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UCSF 牙科学院使用 Avizo 软件了解在正畸疗法中引起的牙周韧带宽度的变化和牙齿移动情况
客户关注焦点
编写人：Kyle H.-Y. Chan，加州大学伯克利分校，分子与细胞生物学、公共卫生专业大四本科生；Feifei Yang 博士，UCSF 牙科学院，多尺度生物力学和生物矿化实验室博士后研究员；以及 Sunita P. Ho 博士，UCSF 牙科学院，牙科预防和修复科学系，生物材料和生物工程部。
在咬合和咀嚼的过程中，下颌肌肉（包括上提肌肉群中的咬肌、颞肌和翼内肌以及起下压作用的主要肌肉翼外肌）会产生作用力指挥下颌运动 1 。下颌通过颞下颌关节铰链来移动，并由各骨头上附着的肌肉通过一个叫做肌腱端的骨腱界面来实现移动 2 。因此，咀嚼力会影响颅面结构以及骨的形成和吸收。
戴上正畸牙套会改变牙骨质-牙周韧带之间以及骨头-牙周韧带之间的作用力，并引导正畸的牙齿移动。在本文中，我们分析了为实现更好的咬合而佩戴正畸牙套后，牙齿发生的物理移动。
正畸疗法前后对比
UCSF 牙科学院通过锥形束计算机断层扫描 (CBCT)，比较了一名青少年患者在正畸前和正畸干预一年后，上颌骨和下颌骨的咬合程度以及相关牙齿的牙间交错情况。在 CBCTs 分析之前，对体素大小进行校准（每个体素 0.25 μm 3 ）。利用 Avizo 软件 中的图像配准功能来对正畸干预前后的 CBCT 数据集的旋转中心点进行配准，以此确定患者的上颌骨和下颌骨内大概的牙齿移动情况。
图1：在正畸干预之前 (a) 和 之后 (b) 的患者头部 CT 扫描图像重叠，进行了图像配准。(c) 图像配准结果的正面图。彩色部分表示正畸干预后的最终 CT 扫描，而灰色部分表示初始扫描。蓝色区域表示位移较小的区域（400 μm 或更小），而绿色区域表示位移较多（3000 μm 或更大）。斜视图 (d) 和顶视图 (e) 显示牙齿与初始条件（灰阶图）相比的移动程度。在顶视图中，使用数据集的提取子集功能将下颌指定为感兴趣区域。
映射表面距离
对两个数据集的表面之间的距离进行映射，以此可以实现对正畸干预所引起的牙齿移动程度的可视化。通过各 CBCT 扫描的旋转中心点来进行图像配准（尤其是鼻腔下方的数据集）。表面距离功能用于计算与未佩戴正畸牙套的初始条件相比，佩戴牙套后下颌和牙齿发生位移的幅度和方向。使用 Surface View 模块可以看到颜色图。
图2：表面距离的颜色图：与正畸过程中牙齿运动的程度相关 (a,b)。在顶视图 (c) 中，通过将 ROI （感兴趣区域）框设置为表面距离的参数，来将下颌指定为感兴趣区域。
系链
系链是对移动可视化的另一种表现方式。生成的每条线或系链表示每个数据集中各表面最近的对应点之间的距离。使用表面载体模块即可看到系链。
图3：在这个示例中，两点之间的距离不低于 500 μm 且不超过 4000 μm 时，才会画出系链。由于不到 500 μm 的距离低于体素分辨率，所以忽略不计，而超过 4000 μm 的距离则不再链接相关的对应点。
牙科学院在130年的时间里一直致力于通过良好的教育、科研发现和以患者为中心的护理理念推动口腔、颅面和公共健康领域的进步。我们的愿景是在牙科教育、公共健康、临床实践和科学发现领域上成为全球领先者，我们的核心价值观包括我们的经营理念和原则，这些理念和原则指导着我们的日常行动和决策，以及我们与他人的互动关系。
关于 Amira & Avizo 3D 软件
Amira 和 Avizo 是高性能 3D 软件，可对来自不同来源和模式的科学和工业数据进行可视化、分析和解读。
图像和文本由 UCSF 牙科学院提供
致谢：
我们在此感谢 UCSF 生物材料和生物工程部为笔者提供微型 CT 成像设施 MicroXCT-200。还要感谢 Andrew Jheon 博士对正畸干预进行的深入讨论。NIH/NIDCR R01DE022032 (SPH)，NIH/NCRR S10RR026645 (SPH)、UCSF 牙科学院的牙科预防和修复科学系以及口腔颌面科学系也为我们提供了大力支持。
参考文献：
1 Grünheid, T. 不同功能负荷下的咀嚼系统.(s.n.]; Universiteit van Amsterdam [Host, 2010).
2 Benjamin, M. et al.肌腱和韧带与骨的结合处：与运动和/或机械负荷有关的附着点（"肌腱"）.J. Anat.208, 471-490 (2006).