根尖片评估单根牙骨内牙根表面积的准确性
贾鹏程1,2, 杨刚1, 胡文杰1,, 赵一姣3, 刘木清4
1. 北京大学口腔医学院·口腔医院, 牙周科 口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室 口腔数字医学北京市重点实验室, 北京 100081;
2. 北京大学口腔医学院·口腔医院第二门诊部, 北京 100101;
3. 北京大学口腔医学院·口腔医院口腔医学数字化研究中心, 北京 100083;
4. 北京大学口腔医学院·口腔医院医学影像科, 北京 100083;
摘要

目的 针对不同骨吸收类型的牙周炎患牙,探索根尖片评估单根牙骨内牙根表面积的准确性。方法 回顾性分析2014年1月到2016年12月就诊于北京大学口腔医院牙周科门诊患者的病历资料和影像学资料,将纳入的患牙分为水平骨吸收组和角形骨吸收组,在锥形束CT(cone beam computed tomography, CBCT)数据中提取牙齿三维数字模型,并测量计算骨内牙根表面积的百分比,在根尖片影像资料中测量计算剩余牙槽骨高度百分比,对两者的关联性进行分析,并比较各组中两者的差异。结果 共纳入患者32名,其中男25例,女7例,年龄26~60 岁;单根患牙79颗,其中水平骨吸收患牙41颗,角形骨吸收患牙38颗,根尖片显示剩余牙槽骨高度百分比在45.13%~90.39 %,相应CBCT显示骨内牙根表面积百分比在36.27%~93.03%。水平骨吸收组根尖片显示的剩余牙槽骨高度百分比不服从正态分布,对剩余牙槽骨高度百分比和骨内牙根表面积百分比使用两配对样本Wilcoxon符号秩和检验,渐进显著性 P=0.382,显示两者的差异无统计学意义,两者差值的均值为0,95 %的一致性界限为-9.7%~9.8 %,在一致性限度专业界值-15%~15%内;角形骨吸收组剩余牙槽骨高度百分比和骨内牙根表面积百分比均呈正态分布,对两组数据进行配对 t检验,发现两者差异有统计学意义( P<0.001),两者差值的均值为7.2%,95%置信区间为-13.1%~27.5%,在一致性限度专业界值-15%~15%之外。结论 对于水平型骨吸收者,根尖片揭示的近远中剩余牙槽骨高度可以反映骨内牙根表面积;而对于角形骨吸收者,根尖片难以准确反映牙周组织破坏情况,且往往会低估破坏的程度,必要时应加拍CBCT以明确其病损程度。

关键词: 锥束计算机体层摄影术; 根尖片; 牙槽骨吸收; 牙根表面积
中图分类号:R781.4 文献标志码:A 文章编号:1671-167X(2018)01-0091-07
Preliminary study on the accuracy of infrabony root surface area of single-root teeth by periapical films
JIA Peng-chen1,2, YANG Gang1, HU Wen-jie1,, ZHAO Yi-jiao3, LIU Mu-qing4
1. Department of Periodontology, Peking University School and Hospital of Stomatology & National Engineering Laboratory for Digital and Material Technology of Stomatology & Beijing Key Laboratory of Digital Stomatology, Beijing 100081, China;
2. Second Dental Center, Peking University School and Hospital of Stomatology, Beijing 100101, China
3. Center of Digital Dentistry, 4. Department of Oral & Maxillofacial Radiology, Peking University School and Hospital of Stonatology, Beijing 100081, China;
Abstract

