传统全景片和锥形束CT重建全景片测量牙轴近远中倾斜度的对比研究

Abstract

Objective

To compare the accuracy of mesiodistal tooth angulation measurements by using traditional panoramic radiographs and cone beam CT (CBCT) panoramic images.

Methods

Plaster models of 15 volunteers with individual normal occlusions were collected. The functional occlusal plane and tooth long axis on the plaster models were marked from the right first molar to the left first molar in the upper and lower dental arches. A radiographic stent, which contains radiopaque markers near the functional occlusal plane and approximating the root axis, was fabricated for each model. Traditional panoramic radiographs and CBCT scan images were obtained from each patient, with the radiographic stent seated on the dentition. A panoramic image reconstruction was made from the CBCT volumetric data by using related software. The CBCT panoramic image data were oriented parallel to the maxillary or mandibular functional occlusal plane containing all the radiopaque markers when measuring the maxillary or mandibular teeth, respectively. The mesiodistal tooth angulations of the plaster model, traditional panoramic radiographs, and CBCT panoramic images were measured and compared. Multivariate analysis of variance and Dunnett-t test were performed to compare the differences among the three methods.

Results

The difference among the three methods was statistically significant (P=0.00). Significant differences compared with the model measurement were found in two teeth (upper second premolar and lower second premolar) among twelve teeth (P=0.00) in traditional panoramic measurement. CBCT panoramic measurement was not significantly different to model measurement.

Conclusion

Traditional panoramic radiographs do not provide a more reliable measure of mesiodistal tooth angulation, whereas CBCT panoramic image is an effective tool for evaluating mesiodistal tooth angulation.

正畸综合治疗的目标是将牙齿排列在颌骨三维方向适宜的位置上。1972年Andrews[1]提出，合适的近远中倾斜度是获得理想咬合的必需条件。正畸治疗中和治疗后，需要拍摄传统全景片来评价牙轴的近远中倾斜度。1998年美国正畸专家评审会提出，各牙的牙体长轴应该大致相互平行并与平面垂直，当根尖点的位置偏离理想根尖点的位置在1 mm以内时，可视为相邻牙根相互平行[2]。也有学者[3]认为，当实际牙根的位置偏离理想位置在2.5°以内时，可视为牙根平行。以上标准的前提条件是全景片能准确反映牙体长轴的近远中倾斜度，虽然有学者[4]–[5]通过数学计算及实验论证了传统全景片测量的可靠性，但近年来更多学者对采用全景片测量牙轴近远中倾斜度的准确性提出了质疑[3],[6]–[9]。

随着锥形束CT（cone beam CT，CBCT）在牙科领域的广泛应用，目前可以利用CBCT重建全景片测量牙轴近远中倾斜度[10]–[11]，其优点在于三维数据精确性高，信息丰富，而不足之处在于选择的重建区域和重建曲线不同，重建全景片会有一定的差异。本研究旨在比较传统全景片和CBCT重建全景片用于测量牙轴近远中倾斜度的准确性，以更好地指导正畸医生选择合适的评价工具。

1. 材料和方法

1.1. 研究对象和纳入标准

选择15名就读于四川大学华西口腔医学院的大学生志愿者，经知情同意后参加本试验。15名志愿者中男性5名，女性10名，年龄22~26岁，平均年龄24岁。所有志愿者均为个别正常；无明显的牙体牙周疾患，无银汞充填体和修复体，无正畸治疗史等影响放射成像的因素。

1.2. 研究方法

1.2.1. 制作放射显影装置

1）模型预处理：收集每个志愿者完整牙列的石膏模型，缓冲倒凹。2）分别转移上下颌功能平面至模型基底部，即由下颌前磨牙的颊尖和磨牙的近中颊尖构成的平面[12]。具体方法如下：将自制平面转移尺（图1A）的上部与下颌模型的双侧前磨牙颊尖和第一磨牙近颊尖接触，因为3个接触点即可决定一个平面，所以不需要6个点同时接触；标记转移尺的下部尖端与模型底座外侧的接触点，旋转转移尺的位置，确定3个与功能平面距离相等的点（图1B），则3点所构成的基底平面与功能平面平行，打磨模型底座至基底平面（图1C）。上颌模型处理方法同下颌。3）确定牙体长轴标记点：冠方标记点取单根牙颊尖点（或切缘中点），多根牙取（近）颊沟与颊边缘嵴的交点；根方标记点依牙体长轴走向设定，统一位于基底平面上（图1D），分别确定上下颌从左侧第一磨牙到右侧第一磨牙的牙体长轴和平面的标记点。4）压制真空负压透明托盘，对应模型上确定的各牙位的冠根方标记点，将直径1 mm金属球熔附于压膜薄片内（图1E）。5）自凝塑料固定金属球，打磨抛光，口内试戴（图1F）。

图 1. 放射显影装置的制作.

