牙根表面積測量方法的研究進(jìn)展

王通 萬乾炳

口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 華西口腔醫(yī)院修復(fù)科（四川大學(xué)） 成都 610041

牙根表面積測量方法的研究進(jìn)展

王通 萬乾炳

口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 華西口腔醫(yī)院修復(fù)科（四川大學(xué)） 成都 610041

牙周膜作為附著在牙根表面的一層致密結(jié)締組織，具有支持穩(wěn)固牙列和調(diào)節(jié)咀嚼壓力等重要功能。準(zhǔn)確測定牙周膜面積有助于臨床醫(yī)生評估牙周炎患者的牙體預(yù)后，或制定牙體缺失后的修復(fù)方案。測定牙根表面積（RSA）作為測量牙周膜面積的常用替代方法，具有成膜法、圖像分割法、質(zhì)量轉(zhuǎn)換法、牙根三維掃描法和CT三維重建法等多種測量方法，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此，本文就RSA測定方法發(fā)展史和RSA的具體測量方法及RSA測量在臨床上的應(yīng)用等研究進(jìn)展作一綜述。

牙周膜； 牙根表面積； 測量方法； 三維重建

牙周膜作為附著在牙根表面的一層致密結(jié)締組織，是連接牙根及牙槽骨的重要媒介，具有支持穩(wěn)固牙列和調(diào)節(jié)咀嚼壓力等重要功能。當(dāng)牙周組織受到創(chuàng)傷刺激或炎癥侵襲時，會出現(xiàn)牙齦退縮、牙槽骨吸收、牙周膜面積減小以及牙周膜對牙體的支持作用下降等問題，導(dǎo)致牙體松動甚至脫落[1]。當(dāng)設(shè)計固定義齒修復(fù)牙體缺失時，基牙的選擇需遵從Ante定律：即基牙牙周膜面積的總和應(yīng)大于或等于缺失牙牙周膜面積的總和。若基牙牙周膜面積較小，在制定修復(fù)方案時可考慮增加基牙數(shù)目或改變修復(fù)方式[2-3]。由此可見，準(zhǔn)確測定牙周膜面積對醫(yī)生了解患者牙周狀況，制定最優(yōu)治療方案具有重要的意義；然而牙周膜作為一層軟組織，不僅難以在大多數(shù)影像學(xué)檢查中顯影，而且在牙體拔除時也極易被撕裂破壞，進(jìn)一步增加了測量牙周膜面積的難度。牙周膜緊密附著于牙根表面，通過測量牙根表面積（root surface area，RSA），可間接得到牙周膜面積。

1 牙根表面積測量方法發(fā)展史

測量RSA的文獻(xiàn)最早可追溯至1940年，較早的文獻(xiàn)顯示其有3種方法：成膜法、圖像分割法和質(zhì)量轉(zhuǎn)換法。其中，成膜法和質(zhì)量轉(zhuǎn)換法方法簡單，結(jié)果較為準(zhǔn)確，成為測量RSA的經(jīng)典方法，相關(guān)測量數(shù)據(jù)至今依然被廣泛采用[4]。進(jìn)入到21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，激光掃描及計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)逐漸成熟、CT掃描在口腔臨床中得到了廣泛的應(yīng)用，牙根的三維掃描及CT重建等新技術(shù)新方法也逐漸應(yīng)用于RSA的測量中，成為目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

2 牙根表面積的測量方法

2.1 成膜法

成膜法是測量RSA最早，應(yīng)用最廣泛的一種方法。其具體步驟是在體外牙的牙根表面覆蓋一層膜，使膜與牙根完全密合，待膜物理性質(zhì)穩(wěn)定后將其完整剝離，通過計算膜的表面積來反應(yīng)RSA。這種方法較為簡單，成膜材料也多種多樣，既有錫箔紙等硬質(zhì)材料，也有聚氯乙烯、醋酸乙烯酯和聚乙烯醇等化學(xué)成膜劑。

Yamamoto等[5]將涂布有甘油（俗稱凡士林）的牙根表面浸泡于乙酸乙烯酯溶液中，隨后涂布α-氰基丙烯酸酯單體使其成膜。上述過程重復(fù)3次以使膜性質(zhì)穩(wěn)定，再使用標(biāo)準(zhǔn)圓柱體作為對照以保證膜本身的精度。吳仲愷等[6]采用類似的方法，利用聚乙烯醇在高溫條件下溶于水的特點(diǎn)，將聚乙烯醇溶液涂布牙根表面，靜置干燥后去掉釉質(zhì)牙本質(zhì)界冠方涂膜，最后將聚乙烯醇膜剝離，對膜進(jìn)行掃描，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機(jī)并用Photoshop及Scion Image軟件分析膜的面積。結(jié)果表明，該方法的精度較為理想。

