根管治疗术是目前治疗牙髓病及根尖周病的最有效的方法，根管系统极为复杂，对根管系统变异认识不足导致的遗漏根管、根管预备不彻底、根管充填不密合等是导致根管治疗失败的最常见原因。三维重建技术是对从医学设备采集的二维影像序列进行识别处理并重建出三维的立体图像，使传统医学由二维影像观察发展为三维空间观察。显微计算机断层摄影术（micro-computed tomography，Micro-CT）采集图像信息准确、安全、重复性好、分辨率高，应用三维重建软件可从不同角度和层面观测重建后的根管三维影像，并且可以进行定性定量的分析，在根管系统解剖形态和根管治疗各个环节的基础研究中被广泛应用，本文就基于Micro-CT 的三维重建技术在根管治疗研究中的应用做一综述。
1. 三维重建技术
医学图像的三维重建技术是指借助计算机图像处理软件将二维断层图像序列（CT、MRI、超声、组织连续切片和电镜连续切片等）转变为可展现立体形态和空间关系的三维图像。经重建后的三维图像能够解决传统二维图像的信息数据不足的问题，清晰再现组织器官的三维解剖形态。三维重建技术主要有多层面重建技术（multiplanar reformation，MPR）、最大密度投影技术（maximum intensity projection，MIP）、表面阴影遮盖（surface shadow display，SSD）、容积漫游技术（volume rendering technique，VRT）、曲面重建技术（curved reformation，CPR）、虚拟内镜技术（virtual endoscopy，VE）等，根据应用于人体不同部位及病变情况可选择不同的重建技术。
根据不同的需求也可选择不同的三维重建软件，除CT自带的用于三维重建软件如AngioCT、CTAn 等外，可用于三维重建的软件还有Mimics（Materialise 公司，比利时）、Geomagic（Geomagic 公司，美国）、Amira（Visage Imaging 公司，澳大利亚）、VG Studio/Max（Volume Graphics 公司，德国）、3D Slicer（免费开源软件，美国）、ScanFE（Simple ware Ltd 公司，英国）、Avizo（VSG 公司，澳大利亚）、Analyze（Analyze Direct Inc 公司，美国）、3d MED（埃提斯生物科技有限公司）、Image-ware（EDS 公司，美国）、Rapidform（INUS 公司，韩国）等系统软件。
锥形束CT（cone beam computer tomography，CBCT）是现在广泛用于辅助口腔临床疾病诊疗的一种无创性影像方法。CBCT 常在临床上用于确认根管数目、形态和解剖变异，有助于临床医生确认额外的根管，减少遗漏根管等操作失误，但因其分辨率较低，用于分析复杂根管形态时仍有欠缺。Micro-CT 采用微焦点成像，产生锥形光束照射物体，通过体元的解析度确定被扫描物体的二维或三维重建图像。Micro-CT 的分辨率达到了微米级，比CBCT 更加精准，经三维重建后得到的立体影像能够准确地显示牙体及根管系统的复杂解剖形态，是目前根管系统形态学研究和评价根管预备质量的金标准。
将Micro-CT 扫描的数据导入三维重建软件中，根据牙齿矢状面、冠状面、横断面的二维图像，进行三维重建，获得牙齿的三维图像，通过调节牙齿硬组织的透视化效果，用不同颜色区分牙齿硬组织和根管系统，可获得牙齿和根管系统的三维图像以及牙齿的三维透视图。
2. 三维重建在根管形态研究中的应用
2.1 根管的解剖形态
熟悉根管系统的基本解剖形态的是根管治疗成功的重要保障。目前研究离体牙根管形态的方法主要有透明牙染色法、切片法、X 线片法、CBCT和Micro-CT 扫描等。透明牙染色法和切片法制作过程中会破坏了根管的细微解剖结构，影响测量结果的准确性。X 线片法得到的只是牙齿及根管的二维影像，部分结构相互重叠，对根管的解剖形态的反映不够准确。CBCT 分辨率低，结果的准确性不够。Micro-CT分辨率更高，三维重建后的图像清晰度更高，能精确地显示根管的解剖形态和侧枝根管、根尖分叉、管间峡区等细微结构，并且可以定量测量根管解剖结构的相关数据。然而Micro-CT 技术也有其局限性，Micro-CT的放射剂量高，扫描及三维重建的时间长，费用高昂，只能用于样本量较少的离体牙研究，而且三维重建技术复杂，需要深入学习相关的软件知识。