Fig 1 Fabrication of radiographic stent

1.2.2. 拍摄全景片及CBCT重建全景片

志愿者在标准头位下，利用光标定位系统佩戴放射显影装置，由同一名技师利用同一台OC200D型全景片机（Orthoceph公司，德国）和MCT-1（EX-2F）型CBCT机（J. Morita公司，日本）拍摄数码传统全景片及全牙列CBCT。

CBCT重建全景片方法见图2。1）用i-Dixel One Volume Viewer 1.5.0软件（J. Morita MFG公司，日本）在XYZ模式下校准头位，使得所有位于根方的金属球的影像在同一Z轴断面上（图2A），并使得Y轴通过上下中切牙邻接面左右对称。2）在Curved MPR模式下绘制重建曲线，使其通过所有牙位根方的金属球的影像，重建厚度为10 mm（图2B）。3）重建全景片由大量垂直于重建曲线的曲面图像构成，清晰显示所有冠根方金属球的影像（图2C）。上下颌牙列分开重建。

图 2. CBCT重建全景片方法.

Fig 2 Reconstruction of CBCT panoramic radiograph

1.2.3. 数据测量

1）模型测量。利用精度为0.05 mm的游标卡尺，分别测量牙体长轴冠根方标记点间线段的长度，根方相邻两标记点间线段的长度，以及冠方标记点与相邻远中牙位根方标记点间线段的长度（分别为图3中b、a、c），3条线段构成一个三角形（图3）。根据三角形余弦定理，算出牙轴近远中倾斜度，公式为α=arccos｛(a²+b²−c²)/ab｝，精确到0.01°。2）全景片测量。在传统全景片及CBCT重建全景片上，连接每个牙冠方和根方的标记点作为牙体长轴，连接该牙与远中邻牙根方标记点代表平面，两者的夹角即为牙轴近远中倾斜度（图4中α）。利用Infinitt 1.0.0.0软件（INFINITT Healthcare公司，韩国）自带的角度测量工具i-Dixel One Volume Vie-wer 1.5.0，分别在传统全景片及CBCT重建全景片上测量各牙牙轴的近远中倾斜度，结果精确到0.01°。

图 3. 模型上牙轴近远中倾斜度的测量方法.

Fig 3 Measurement of mesiodistal tooth angulation on plaster model

图 4. 全景片上牙轴近远中倾斜度的测量方法.

Fig 4 Measurement of mesiodistal tooth angulation on panoramic radiograph

1.3. 统计学分析

15例样本左右侧颌骨相互独立，可记为30个样本，上下颌中切牙至第一磨牙，共计12个变量。利用SPSS 11.0软件，采用多元方差分析检测3种测量方法有无统计学差异。再以模型测量的数据为对照组，用Dunnett-t检验进行两两比较。根据Bonferroni校正重置检验水准[8]–[13]。间隔1周后，随机抽取2个样本的模型和全景片再次测量近远中倾斜度，进行重复性检验。

2. 结果

2.1. 测量重复性

两次测量结果经配对t检验，模型组、全景片组及CBCT组的t值分别为0.685、1.31、1.714，P值分别为0.5、0.2、0.10，均无统计学意义，表明测量手段的重复性良好。

2.2. 3种测量方法的差异

采用3种测量方法测得的牙轴近远中倾斜度见表1。多元方差分析的4个统计量：Pillais的跟踪，Wilks' Lambad，Hotelling的跟踪和Roy最大根，其F值分别为4.467、5.634、6.934、12.812，其对应的P值均小于0.05（P=0.00），可认为3种方法测量所得的牙轴近远中倾斜度的差异有统计学意义。根据Bonferroni校正，在同一数据集上同时进行n个独立的假设检验，那么用于每一个假设检验的统计学检验水准是仅检验一个假设时检验水准的1/n[8],[13]。本研究中，在每例样本的测量数据集上进行了12个牙位的配对t检验，检验水准被重置为0.004 17（0.05/12）。与模型测量组相比，传统全景片组12个牙位中有2个牙位（上颌第二前磨牙U5和下颌第二前磨牙L5）测量结果的差异有统计学意义（P=0.00）；而CBCT组12个牙位的测量结果与模型测量组均无统计学差异（表1）。

表 1. 牙轴近远中倾斜度测量的比较.

Tab 1 Comparison of mesiodistal tooth angulations

牙位	方法1（模型测量）（M±SD）	方法2（全景片测量）（M±SD）	方法3（CBCT测量 ）（M±SD）	方法1与方法2的差值		方法1与方法3的差值
				M±SD	P值	M±SD	P值
U1	96.28±11.40	94.02±5.92	93.31±3.53	−2.26±1.90	0.39	−2.97±1.90	0.213
U2	95.57±5.65	92.78±5.68	93.30±4.51	−2.79±0.93	0.01	−2.27±0.93	0.033
U3	93.58±6.77	94.75±6.26	93.26±5.10	1.17±1.15	0.50	−0.33±1.15	0.943
U4	93.14±7.71	95.11±5.73	92.56±3.88	1.96±1.20	0.19	−0.59±1.20	0.842
U5	92.51±6.33	96.39±6.89	92.62±5.23	3.89±1.16	0.00*	0.12±1.16	0.992
U6	82.25±14.13	86.55±7.87	88.98±7.58	4.30±2.50	0.16	6.73±2.50	0.017
L1	89.02±4.23	87.60±4.31	89.89±4.69	−1.42±0.88	0.20	0.88±0.88	0.512
L2	84.91±13.80	87.65±5.42	87.15±5.68	2.75±2.27	0.38	2.25±2.27	0.512
L3	86.29±6.41	82.75±7.17	87.85±8.45	−3.54±1.21	0.01	1.56±1.21	0.338
L4	92.30±12.00	86.74±7.04	90.36±8.32	−5.56±2.09	0.02	−1.94±2.09	0.553
L5	95.43±9.22	90.50±5.10	93.04±6.50	−4.93±1.45	0.00*	−2.39±1.45	0.183
L6	84.09±6.87	85.41±5.33	83.11±6.57	1.32±1.24	0.46	−0.98±1.24	0.645

