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定量磨损测量是一种在测量牙齿磨损进展方面越来越重要的方法。我们在这里描述了一个方案,其精度以及其评分者内部/评分者之间的精度,用于在中度至重度磨损患者中采集和叠加重复的 体内 扫描牙列,报告高度和体积测量值。
定量磨损测量对于测量牙齿磨损进展越来越感兴趣。然而,大多数关于定量磨损测量的研究都集中在模拟磨损或扫描石膏铸件上。已经开发了一种3D磨损分析(3DWA)协议,通过牙科临床医生可用的口腔内扫描仪分析 体内 牙齿磨损。本研究调查了3DWA协议通过最大高度损失(mm)和体积变化(mm3)测量磨损的精度。在 0-1 年、0-3 年和 0-5 年的间隔后分析了 55 名患者的观察性预期磨损数据,以确定磨损率,并选择方便样本来测试该方案在一次坐姿中扫描两次的牙列的精度以及其在 0-3 年和 0-5 年间隔的扫描中的评分者内和评分者之间的精度。使用口内扫描仪(IOS)进行扫描,并使用3D测量软件进行叠加。进行T检验以确定结构误差和随机误差,并计算修剪范围以解释误差。对于协议精度,高度的平均差为 0.015 mm (-0.002; 0.032, p = 0.076),体积的平均差为 -0.111 mm3 (-0.250; 0.023, p = 0.101)。重复测量误差为高度0.062 mm,体积重复测量误差为0.268 mm3 。高度测量足够精确,可以在 0-3 年或 0-5 年的间隔后测量磨损;然而,体积测量容易受到程序误差和操作员敏感性的影响。3DWA 方案足够精确,可以充分测量间隔至少 3 年后或严重磨损进展患者的牙齿高度损失,但它不适合测量体积变化。
牙齿磨损虽然不会危及生命,但会对患者的生活质量产生负面影响,包括生理和心理上1。它会影响咀嚼和美学功能,以及生活质量。撞击的严重程度取决于磨损的病因、进展和表现,并且可能因患者而异2.由于人类预期寿命延长、生活方式的改变以及人们保留天然牙齿的时间更长,预计未来牙齿磨损的影响将增加3。因此,诊断牙齿磨损和量化牙齿磨损的进展在提供患者护理方面越来越重要。
尽管测量牙齿磨损很重要,但关于牙齿磨损绝对量的体内定量数据很少。由于所使用的方法差异很大,关于牙齿磨损进展的结果往往是矛盾的。一些研究表明,生理磨损患者的进展率相对较低,据报道,每年的身高损失在 11 至 29 μm 之间,体积损失约为每年 0.04 μm3 4,5,6。在晚期牙齿磨损或现有的副功能习惯的情况下,发现进展率要高得多,每年在 68 到 140 μm 之间7,8,9。这些测量基于石膏铸件和石膏铸模,并使用不同的扫描和3D减法软件或显微镜进行。由于这些方法在牙科实践中不可用或实用,因此它们尚不适合用于临床护理。然而,口腔内3D扫描正在迅速普及,在速度和使用舒适性方面,患者和操作人员都具有优势,并且易于存储和数据共享10。3D数据也可用于定量磨损测量,其中牙齿或颌骨的扫描被叠加,并测量扫描之间的差异。这为测量牙齿材料在高度或体积上损失的进展提供了定量选项11,12。
在使用扫描仪检测和测量磨损时,关于精度(重复测量之间的一致性接近度)和准确性(测量量与其真实值之间的差异)的结果是可变的。据报道,定量磨损测量是一种耗时的方法,其精度和准确度通常未知或不足,尤其是在处理最小磨损时13,14。其他人报告说,口腔内扫描仪足够精确,可以检测和监测牙齿磨损,叠加参考区域(最佳拟合)和软件设置显着影响结果15,16。