Objective: To explore the accuracy of periapical film in evaluating the infrabone root surface area of single-root teeth with different types of resorption of the alveolar bone.Methods: In this study, the medical records and imaging data of patients in Department of Periodontology of Peking University Hospital of Stomatology from January 2014 to December 2016 were retrospectively analysed. The involved teeth were divided into two groups: horizontal bone loss group and vertical bone loss group. Digital three-dimensional models of teeth were segmented from cone beam computed tomography (CBCT) data, and the percentage of the infrabone root surface area was measured. While the percentage of the residual alveolar bone was measured on the periapical films. The correlation of the two percentages were analyzed, and the differences between the two percentages of each group were compared.Results: Thirty-two patients and 79 single-root teeth were involved totally, in whom there were 25 men and 7 women, aged 26-60 years, and of which there were 41 teeth in the horizontal bone loss group and 38 teeth in the vertical bone loss group. The remaining alveolar bone height percentages were 45.13%-90.39% on the periapical films, and at the same time, the infrabone root surface area percentages were 36.27%-93.03% on CBCT. The residual alveolar bone height percentage of the horizontal bone loss group was not subject to normal distribution, so the residual alveolar bone height percentage and the infrabone root surface area percentage were analyzed by Wilcoxon matched pair rank test ( P = 0.382), and the result showed no statistically significant difference. The mean value of difference value of the two measurements was 0, and the consistency limit of 95 % was -9.7%-9.8%, between the clinical consistency limit (-15%-15%).The residual alveolar bone height percentage and the infrabone root surface area percentage of the vertical bone loss group were analyzed by paired T test ( P < 0.001), and the result showed statistically significant difference. The mean value of difference value of the two measurements was 7.2 %, and the consistency limit of 95% was -13.1%-27.5%, beyond clinical consistency li-mit (-15%-15%).Conclusion: For the teeth with horizontal bone loss, the proximal residual alveo-lar bone height reflected on the periapical films could show the infrabone root surface area relatively accurately. For the teeth with vertical bone loss, the periapical films could not show the degree of periodontal tissue loss accurately, and it would underestimate the extent of bone destruction usually, so CBCT might be taken to show the bone destruction condition of this type of teeth if necessary.

Key words: Cone-beam computed tomography; Dental radiography; Alveolar bone loss; Root surface area

牙周炎是最为常见的两大口腔疾病之一, 随着疾病进展, 牙周支持组织不断破坏, 患牙逐渐松动、移位, 最终导致牙齿脱落。临床上, 准确判断牙周组织破坏的程度, 特别是牙槽骨吸收状况或剩余牙槽骨高度, 是明确牙齿预后和治疗方案的先决条件之一。影像学技术是牙周病临床最常用的辅助检查手段, 其中根尖片以其简单方便, 辐射剂量小的特点被广泛应用, 但临床上大都通过观察根尖片来反映牙齿近远中牙槽骨的二维吸收程度和吸收方式, 是否能借助根尖片来判断临床中牙周炎患者确切的牙槽骨破坏情况是学者们关注的问题。

锥形束CT(cone beam computed tomography, CBCT)在20世纪末开始应用于口腔医学领域[1, 2], 由于其能提供良好的硬组织结构三维图像等众多技术优势, 被日益广泛地应用于临床。近年来随着数字化技术的发展, CBCT应用于牙齿及颌骨的三维模型重建, 显示其重建出的模型有着良好的准确性[3, 4]。若能以CBCT重建模型为金标准, 分析根尖片这一常规辅助检查手段对于牙槽骨确切破坏程度判断的准确性, 对于拓展根尖片的临床价值具有十分重要的意义。

本研究旨在通过对轻中度牙周炎患者临床资料的回顾, 试图分析不同骨吸收类型单根牙在CBCT上测得的骨内牙根表面积百分比, 并与根尖片上测得的剩余牙槽骨高度百分比进行比较, 评价根尖片判断不同骨吸收类型单根牙骨内牙根表面积的准确性, 进而为临床工作应用根尖片评估牙周组织破坏程度提供一定的参考。

1 资料与方法
1.1 研究对象

选择2014年1月至2016年12月就诊于北京大学口腔医院牙周科门诊的患者, 回顾分析患者的病历资料和影像学资料。

1.1.1 个体水平纳入标准 (1)慢性牙周炎患者, 诊断标准根据1999年国际研讨会所制定的牙周病分类标准[5]; (2)临床已有CBCT拍摄检查资料, 拍摄机型为NewTom VG(QR s.r.l公司, 意大利), 拍摄条件为以下条件中的一种:①视野12 cm× 8 cm, 层厚0.3 mm, ②视野12 cm× 8 cm, 层厚0.15 mm, ③视野8 cm× 8 cm, 层厚0.15 mm; (3)临床已有根尖片拍摄检查资料, 根尖片与CBCT视野内所包含的牙位相对应; (4) CBCT与相应牙位的根尖片拍摄间隔在6个月之内。

