牙颌模型三维激光扫描系统可靠性研究及与手工测量的比较

1、    牙颌模型三维激光扫描系统可靠性研究及与手工测量的比较        【摘要】目的对牙颌模型三维激光扫描系统的可靠性进行研究，并为其临床应用提供科学依据。方法利用D.01-L-3D SCANNER 系统扫描和测量了30例基本正常石膏模型。采用三种方法检验了牙颌模型三维激光扫描系统的可靠性，并与手工测量进行了比较。结果可靠性研究三个方法的结果显示无显著性差异；与手工测量的比较无显著性差异，但牙颌模型三维激光扫描系统具有一些手工测量所无法达到的功能。结论牙颌模型三维激光扫描

2、系统可靠性强，稳定性好，可应用于临床、科研、教学中的牙颌模型测量。【关键词】牙颌模型三维测量激光扫描 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牙颌模型的三维测量包括接触式非接触式的方法。

5、接触式的方法主要有三维测量仪，非接触性的方法较多，如全息激光测量法、莫尔云纹测量法、立体摄影测量法等。由于这些方法存在模型测量和数据处理时费时费力、测量技术要求相当高以及设备昂贵等缺点，至今未能在临床得到广泛应用。近十余年来随着CAD/CAM技术的发展，引入了非接触式三维激光扫描测量技术，在很大程度上弥补了以上牙颌模型测量方法的一些缺陷。为给临床应用提供科学的依据，本实验从三个方面对国内首台由卫生部口腔医学计算机应用工程技术研究中心和二炮工程学院共同研制开发的牙颌模型三维激光扫描系统(D.01-L-3D SCANNER 系统，专利号：ZL97220475.X)1的可靠性进行了研究，并与手工测量

6、进行比较。材料和方法一、材料1.石膏模型：从我院咀嚼生理实验室记存模型中挑选牙列完整、无牙齿磨耗或轻度磨耗的基本正常石膏模型30副，模型底座与平面平行。2.测量仪器：万能角度尺(精确到2)；游标卡尺(精确到0.02mm)；D.01-L-3D SCANNER系统，系统的测量范围为70mm×70mm×70mm，测量精度为0.05mm。二、测量项目21.线距测量：.I CL：左中切牙近中切角唇面与左侧尖牙牙尖点的距离。.I PL1：左中切牙近中切角唇面与左侧第一双尖牙颊尖点的距离。.I ML1：左中切牙近中切角唇面与左侧第一磨牙近中颊尖牙尖点的距离。.I ML2：左中切牙近中切角

7、唇面与左侧第一磨牙近中舌尖牙尖点的距离。.I CR：左中切牙近中切角唇面与右侧尖牙牙尖点的距离。.I PR1：左中切牙近中切角唇面与右侧第一双尖牙颊尖点的距离。.I MR1：左中切牙近中切角唇面与右侧第一磨牙近中颊尖牙尖点的距离。.I MR2：左中切牙近中切角唇面与右侧第一磨牙近中舌尖牙尖点的距离。.CLCR：左右尖牙牙尖点之间的距离。.PL2PR2：左右第一双尖牙中央沟中点之间的距离。.ML3MR3：左右第一磨牙中央窝点之间的距离。2.角度测量：.CLI CR：以左中切牙近中切角唇面为顶点与左右尖牙牙尖点之间所形成的角度。.PL2I PR2：以左中切牙近中切角唇面为顶点与左右第一双尖牙中央沟

8、中点之间所形成的角度。.ML3I MR3：以左中切牙近中切角唇面为顶点与左右第一磨牙中央窝点之间所形成的角度。三、实验方法方法一：由实验者在一连续时间内对石膏模型进行扫描，在重建后的计算机像上确定标志点，测量各线距和角度值；相隔两周后再次测量相同的像。比较两次结果，检验测量者对经三维重建后的牙颌模型像辨认的可靠性。方法二：由实验者在一连续时间内对石膏模型进行扫描，在所生成的像上确定标志点，并测量各线距和角度值；相隔两周后重复第一次实验。比较两次测量结果，检验系统本身的可靠性。方法三：由另一名未经过特殊培训的牙科医师在一连续时间内石膏模型的三维像进行测量，将实验结果与实验者所测得的结果进行比较，

