一种牙预备体质量评估的数字化方法
阅读说明：本技术 一种牙预备体质量评估的数字化方法 (Digital method for evaluating quality of dental preparation ) 是由 杨禾丰 李俊满 钱捷 殷毅 马丽娅 吴长云 于 2021-06-04 设计创作，主要内容包括：一种牙预备体质量评估的数字化方法,涉及牙预备体的聚合度和预备量测量及质量评估。包括：光学扫描头,保存信息文件；聚合度测量：导入牙预备体数据,划分模型颌面三等份,作颌面近中1/3、中向1/3、远中1/3的贯穿平面；作矩形,以其对角线测量角度得到中向1/3聚合度；同样地,测量近中1/3、远中1/3的聚合度。而预备量测量是：取预备体及对应的标准预备体导入软件,用不同颜色表示两者间预备量差距及测量差值构成比,修正预备体制备缺陷,提高牙体预备量的准确性。本发明全面、可重复性强、聚合度稳定,预备量评估准确,所制备预备体与标准预备体一致,并可指导教学评估。(A digitalized method for evaluating the quality of tooth preparation relates to the measurement of the polymerization degree and preparation of tooth preparation and the quality evaluation. The method comprises the following steps: an optical scanning head for storing information files; measurement of polymerization degree: importing dental preparation volume data, dividing three equal parts of a model maxillofacial region into three penetration planes of a maxillofacial region near center 1/3, a middle direction 1/3 and a far center 1/3; making a rectangle, and measuring an angle by a diagonal line of the rectangle to obtain the degree of polymerization of the mesoscopic 1/3; likewise, the degree of polymerization was measured for mesial 1/3 and distal 1/3. And the preparatory quantity measurement is as follows: the preparation body and the corresponding standard preparation body are taken and introduced into software, the preparation quantity difference and the measurement difference value composition ratio between the preparation body and the corresponding standard preparation body are represented by different colors, the preparation defect of the preparation body is corrected, and the accuracy of the preparation quantity of the tooth is improved. The invention has the advantages of comprehensiveness, strong repeatability, stable polymerization degree and accurate preparation amount evaluation, and the prepared preparation body is consistent with the standard preparation body and can guide teaching evaluation.)
技术领域
本发明属于口腔修复中牙体预备评估方法，具体涉及测量、待修复牙体的聚合度和预备量及质量评估。
背景技术