已经使用了各种方法来找到最佳拟合:1)基于地标(如软组织,相邻的完整牙齿和牙槽过程)的地标对齐,2)使用软件进行标准最佳拟合对齐,最大限度地减少数据云之间的网格距离误差,或3)参考最佳拟合对齐,在操作员选择的区域上执行最佳拟合。已经发现,参考最佳拟合对齐具有最高的精度和准确度15,17。研究表明,当比较较小的结构(例如单齿)而不是全牙弓时,定量磨损测量的精度和准确性都会提高18,19。引入了两个使用3D扫描和定量磨损测量来监测磨损的自动化系统;一种已经在体外环境中对缩短的牙弓或单颗牙齿进行了测试,而另一种已经表明,与实验室扫描的铸件相比,体内可用于体积测量有一些希望20,21,22。这些关于准确性和精密度的研究大多基于扫描铸件或体外模拟磨损,因此不容易转化为临床结果。因此,找到一种临床上可行的方案,在体内口腔内扫描后进行定量磨损测量将是监测牙齿磨损的重要下一步15。
在荷兰奈梅亨的Radboud大学医学中心,已经开发了一种使用3D测量软件的3D磨损分析(3DWA)方案,以使用口腔内扫描仪测量中度至重度牙齿磨损患者的 体内 牙齿磨损。由于几乎不可能 测量体内精度,本文重点介绍确定3DWA协议的精度。特别是,本研究旨在1)描述扫描仪和扫描过程(采集)的精度,并通过在同一会话中叠加获得的同一牙列的两次扫描(协议精度)来叠加。此外,在以0-3年或0-5年间隔进行的扫描中,在测量高度(mm)和体积(mm 3)的磨损进展时,对3DWA协议进行了2)内部和3)评分者间精度的测试。在中度至重度磨损患者中进行口腔内扫描,并使用3DWA方案进行定量磨损测量。
为了测试具有不同类型培训的评分员之间的一致性,选择并培训了三名评分员。Rater 1是一名博士生,他接受了有关执行3DWA协议的广泛培训,并且在独立执行选定的重复测量之前具有1年的扫描分析经验。Rater 2是牙科理学硕士最后一年的学生,他得到了协议和软件程序的解释,此后独立执行协议。Rater 3是一名牙科硕士学生,她收到了协议,软件程序的解释和两次3小时的培训课程,之后她独立执行了重复测量的协议。评分者在分析前没有关于受试者的临床信息,除了扫描。扫描在由评分者以外的研究人员分析之前是匿名和编码的。在分析和测量牙齿磨损时,以前评分员的旧注释在软件分析之前被隐藏起来。来自不同评分者的测量结果最初保存在不同的文件中。
一组 55 名患者来自一项更大的前瞻性观察性研究,该研究涉及奈梅亨(荷兰)奈梅亨 Radboud 大学医学中心牙科系 Radboud 牙齿磨损项目牙齿磨损的进展。这些患者在入院、1 年召回、3 年召回和 5 年召回时进行扫描。计算来自 55 名患者的可用扫描的描述性统计数据,以身高 (mm) 和体积 (mm 3) 的 0-1 年、0-3 年和 0-5 年间隔后的牙齿磨损情况,以比较和解释牙齿磨损精度分析的结果临床相关性。
为了计算方案精度,从上述55名样本中随机选择两名患者,并要求允许在15分钟内扫描两次牙列,而不是在召回预约时扫描一次。然后,3DWA协议由评分员1执行。由于两个牙列的高度和体积测量次数很多(每个牙列的高度分别为65个,每个牙列的体积为16个),因此对于可靠地估计精度,这被认为是令人满意的。为了计算一个评分者(rater内:rater 1)内的精度,选择一名中度磨损的患者,并在1个月后重复。为了计算评分者之间的精度(评分者间:评分者1,2和3),选择了四名患者的便利样本,其中两名患者具有中度磨损进展,两名患者具有严重磨损进展。所选扫描之间的间隔为 3 年或 5 年。计算评分者之间的结果,将评分者 1 与评分者 2 以及评分者 1 与评分者 3 进行比较。
