(shí)驗(yàn)方法方法一：由實(shí)驗(yàn)者在一連續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)石膏模型進(jìn)行掃描，在重建后的計(jì)算機(jī)像上確定標(biāo)志點(diǎn)，測(cè)量各線距和角度值；相隔兩周后再次測(cè)量相同的像。比較兩次結(jié)果，檢驗(yàn)測(cè)量者對(duì)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(shí)驗(yàn)者在一連續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)石膏模型進(jìn)行掃描，在所生成的像上確定標(biāo)志點(diǎn)，并測(cè)量各線距和角度值；相隔兩周后重復(fù)第一次實(shí)驗(yàn)。比較兩次測(cè)量結(jié)果，檢驗(yàn)系統(tǒng)本身的可靠性。方法三：由另一名未經(jīng)過(guò)特殊培訓(xùn)的牙科醫(yī)師在一連續(xù)時(shí)間內(nèi)石膏模型的三維像進(jìn)行測(cè)量，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)者所測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較，

9、檢驗(yàn)系統(tǒng)的可重復(fù)性。方法四：由實(shí)驗(yàn)者在一連續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)石膏模型進(jìn)行掃描，在所生成的形上確定標(biāo)志點(diǎn)，測(cè)量各線距和角度值；相隔兩周后由實(shí)驗(yàn)者直接在模型上確定標(biāo)志點(diǎn)，用游標(biāo)卡尺和萬(wàn)能角度尺進(jìn)行手工直接法測(cè)量。比較兩次測(cè)量結(jié)果。利用SPSS6.0 for win95醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)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(cè)量項(xiàng)目P值均大于0.05，表明兩次測(cè)量結(jié)果之間無(wú)顯著性差異。方法二兩次測(cè)量結(jié)果的比較，除上頜模型IMR2外其余各測(cè)量項(xiàng)目P值均大于0.05，但I(xiàn)MR2的標(biāo)準(zhǔn)差為0.335mm，無(wú)臨床實(shí)際意義。表1實(shí)驗(yàn)方法一、二的統(tǒng)計(jì)結(jié)果測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)方法一實(shí)驗(yàn)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(jì)結(jié)果。方法三結(jié)果顯示的是不同測(cè)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(wú)顯著性差異。牙頜模型三維激光掃描系統(tǒng)和手工直接測(cè)量的比較結(jié)果表明P值均大于0.05，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異。從各實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果中可看出，角度測(cè)量項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)差較線距測(cè)量項(xiàng)目大，與上下頜尖牙及下頜雙尖牙有關(guān)的測(cè)量項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)差較其它測(cè)量項(xiàng)目大。 表2實(shí)驗(yàn)方法三、四的統(tǒng)計(jì)結(jié)果測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)方法三實(shí)驗(yàn)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(duì)于一種測(cè)量?jī)x器的可靠性，可以從儀器本身的穩(wěn)定性和可靠性以及測(cè)量者操作過(guò)程的可靠性等兩個(gè)方面考慮。方法一的實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟跈z驗(yàn)測(cè)試者對(duì)屏幕像標(biāo)志點(diǎn)的分辯能力和重復(fù)性如何，即測(cè)試者對(duì)測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)辨認(rèn)的可靠性。結(jié)果顯示，兩次測(cè)量之間不存在顯著性的差異，說(shuō)明經(jīng)像的三維重建后，模型上的標(biāo)志點(diǎn)仍可以很好識(shí)別，同樣也表明了測(cè)試者對(duì)模型標(biāo)志點(diǎn)的確認(rèn)非?？陀^、可靠。但對(duì)于磨耗重的標(biāo)志點(diǎn)的確認(rèn)能力不如磨耗輕的標(biāo)志點(diǎn)強(qiáng)。方法二綜合了各種系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，進(jìn)一步檢驗(yàn)了系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和可靠性。結(jié)果表明對(duì)兩個(gè)不同時(shí)期掃描進(jìn)去的相同牙頜模型的測(cè)量基本上

16、無(wú)顯著性差異，說(shuō)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(cè)量。不同操作者之間的測(cè)量結(jié)果無(wú)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(cè)量的比較結(jié)果表明兩者之間無(wú)顯著性差異。但與手工直接測(cè)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(shí)、精確度高、可定量性、數(shù)據(jù)易于儲(chǔ)存和調(diào)用方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其中最突出的是本系統(tǒng)能將被測(cè)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(diǎn)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。四種實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果均顯示，與尖牙牙尖點(diǎn)有關(guān)的線距和角度測(cè)量項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)差均較其它的標(biāo)志點(diǎn)大，其主要

17、原因可能是由于上、下頜的尖牙牙尖點(diǎn)由于受尖牙保護(hù)的影響，磨耗較重，標(biāo)志點(diǎn)的辨認(rèn)困難而引起操作者的定點(diǎn)誤差。本系統(tǒng)的誤差來(lái)源于測(cè)量者操作所造成的誤差3，4。各實(shí)驗(yàn)方法的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示基本上無(wú)統(tǒng)計(jì)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(duì)測(cè)量系統(tǒng)可靠性的影響很小，不會(huì)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(wèn)題。如對(duì)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(shí)際情況中正常的咬合關(guān)系。此外在掃描過(guò)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(guò)增加CCD相機(jī)的數(shù)量來(lái)解決5。(本文編輯王好公)本課題受國(guó)家自然科學(xué)基金資助(39870843)作

18、者單位：陳俊（100081 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(shí)用新型專利證書第327972號(hào) 專利號(hào)：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