CN115307989A - 制作显微ct中指定影像断层的牙齿磨片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及影像技术领域，且公开了制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，该方法包括以下步骤：将新鲜拔除的牙齿保存在0.5％麝香草酚溶液中；选择目标牙齿拍摄显微CT；将显微CT的Dicom格式数据导入医学影像处理软件中，三维重建出牙齿3D模型。本例中选取附图中左下角断层影像为例；本发明制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，利用3D建模技术和3D打印技术，制作了引导牙体组织切割方向的3D打印导板，实现了从显微CT影像断层到实际牙体组织面的精确转移，将牙齿磨片制作技术与3D打印导板相结合，选择性的对牙齿组织片进行单一方向打磨，有效保护了目标组织面，实现了从显微CT影像断层到牙齿超薄磨片的精确转移。
Description
技术领域
本发明涉及影像技术领域，具体为制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法。
背景技术
龋病是一种在细菌为主的多因素影响下，牙体硬组织发生的慢性进行性破坏性疾病。当牙釉质龋向深方进展达牙本质时，由于细菌的产酸作用，受龋影响的牙本质按组织形态、脱矿程度、细菌入侵的不同一般可分为四层结构。对临床医师而言，探究不同层次龋坏牙本质在X线影像上的灰度差异具有重要意义，这有可能帮助医师结合临床常用的医学影像技术更准确的区分龋坏牙本质层次范围，从而指导医师在临床上安全精准的去除龋坏组织。牙齿磨片是目前观察和研究龋坏牙本质结构的理想技术手段，在透射光显微镜下，研究者可清楚的在目标组织面的超薄磨片上将不同龋坏牙本质层次范围区分并标记出来，通过与该磨片对应的高分辨率显微CT断层影像等比例缩放重合，便可将龋坏牙本质的层次标记映射到断层影像上，最后在软件中分析不同层次龋坏牙本质的灰度差异。
目前常用的方法是在肉眼观察下先将牙齿沿患龋处切开，再将带有所需组织面的剩余牙体组织块拍摄显微CT，最后把所需组织面的图像与该面的显微CT断层影像等比例缩放重合，将组织面上的龋坏牙本质层次范围标记映射到该面的断层影像上以进行灰度差异分析。这种方法的缺点主要有三：第一，在拍摄显微CT前，研究者缺乏对牙齿病变内部信息的了解，对病变位置，范围掌握不清，因此选取目标组织面具有一定的盲目性。如果切开后发现选取的牙体组织面达不到研究要求，则会造成样本不可逆的损伤以及人力物力的浪费；第二，显微CT的基本原理是X线从各个方向通过一个物体,利用计算机程序对所有衰减的X线作分析测量。而切开后的剩余牙体组织块与完整牙齿的组织含量差异较大，通过组织后的X线的减量将显著降低，从而导致该层面的影像信息与牙齿完整时拍摄所呈现的影像信息存在显著差异，不利于得出科学的研究结果。第三，当前的技术方法仅能获得带有目标组织面的大块牙体，而非目标组织面的超薄磨片，故这样的标本无法用作透射光显微镜观察，无法准确的标记不同龋坏牙本质的层次范围，无法保证映射到断层影像上的标记的准确性。
因此，发明一种在不破坏牙体组织的前提下拍摄显微CT，并根据研究需求制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，对于提高样本利用率和实验成功率，提升不同层次龋坏牙本质标记的精确度，保证不同层次龋坏牙本质之间的灰度差异研究的科学性和规范性具有重要意义。
为了解决此技术问题，因此迫切的需要制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法来解决上述不足之处。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，解决了目前方法存在的选取目标组织面盲目，在拍摄显微CT之前牙齿完整性已经破坏，以及在大块不透明组织样本上难以准确标记龋坏牙本质层次范围的问题。
本发明提供如下技术方案：制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将新鲜拔除的牙齿保存在0.5％麝香草酚溶液中；
步骤二、选择目标牙齿拍摄显微CT；
步骤三、将显微CT的Dicom格式数据导入医学影像处理软件中，三维重建出牙齿3D模型本例中选取左下角断层影像为例；
步骤四、在牙齿3D模型外绘制一个分析圆柱体，圆柱体大小以能完全容纳牙齿模型为标准，圆柱体各个面与牙齿表面距离不少于4mm，以保证3D打印导板有足够的厚度和强度；
步骤五、将圆柱体与牙齿模型进行摩尔减法运算，得到包含牙齿结构的中空圆柱体；
步骤六、在冠状或矢状位图像窗口观察涉及龋病的断层影像，确定纳入研究的断层影像或组织面；
