牙根表面积测量方法的研究进展

王通 万乾炳

口腔疾病研究国家重点实验室 华西口腔医院修复科（四川大学） 成都 610041

牙根表面积测量方法的研究进展

王通 万乾炳

口腔疾病研究国家重点实验室 华西口腔医院修复科（四川大学） 成都 610041

牙周膜作为附着在牙根表面的一层致密结缔组织，具有支持稳固牙列和调节咀嚼压力等重要功能。准确测定牙周膜面积有助于临床医生评估牙周炎患者的牙体预后，或制定牙体缺失后的修复方案。测定牙根表面积（RSA）作为测量牙周膜面积的常用替代方法，具有成膜法、图像分割法、质量转换法、牙根三维扫描法和CT三维重建法等多种测量方法，测量精度高等优点，因此，本文就RSA测定方法发展史和RSA的具体测量方法及RSA测量在临床上的应用等研究进展作一综述。

牙周膜； 牙根表面积； 测量方法； 三维重建

牙周膜作为附着在牙根表面的一层致密结缔组织，是连接牙根及牙槽骨的重要媒介，具有支持稳固牙列和调节咀嚼压力等重要功能。当牙周组织受到创伤刺激或炎症侵袭时，会出现牙龈退缩、牙槽骨吸收、牙周膜面积减小以及牙周膜对牙体的支持作用下降等问题，导致牙体松动甚至脱落[1]。当设计固定义齿修复牙体缺失时，基牙的选择需遵从Ante定律：即基牙牙周膜面积的总和应大于或等于缺失牙牙周膜面积的总和。若基牙牙周膜面积较小，在制定修复方案时可考虑增加基牙数目或改变修复方式[2-3]。由此可见，准确测定牙周膜面积对医生了解患者牙周状况，制定最优治疗方案具有重要的意义；然而牙周膜作为一层软组织，不仅难以在大多数影像学检查中显影，而且在牙体拔除时也极易被撕裂破坏，进一步增加了测量牙周膜面积的难度。牙周膜紧密附着于牙根表面，通过测量牙根表面积（root surface area，RSA），可间接得到牙周膜面积。

1 牙根表面积测量方法发展史

测量RSA的文献最早可追溯至1940年，较早的文献显示其有3种方法：成膜法、图像分割法和质量转换法。其中，成膜法和质量转换法方法简单，结果较为准确，成为测量RSA的经典方法，相关测量数据至今依然被广泛采用[4]。进入到21世纪，随着科学技术的进步，激光扫描及计算机辅助设计技术逐渐成熟、CT扫描在口腔临床中得到了广泛的应用，牙根的三维扫描及CT重建等新技术新方法也逐渐应用于RSA的测量中，成为目前研究的热点领域。

2 牙根表面积的测量方法

2.1 成膜法

成膜法是测量RSA最早，应用最广泛的一种方法。其具体步骤是在体外牙的牙根表面覆盖一层膜，使膜与牙根完全密合，待膜物理性质稳定后将其完整剥离，通过计算膜的表面积来反应RSA。这种方法较为简单，成膜材料也多种多样，既有锡箔纸等硬质材料，也有聚氯乙烯、醋酸乙烯酯和聚乙烯醇等化学成膜剂。

Yamamoto等[5]将涂布有甘油（俗称凡士林）的牙根表面浸泡于乙酸乙烯酯溶液中，随后涂布α-氰基丙烯酸酯单体使其成膜。上述过程重复3次以使膜性质稳定，再使用标准圆柱体作为对照以保证膜本身的精度。吴仲恺等[6]采用类似的方法，利用聚乙烯醇在高温条件下溶于水的特点，将聚乙烯醇溶液涂布牙根表面，静置干燥后去掉釉质牙本质界冠方涂膜，最后将聚乙烯醇膜剥离，对膜进行扫描，将数据导入计算机并用Photoshop及Scion Image软件分析膜的面积。结果表明，该方法的精度较为理想。

成膜法虽然简单常用，但仍存在诸多不足。一是该方法需使用体外牙作为测量对象，从而限制其在临床工作中的应用。二是锡箔纸等硬质膜难以将牙根紧密覆盖，存在误差。三是聚乙烯醇等化学成膜剂最佳配方还需进一步研究：如聚乙烯醇溶液的浓度对测量结果有一定影响，质量浓度过小，成膜后韧性较大，在剥离时极易破损和变形；而质量浓度过大时，形成的膜厚度较大，多根牙根分叉区域的表面积难以精确测量。

2.2 图像分割法

图像分割法主要利用X线投照或普通摄影方法将牙根分区或分层，分别计算每层的表面积，而后累加得到总表面积。X线检查作为较早进入口腔临床中的检查方式，虽然只是作为估计RSA的方法，但依有大量研究者为了提高测量数据的精确度而努力。