聚合度及牙体预备量是影响被修复牙体固位力和抗力的关键因素。对牙预备体的聚合度和预备量的质量评估是医生提高牙预备体质量的关键步骤。对聚合度的定量评估一直没有标准方法，包括目测、拍照、量角器等手工测量，这些测量所带来的不确定性直接影响到牙预备体的质量。Mays KA等通过E4D软件分析牙预备体的聚合度大小，与视觉评估的结果比较表明：目测评估聚合度大小误差明显较大。另一方面，目前测量牙预备体聚合度主要以近远中向和颊舌向的中间位置为标准位置，但基于牙预备体的聚合度是三维结构，以上位置的聚合度测量不能全面反映该面的聚合度情况，对聚合度测量的可重复性和稳定性并非理想，其标准差离散性较大导致了测量理论值与临床实践两者之间的差异。目前测量牙预备体预备量的主要方法为：重量分析法、体积分析法、游标卡尺和印模剖面测量并计量预备量；但存在显示不直观、无法对每个面进行具体的分析等，导致评估结果参考意义较小。
数字化技术在口腔修复的应用越来越普遍，在牙体预备领域已有初步应用。但目前的评估系统多存在价格昂贵，设备复杂，操作不便等问题，构建简单易用、易于推广的牙体预备数字化评估体系具有重要的现实意义。
以上术语：
聚合度指在固定修复进行牙体预备时，从一个给定平面上看，预备体两个相对的轴壁相交后形成的角度，其英文名称为convergence angle，CA。
预备量指去除部分牙体结构以使修复材料有足够的厚度，其英文名称为reduction。
发明内容
本发明旨在通过制备牙预备体质量评估的数字化方法，以期制备与标准预备体一致的待评估预备体，包括精确地测量牙预备体的聚合度、修正牙面上每个位置的预备量；该方法可定量分析待评估预备体与标准预备体之间的差异，数字化指导牙预备体的制备及教学评估。
该技术方案通过以下步骤实现，包括：
(1)连接计算机接口的、至少3个空间自由度及3个空间倾斜角，计有6 个活动度的光学扫描头，用该光学扫描头采集待评估预备体与标准预备体的三维空间信息；
其特征是：
(2)保存所采集的预备体三维空间信息为.stl文件，测量待评估预备体的聚合度和预备量；所述待评估预备体为学生手工制作的左侧下颌第一磨牙；其中：
(2.1)聚合度测量包括步骤：
a.将所述待评估预备体的.stl格式数据导入3D逆向工程软件Geomagic Wrap，去除多余云点，取得待评估预备体模型；
b.调整待评估预备体模型图为俯视图，用L1、L2将待评估预备体颌面三等份，分别作(I，J)线、(A，C)线和(K，L)线作为颌面近中1/3、中向1/3、远中1/3的贯穿平面；
其中，过(A，C)线为颌面贯穿平面所得到的截面为轴壁，设定G点、H 点为聚合度测量的龈向起点及E点、F点为聚合度测量的颌面向止点；
c.用软件的“矩形工具”分别作以G点、E点，H点、F点为对角点的矩形；在轴壁上拟合得到待评估预备体的矩形对角线最贴合的两条直线l1、l2，测量角度得到中向聚合度；
d.按步骤a～c测试中向聚合度3次，对比测量值的大小，评估测量值的稳定性和可重复性；
e.按步骤a～d，测量同一待评估预备体的近中1/3、远中1/3的聚合度，从而提高牙体聚合度的准确性；
(2.2)预备量测量包括步骤：
a.取学生制备的左侧下颌第一磨牙作为待评估预备体，并取对应于该磨牙的标准预备体；
b.将待评估预备体和标准预备体的.stl格式文件同时导入3D逆向软件 GeomagicControl X中，把标准预备体模型设定为参考模型，待评估预备体设定为测试模型；
c.将待评估预备体模型和标准预备体模型拟合后进行3D比较，用偏差色谱图中不同颜色表示待评估预备体与标准预备体之间预备量差距的范围；
d.用以上软件中的测量工具“面积测量”，分别测量拟合模型颊面、颌面、舌面、近中面、远中面不同距离的区间面积和牙面总面积，按公式(1)：
某牙面某差值区间面积构成比＝该牙面某差值区间面积/牙面总面积…(1)
计算不同距离区间面积占整个牙面面积的构成比；
e.分别测量3次0.5～1.0mm、-1.0～-0.5mm、-0.5～0.5mm、>1.0mm和 <-1.0mm四个差值区间面积，按(1)式计算差值区间面积构成比，在该过程中，修正待评估预备体的制备缺陷，以提高牙体预备量的准确性。
进一步，所述的方法是：所述(2.2)预备量测量之步骤c的偏差色谱图中不同颜色表示待评估预备体与标准预备体之间预备量差距的范围是：
以标准预备体表面为原点，正值代表正向远离标准预备体表面的距离，表示待评估预备体较标准预备体预备量不足，以暖色调表示；负值代表负向远离标准预备体表面的距离，表示待评估预备体较标准预备体预备量过多，以冷色调表示。
进一步，所述的方法是：所述(2.2)预备量测量之步骤c的编辑偏差色谱图，用不同颜色显示待评估预备体表面与标准预备体表面的距离范围：
编辑-0.5～0.5mm为绿色，代表待评估预备体表面较标准预备体预备过多或预备不足在0.5mm内；编辑0.5～1.0mm为红色，代表待评估预备体较标准预备体预备量不足在0.5～1.0mm范围内；编辑>1.0mm为黑色，代表待评估预备体较标准预备体预备量不足超过1.0mm；编辑-1.0～-0.5mm为蓝色，代表待评估预备体较标准预备体预备量过多在0.5～1.0mm范围内；编辑<-1.0mm为紫色，代表待评估预备体较标准预备体预备量过多超过1.0mm。
进一步，所述的方法是：(2.2)预备量测量步骤d是：对该牙颌面-0.5～0.5mm、 0.5～1.0mm、-1.0～-0.5mm、>1.0mm和<-1.0mm五个差值区间的面积分别测量3 次，按(1)式计算差值区间面积构成比，在该过程中修正测试牙体预备量的制备缺陷。
