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第45卷第12期 温奥楠，赵一姣，王 勇.“刚性配准”与“非刚性配准”在数字化口腔医学三维点云数据中的应用［J］.
2025年12月 南京医科大学学报（自然科学版），2025，45（12）：1698-1708 ·1701 ·

析、虚拟患者的构建、颅颌面正中矢状平面的构建 800 d：85 μm；Form2：91 μm；Form3：80 μm ［19］ 。研究
以及颅颌面缺损修复的数字化设计等方面发挥了 评价了不同三维打印设备打印类牙颌模型的精度，
重要作用，具体如下。 为其临床应用提供了一定的参考。
2.1 三维点云数据的对比分析 2.2 虚拟患者的构建
三维点云数据的对比分析是指比较不同三维 在口腔医学领域中，虚拟患者通常由颌面部软
点云数据间的三维形状，从而分析不同数据间的三 硬组织的三维点云数据（颜面、颌骨、牙列等）构成，
维形态差异，此过程需要不同数据间具有统一的空 能够准确反映颌面部软硬组织的形态结构和空间位
间坐标系。在口腔临床实践中，往往会涉及到采用 置关系，其在口腔医学领域的临床诊疗与教育教学中
不同设备、手段或在不同治疗阶段中获取患者的三 发挥了重要作用。基于口腔颌面锥形束 CT（cone
维点云数据，这些数据通常处于不同的空间坐标系 beam computer tomography，CBCT）设备获取的DICOM
下，因此基于“刚性配准”统一不同数据间的坐标系 （digital imaging and communications in medicine）数
是三维点云数据对比分析的重要前置环节。针对 据，通过三维重建技术可以获取颌面部软硬组织的
同一患者，通过对比不同三维扫描设备（颜面扫描 三维点云数据，且这些数据具有统一的空间坐标
设备、口内扫描设备、口外植体扫描设备等）获取的 系，能够反映软硬组织间的位置关系。但受限于设
同类三维点云数据，可以评价扫描设备的扫描精 备扫描精度以及数据重建精度，不能精确反映软组
度，为临床应用提供参考 ［11-13］ ；通过对比不同治疗阶 织和牙列硬组织的三维形态结构，同时还缺乏纹理
段中获取的同类三维点云数据，可以对治疗方案、 信息。基于三维光学扫描设备获取的三维点云数
治疗效果进行可视化分析与数字化评价等 ［14-16］ 。此 据（颜面数据、牙列数据等）能够较为真实地还原患
外通过三维点云数据的对比分析亦可对不同配准方 者的三维形态结构，是构建虚拟患者的重要数据基
法、不同三维打印设备等进行精度评价研究 ［17-19］ 。笔 础，但三维光学扫描设备获取的数据间缺乏统一的
者团队针对同一名患者，以固定式三维颜面扫描设 坐标系。因此，目前口腔医学领域在构建虚拟患者
备采集的三维点云数据作为参考数据，以 5 种便 时通常以数字成像和通信（digital imaging and com⁃
携式三维颜面扫描设备（Space Spider、LEO、EVA、 munications in medicine，DICOM）数据重建出的三维
DS⁃FScan 和 iPhone X）采集的三维点云数据作为测 点云数据为媒介，基于“刚性配准”将光学扫描获取
试数据，基于“刚性配准”统一参考数据与测试数据 的数据分别重叠匹配到重建数据的相应区域，从而
间的空间坐标系后，对数据间进行整体和分区的对 构建出高度仿真的虚拟患者 ［20-22］ 。此外，在三维虚拟
比分析。结果显示，参考数据与测试数据间的平均 患者的基础上，通过引入时间维度，结合动态咬合数
整体三维偏差均方根（root mean square，RMS）值分 据或动态颜面数据，还可构建出四维虚拟患者，进而
别为，Space Spider：0.345 mm；LEO：0.391 mm；EVA： 助力于以美学和功能为导向的精准修复 。虚拟患
［20］
0.383 mm；DS⁃FScan：0.334 mm；iPhone X：0.483 mm， 者为口腔临床的精准诊断、治疗方案设计、治疗效
平均分区三维偏差 RMS 值分别为，Space Spider： 果预测以及口腔医学生的虚拟仿真教学等提供了
0.346 mm；LEO：0.390 mm；EVA：0.374 mm；DS⁃ 重要数据模型，其在口腔医学领域的应用具有巨大
FScan：0.329 mm；iPhone X：0.497 mm ［11］ 。研究评价 潜力，随着数字化技术的进一步发展，虚拟患者将
了5种便携式三维颜面扫描设备获取三维点云数据 成为口腔医学领域不可或缺的重要工具之一。
的正确度，为便携式三维颜面扫描设备的临床应 2.3 颅颌面正中矢状平面的构建
用提供了一定的指导意义。笔者团队针对建立的 颅颌面正中矢状平面的构建是分析颅颌面对
结构化类牙颌模型数据，采用多个三维打印设备 称性的前提和基础，也是数字化口腔美学修复设
（Objet30 Pro、Projet 3510 HD Plus、Perfactory DDP、 计、颅颌面外科手术设计和正畸矫治设计的重要参
DLP 800d、Form2和Form3）获取实体模型，以专用的 考依据，其构建精度直接影响着诊疗效果的准确性
类牙颌模型的数字化设计数据作为参考数据，以不 与可靠性。针对颅颌面三维点云数据，正中矢状平
同打印设备打印的实体模型的光学扫描数据作为 面通常基于数据上人工标记的重要解剖标志点构
测试数据，分析显示参考数据与测试数据间的整体 建，此过程的操作和实现相对简单，但对医生的主

三维偏差 RMS 值分别为，Objet30 Pro：45 μm；Projet 观经验有较高依赖性，构建正中矢状平面的可重复
3510 HD Plus：64 μm；Perfactory DDP：95 μm；DLP 性欠佳。有学者提出基于“刚性配准”对三维颜面