成膜法雖然簡單常用，但仍存在諸多不足。一是該方法需使用體外牙作為測量對象，從而限制其在臨床工作中的應(yīng)用。二是錫箔紙等硬質(zhì)膜難以將牙根緊密覆蓋，存在誤差。三是聚乙烯醇等化學(xué)成膜劑最佳配方還需進(jìn)一步研究：如聚乙烯醇溶液的濃度對測量結(jié)果有一定影響，質(zhì)量濃度過小，成膜后韌性較大，在剝離時極易破損和變形；而質(zhì)量濃度過大時，形成的膜厚度較大，多根牙根分叉區(qū)域的表面積難以精確測量。

2.2 圖像分割法

圖像分割法主要利用X線投照或普通攝影方法將牙根分區(qū)或分層，分別計算每層的表面積，而后累加得到總表面積。X線檢查作為較早進(jìn)入口腔臨床中的檢查方式，雖然只是作為估計RSA的方法，但依有大量研究者為了提高測量數(shù)據(jù)的精確度而努力。

Chen等[7]假設(shè)牙根橫截面為對稱的橢圓形，通過改變X線投射角度計算得到牙根唇舌徑及近遠(yuǎn)中徑，進(jìn)而得到該橢圓截面的周長，然后將不同截面周長乘以層厚并求和即為所求面積。該方法僅限于單根牙的表面積計算，而且計算過程復(fù)雜。另外釉質(zhì)牙本質(zhì)界在牙頸部為唇舌面突向冠方，鄰面突向根方的是曲面而非平面，該部分RSA難以準(zhǔn)確測量。

Mowry等[8]將下頜尖牙和前磨牙的牙根分成近遠(yuǎn)中面和唇頰面并用鉛筆標(biāo)出各面之間的邊界，通過對牙根表面攝影得到兩相鄰面的面積，將兩面面積求和后乘以2得到牙根總面積。這種方法需要人為標(biāo)出各面之間的邊界，有一定的主觀性，且牙根表面作為一個曲面，攝影后得到的二維面積會小于實(shí)際表面積，攝影角度也會影響RSA的計算結(jié)果。

Pan等[9]利用X線在通過不同厚度物體時發(fā)生衰減不同這種性質(zhì)，對單根牙進(jìn)行X線照射，將牙體垂直于牙體長軸分層后，計算每層各像素點(diǎn)X線的衰減率，根據(jù)衰減公式可得到牙體在該點(diǎn)的厚度，將該層各點(diǎn)的厚度導(dǎo)入計算機(jī)，可得到此層周長等數(shù)據(jù)，再將各層周長的累加值乘以層厚即可得到牙根總的表面積；但是健康牙體的牙骨質(zhì)和牙髓組織密度各不相同，或者雖為同種組織密度但分布不均勻，這些因素都會嚴(yán)重影響該像素點(diǎn)對X線的透射率，導(dǎo)致所得出的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況存在一定差異。

成膜法、圖像分割法在計算RSA時都需使用體外牙，因此，難以在臨床中得到推廣。單根牙體RSA的估算還可以采用直接口內(nèi)X線投照法進(jìn)行粗略估計。田雨等[10]利用X線分角線投照技術(shù)在拔牙前對單根牙體攝片，將牙根按照一定高度分段。假設(shè)每段均為圓柱體，測量各段牙根在X線片中的直徑，將各段周長乘以高度相加后得到總RSA。這種方法雖然誤差較大，但使用方便，患者容易接受，而且無論單根牙或多根牙均可以使用。有鑒于此，目前該方法在臨床診療過程中得到了廣泛應(yīng)用。

2.3 質(zhì)量轉(zhuǎn)換法

質(zhì)量轉(zhuǎn)換法是指在牙根表面覆蓋一層密度均一的氣體或附著劑，得到增加的質(zhì)量，根據(jù)附著劑的厚度、密度等信息可以將增加的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為附著面積。如有學(xué)者在統(tǒng)計國內(nèi)不同牙體的牙周膜面積時即采用凃蠟法計算RSA，這種方法的問題是石蠟附著的厚度不宜控制，且石蠟本身密度難以保證均勻一致，這使結(jié)論的可靠性受到了一定的質(zhì)疑。