1.1.2 个体水平排除标准 (1)患有糖尿病、甲状腺功能亢进等影响骨代谢的全身系统性疾病者; (2)有吸烟史者; (3)CBCT与相应牙位根尖片拍摄间隔超过6个月者; (4)CBCT与相应牙位根尖片拍摄的间隔期, 该牙位经过牙周手术治疗或正畸治疗者。

1.1.3 牙齿水平CBCT现有资料纳入标准 (1)上下颌切牙、尖牙和单根前磨牙; (2)被检查牙结构完整, 不超出拍摄范围, 牙齿轮廓、釉牙骨质界(cemento-enamel junction, CEJ)、骨嵴顶清晰可辨。

1.1.4 牙齿水平CBCT排除标准 (1)牙齿轮廓观察不清者; (2)根充产生伪影影响对牙齿边缘观测者; (3)冠部或颈部有牙体缺损或充填体者, 使CEJ被破坏或影响CEJ观测者; (4)邻牙有修复体或邻牙为种植体影响对牙齿轮廓或CEJ观测者; (5)CBCT诊断为骨开裂的患牙者, 诊断标准根据2010年Leung等[6]提出的方法。

1.1.5 牙齿水平已有根尖片资料纳入标准 (1)被检查牙位于图像中心, 牙结构完整, 牙冠影像不能超出图像边缘, 具有明显的对比度; (2)牙长度与实际长度相似; (3)牙的邻面不重叠, 并与其他结构无重叠; (4) X线通过被检查牙的根中部。

1.1.6 牙齿水平根尖片排除标准 (1)牙根有明显的重叠变形者; (2)邻面充填体有明显悬突者; (3)CEJ被破坏者。

1.2 数据测量

1.2.1 CBCT的测量 以CBCT测量作为单根牙骨内牙根表面积测量的金标准, 具体测量方法如下:将CBCT的dicom数据导入医学影像学软件Quotation Mimics 17.0(Materialise公司, 比利时), 在各截面上确定牙齿轮廓, 重建后可以得到牙齿的三维数字模型, 由于Mimics软件只能直接读取模型的总表面积, 且无法自动沿CEJ和骨嵴顶将总牙根表面积和骨内牙根表面积分开加以读取, 因此, 分别沿CEJ和骨嵴顶对牙齿模型进行虚拟分割:冠部和根部及骨内牙根和骨外冠根部两对共4 个部分的数字化模型(图1), 并通过Mimics直接读取模型切割前后总表面积和各部分表面积。读取出的各部分表面积包含虚拟分割的切割面面积, 通过如下公式计算切割面面积(SS), SS1=(SMC+SMR-SMT)/2, SS2=(SMO+SMI-SMT)/2, 然后计算总牙根表面积SR和骨内牙根表面积SI, SR=SMR-SS1, SI=SMI-SS2, 其中, SMT为切割前牙齿模型总表面积, SMI为沿骨嵴顶切割后骨内牙根模型总表面积, SMO为沿骨嵴顶切割后骨外部分模型总表面积, SMR为沿CEJ切割后牙根模型总表面积, SMC为沿CEJ切割后牙冠模型总表面积, 然后计算骨内牙根表面积百分比(the percent of surface area of infrabony root measured on CBCT, PS), PS=SI/SR× 100%(图2)。依据CBCT影像, 将骨缺损方式分为水平骨吸收, 角形骨吸收[7], 分别统计不同骨吸收类型的患牙数量及各患牙的PS

图1 牙齿及分割后各部分三维模型Figure 1 Three-dimensional models of tooth and the parts after division

图2 Mimics软件测量牙根表面积和骨内牙根表面积示意图Figure 2 Diagrams of measurement methods of root surface area and infrabony root surface area with Mimics software

