标题：[转帖]后磨牙桩核修复技术

后磨牙桩核修复技术的实验研究

      【摘要】  目的  对后磨牙桩核修复技术进行实验研究。方法  采用先进的现代光测技术，即数字图像相关技术（Digital Image Correlation Method）对修复后磨牙和正常后磨牙在模拟的牙周组织中的位移和应变进行了测试，并比较了二者的差异。结果  桩核修复有利于保持牙弓形态，有效的传递牙齿上所承受的垂直载荷。结论  该研究充实了数字图像相关技术在医学领域的应用，丰富了医学界口腔领域关于桩核修复技术的现有成果。
   
      【关键词】  数字图像相关；桩核修复牙；位移； 应变
   
       后磨牙是口腔中主要咀嚼器官之一，因磨耗或其他原因而只有残根时，过去一般认为是拔除，但近几年由于治疗手段的科学化和先进化，对后磨牙进行桩核修复已在临床上得到应用。由于后磨牙位置靠后，牙根比较多，一般是二根或三根，因此属于多桩核修复。国内外关于此情况的实验分析和有限元模拟的报道较少，主要集中在对切牙应力分布的研究上。为了了解桩核修复技术对后磨牙的影响情况，本文首次提出用数字图像相关技术对完好的离体后磨牙及桩核修复后的后磨牙进行测试。
   
    　数字图像相关方法(DICM)是近年来发展很快的一种光测方法，这种方法通过拍摄变形前后物体表面的散斑场，然后进行相关程序的运算得到变形信息，DICM方法精度高，适用范围广，对测量环境要求低，因此得到广泛的应用。目前常用的DICM方法有两种：一种是激光散斑法，用激光作光源照射物体，在物体表面前方干涉形成散斑场；另一种是白光散斑法，是利用物体表面特征斑点或人工在物体表面形成一个散斑场，例如在事件表面涂以玻璃微珠漆，然后用白光作光源拍摄就能得到一个散斑场。白光散斑法在最近几年发展很快，已成为一种趋势［1］。
    
       在该实验中笔者即采用了白光散斑法，对牙体表面采取了人工制斑以及利用牙体表面本身所具有的一些斑点，以这些斑点作为图像处理的特征信息。利用数字相关程序分析处理即可获得牙齿在模拟牙周组织中的位移和应变，从而为后磨牙桩核修复技术的临床应用提供了实验依据。
   
      1  基本原理
    
       数字图像相关方法（DICM）是一种非接触式的，易行的，独特的测量位移和应变的测试方法。该方法是现代图像处理技术与光测力学相结合的产物。它通过CCD将物体变形前后的图像（即散斑）转换成数字图像，由计算机作相关运算，找出两幅数字图像之间的细微差别，从而测出物体的位移、应变等信息。数字图像相关方法在宏观、细观和微观结构的变形测量分析中都具有突出的优越*，自20世纪80年代由山口一郎和Peters等人相互独立提出以来，现在应用领域比较广泛，已基本发展成非接触变形测量的强有力手段［2］。
   
       由于斑点的随机*，物体上每点周围一个小区域中斑点分布是各不相同的，这个小区域通常称为子集，对于物体变形的测量可通过观察子集的移动和变形来完成。图1为同一坐标系下的物体变形前后的两幅图像。物体由E变形而移动到F，E上一点P(x0，y0)移至P’。移动的整像素位移为（u， v）。

图1  物体变形前后图像
Fig.1  Image of object before and after deformation

      如果取P为研究点，以P为中心取子集A，假设为m×m个像素，则A就记录了P点周围随机分布的斑点灰度值的信息，移动后，原来子集A处的斑点，就位于子集B处相应的位置，斑点间一一对应，这是另一样本空间。由概率和统计理论知道，两样本空间A，B完全匹配即相关，则相关系数为1，若有变形，相关系数会下降，则相关系数就小于1。若取一个非相应位置处的子集B’，则B’和A就不完全相关，其相关系数更小或为0［3］。设f(xi，yj)为变形前图像子集A中(i，j)处的光强，g(x*i；y*j)为变形后图像子集B中对应点坐标(x*i；y*j)的光强，f，g-D， 为计算子集区域的平均灰度值。则子集A和子集B的相关系数可用标准化协方差相关函数来估计：

　　可以由A、B的相关来确定某点的P的位移及其导数，只要两者相关，对于相关系数分布的C(u，v)曲面，根据相关系数取最大值时的位移就是真实的散斑位移［4］。因此由上述原理可以得到物体变形的位移信息，从而用数值方法得到相应的应变。
   
    2  实验过程
   
    2.1  试件的制备  　试件主要分为两部分：一部分为中大医院提供的一组新鲜离体无龋、无损伤的正常后磨牙（浸泡于生理盐水中），包括上磨牙和下磨牙（男*的）；另一部分是制备的牙周组织模拟体，由上海第二医科大学医药材料厂生产的自凝透明粉（20g）+（80ml）义齿基托树脂液剂Ⅱ型（又称：自凝牙托水，上海珊瑚化工厂生产），配置比例为1：4，放置于空气中自然固化，待液体呈粘稠状，稍微具有一定强度时，将后磨牙埋置于其中，模拟牙齿在牙周组织中的形态。待材料完全固化好后即可进行实验。实验后对这些正常的后磨牙使用桩核修复技术进行加工即可得到修复后的试件模型。
   
    2.2  实验装置     实验系统由安置在固定结构上的白光光源、被测试件、CCD摄像头、砝码-杠杆加载装置、图像采集与处理设备(计算机)等，实验在防振台上进行。实验装置简图如图2。

图2  实验装置简图
Fig.2  Sketch of experiment installation

    2.3  实验方法   先将试件定位在砝码-杠杆加载装置的测试台上，试件下缘与测试台台面均匀接触，防止下缘呈点接触，影响测量的位移和应变数值。然后对试件进行分级加载，每级荷载为25KN，加载等级为20级，加力方向拟正中咬时垂直受力状态。为了突出牙齿在牙周模型中的力学特*，提高测试精度，加载时加大了加荷力度。因为对于男*，每个磨牙在正常情况下，磨牙牙周膜所能耐受的咀嚼压力为350KN，但一般通过训练咀嚼压力可以有很大提高，且不会形成牙周组织的损伤，而这些强大的咬力迅速向临近牙槽骨扩散，以增加单位面积的承受能力，而不形成对牙周组织的创伤*力［5］。所以这里荷载加到500KN是可行的。
   
    在定位好试件后，根据需要选择CCD的镜头、光圈和调整焦距，采用稳定、均匀光源，以使得到散斑图中的散斑颗粒清晰、大小合适。为了减少离面位移的影响、消除间隙，对试件预加微小初始力（杠杆及立柱的重量），稳定后采集第一幅图像，作为样本图像，然后分级加载，采集每级荷载下的图像各5幅，作为目标图像，从而得到整个加载过程的散斑图，图幅大小为768*576pixel。这些散斑图就是数字图像相关方法进行变形分析的原始数据，利用数字相关分析软件就可以得到整个加载过程的位移与应变演化情况。因计算结果是以像素为单位，为了将像素换算成长度单位，需要对记录系统进行标定，本实验采用简单的标定方法，在实验对象的同一位置处放置一把刻度尺，采集图像，找出像素数与单位长度之间的对应关系，就完成了标定。应该注意的是标定后对系统不能再做任何调整，否则需要重新标定。这里对修复前后的实验应分别进行标定。分析计算后得到的是各个状态的位移场和应变场，结果保存在数据文件里，然后用后处理软件（origin、matlab等 ）处理和显示出来。