注：*P<0.004 17，差异有统计学意义。

3. 讨论

牙轴近远中倾斜度是一个二维概念，Andrews[1]的定义是指牙冠长轴与平面垂线的交角。利用全景片测量牙轴近远中倾斜度时，采用的参考平面有放射影像的上下边缘线、腭平面、下颌平面、眶下平面、解剖平面、功能平面等[10],[14]。为保证参考平面的一致性，本研究在模型测量时采用了转移至牙列根方的功能平面作为参考平面，并通过放射显影装置，使功能平面以一系列的金属点影像同步显影到全景片上，这与Mckee等[9]采用通过牙列临床冠中心的弓丝作为全景片的测量参考平面相类似。

由于人体解剖条件的限制，牙根被牙槽骨所包绕，在模型上通过目测定位获得的牙体长轴，是一种模拟牙体长轴，与真实牙体长轴有一定差异。以往关于牙轴近远中倾斜度的研究，在模型上也采用模拟牙体长轴[9],[15]。Owens等[15]通过在牙齿的颊侧放置金属杆来代表牙体长轴。本试验制作的放射显影装置，保证了测量对象的一致化，使3种测量方法的结果具有可比性。

在本研究中，与模型测量相比，全景片组中12个牙位中有2个牙位（上颌第二前磨牙U5、下颌第二前磨牙L5）测量结果的差异有统计学意义（P=0.00），CBCT组12个牙位的测量结果均无统计学差异，这表明：在评价牙轴近远中倾斜度时，传统全景片存在一定的误差，CBCT重建全景片的效能更佳，这与许多学者的研究结果一致[3],[6]–[11]。出现这种情况的可能原因有：1）传统全景片是应用窄缝及圆弧轨道体层摄影原理进行的固定三轴连续旋转摄影术[16]，其X线管和影像接收器旋转中心连续移动得到的弧形断层域是根据标准形状和平均尺寸的颌骨所设定的，与个体颌骨形态并非完全一致，在牙列的某些区域，射线束与颌骨表面并不垂直[9]，因此无法精确成像致使牙轴近远中倾斜度出现误差；2）全景机投照技术具有较高的技术敏感性，准确的头部定位至关重要，只有将头颅准确放置于聚焦槽的中心，图像模糊与失真才会最少；而Mckee等[9]的研究发现，不同头姿势会显著影响传统全景片牙体长轴近远中倾斜角度，由此产生的误差在后期测量时无法校准；3）利用CBCT三维数据重建全景片时，通过调整冠状位、矢状位和轴位3个断面和上下牙列三维图像，可精确校准头位；同时，CBCT重建全景片由无数垂直于重建曲线的图像整合合成，避免了由于射线束与被投射物体表面不垂直而造成的图像扭曲。

本研究发现，传统全景片U5、L5两个牙位的测量结果与模型测量有差异，而其他研究[4],[9]发现的差异牙位在尖牙区及前磨牙区，两者并不完全一致。可能原因有：1）既往研究[3],[7]–[10],[13]均属体外研究，借用干颅骨固定typodont模型作为测量对象，其结果仅适用于某种特殊模拟的牙列、颌骨及头位下，不能推广到临床应用；本研究的研究对象为人体志愿者，由此导致结果不同是可能的原因之一；2）本试验测量的参考平面为转移至根方的功能平面，而Mckee等[9]研究者采用牙冠中份的钢丝作为参考平面，不同参考平面距离投射束聚焦槽的远近不同，产生的失真程度也不相同；3）有研究[8]表明，转矩会影响全景片上牙轴近远中倾斜度成像，本实验中尖牙及前磨牙区模拟牙轴表达的转矩较真实的转矩弱化，有可能减少了全景片投射束在该区域的投射误差。

在临床评价牙根平行度时，虽然CBCT诊断准确性高，但也有局限性，比如对设备的要求高，需配置专用软件，重建曲线的设定相对复杂以及放射剂量大等，其效益风险比需进一步衡量。从本研究测量结果可以看出，全景片12个牙位中有10个牙位测量的准确性尚可；由此可见，在缺乏CBCT的条件下，传统全景片仍可用于初步评价牙根的近远中倾斜度。

Funding Statement

[基金项目] 四川省科技厅科技支撑计划基金资助项目（2008SZ0175）；四川省卫生厅科研基金资助项目（090304）