1.2.2 根尖片的测量 拍摄的根尖片均采用平行投照技术, 若为数字根尖片, 则导出JPG格式的图像文件, 若为胶片, 则扫描后获得图像文件, 使用数学软件GeoGebra 5.0.280.0 测量剩余牙槽骨高度的百分比:参考Schei等[8]的比例尺法和Cattabriga等[9]的改良方法, 测量每颗牙近、远中剩余牙槽骨高度占根长的百分比, 取平均值作为该牙的剩余牙槽骨高度百分比(the percent of residual alveolar bone height measured on periapical film, PH)。具体方法如下:(1)若根尖1/3弯曲不明显, 则取近远中CEJ连线的中点H与根尖点G连线作为长轴, 标记近远中牙槽骨吸收的最低点(即正常牙周膜的最高点)记为点E、F, 过点E、F做CEJ连线的平行线, 交长轴于点I、J, JG(或IG)距离与HG距离的比值, 即为近中(或远中)剩余牙槽骨高度占根长的百分比(图3A); (2)若根尖1/3弯曲明显, 则沿根颈至根中1/3根管影像做长轴, 其与CEJ连线交于点J, 过根尖点G做CEJ连线的平行线, 交长轴于点M, 标记近远中牙槽骨吸收的最低点(即正常牙周膜的最高点)记为点E、F, 过点E、F做CEJ连线的平行线, 交长轴于点K、L, LM(或KM)距离与JM距离的比值, 即为近中(或远中)剩余牙槽骨高度占根长的百分比(图3B)。

图3 根尖片测量Figure 3 Measurement of periapical film

1.3 统计学分析

使用统计分析软件SPSS 20.0(IBM公司, 美国), 采用计算机随机抽取的方法随机选取样本中的10颗患牙, 同一测量者间隔7 d重复测量2次, 采用计算ICC值的方法, 进行自身重复性检验; 与一位主治医师分别独立测量, 采用计算ICC值的方法, 进行不同测量者间的一致性检验。对水平骨吸收组、角形骨吸收组分别进行分析, 比较不同情况下, PH与PS差异有无统计学意义, 对于服从正态分布的使用配对t检验, 不服从正态分布的使用两配对样本Wilcoxon符号秩和检验, 使用统计分析软件MedCalc 17.9.7 (MedCalc Software BVBA)对两组数据进行Bland-Altman分析, 评价不同情况下, 两种测量方法的一致性, 一致性限度专业界值设为15%。

2 结果
2.1 研究对象的一般资料

共纳入病例32例, 其中男25例, 女7例, 年龄26~60岁; 患牙79颗, 其中水平骨吸收患牙41颗, 角形骨吸收患牙38颗, PH在45.13%~90.39%, PS在36.27%~93.0%, 牙位分布情况见表1

表1 牙位及骨吸收类型分布情况 Table 1 Distribution of tooth position and patterns of bone resorption
2.2 测量前自身重复性检验和不同测量者间一致性检验

2.2.1 根尖片重复性检验和一致性检验 PH的重复性检验, Cronbach’ s alpha值为0.995> 0.75; PH的一致性检验, 类内相关系数为0.991> 0.75, 结果显示自身的重复性和不同测量者间的一致性良好。

2.2.2 CBCT重复性检验和一致性检验 PS的重复性检验, Cronbach’ s alpha值为0.997> 0.75; PS的一致性检验, 类内相关系数为0.991> 0.75; 结果显示自身的重复性和不同测量者间的一致性良好。

2.3 根尖片与CBCT测量结果

2.3.1 水平骨吸收组统计结果 水平骨吸收组PH不服从正态分布, 对PH和PS使用两配对样本Wil-coxon符号秩和检验, 渐进显著性P=0.382, 显示两者的差异无统计学意义(表2), 其中PH> PS者占56%(23/41)。以需要检验一致性的PH和PS两种测量结果均数作为横坐标, 差值作为纵坐标, 做Bland-Altman图(图4), 图中中间线为差值均数, 上下两条线为差值的95%上下置信限。差值的均值为0, 95%置信区间为-9.7%~9.8%, 有2.4%的点(1/41)落在95%置信区间外, 其95%置信区间在一致性限度专业界值-15%~15%之间, 提示对于水平骨吸收组, 两种方法的一致性较好。

表2 水平骨吸收组与角形骨吸收组的剩余牙槽骨高度百分比和骨内牙根表面积百分比的测量结果 Table 2 The percent of residual alveolar bone height and the percent of surface area of infrabony root of the group of horizontal bone loss and the group of vertical bone loss