9、检验系统的可重复性。方法四：由实验者在一连续时间内对石膏模型进行扫描，在所生成的形上确定标志点，测量各线距和角度值；相隔两周后由实验者直接在模型上确定标志点，用游标卡尺和万能角度尺进行手工直接法测量。比较两次测量结果。利用SPSS6.0 for win95医学统计分析软件对测量结果进行配对t检验分析。结果方法一、二的结果见表1，方法一结果显示各测量项目P值均大于0.05，表明两次测量结果之间无显著性差异。方法二两次测量结果的比较，除上颌模型IMR2外其余各测量项目P值均大于0.05，但IMR2的标准差为0.335mm，无临床实际意义。表1实验方法一、二的统计结果测量项目实验方法一实验方法二上颌

10、模型下颌模型上颌模型下颌模型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显示了方法三、四的统计结果。方法三结果显示的是不同测量者之间的比较结果，其中P值均大于0.05，表明两者之间无显著性差异。牙颌模型三维激光扫描系统和手工直接测量的比较结果表明P值均大于0.05，不具有统计学上的差异。从各实验方法的结果中可看出，角度测量项目的标准差较线距测量项目大，与上下颌尖牙及下颌双尖牙有关的测量项目标准差较其它测量项目大。 表2实验方法三、四的统计结果测量项目实验方法三实验方法四上颌模型下颌模型上颌模型下颌模型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讨论对于一种测量仪器的可靠性，可以从仪器本身的稳定性和可靠性以及测量者操作过程的可靠性等两个方面考虑。方法一的实验目的在于检验测试者对屏幕像标志点的分辩能力和重复性如何，即测试者对测量标志点辨认的可靠性。结果显示，两次测量之间不存在显著性的差异，说明经像的三维重建后，模型上的标志点仍可以很好识别，同样也表明了测试者对模型标志点的确认非常客观、可靠。但对于磨耗重的标志点的确认能力不如磨耗轻的标志点强。方法二综合了各种系统误差对测量结果的影响，进一步检验了系统本身的稳定性和可靠性。结果表明对两个不同时期扫描进去的相同牙颌模型的测量基本上

16、无显著性差异，说明本系统稳定性好，可靠性强，可以进行准确的模型测量。不同操作者之间的测量结果无显著性差异，系统可重复性强。牙颌模型三维激光扫描系统和手工直接测量的比较结果表明两者之间无显著性差异。但与手工直接测量比较，牙颌模型三维激光扫描系统具有非接触式、快速省时、精确度高、可定量性、数据易于储存和调用方便、操作简单等优点。其中最突出的是本系统能将被测物体表面形态进行数字化，即可以随意提取模型表面任意点的三维坐标，求出任意线距、角度、面积、线线之间、面面之间的相关几何参数，这是以往方法所无法实现的。四种实验方法的结果均显示，与尖牙牙尖点有关的线距和角度测量项目的标准差均较其它的标志点大，其主要

17、原因可能是由于上、下颌的尖牙牙尖点由于受尖牙保护的影响，磨耗较重，标志点的辨认困难而引起操作者的定点误差。本系统的误差来源于测量者操作所造成的误差3，4。各实验方法的统计分析结果显示基本上无统计学差异，因此可以认为综合以上四种误差所造成的系统误差对测量系统可靠性的影响很小，不会影响其临床应用。牙颌模型三维激光扫描系统还存在一些有待解决的问题。如对上下颌模型进行三维空间的咬合匹配的仿真，目前还不能完全模拟出实际情况中正常的咬合关系。此外在扫描过程中还存在一些盲区，如模型倒凹和斜率很大的部位，有望通过增加CCD相机的数量来解决5。(本文编辑王好公)本课题受国家自然科学基金资助(39870843)作

18、者单位：陈俊（100081 北京医科大学口腔医学院）吕培军（100081 北京医科大学口腔医学院）冯海兰（100081 北京医科大学口腔医学院）胡亮（100081 北京医科大学口腔医学院）参考文献1，吕培军，李忠科，王勇.一种激光扫描数据采集装置.实用新型专利证书第327972号 专利号：ZL97220475.X.2，粟震亚.正常牙及牙弓的研究.华西口腔医学杂志，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