本发明牙预备体数字化测量，操作可重复性强，结果稳定，可以得到高精度的扫描模型、稳定的聚合度数值；对预备量的评估可以具体到每一个面，定性、定量分析每一个位置预备量的情况。具体是：
(1)本发明与现有技术对同一颗左下第一磨牙(36)颌面之聚合度测量对比。
左下第一磨牙(36)在测量牙聚合度中具有一般代表性是临床教学中聚合度和预备量的主要模拟对象。对同一颗左下第一磨牙(36)颊舌向(buccolingual， BL)和近远中向(mesiodistal，MD)近中1/3、中1/3、远中1/3的聚合度分别进行3次测量，获得聚合度的精确数值，计算平均值和标准差，结果如表1所示。本发明BL近1/3、中1/3、远1/3与MD近1/3、中1/3、远1/3两者聚合度，各标准差均<0.5，与传统方法(表2)位于牙面中点截面的标准差<0.5相比较，本发明(表1)近、中、远3个聚合度的测量截面的聚合度标准差<0.5，两者一致。传统方法以中1/2聚合度大小代表整个牙预备体聚合度，而本发明表明，同一个方向近1/3、远1/3的聚合度相差>5°，可见传统方法以中1/2聚合度大小代表整个牙预备体聚合度不能准确全面地反映预备体的聚合度。与传统方法相比，本发明通过测量BL近1/3、中1/3、远1/3与MD近1/3、中1/3、远1/3两者聚合度，使聚合度评估更全面、提高了的准确性。两者对比测量结果如下表1、2所示：
表1.本发明对左下第一磨牙(36)BL和MD三个位置聚合度3次测量结果统计
说明：以上聚合度单位为“°”。
表2传统方法对左下第一磨牙(36)BL和MD中1/3聚合度3次测量结果统计
说明：以上聚合度单位为“°”。
(2)本发明对同一颗左下第一磨牙(36)颌面之预备量测量
2.1本发明预备量测量结果及比较
对左下第一磨牙待评估预备体与标准预备体颌面预备量的-0.5～0.5mm差值区间、0.5～1.0mm差值区间、-1.0～-0.5mm差值区间、>1.0mm差值区间、<-1.0mm 差值区间面积分别测量3次，不同差值区间面积如表2所示，3次测量标准差依次为：0.65mm2、0.35mm2、0.08mm2、0.24mm2、0mm2(表3)。
表3左下第一磨牙颌面预备量不同差值区间面积3次测量结果统计(mm2)
2.2本发明预备量评估测量误差分析结果
将同一颗树脂牙扫描5次，以0-1为参照，分别将0～2、0～3、0～4、0～ 5的.stl文件与0～1的.stl拟合后进行3D分析，得到4个色谱图分析报告，统计结果如下(表4)。4次拟合后模型间未重合距离的均值±标准差为： -0.1475±0.0447mm～0.156±0.06mm。
表4同一树脂牙以第一次扫描件为对照的4次拟合结果统计表(mm)
本发明具有如下积极效果:
本发明通过高精度的扫描模型获得3D空间360°旋转的全方位影像，该影像直观地展示待评估牙预备体模型。以该模型，划分待评估预备体颌面为3等份，作颌面BL近中1/3、中向1/3、远中1/3的贯穿平面，分别测量每个面的聚合度大小，得到精确、稳定的聚合度。本发明以上聚合度测量方法，利用Geomagic Control X从三维方向上分析预备体，通过不同颜色显示待评估预备体与标准预备体之间的不同距离差值及面积测量，准确地定量对比每个面的每个区域和位置的预备量离差值，为牙体修复取得客观参数。本发明改善了以中1/2聚合度大小代表整个牙预备体聚合度使片面的情况，通过测量BL近1/3、中1/3、远1/3与 MD近1/3、中1/3、远1/3两者聚合度，更全面地评估聚合度。
本发明在牙体预备的教学过程中，以某一颗待修复牙的聚合度和预备量为指标，评价教学该批学生的统计数据，学生可以及时、直观对比自己所完成的预备体预备量与标准预备体预备量之间的差距，反思自己的预备量水平，提高临床技术。同时，计算机教学能够节省反馈时间，通过及时评价，纠正学生操作，提高教学质量和效率。
附图说明
图1是3shape Trios光学扫描设备，包括待评估牙信息捕捉的光学扫描头①和对该信息整合分析的计算机终端②。
图2是传统方法以三维空间XY平面坐标将左侧下颌第一磨牙作为待评估预备体模型视图调整为俯视图的预备体。其中，A点、C点分别是颌面边缘颊侧、舌侧的中点。
图3是本发明以三维空间XY平面坐标将左侧下颌第一磨牙作为待评估预备体模型视图调整为俯视图。其中，L1、L2将预备体颌面三等分，(I，J)、(A，C) 和(K，L)线分别是颌面近中1/3、中1/3、远中1/3边缘颊侧、舌侧的中点线，过I点、J点，A点、C点，K点、L点的(I，J)、(A，C)和(K，L)线可分别作颌面近中1/3、中1/3、远中1/3的贯穿平面。
图4是过A点、C点为颌面贯穿平面所得到的待评估预备体模型截面，它通过转化图2而得到二维图像。其中，G点、H点是聚合度测量的龈向起点，E 点、F点是聚合度测量的颌面向止点；G点、E点，F点、H点之间①为预备体的轴壁。
图5是通过软件的“矩形工具”在待评估预备体二维平面图像上分别作以G 点、E点，H点、F点为对角点的矩形；L1、L2是通过最佳拟合所得到的该预备体的轴壁与矩形对角线最贴合的两条直线。