该协议获得了机构伦理批准(ABR代码:NL31401.091.10)。
注:以下步骤描述了 3DWA 协议。
图 1: 叠加和定量磨损测量步骤的可视化表示。这个数字是从K. Ning等人23修改的。 请点击此处查看此图的大图。
1. 收购
注:以下程序用于扫描牙列。
2. 叠加
注意:以下程序用于叠加和定量磨损测量。
3.定量磨损测量:高度
4. 定量磨损测量:体积
5. 统计分析
在数据分析过程中,测量了咬合面之间的最大高度差。对于臼齿,测量三个或四个尖点,对于前磨牙,测量两个尖点。对于上颌前牙,测量切口边缘和腭表面,对于下颌前牙,测量切口边缘。这导致每个牙列最多测量 65 个位置。咬合面体积的差异仅在后牙上测量,导致每个牙列最多观察 16 次。
排除了在超过75%的测量表面上修复的牙齿以及第三磨牙。在部分修复体的表面上,在牙齿材料上测量高度。明显由唾液淤积等伪影引起的高度差异要么被排除在表面之外,要么在表面的其他地方进行测量。排除表面或牙齿的其他原因是牙齿缺失,最佳拟合不足或数据不完整(扫描间隙大)。包括的牙齿和表面的负面结果(反向磨损或"生长",这在临床上是不可能的)不用于进一步的统计分析,除非在计算方案精度时,注意到阴性和阳性的差异。
表 1: 高度和体积的齿磨损测量精度分析结果。 请按此下载此表格。
精度:结构差异
方案精度数据在小提琴图中可视化(图2 和 表1)。评分者内部和评分者之间的精度数据在Bland Altman图中可视化(图3 和 表1)。对于身高,R1和R3之间存在统计学上的显着差异,这在临床上并不显着,从整个置信区间(ci)接近0可以看出。对于体积,重要的是要注意,对于评分者内部的精度,由于负面测量(例如,"生长")表明无法操作,因此必须从分析中排除50%的测量牙齿。
图 2:协议精度的 (A) 高度 (mm) 和 (B) 音量 (mm3) 的小提琴图。请点击此处查看此图的大图。
图 3:高度 (B-C) 和体积 (E-F) 的 (A,D) 内部评分者和 (B,C,E,F) 评分者间精度的平淡阿尔曼图。连续线表示均值差,虚线表示一致性限制。请点击此处查看此图的大图。
精度:随机误差
关于身高的DME,协议精度和评分者间精度的DME相似,评分者内部精度的DME要低得多。评分者间精度的相关性很高且相似,评分者内部精度的相关性非常高,并且无法计算方案精度。在查看DME和身高相关性时,训练似乎几乎没有影响。关于体积,方案精度、评分者间精度和评分者内精度结果之间存在很大差异。
为了解释表 1中描述的结构和随机差异,重要的是要知道中度至重度磨损患者多年后预期的高度和体积测量范围,如 表2所述。
表 2: 修剪范围来自以 0-1 年、0-3 年和 0-5 年间隔的较大磨损患者组,以及以修剪范围的百分比表示的平均差和 DME。 请按此下载此表格。
结果解读:
将身高结果与一组55名中度至重度牙齿磨损患者的修剪磨损范围进行比较,所有间隔和所有测试的结构差异(平均差)都很小。对于DME,所有测试的0-1-和0-3或0-5间隔之间存在很大差异,表明对于短间隔(有限的磨损进展),协议不够精确,但是,对于较长的间隔(或更高的磨损进展率),精度是足够的。
对于体积,除了比较评分者1和评分者3的结果外,所有区间的结构差异都很小。对于DME,所有测试的0-1-和0-3或0-5间隔之间存在很大差异。尽管方案精度结果良好,但操作员之间存在很大差异,异常值数量多,并且由于测量的"生长"而排除了许多牙齿,这表明该方案在体积方面的表现不佳,即使间隔较长也是如此。