图4 水平骨吸收组中PH与PS一致性检验Bland-Altman图Figure 4 Assessment of agreement between PH and PS of horizontal bone loss group: Bland-Altman analysis

2.3.2 角形骨吸收组统计结果 角形骨吸收组PH和PS均呈正态分布, 对两组数据进行配对t检验, 差异有统计学意义(P< 0.001), 其中PH> PS者占82%(31/38, 表2)。以需要检验一致性的PH和PS两种测量结果均数作为横坐标, 差值作为纵坐标, 做Bland-Altman图(图5)。图中中间线为差值均数, 上下两条线为差值的95 %上下置信限。差值的均值为7.2%, 95%置信区间为-13.1%~27.5%, 有5.3%的点(1/19)落在95%置信区间外, 其95%置信区间在一致性限度专业界值-15%~15%之外, 提示对于角形骨吸收组, 两种方法的一致性较差。

图5 角形骨吸收组中PH与PS一致性检验Bland-Altman图Figure 5 Assessment of agreement between PH and PS of vertical bone loss group: Bland-Altman analysis

3 讨论

准确判断牙周炎患牙牙周组织破坏的程度是牙周炎预后评估和治疗方案确定的先决条件, 其中, 牙槽骨破坏程度是牙周组织破坏程度的重要标志。影像学技术是临床中较为重要的辅助检查手段, 根尖片是最为常用的影像学手段, 根尖片是否能较为确切地反映牙槽骨破坏情况, 是临床关注的问题。以往曾经有学者在离体牙上模拟完全水平型骨吸收[10, 11, 12, 13], 以分析患牙附着丧失水平和骨内牙根表面积的关系, 但临床上牙周炎患者的牙槽骨破坏多种多样, 对于不同骨吸收类型的患牙, 是否能借助根尖片判断剩余牙槽骨高度来间接反映骨内牙根表面积的准确性, 是值得探讨的问题, 该问题的解决, 有助于临床更好地依据根尖片准确评估牙周组织破坏程度, 从而拓展根尖片的临床应用价值。

严格意义上, 为探索根尖片评估单根牙骨内牙根表面积的准确性, 拍摄根尖片与CBCT应同步进行。本研究为回顾性研究, 在同一时间节点, 同时拍摄根尖片及CBCT的病例较少, 临床上一定数量的病例往往因种植治疗的需要, 在完善的牙周基础治疗和牙周准备后拍摄了CBCT。王蕖蔓等[14]对30名慢性牙周炎患者牙周基础治疗前及治疗后3个月的CBCT资料进行了测量分析, 发现牙周基础治疗后3个月, 牙槽骨密度有所升高, 但牙槽骨吸收程度无明显变化。王晖等[15]利用CBCT对50名慢性牙周炎患者牙周基础治疗前后牙槽骨的变化进行研究, 时间跨度为15个月, 每3个月拍摄1次CBCT, 结果显示基础治疗前后牙槽骨的密度有所增高, 但牙槽骨高度无明显变化, 可见, 完善的牙周基础治疗可以使牙周炎患牙周围牙槽骨密度有所恢复, 但不会明显影响牙槽骨高度。结合该结论与所能获得的病历资料的实际情况, 本研究纳入了CBCT与相应牙位的根尖片拍摄间隔在6个月之内的患牙, 且间隔期间内进行牙周基础治疗, 针对这些病例的根尖片资料和CBCT影像进行了相关研究。

如何获得牙槽骨破坏的三维客观信息是关键问题, CBCT技术在口腔医学领域的应用日益广泛, 为在三维形态上较为准确地评估牙槽骨破坏的形态提供了可能[16]。近年随着数字化技术的不断发展, 可以依据CBCT数据重建出牙齿和颌骨的数字化三维模型[17], Sang等[4]选取18名正畸患者的50颗前磨牙, 在拔除前拍摄CBCT, 提取基于CBCT数据获得数字化三维牙齿模型, 同时将三维激光扫描仪扫描拔出后牙齿获得的数字化三维牙齿模型作为金标准, 来评价CBCT提取模型的准确性, 结果显示两者间误差较小, 说明基于CBCT数据提取出的数字化三维牙齿模型准确性较好。上述研究为口腔医生研究和分析体内状态下牙齿及颌骨的三维形态、解剖特点、病损程度等提供了良好的工作基础。Gu等[13, 18]利用micro-CT获取离体牙的数字化三维模型, 进一步分割提取出牙根的三维模型。本研究正是在上述学者研究基础上, 探索一种基于CBCT影像资料的简便、可操作性强的数字化三维模型建模及分割方法, 运用临床患者的常规CBCT数据, 用于提取骨内牙根的数字化三维模型, 并进而测量骨内牙根的表面积。