图6是Geomagic Control X软件中打开的左侧下颌第一磨牙待评估预备体模型①和标准预备体模型②。
图7是待评估预备体模型①与标准预备体模型②拟合后进行3D比较得到3D 分析模型。其中，②是偏差色谱图的编辑界面，①是编辑完成后的3D模型分析图。通过面积选择工具，选择3D分析模型上不同颜色区域的面积并测量之。
图8是本发明方法的技术路线图。
图9是本发明方法的实例2的技术路线图。
以下结合
具体实施方式
进一步说明本发明，具体实施方式的实例包括但不限制本发明的保护范围。
具体实施方式：
(一)以左侧下颌第一磨牙树脂牙为实例的聚合度和预备量的实例
实例1：
(1)按照烤瓷全冠的预备要求，采用3shape Trios光学扫描头采集左侧下颌第一磨牙树脂牙作为待评估牙预备体三维空间信息，并采集对应的左侧下颌第一磨牙树脂牙标准预备体标准三维空间信息，保存为.stl文件；扫描后编辑、保存为.stl文件；
(2)测量待评估牙预备体的聚合度和预备量；其中：
(2.1)聚合度测量包括以下步骤：
a.将所述待修复牙预备体的.stl格式数据导入3D逆向工程软件Geomagic Wrap，去除多余云点，取得待评估预备体模型；
b.调整待评估预备体模型图为俯视图，用L1、L2将待评估预备体颌面三等份，分别作(I，J)线、(A，C)线和(K，L)线作为颌面近中1/3、中向1/3、远中1/3的贯穿平面；
其中，过(A，C)线为颌面贯穿平面所得到的截面为轴壁，设定G点、H 点为聚合度测量的龈向起点及E点、F点为聚合度测量的颌面向止点；
c.用软件的“矩形工具”分别作以G点、E点，H点、F点为对角点的矩形；在轴壁上拟合得到待评估预备体的矩形对角线最贴合的两条直线l1、l2，测量角度得到中向聚合度；
d.按步骤a～c测试中向聚合度3次，对比测量值的大小，评估测量值的稳定性和可重复性；
e.按步骤a～d，测量同一待评估预备体的近中1/3、远中1/3的聚合度；
f.根据所测量的3个聚合度的测度值评估左侧下颌第一磨牙。
(2.2)预备量测量：
a.取步骤(2.1)f所制备的左侧下颌第一磨牙作为待修复牙预备体，并取对应该磨牙的标准预备体；
b.将待评估预备体和标准预备体的.stl格式文件同时导入3D逆向软件GeomagicControl X中，设定：标准预备体模型为参考模型、待评估预备体为测试模型；
c.将待评估预备体模型和标准预备体模型拟合后进行3D比较，用偏差色谱图中不同颜色表示待评估预备体与标准预备体之间预备量差距的范围；
d.用以上软件中的测量工具“面积测量”，分别测量拟合模型颊面、颌面、舌面、近中面、远中面不同距离的区间面积和牙面总面积，按公式(1)：
某牙面某差值区间面积构成比＝该牙面某差值区间面积/牙面总面积…(1)
计算不同距离区间面积占整个牙面面积的构成比；
e.分别测量3次0.5～1.0mm、-1.0～-0.5mm、>1.0mm和<-1.0mm四个差值区间面积，按(1)式计算差值区间面积构成比；根据测量值，修正待评估预备体的缺陷。
实例2：
在以上实例1的(2.2)预备量测量之步骤c偏差色谱图中，不同颜色表示待评估牙预备体与标准牙预备体之间预备量差距的范围是：
以标准预备体表面为原点，正值代表正向远离标准预备体表面的距离，表示待评估预备体较标准预备体预备量不足，以暖色调表示；负值代表负向远离标准预备体表面的距离，表示待评估预备体较标准预备体预备量过多，以冷色调表示。
实例3：
在以上实例1的(2.2)预备量测量之步骤c编辑偏差色谱图中，用不同颜色显示待评估预备体表面与标准预备体表面的距离范围，其中：
编辑-0.5～0.5mm为绿色，代表待评估预备体表面较标准预备体预备过多或预备不足在0.5mm内；
编辑0.5～1.0mm为红色，代表待评估预备体较标准预备体预备量不足在 0.5～1.0mm范围内；
编辑>1.0mm为黑色，代表待评估预备体较标准预备体预备量不足超过 1.0mm；
编辑-1.0～-0.5mm为蓝色，代表待评估预备体较标准预备体预备量过多在0.5～1.0mm范围内；
编辑<-1.0mm为紫色，代表待评估预备体较标准预备体预备量过多超过 1.0mm。
实例4：
在以上实例1的(2.2)预备量测量步骤d是：对该牙面-0.5～0.5mm、0.5～1.0mm、 -1.0～-0.5mm、>1.0mm和<-1.0mm五个差值区间的面积分别测量3次，按(1) 式计算差值区间面积构成比，根据该构成比，修正测试牙体预备量的制备缺陷。
(二)以教学为实例的聚合度和预备量评估的实例
用以上数字化方法对昆明医科大学已完成牙体预备所有课程的口腔专业 2014级学生所制备的左侧下颌第一磨牙预备体进行定量评估。如图7流程图和图8技术操作路线所示。学生分成两组各20人，其中，本发明方法为对照组、传统方法为实验组，并根据计算机反馈进行教学评估。
(1)聚合度评估结果
两组学生以测量1、测量2、测量3、测量4分别制备牙预备体，其聚合度的测度值在实验组和对照组之间没有明显差异(p>0.05)。虽然实验组和对照组制备的牙预备体聚合度都有不同程度的降低，但实验组颊舌向聚合度均值呈依次递减的规律性减小，且测量4较测量1的减小具有统计学意义(p<0.05)；而对照组较为稳定。