协议精度和内精度之间的差异是由于方法的差异;为了计算方案精度,在同一会话中扫描牙齿。扫描之间没有磨损,因此具有出色的最佳贴合度。因此,高度的精度主要由唾液液滴和扫描粉末产生微小的尖峰决定,在测量表面上的最高点时会导致很大的高度差(图4)。为了计算评分者内部的一致性,扫描间隔为5年,导致磨损的存在增加了执行最佳拟合的难度。然而,仅测量磨损,并怀疑唾液/粉末残留或可能修复或喇叭形的区域(牙齿扫描边缘变形; 图5)避免了,从而提高了精度。
由于体积是针对整个咬合区域计算的,而不是通过局部测量计算的,因此在测量方案精度时,它受偶尔唾液液滴的影响要小于高度。预计内精度将低于体积的协议精度,因为它受到最佳拟合程序的影响,而最佳拟合程序又会因扫描之间的磨损而变得更加困难。这会影响牙齿的整个咬合区域,此外,与测量高度时相比,不能取消选择或忽略唾液、粉末、修复体和喇叭口的区域。然而,由于单个异常值降低了协议精度,评分者内精度和体积方案精度的结果相似。
在分析比较评分者 1 和评分者 2 的磨损进展高度数据时,很明显,对于身高,一组异常值可归因于两个因素:1) 使用 2D 比较方法(步骤 3.2)而不是 3D 比较(步骤 3.1)对磨损严重的牙齿进行测量,以及 2) 一组测量错误地对混合唾液进行了测量, 被评分员 2 误认为磨损(图 6)。因此,将数据分为3组并分别分析:"唾液","正常"和"2D比较"(图6A)。评分员3(训练)没有对混合唾液进行测量,证明训练在这方面是成功的(图6B)。
当比较评分者 1 的注释("正常")和手动 2D 测量(2D 比较)的高度时,"正常"测量的平均高度差为 0.132 毫米,N = 223,标准差为 0.112,范围:-0.001;0.847,2D 比较测量的平均高度差为 0.557 mm,N = 5,标准差为 0.160,范围:0.351;0.743,表示 2D 比较测量值处于更高的范围内,标准偏差高于正常测量值
图 4: 牙齿上没有磨损的唾液尖刺示例(切口黄色区域)和由伪影引起的磨损(舌蓝色区域表示牙结石爆发或去除)。 请点击此处查看此图的大图。
图 5: 中腭和颊尖裂缝(蓝色)和唾液尖(红橙色)中积聚的唾液示例。 请点击此处查看此图的大图。
图 6:用于测量高度变化的散点图,彩色点表示测量组("唾液"、"正常"和"二维比较")。请点击此处查看此图的大图。
关键步骤协议:
3DWA协议已被证明可以提供精确的高度测量,并具有出色的协议间和协议内。然而,对于体积测量,该方案不适合。决定采集和叠加精度的主要因素是扫描过程中的隔离和叠加时找到最佳拟合。如果齿没有改变,叠加是直截了当的,但随着磨损的进展,叠加变得越来越困难,特别是如果磨损不容易定位但涉及大部分表面。
在临床情况下,负面磨损(生长)可能被简单地忽略,就像本研究中所做的那样,因为这是一个不可能的结果。扫描误差,如唾液滴、粉末涂层的厚度或喇叭口,即使在不变的牙齿中也存在问题,并且可能并不总是容易检测到,从而导致测量误差。
方法的修改和故障排除
执行最佳拟合程序
当对磨损的牙齿执行最佳拟合程序时,均方根 (RMS) 值背后的算法将始终使网格中点之间的平均距离尽可能接近于零。在磨损进展的牙齿中,这可能导致磨损区域的距离缩短,而无磨损或磨损较少的区域增加。这将导致磨损表面的磨损被低估。由于这是一个具有中度至重度磨损的群体,因此与标准最佳拟合对齐相比,执行标准最佳拟合对齐,然后取消选择具有清晰磨损刻面的咬合区域并重复最佳拟合对齐几乎总是导致更好的拟合,这也得到了先前文献的支持15,17.重要的是,仅取消选择有磨损的咬合表面,以便尽可能多的冠状表面可用于最佳拟合程序,以下称为"基于参考的改良拟合技术"22。在这个群体中获得最佳拟合的困难解释了高度和体积测量之间的精度差异。如果最佳贴合程序导致不完美的对齐,这将相对影响牙齿的体积差异,而不是高度测量。此外,在高度测量中可以避免有唾液等伪影的位置,但在体积测量中则不能。
