牙弓形态对牙科全景X射线摄影的影响研究*

何佳杰 王炉意

牙弓形态对牙科全景X射线摄影的影响研究*

何佳杰①王炉意①

分析研究牙科全景X射线摄影原理，以及牙弓形态对全景摄影的影响，提出优化设计的主要指导原则，提高其图像质量。分析全球人群的牙弓形态特征参数，对特定的全景摄影运动轨迹进行优化。牙科全景X射线摄影成像效果有诸多影响因素，断层曲线的设计对设备成像会产生决定性影响，尤其是对尖牙部分。优化断层曲线设计可缩小水平垂直放大倍率变化范围，减少几何失真和牙齿重叠。

牙科全景X射线摄影；牙弓形态；断层

何佳杰，男，(1977- )，硕士，工程师。杭州美诺瓦医疗科技有限公司研发部，从事医用影像技术及设备的研制工作。研究方向：数字化牙科全景X射线摄影系统。

牙科全景X射线摄影是通过特定的X射线摄影生成面部结构照片的过程，其面部结构特征同时包括上颌和下颌牙弓及周边相关组织结构[1]。牙科全景摄影在医疗诊断中的应用越来越广泛，其可为牙科疾病、牙齿矫形以及牙槽骨、颞颌关节的骨病等多种疾病提供重要的信息；并且对幼儿乳牙、恒牙交替、龋齿、上下颌骨囊肿或肿瘤及上下颌骨骨折等具有较好的诊断价值。

1 全景X射线摄影

全景X射线摄影的最初形式中只存在1个旋转中心，围绕患者旋转。由于牙弓并非是完全圆形，导致牙齿在成像过程中失真严重。通过改进设计，采用两个旋转中心将旋转中心设计在脸颊两侧，通过两次摄影且中线拼合，产生更为精确的全景断层X射线影像。然而，研究表明，牙弓的结构呈马蹄形可划分为3段区域：两侧颊段和前牙段，3段区域以两侧第一双尖牙为分界各呈圆弧状[3-6]。因此，进一步设计三旋转中心结构，使其更趋近于牙齿的实际形状，所产生的图像失真较小(如图1所示)。

图1 三旋转中心曲面断层装置

现代的全景X射线摄影设备采用的原理无固定的旋转中心。取而代之的是X射线源在一个椭圆形的轨迹上连续移动模拟牙弓的形状。由于可以调节椭圆大小来符合患者的牙弓，得到的X射线片是一张连续的并相对恒定的水平和垂直倍率的颌骨图像[1]。

目前，随着数字技术的发展，采用电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)技术的数字全景机逐步进入市场并替代了胶片全景机，完成了模拟到数字系统的转换。全景X射线摄影系统是数字化X射线牙科机。与X射线牙科机相比，其可对人体颌面部进行全景成像，显示牙齿、上下颌骨及其周围骨性组织的情况，影像质量得到极大提高，对微小病灶检出率高。数字X射线摄影可减少患者的辐射剂量，并且通过操控和放大底片上的感兴趣区域可提高诊断率[7]。随着数字控制和感应技术的发展，X射线源的运动轨迹越来越精准，牙弓感应的应用使得运动轨迹的设定更为智能化。

2 全景断层与牙弓形态的研究

研究表明，人体的牙弓形态大致分为3种：尖圆形、卵圆形和方圆形[8-9]。Noroozi等[9]指出，牙弓的主要四大影响因素为：磨牙宽度(Wm)、磨牙深度(Dm)、尖牙宽度(Wc)和尖牙深度(Dc)；建议用(Wc/ Wm)×(Dc/Dm)来区分三种弓形(如图2所示)。

图2 牙弓形态与相应变量

相关研究表明，中国人正常的牙弓形态以卵圆形最多，其次为方圆形牙弓[10]。虽然我国男性与女性的牙弓形态相似，但男性磨牙宽度明显大于女性，其平均差异在2～3 mm之间[10-12]。统计数据表明，人类磨牙宽度及深度的上下限值差约为10 mm[8]。

牙弓曲线与全景断层曲线有一定的相关性，但两者不为同一研究对象。牙弓研究的上颌和下颌的牙齿排列弧线形态，而全景断层包括的区域除了上颌和下颌的牙齿以外，还包括了髁部。牙弓形态研究统计的是牙面数据；而全景断层的确定是结合牙弓形态和下颌牙齿排列规律而定的[13]。Welander等[12]在1989年统计美洲典型人群的牙齿特征给出了标准全景断层曲线(如图3所示)。

图3 标准平均下颌牙列形状

Scarfe等[14]通过研究OP100全景机发现，OP100提供了一个符合平均牙弓的整体形态，景深宽度从前牙区的17 mm到后磨牙区的44 mm连续变化。而其垂直放大倍率变化范围为1.24～1.37，水平放大倍率为1.01～1.63，失真指数变化范围为0.84～1.24(如图4所示)。

图4 断层景深分布图

如图5所示，在这张常规全景片中下颌左右尖牙几何失真严重，其原因在于标准全景断层曲线不能满足此病患的牙弓特点。研究表明，断层曲线的设计对尖牙部分的几何成像影响最大，并且前磨牙区的牙齿重叠现象最为明显。研究发现，尖圆牙弓的尖牙影像水平放大倍率偏大，而方圆牙弓则偏小，以上结果和曲面断层原理一致。并且尖牙部分处于位于断层低分辨率区域，导致其影像显示是模糊的。