Chen等[7]假设牙根横截面为对称的椭圆形，通过改变X线投射角度计算得到牙根唇舌径及近远中径，进而得到该椭圆截面的周长，然后将不同截面周长乘以层厚并求和即为所求面积。该方法仅限于单根牙的表面积计算，而且计算过程复杂。另外釉质牙本质界在牙颈部为唇舌面突向冠方，邻面突向根方的是曲面而非平面，该部分RSA难以准确测量。

Mowry等[8]将下颌尖牙和前磨牙的牙根分成近远中面和唇颊面并用铅笔标出各面之间的边界，通过对牙根表面摄影得到两相邻面的面积，将两面面积求和后乘以2得到牙根总面积。这种方法需要人为标出各面之间的边界，有一定的主观性，且牙根表面作为一个曲面，摄影后得到的二维面积会小于实际表面积，摄影角度也会影响RSA的计算结果。

Pan等[9]利用X线在通过不同厚度物体时发生衰减不同这种性质，对单根牙进行X线照射，将牙体垂直于牙体长轴分层后，计算每层各像素点X线的衰减率，根据衰减公式可得到牙体在该点的厚度，将该层各点的厚度导入计算机，可得到此层周长等数据，再将各层周长的累加值乘以层厚即可得到牙根总的表面积；但是健康牙体的牙骨质和牙髓组织密度各不相同，或者虽为同种组织密度但分布不均匀，这些因素都会严重影响该像素点对X线的透射率，导致所得出的数据与实际情况存在一定差异。

成膜法、图像分割法在计算RSA时都需使用体外牙，因此，难以在临床中得到推广。单根牙体RSA的估算还可以采用直接口内X线投照法进行粗略估计。田雨等[10]利用X线分角线投照技术在拔牙前对单根牙体摄片，将牙根按照一定高度分段。假设每段均为圆柱体，测量各段牙根在X线片中的直径，将各段周长乘以高度相加后得到总RSA。这种方法虽然误差较大，但使用方便，患者容易接受，而且无论单根牙或多根牙均可以使用。有鉴于此，目前该方法在临床诊疗过程中得到了广泛应用。

2.3 质量转换法

质量转换法是指在牙根表面覆盖一层密度均一的气体或附着剂，得到增加的质量，根据附着剂的厚度、密度等信息可以将增加的质量转换为附着面积。如有学者在统计国内不同牙体的牙周膜面积时即采用凃蜡法计算RSA，这种方法的问题是石蜡附着的厚度不宜控制，且石蜡本身密度难以保证均匀一致，这使结论的可靠性受到了一定的质疑。

Luthra等[11]将苯蒸汽单层吸附于牙根石膏模型表面，准确称取牙根模型增加的质量，与已知表面积的标准石膏模型增加质量比对得到牙根模型的表面积。这种方法误差仍然较大，一方面在于翻制出的牙根石膏模型与原始牙根相比较有一定的体积和表面积的变化；另一方面苯分子难以保证在石膏表面的单层吸附，且气体容易进入石膏模型内部空隙。

分光光度计法作为质量转换法的简单变换，也可以测量RSA。该方法是在牙根表面均匀涂布有色物质，用溶剂将该物质完全洗净并收集，再用分光光度计测定溶液吸光度的变化，将变化值与标准模型进行比对从而间接得到RSA。

Klock等[12]在模拟附着丧失对RSA的影响时，分别将CuCl2及CoCl2溶液刷到附着丧失牙根表面及附着完好牙根表面，经蒸馏水漂洗及磁力搅拌后洗去附着牙根表面的CuCl2及CoCl2，通过原子吸收分光光度计分别测定Cu离子和Co离子含量，并与标准有机玻璃棒附着的CuCl2及CoCl2比对，可得到RSA及附着丧失对RSA的影响。此种方法不仅要求牙根表面必须平滑，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，导致溶液的厚度、密度不均，从而产生误差。

2.4 牙根三维扫描法

三维扫描作为扫描物体轮廓的常用方法，广泛应用于机械和医疗等领域。接触式扫描作为早期探究表面形状的工具，也可用于RSA的计算。Chen等[13]将单根牙体牙根截断后用金属和蜡固定，通过三维探针扫描装置扫描牙根轮廓，将结果输入到计算机辅助设计和计算机辅助制造软件中，计算得到截断后剩余牙根的表面积。这种方法需要将牙根截断，会损失一些牙根组织。另外探针扫描速度较慢，探针寿命低，扫描精度也不尽理想，这种方法也很快被更加先进的技术取而代之。