表5实验组、对照组学生制备的预备体CA均值(°)(n＝20))测量结果
*vs测量p<0.05
(2)预备量评估结果
测量1、测量2、测量3、测量4，待评估预备体与标准预备体不同差值区间(-0.2～0.2mm、-0.5～-0.2mm、0.2～0.5mm、<-0.5mm、>0.5mm)的面积构成比均值，实验组和对照组之间没有明显差异(p>0.05)。
培训后，实验组舌面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.5～-0.2mm的面积构成比明显增大(p<0.05)，差值区间为0.2～0.5mm、>0.5mm 的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。近中面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.5～-0.2mm、<-0.5mm的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为0.2～0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。远中面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.5～-0.2mm的面积构成比明显增大 (p<0.05)；差值区间为0.2～0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。颊面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.2～0.2mm的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为<-0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小 (p<0.05)。颌面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.2～0.2mm、 -0.5～-0.2mm、0.2～0.5mm的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为 <-0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。
培训后，对照组舌面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为 -0.5～-0.2mm、<-0.5mm的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为-0.2～0.2mm、 0.2～0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。近中面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.5～-0.2mm的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为0.2～0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。远中面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.5～-0.2mm、<-0.5mm的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为0.2～0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。颊面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为-0.5～-0.2mm 的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为0.2～0.5mm、>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。颌面待评估预备体与标准预备体预备量差值区间为 -0.2～0.2mm、-0.5～-0.2mm、0.2～0.5mm的面积构成比明显增大(p<0.05)；差值区间为>0.5mm的面积构成比均值明显减小(p<0.05)。
表6实验组、对照组学生制备预备体的预备量差值区间面积构成比均值统计(％) (n＝20))
*实验组vs.对照组p<0.05
vs.test1 p<0.05
·-0.5～-0.2mm vs.0.2～0.5mm p<0.05
◆<-0.5mm vs.>0.5mm p<0.05。
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