图5 全景尖牙失真图

3 断层曲线的优化

研究表明，单一的断层曲线不能满足不同人群牙弓差异导致的不同摄影诊断要求。因此在牙科全景X摄影设计过程中，结合医学统计研究我国人群的牙弓形态，确定最佳的断层区域参数，合理控制全景摄影运动轨迹十分必要。根据牙弓形态的分类，细分设计成3种牙弓形态。并且根据磨牙宽度的差异性，每种牙弓形态对应有大、中、小3种，建议以平均磨牙宽度为参照设定为中型，+3 mm为大型，-3 mm为小型。断层曲线的细分设计在现代全景机中的应用能够更好地提高全景X射线摄影图像质量[15-16]。

儿童处于乳牙期及混合牙期的时候牙弓形态是随着生长发育而改变的。多数学者对牙弓分类的定义是针对基本稳定的恒牙期。故而在牙科全景X摄影中针对儿童需要设定特定的断层曲线来满足儿童牙齿形态的特殊要求和最大程度地减少辐射剂量。

4 结语

不同程度的水平和垂直放大倍率，几何失真和牙齿重叠的图像(尤其是前磨牙区域)是全景图像生成所固有的特性。此外，在X射线片上可能是重要的识别对象，因为这些对象可能是位于断层之外，导致在X射线片上显示扭曲或模糊。所有这些因素的共同作用可能会限制图像的有用性和可识别性，并取决于特定的应用要求。

通过对人类牙弓形态的进一步研究不断积累相关数据，优化断层曲线设计，并结合数字技术在全景机研究中的综合应用，可极大改善或者减少全景图像的几何失真以及牙齿重叠现象，尤其是尖牙部分的几何失真。从而提高对牙科疾病的诊断率。

[1]Goaz PW，White SC.Oral Radiology：Principles and Interpretations[M].2nd edition.Louis：St CV Mosby Co，l987：314-338.

[2]Samei E，Dobbins JT 3rd，Lo JY，et al.A framework for optimising the radiographic technique in digital X-ray imaging[J].Radiat Prot Dosimet ry，2005，114(1-3)：220-229.

[3]Paatero YV.The use of a mobile source of light in radiography[J].Acta Radiol，1948，29(3)：221-227.

[4]Paatero YV.Pantomography and orthopantomography[J].Oral Surg Oral Med Oral Pathol，1961，14：947-953.

[5]Graber TM.Panoramic radiography in orthodontic diagnosis[J].Am J Orthod，1967，53(11)：799-821.

[6]Sanderink GH.Intra-oral and extra-oral digital imaging：an overview of factors relevant to detector design[J].NIMA 509(2003)256-261.

[7]李杰.口腔数字全景X射线摄影系统检测方法[J].计量与测试技术，2012，39(12)：6-7.

[8]Braun S，Hnat WP，Fender DE，et al.The form of the human dental arch[J].Angle Orthod，1998，68(1)：29-36.

[9]Noroozi H，Nik TH，Saeeda R.The dental arch form revisited[J].Angle Orthod，2001，71(5)：386-389.

[10]Nie Q，Lin J.Analysis and comparison of dental arch symmetry between different Angle's malocclusion categories and normal occlusion[J]. Zhonghua Kou Qiang Yi Xue Za Zhi，2000，35(2)：105-107.

[11]Ling JK，Wong RK.Dental Arch Widths of Southern Chinese[J].Angle Orthod，2009，79(1)：54-63.

[12]Welander U，Nummikoski P，Tronje G，et al.Standard forms of dentition and mandible for applications in rotational panoramic radiography[J]. Dentomaxillofac Radiol，1989，18(2)：60-67.

[13]Scarfe WC，Nummikoski P，McDavid WD，et al.Radiographic interproximal angulations：Implications for rotational panoramic radiography[J].Oral Surg Oral Med Oral Pathol，1993，76(5)：664-672.

[14]Scarfe WC，Eraso FE，Farman AG.Characteristics of the Orthopantomograph OP 100[J].Dentomaxillofac Radiol，1998，27(1)：51-57.

[15]张娴，石瑜，翁丽华，等.DR和CR系统口腔全景摄影质量对比分析[J].中国辐射卫生，2013，22(2)：218-219.

[16]张晓野.数字化曲面断层机的临床应用[J].实用医学影像杂志，2010，11(6)：405-406.

The effect of dental arch on dental panoramic radiography

HE Jia-jie, WANG Lu-yi// China Medical Equipment,2014,11(5):71-73.

Through the analysis on principles of dental panoramic radiography, we analyzed the influence factors of the dental arch, and provided the main principles for optimizing design to improve the image quality. Through the analysis on the human dental arch’s form, we optimized the radiographic procedure. Many factors affect the quality panoramic image, but the focal trough’s design is one of the most important factors, especially for canine regions. Optimizing design of focal trough can lessen degrees of horizontal andVertical magnification, also can reduce geometric distortion and overlapped images of teeth.

Dental panoramic radiography; Dental arch form; Focal trough

1672-8270(2014)05-0071-03

R814.41

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.05.026

2014-01-09

国家科技型中小企业技术创新基金(12C26213302929)“医用数字化全景牙科摄影系统”

①杭州美诺瓦医疗科技有限公司研发部 浙江 杭州 310053

[First-author’s address]Mednova Medical Technologies Co., Ltd, Hangzhou 310053, China.