Luthra等[11]將苯蒸汽單層吸附于牙根石膏模型表面，準(zhǔn)確稱取牙根模型增加的質(zhì)量，與已知表面積的標(biāo)準(zhǔn)石膏模型增加質(zhì)量比對得到牙根模型的表面積。這種方法誤差仍然較大，一方面在于翻制出的牙根石膏模型與原始牙根相比較有一定的體積和表面積的變化；另一方面苯分子難以保證在石膏表面的單層吸附，且氣體容易進(jìn)入石膏模型內(nèi)部空隙。

分光光度計法作為質(zhì)量轉(zhuǎn)換法的簡單變換，也可以測量RSA。該方法是在牙根表面均勻涂布有色物質(zhì)，用溶劑將該物質(zhì)完全洗凈并收集，再用分光光度計測定溶液吸光度的變化，將變化值與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比對從而間接得到RSA。

Klock等[12]在模擬附著喪失對RSA的影響時，分別將CuCl2及CoCl2溶液刷到附著喪失牙根表面及附著完好牙根表面，經(jīng)蒸餾水漂洗及磁力攪拌后洗去附著牙根表面的CuCl2及CoCl2，通過原子吸收分光光度計分別測定Cu離子和Co離子含量，并與標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)玻璃棒附著的CuCl2及CoCl2比對，可得到RSA及附著喪失對RSA的影響。此種方法不僅要求牙根表面必須平滑，而且要求牙根表面溶液的厚度、密度一致；但是溶液在干燥前因重力作用容易向下聚集，導(dǎo)致溶液的厚度、密度不均，從而產(chǎn)生誤差。

2.4 牙根三維掃描法

三維掃描作為掃描物體輪廓的常用方法，廣泛應(yīng)用于機(jī)械和醫(yī)療等領(lǐng)域。接觸式掃描作為早期探究表面形狀的工具，也可用于RSA的計算。Chen等[13]將單根牙體牙根截斷后用金屬和蠟固定，通過三維探針掃描裝置掃描牙根輪廓，將結(jié)果輸入到計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造軟件中，計算得到截斷后剩余牙根的表面積。這種方法需要將牙根截斷，會損失一些牙根組織。另外探針掃描速度較慢，探針壽命低，掃描精度也不盡理想，這種方法也很快被更加先進(jìn)的技術(shù)取而代之。

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光掃描的高精度在口腔修復(fù)領(lǐng)域得到了極大的應(yīng)用，在掃描牙體方面，包括牙冠預(yù)備體及牙根表面有著獨(dú)特的精度優(yōu)勢。田雨等[10]在牙體拔除后利用三維牙頜模型激光掃描儀對單根牙翻制出的超硬石膏模型進(jìn)行掃描，三維重建后將其轉(zhuǎn)移至計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造軟件測量表面積，再將其結(jié)果與拔牙前所攝X線片中得到的結(jié)果進(jìn)行比對，結(jié)果顯示兩者無明顯差異。三維激光掃描在分析單根牙的牙根數(shù)據(jù)時精確度較高，但對于多根牙，其牙根分叉大，多根之間聚合度不同，且牙根表面經(jīng)常變異產(chǎn)生深的凹陷或融合根，這些情況都會導(dǎo)致激光掃描過程中出現(xiàn)掃描不全或精度下降等問題，影響測量結(jié)果。

2.5 CT三維重建法

CT的出現(xiàn)使得人們可以在不破壞物體結(jié)構(gòu)的條件下獲得其內(nèi)部信息，CT的這一特性在研究人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面起著非常大的作用。在CT廣泛用于口腔檢查前，在古人類學(xué)領(lǐng)域，許多學(xué)者已經(jīng)利用CT技術(shù)研究不同物種的牙體差異。

有研究者[14-15]利用高分辨率CT掃描層厚為1 mm、層間隔為0.5 mm的大猩猩、黑猩猩以及尼安德特人和現(xiàn)代人的牙列，將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入Amira 或Avizo軟件進(jìn)行三維重建，比較各物種牙根形態(tài)，計算得到RSA的變化。相關(guān)文獻(xiàn)沒有將CT掃描與其余RSA的測量方法進(jìn)行比較，因此無法說明CT掃描本身的精確度；另外，高分辨率CT具有體積龐大和對組織放射量較大等缺點(diǎn)，這使其難以廣泛應(yīng)用于口腔診療過程。

顯微CT技術(shù)出現(xiàn)后，由于其極高的分辨率，使其在牙體掃描中有著獨(dú)特的優(yōu)勢，因而被廣泛用于對牙體結(jié)構(gòu)及根管形態(tài)的分析中[16-17]。在國外，顯微CT技術(shù)首先在古人類學(xué)領(lǐng)域用于測量RSA。Le等[18]利用顯微CT研究了古人類牙體模型，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Avizo軟件后進(jìn)行三維重建，得出牙體長度、RSA、牙根體積和根管體積等一系列數(shù)據(jù)。有研究者[19-21]通過顯微CT技術(shù)測量了根管的形態(tài)及根管壁的表面積，得到的結(jié)果雖然與前人的數(shù)據(jù)有一條的定差異，但這種差異可能源自顯微CT高分辨率導(dǎo)致的邊緣鋸齒效應(yīng)，通過適當(dāng)?shù)捻樆忍幚矸绞綉?yīng)該會使誤差有所減弱。