选择最高磨损点
尽管进行了培训,但仍有一些异常值,这是由多种因素引起的,例如由于解剖结构不明确,磨损或修复而导致的分歧,并且无法通过调整方案来预防。通过编辑描述磨损的色谱(显示为蓝色区域)实现了改进点。通过改变光谱,深蓝色磨损区域可以减少到最深的蓝色点,精确定位磨损量最大的位置,从而降低操作员选择最高磨损位置的灵敏度。
测量体积与测量高度
体积测量的精度不足以进行临床牙齿磨损测量。首先,这是由于上述关于最合适的问题。配合的轻微偏差会导致叠加的牙齿之间存在很大差异。其次,唾液、修复体、粉末和其他可能的伪影被软件测量为体积变化,尽管它们不是实际磨损。第三,体积变化表面的选择可能受到牙齿大小、形状和扫描表面的影响。第四,在填充孔或计算体积时,软件算法可能过于不精确,无法精确检测体积变化。由于体积变化的计算是在执行最佳拟合后自动完成的,因此体积测量的不精确性除了改进最佳拟合外,不会导致协议的修改。从理论上讲,体积变化测量更可取,因为体积变化不受单个数据点中的异常值或大部分区域因磨损而保持不变的影响,例如高度测量值 12,17。然而,体积变化取决于牙齿大小,在报告体积变化时应考虑这一点15。此外,高度测量可能有助于获得表面磨损过程的良好印象。对于未来的研究来说,专注于准确测量高度和体积变化以确定牙齿磨损进展的方法至关重要。
协议的优势和局限性
该协议基于可重复的椅旁方法;因此,这些发现转化为临床医生在寻找使用口内扫描仪监测磨损的方法时可以期待的结果。3DWA方案已被证明是精确的,此外,磨损进展较高和较低的患者(表2)的磨损水平与文献中发现的水平相似,表明准确性也很高4,5,7,8,9。
这些限制也是临床医生将面临的限制:与患者相关的因素,例如嘴巴张开有限,唾液或扫描粉末的存在(取决于扫描仪的类型),以及可能的扫描伪影或软件错误导致随机错误(表面水平为62μm),与严重牙齿磨损患者一年后的磨损量相比,这是相当可观的(每年68-140μm之间)或生理磨损每年约30μm的患者4,5,6,7,8,9。然而,当磨损范围增加时,重复测量误差变得不那么重要,无论是由于更长的间隔还是更严重和快速的牙齿磨损。其次,出于研究目的,可以重复测量以减少DME。第三,扫描仪和扫描系统不断修订和更新,精度预计未来只会提高,这为精确的高度和体积测量创造了更多的可能性。
尽管3DWA协议提供了有关牙齿磨损研究进展的有用和可靠的信息,但对于在标准临床护理中的应用来说,它可能仍然过于耗时且成本高昂。研究人员并不容易获得定量磨损测量所需的软件,更不用说牙科临床医生了10。比较完整的牙列可能需要 3 到 6 小时,具体取决于评分员的经验和磨损的严重程度。因此,作者认为,改善患者护理的重要下一步是这种经过验证的3DWA协议的自动化,这将使其更具时间和成本效益。也可以使用不同的方法,例如使用食齿而不是测量所有齿和牙尖来确定磨损的进展13。
该方法相对于现有/替代方法的重要性