随着激光技术的发展，激光扫描的高精度在口腔修复领域得到了极大的应用，在扫描牙体方面，包括牙冠预备体及牙根表面有着独特的精度优势。田雨等[10]在牙体拔除后利用三维牙颌模型激光扫描仪对单根牙翻制出的超硬石膏模型进行扫描，三维重建后将其转移至计算机辅助设计和计算机辅助制造软件测量表面积，再将其结果与拔牙前所摄X线片中得到的结果进行比对，结果显示两者无明显差异。三维激光扫描在分析单根牙的牙根数据时精确度较高，但对于多根牙，其牙根分叉大，多根之间聚合度不同，且牙根表面经常变异产生深的凹陷或融合根，这些情况都会导致激光扫描过程中出现扫描不全或精度下降等问题，影响测量结果。

2.5 CT三维重建法

CT的出现使得人们可以在不破坏物体结构的条件下获得其内部信息，CT的这一特性在研究人体内部结构方面起着非常大的作用。在CT广泛用于口腔检查前，在古人类学领域，许多学者已经利用CT技术研究不同物种的牙体差异。

有研究者[14-15]利用高分辨率CT扫描层厚为1 mm、层间隔为0.5 mm的大猩猩、黑猩猩以及尼安德特人和现代人的牙列，将扫描数据导入Amira 或Avizo软件进行三维重建，比较各物种牙根形态，计算得到RSA的变化。相关文献没有将CT扫描与其余RSA的测量方法进行比较，因此无法说明CT扫描本身的精确度；另外，高分辨率CT具有体积庞大和对组织放射量较大等缺点，这使其难以广泛应用于口腔诊疗过程。

显微CT技术出现后，由于其极高的分辨率，使其在牙体扫描中有着独特的优势，因而被广泛用于对牙体结构及根管形态的分析中[16-17]。在国外，显微CT技术首先在古人类学领域用于测量RSA。Le等[18]利用显微CT研究了古人类牙体模型，将数据导入Avizo软件后进行三维重建，得出牙体长度、RSA、牙根体积和根管体积等一系列数据。有研究者[19-21]通过显微CT技术测量了根管的形态及根管壁的表面积，得到的结果虽然与前人的数据有一条的定差异，但这种差异可能源自显微CT高分辨率导致的边缘锯齿效应，通过适当的顺滑等处理方式应该会使误差有所减弱。

国内学者在使用显微CT技术测量牙体表面积方面也做出了一定的贡献。顾永春等[22]利用显微CT扫描体外恒牙，将数据导入Mimics软件后进行三维重建，研究了在不同顺滑条件下RSA的变化。结果表明，当进行大量表面顺滑处理后，不仅牙体外形出现失真，RSA也有不同程度的降低。另外，CT本身产生的噪声、伪影等对结果也会产生一定影响。如何在去除噪声、伪影的同时保持牙体本身的原貌，还需要将该方法与其他方法进行比对，确定一个最佳参数。

锥形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）作为口腔常用的检查手段，与螺旋CT相比较，具有空间分辨率高、数据采集时间短和射线使用效率高等优点。已有学者[23-27]通过CBCT结合Amira或Mimics等软件三维重建计算髁突体积、表面积数据及牙根长度和体积数据。目前尚无法查及通过CBCT扫描牙体结合软件计算获得RSA的相关文献。

另外由于部分牙根与牙槽骨之间的距离较窄，密度类似，所以当使用CBCT扫描人体口腔和通过软件重建牙体模型时，难以通过改变灰度阈值范围将牙体与牙槽骨完整分离，只能通过人为擦除牙槽骨部分数据重建牙体模型，从而增加了计算的难度及工作量。

3 小结

准确测量牙周膜面积有利于医生评价牙体，帮助患者拟定合理的治疗方案。在测量RSA的多种方法中，质量转换法由于误差较大，迄今已不再使用。成膜法作为前辈们测量牙周膜面积的标准方法，虽然有一定的局限性，但仍然可以作为参考标准。图像分割法是目前临床广泛使用的检查手段，在更好的方法成熟之前，仍然可以结合牙体平均数据指导临床工作。

目前，三维扫描法已经广泛应用于全瓷冠的制作中[28-29]，但其对牙根数据的获得需要体外牙体，导致难以在临床中推广，在科研中依然可以作为一个研究方向作进一步的探讨；通过CT扫描结合相关软件三维重建测定RSA的技术虽不成熟，但CT扫描尤其是CBCT技术是口腔常见的无创检查方法[30]，通过对具体方法步骤的进一步探索必然可以作为测量牙周膜面积的合理方法在临床上得到广泛应用。4 参考文献

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（本文采编 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

四川省科技支撑计划（2014SZ0201，2015SZ0078）

王通，硕士，Email：512859040@qq.com

万乾炳，教授，博士，Email：monqian@126.com