为了探索二维根尖片如何反映牙槽骨破坏的三维信息并评价其准确性, 本研究回顾分析了32位患者79颗患牙的CBCT与根尖片相关资料, 这些患牙不仅包含水平型骨吸收, 也包含了角形骨吸收的患牙, 本研究的基本思路是选取根尖片较为常用、易测量的指标即剩余牙槽骨高度, 并计算根尖片上显示的剩余牙槽骨高度百分比(%), 与CBCT三维重建与测量计算获得的骨内牙根表面积百分比进行关联分析, 试图反映两者的数理关系, 分析其准确性, 结果表明, 针对水平骨吸收的单根牙, 根尖片上测量的剩余牙槽骨高度百分比与CBCT上测量的骨内牙根表面积百分比的差异没有统计学意义, Bland-Altman分析显示根尖片与CBCT测量的一致性较好, 提示针对此类水平骨吸收单根患牙, 根尖片可以较为准确地判断牙槽骨破坏的程度。与本研究相似, Yamamoto等[11]使用30颗离体牙在体外模拟完全水平型骨吸收, 采用直接测量的方法, 分析附着丧失的深度(mm)与剩余骨内牙根表面积百分比的关联, 并建立数学模型也得出了数理关系。Gu等[13]则使用micro-CT对228颗离体牙进行研究, 同样模拟完全水平型骨吸收情况, 探索附着丧失的深度(mm)与剩余骨内牙根表面积百分比的数理关系。需要指出的是, 这些研究无一例外均采用离体牙, 且模拟完全水平型骨吸收获得了各自的数理关系。在进行Bland-Altman分析时, 需要设定一致性限度专业界值, 由于缺乏类似的既往研究, 因此通过多位高年资牙周专科医师的经验总结和统计学专家建议, 结合临床实际, 本研究中将其设定为15%。

值得一提的是, 本研究与以往研究不同, 还针对单根患牙的角形骨吸收状况进行测量分析, 结果发现根尖片上测量获得的剩余牙槽骨高度百分比与CBCT测量计算的骨内牙根表面积百分比之间的差异有统计学意义, 两者间的误差可达10%~20%, Bland-Altman分析显示根尖片与CBCT测量的一致性较差, 此外, 从绝对百分比数值看, 根尖片反映的牙槽骨破坏程度往往较CBCT测量计算的破坏程度轻, 这是与临床中的实际状况相符合的, 其原因与角形骨吸收患牙的骨嵴顶形态不规则有关, 根尖片低估了骨缺损的真实破坏程度。本研究结果表明, 对于此类角型骨吸收的牙周炎单根患牙, 根尖片不能准确反映牙槽骨破坏的真实情况, 且易低估破坏程度。

综上所述, 本研究基于CBCT数据的建模和测量分析技术, 探索了使用根尖片在体内状态下评估不同骨吸收类型单根牙骨内牙根表面积的准确性。对于水平型骨吸收者, 根尖片揭示的近远中剩余牙槽骨高度可以反映骨内牙根表面积, 而对于角形骨吸收者, 根尖片难以准确反映牙周组织破坏情况, 且往往会低估破坏的程度, 必要时应加拍CBCT以明确其病损程度。诚然, 本研究的研究对象选用了患有轻中度牙周炎的单根牙, 存在一定的局限性。本研究纳入的均为临床保留的患牙, 这些牙齿的根尖片显示其剩余牙槽骨高度在45%以上, 因此本研究得出的结论, 主要适用于轻中度牙周炎的单根牙, 对于剩余牙槽骨高度不足45%的重度牙周炎患牙及多根牙, 尚待进一步研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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