与更常用的定量方法(如牙齿磨损指数 (TWI)、牙齿磨损评估系统 (TWES) 或基本糜烂磨损检查 (BEWE))相比,该协议提供了更多可量化、客观和精确的牙齿磨损进展数据24,25,26。这是首次在不使用实验室扫描仪或扫描印模来评估磨损的情况下对所有直接活体扫描进行的研究。在这项研究中,在测量身高时发现了足够的方案精度和出色的评分者内部精度。评分者之间只有轻微的差异,这不会导致患者被错误地诊断为具有稳定或进行性的中度至重度磨损。这种方法无法提供精确的体积变化测量,以前的研究认为这更可靠,并且,在该领域,需要进行更多的研究15。
确定的0.062 mm(随机误差或DME)的协议高度精度并不是尝试确定给定测量的协议精度时要考虑的唯一因素。系统误差最小,足以消除;但是,0.062 的随机误差是随机的,因此对于每次测量都不相同。这排除了存在最小精度的简单阈值。在具有许多重复测量的研究环境中,随机误差的影响很小。然而,在个体患者中,随机误差生效。0.062 毫米随机误差的重要性取决于身高损失的真实值表示病理性牙齿磨损。所选阈值与DME相结合,确定了在没有病理性牙齿磨损的情况下测量测量的机会,反之亦然。例如,对于个体患者,如果将每年 0.070 mm 的牙齿磨损阈值确定为病理性,并且每年 0.030 mm 的牙齿磨损被视为生理性,则 0.062 mm 的 DME 在真实值为 0.030 mm 时识别值高于 0.070 mm 的概率为 26%, 从而错误地将患者归类为具有病态磨损。但是,3年后,病理磨损的阈值将为0.210毫米。然后,如果真实值为 0.090 mm(每 3 年),则找到的值高于阈值的可能性仅为 2.6%。因此,建议在中度磨损患者中测量多年后的牙齿磨损,或者在较短的间隔内测量疑似进展较高的牙齿磨损,以精确确定个体磨损。
此外,很难将发现的精度与先前报告的值进行比较。尽管已经对扫描仪的精度和准确性进行了许多研究,但本研究中使用的特定技术,扫描全牙弓(这会降低精度)但比较单颗牙齿(这会提高精度),因此无法比较全牙弓和单牙的给定值18。在对牙齿磨损进展进行的研究中,报告的精度是基于模拟磨损的体外发现或使用激光或实验室扫描仪完成的,因此,很难与本研究的结果进行比较,并且在临床环境中不太相关6,14,17,20,21。
应用的重要性
总体而言,这些发现表明,口内扫描的定量磨损测量是量化高度磨损进展的一种可实现且精确的方法。结果似乎与操作员的经验和协议中的有限培训无关。这在研究中具有很大的优势,例如能够量化和监控磨损,并以数字方式将信息存储在主题记录中。该协议在临床实践中可用于牙齿磨损管理,以确定治疗方案、提高认识并改善以患者为中心的护理。虽然目前执行起来太耗时,但临床实践方案的修改版本,例如测量食指牙齿而不是全牙列,可以缓解这个问题,以及方案的自动化。这将是迈向未来的重要一步,作为标准护理的一部分,患者将定期接受扫描,软件诊断磨损进展的区域。
作者明确表示,与本文没有利益冲突。
这项研究部分由荷兰牙科杂志(Stichting Bevorder Tandheelkundige Kennis,NTVT BV)资助。
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Mobile True Definition Scanner | 3M | M06-6060 | Mobile Intra Oral Scanner |
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True Definition Scanner | 3M | M06-6000 | Intra Oral Scanner |
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