步骤七、在横截面图像窗口对上一步选定的层面进行切割，得到了分成两半的中空圆柱体即3D打印导板；
步骤八、将二者分别保存输出为STL文件；
步骤九、基于STL文件进行高精度3D打印，选择软度为70的覆膜软胶材料，兼顾导板的强度和可让性；
步骤十、选择相应的3D导板将牙齿以相应姿态嵌入其中，固定牙齿在三维空间的位置关系；
步骤十一、使用金刚石锯片，在水冷却的条件下沿3D导板切割牙齿，直到牙齿组织面与3D导板完全平行，该牙齿组织面即为步骤六中在显微CT影像上确定的影像断层；
步骤十二、将牙齿从导板上取下，使用金刚石锯片，在水冷却的条件下从相反方向将牙齿切割成薄片；
步骤十三、在油石上手动打磨片，打磨时始终保持切割面与油石接触，而目标牙齿组织面与手指接触，进行单一方向的反复打磨；
步骤十四、观察磨片变化，打磨直至呈半透明状态时测量其厚度，直至厚度达到约50um即可停止，以满足显微镜观察的基本条件；
步骤十五、制作好的磨片放入无水乙醇清洁和脱水10-15min，再放入二甲苯透明10-15min；
步骤十六、最后用中性树胶封片准备显微镜下观察。
优选的，拍摄显微CT的分辨率为20um以下。
优选的，步骤十二中的薄片的一面为步骤十一里得到的目标牙齿组织面，另一面即为切割面。
优选的，所述麝香草酚溶液的温度维持在4℃。
优选的，步骤十二中薄片的厚度为1-2mm。
优选的，步骤十五中制作好的磨片放入无水乙醇清洁和脱水维持时间为10-15min，再放入二甲苯透明10-15min。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：该制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，利用3D建模技术和3D打印技术，制作了引导牙体组织切割方向的3D打印导板，实现了从显微CT影像断层到实际牙体组织面的精确转移，将牙齿磨片制作技术与3D打印导板相结合，选择性的对牙齿组织片进行单一方向打磨，有效保护了目标组织面，实现了从显微CT影像断层到牙齿超薄磨片的精确转移。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中三维重建牙齿3D模型图；
图2为本发明中包含牙齿结构的中空圆柱体图；
图3为本发明的中空圆柱体切割示意图；
图4为本发明的中空半圆柱结构示意图；
图5为本发明中空半圆柱放入牙齿后的切割面示意图；
图6为本发明实际组织面、影像断层面、超薄磨片图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构、部件及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，可以是活动连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1-6，制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将新鲜拔除的牙齿保存在0.5％麝香草酚溶液中；
步骤二、选择目标牙齿拍摄显微CT；
步骤三、将显微CT的Dicom格式数据导入医学影像处理软件中，三维重建出牙齿3D模型本例中选取左下角断层影像为例；
步骤四、在牙齿3D模型外绘制一个分析圆柱体，圆柱体大小以能完全容纳牙齿模型为标准，圆柱体各个面与牙齿表面距离不少于4mm，以保证3D打印导板有足够的厚度和强度；
步骤五、将圆柱体与牙齿模型进行摩尔减法运算，得到包含牙齿结构的中空圆柱体；
步骤六、在冠状位或矢状位图像窗口观察涉及龋病的断层影像，确定纳入研究的断层影像或组织面；
步骤七、在横截面图像窗口对上一步选定的层面进行切割，得到了分成两半的中空圆柱体即3D打印导板；
步骤八、将二者分别保存输出为STL文件；
步骤九、基于STL文件进行高精度3D打印，选择软度为70的覆膜软胶材料，兼顾导板的强度和可让性；
步骤十、选择相应的3D导板将牙齿以相应姿态嵌入其中，固定牙齿在三维空间的位置关系；
步骤十一、使用金刚石锯片，在水冷却的条件下沿3D导板切割牙齿，直到牙齿组织面与3D导板完全平行，该牙齿组织面即为步骤六中在显微CT影像上确定的影像断层；
步骤十二、将牙齿从导板上取下，使用金刚石锯片，在水冷却的条件下从相反方向将牙齿切割成薄片；
步骤十三、在油石上手动打磨片，打磨时始终保持切割面与油石接触，而目标牙齿组织面与手指接触，进行单一方向的反复打磨；
步骤十四、观察磨片变化，打磨直至呈半透明状态时测量其厚度，直至厚度达到约50um即可停止，以满足显微镜观察的基本条件；
步骤十五、制作好的磨片放入无水乙醇清洁和脱水10-15min，再放入二甲苯透明10-15min；
步骤十六、最后用中性树胶封片准备显微镜下观察。