國內(nèi)學(xué)者在使用顯微CT技術(shù)測量牙體表面積方面也做出了一定的貢獻(xiàn)。顧永春等[22]利用顯微CT掃描體外恒牙，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件后進(jìn)行三維重建，研究了在不同順滑條件下RSA的變化。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)行大量表面順滑處理后，不僅牙體外形出現(xiàn)失真，RSA也有不同程度的降低。另外，CT本身產(chǎn)生的噪聲、偽影等對結(jié)果也會產(chǎn)生一定影響。如何在去除噪聲、偽影的同時保持牙體本身的原貌，還需要將該方法與其他方法進(jìn)行比對，確定一個最佳參數(shù)。

錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）作為口腔常用的檢查手段，與螺旋CT相比較，具有空間分辨率高、數(shù)據(jù)采集時間短和射線使用效率高等優(yōu)點(diǎn)。已有學(xué)者[23-27]通過CBCT結(jié)合Amira或Mimics等軟件三維重建計算髁突體積、表面積數(shù)據(jù)及牙根長度和體積數(shù)據(jù)。目前尚無法查及通過CBCT掃描牙體結(jié)合軟件計算獲得RSA的相關(guān)文獻(xiàn)。

另外由于部分牙根與牙槽骨之間的距離較窄，密度類似，所以當(dāng)使用CBCT掃描人體口腔和通過軟件重建牙體模型時，難以通過改變灰度閾值范圍將牙體與牙槽骨完整分離，只能通過人為擦除牙槽骨部分?jǐn)?shù)據(jù)重建牙體模型，從而增加了計算的難度及工作量。

3 小結(jié)

準(zhǔn)確測量牙周膜面積有利于醫(yī)生評價牙體，幫助患者擬定合理的治療方案。在測量RSA的多種方法中，質(zhì)量轉(zhuǎn)換法由于誤差較大，迄今已不再使用。成膜法作為前輩們測量牙周膜面積的標(biāo)準(zhǔn)方法，雖然有一定的局限性，但仍然可以作為參考標(biāo)準(zhǔn)。圖像分割法是目前臨床廣泛使用的檢查手段，在更好的方法成熟之前，仍然可以結(jié)合牙體平均數(shù)據(jù)指導(dǎo)臨床工作。

目前，三維掃描法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于全瓷冠的制作中[28-29]，但其對牙根數(shù)據(jù)的獲得需要體外牙體，導(dǎo)致難以在臨床中推廣，在科研中依然可以作為一個研究方向作進(jìn)一步的探討；通過CT掃描結(jié)合相關(guān)軟件三維重建測定RSA的技術(shù)雖不成熟，但CT掃描尤其是CBCT技術(shù)是口腔常見的無創(chuàng)檢查方法[30]，通過對具體方法步驟的進(jìn)一步探索必然可以作為測量牙周膜面積的合理方法在臨床上得到廣泛應(yīng)用。4 參考文獻(xiàn)

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（本文采編 王晴）

Research progress on root surface area measurement

Wang Tong, Wan Qianbing. (State Key Laboratory of Oral Diseases, Dept. of Prosthodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China)

This study was supported by the Sichuan Province Science and Technology Support Project(2014SZ0201, 2015SZ0078).

As a layer of dense connective tissues attached to the root surface, periodontal ligament performs numerous biological functions, such as supporting dentition and adjusting biting force. The accurate measurement of periodontal ligament area can help dentists perform the prognosis of teeth suffering from periodontitis and establish effective treatment plans for missing teeth. The measurement of root surface area is an alternative method to determine the periodontal ligament area. The root surface area can be measured by using various techniques, such as membrane technique, image segmentation, weight conversion, 3D laser scanning, and CT reconstruction and precision. This article aims to review the development of various methods used to measure root surface area and their advantages, disadvantages, and potential clinical applications.

periodontal ligament； root surface area； measurement method； 3D reconstruction

R 783.4

A

10.7518/gjkq.2016.04.025

2016-01-15；

2016-02-29

四川省科技支撐計劃（2014SZ0201，2015SZ0078）

王通，碩士，Email：512859040@qq.com

萬乾炳，教授，博士，Email：monqian@126.com