其中，拍摄显微CT的分辨率为20um以下。
其中，步骤十二中的薄片的一面为步骤十一里得到的目标牙齿组织面，另一面即为切割面。
其中，麝香草酚溶液的温度维持在4℃。
其中，步骤十二中薄片的厚度为1-2mm。
其中，步骤十五中制作好的磨片放入无水乙醇清洁和脱水维持时间为10-15min，再放入二甲苯透明10-15min。
同时需要说明的是，本发明不需要先将牙齿切开在拍摄显微CT，这样保持了患龋牙齿在拍摄显微CT时的完整性，避免了拍摄部分牙体组织时存在的X线的衰减量降低的问题，能够提高研究结果的科学性和准确性；
本发明允许研究者先在显微CT影像上了解牙齿病变的信息再有针对性的选取纳入研究的组织面，避免肉眼观察时选取组织面的盲目性，从而提高了样本利用率和实验成功率；第三，本发明巧妙的通过制作3D打印导板，将牙齿在医学影像软件中设定的空间位置关系转移到实际牙齿上，实现了断层影像与目标组织面的精准对应，同时在制作超薄磨片时，选择性的对牙齿组织片进行单一方向打磨，有效保护了目标组织面，为后续在显微镜下准确的标记磨片上不同龋坏牙本质的层次范围打下了坚实的基础；
该制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，利用3D建模技术和3D打印技术，制作了引导牙体组织切割方向的3D打印导板，实现了从显微CT影像断层到实际牙体组织面的精确转移，将牙齿磨片制作技术与3D打印导板相结合，选择性的对牙齿组织片进行单一方向打磨，有效保护了目标组织面，实现了从显微CT影像断层到牙齿超薄磨片的精确转移。
本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
所需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、将新鲜拔除的牙齿保存在0.5％麝香草酚溶液中；
步骤二、选择目标牙齿拍摄显微CT；
步骤三、将显微CT的Dicom格式数据导入医学影像处理软件中，三维重建出牙齿3D模型本例中选取左下角断层影像为例；
步骤四、在牙齿3D模型外绘制一个分析圆柱体，圆柱体大小以能完全容纳牙齿模型为标准，圆柱体各个面与牙齿表面距离不少于4mm，以保证3D打印导板有足够的厚度和强度；
步骤五、将圆柱体与牙齿模型进行摩尔减法运算，得到包含牙齿结构的中空圆柱体；
步骤六、在冠状位或矢状位图像窗口观察涉及龋病的断层影像，确定纳入研究的断层影像或组织面；
步骤七、在横截面图像窗口对上一步选定的层面进行切割，得到了分成两半的中空圆柱体即3D打印导板；
步骤八、将二者分别保存输出为STL文件；
步骤九、基于STL文件进行高精度3D打印，选择软度为70的覆膜软胶材料，兼顾导板的强度和可让性；
步骤十、选择相应的3D导板将牙齿以相应姿态嵌入其中，固定牙齿在三维空间的位置关系；
步骤十一、使用金刚石锯片，在水冷却的条件下沿3D导板切割牙齿，直到牙齿组织面与3D导板完全平行，该牙齿组织面即为步骤六中在显微CT影像上确定的影像断层；
步骤十二、将牙齿从导板上取下，使用金刚石锯片，在水冷却的条件下从相反方向将牙齿切割成薄片；
步骤十三、在油石上手动打磨片，打磨时始终保持切割面与油石接触，而目标牙齿组织面与手指接触，进行单一方向的反复打磨；
步骤十四、观察磨片变化，打磨直至呈半透明状态时测量其厚度，直至厚度达到约50um即可停止，以满足显微镜观察的基本条件；
步骤十五、制作好的磨片放入无水乙醇清洁和脱水10-15min，再放入二甲苯透明10-15min；
步骤十六、最后用中性树胶封片准备显微镜下观察。
2.根据权利要求1所述的制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，其特征在于：拍摄显微CT的分辨率为20um以下。
3.根据权利要求1所述的制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，其特征在于：步骤十二中的薄片的一面为步骤十一里得到的目标牙齿组织面，另一面即为切割面。
4.根据权利要求1所述的制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，其特征在于：所述麝香草酚溶液的温度维持在4℃。
5.根据权利要求1所述的制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，其特征在于：步骤十二中薄片的厚度为1-2mm。
6.根据权利要求1所述的制作显微CT中指定影像断层的牙齿磨片的方法，其特征在于：步骤十五中制作好的磨片放入无水乙醇清洁和脱水维持时间为10-15min，再放入二甲苯透明10-15min。
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