目前国内外学者运用Micro-CT 及三维重建技术对不同种族人群各个牙位的牙齿的解剖形态进行了广泛且深入研究。三维重建后可获得牙齿及根管系统的可视化的三维透视图，既可直观地观察牙根的形态和数目，根管的数目和Vertucci分型，根管口位置，横截面根管形态，侧副管的位置和数目，根尖孔的位置形态数目；也可通过三维软件准确测量根管的长度、直径、锥度、周长、面积、体积和结构模型指数，牙本质厚度，多根管牙各根管口之间的距离，解剖性根尖孔与生理性根尖孔的距离等。
临床医生通过这些研究结果对每个牙位的牙齿的根管解剖特征及变异情况有深入的了解，可以更好地指导临床操作。Marceliano-Alves 等通过Micro-CT扫描169颗上颌第一磨牙分析腭根的根管形态，所有的腭根均为Vertucci Ⅰ型根管，横截面为椭圆形，25% 的样本有侧枝根管，95%样本的主根尖孔与解剖根尖不重合，只有8% 的根管为直根管，仅38% 的根管能辨认根尖狭窄区，距离根尖1 mm 处的最小牙本质厚度为0.82 mm，腭根的平均体积为6.91 mm3，平均表面积为55.31 mm2，根管呈杆状。
有学者通过Micro-CT 扫描三维重建研究上下颌磨牙生理性根尖孔的几何形状，上颌第一磨牙近颊、远颊和腭侧根管的生理性根尖孔的平均最小直径分别为0.22、0.33、0.33 mm，平均最大直径分别为0.33、0.31、0.42 mm，上颌第二磨牙的分别为0.24、0.22、0.33 mm 和0.41、0.33、0.44 mm；下颌第一磨牙近中所有根管和远中根管的生理性根尖孔的平均最小直径为0.24、0.30 mm，平均最大直径0.39、0.46mm，下颌第二磨牙分别为0.25、0.31 mm 和0.47、0.47 mm；上颌第一磨牙三根管生理性根尖孔与解剖性根尖孔的平均距离分别为0.82、0.81、1.02mm，上颌第二磨牙0.54、0.43、0.63 mm，下颌第一磨牙近远中分别为0.95、1.05 mm，下颌第二磨牙为0.78、0.81 mm；研究结果为磨牙根管预备的支点和终末锉的选择提供了参考。
2.2 根管预备
2.2.1 根管预备质量
有效的根管预备是保障根管治疗成功的重要条件。根管预备目的是通过机械化学预备去除根管内感染的牙本质和细菌，并形成便于根管充填的形态。评价根管预备质量的方法包括传统的X 线片法、组织切片法、透明树脂根管法、扫描电镜法、CBCT、Micro-CT 等，根管预备质量的评价主要是通过比较根管预备前后的根管形态变化来实现的。X线片法只能得到根管预备前后的二维影像，牙体结构相互重叠影响结果准确性，且拍摄的结果受拍摄角度的影响，不能全面评估根管预备的效果；组织切片技术需要破坏牙体结构，影响根管预备效果评价；CBCT 分辨率低，无法精准测算根管预备前后的根管形态变化。透明树脂根管法使用的树脂根管硬度与离体牙不同，不能真实反映器械的根管预备效果。扫描电镜法只能用于描述性和半定量的评价根管壁剩余碎屑和玷污层情况，而且只能随机选择部分根管区域进行观察和评分，无法全面反映整个根管的情况。
Micro-CT 三维重建后能精确再现根管的细微解剖形态，可通过测算根管预备前后的根管体积和未预备区体积、根管壁的厚度、结构模型指数（structure model index，SMI）、根管轴心和根管偏移、剩余碎屑量、横截面的牙本质裂纹等参数，准确评价根管预备的效果。
2.2.2 镍钛器械的机械预备效果
Micro-CT 比较不同镍钛器械的机械预备效果是目前研究的热点，包括旋转运动的镍钛器械（Profile、ProTaper、MTwo、HeroShaper、K3、Lightspeed、TF、BT - RaCe、OneShape、XP-endo、EdgeFile、TwistedFile 等）、往复运动的镍钛器械（WaveOne、Reciproc等）、自调节根管器械SAF 和可预弯的镍钛器械（Hyflex CM、TRUshape、M3）。有学者采用Micro-CT 比较ProTaper Next 和BT-RaCe 的预备质量，两种镍钛系统的根管全长和根尖5 mm 区未预备区域面积百分比分别为31% 和14%、33% 和14%，根管偏移值分别介于0.01～0.62 mm和0.01～0.40 mm之间，两者的预备质量差异无统计学意义。有学者采用Micro-CT 研究TRUShape 和Reciproc 对椭圆形根管的预备效果，结果显示两种系统均能显著的增加根管的体积和面积，TRUShape 系统未预备区域明显低于Reciproc系统。
2.2.3 牙本质微裂
镍钛器械预备后的牙本质微裂与根管治疗后牙根折裂的风险相关，检测牙本质微裂的常用方法有扫描电镜、体视显微镜和Mi-cro-CT 扫描。扫描电镜和体视显微镜均需要横断片切牙根，得到的层面较少，仅易观察到牙根水平走向的牙本质微裂，难以检测纵向走行的微裂纹。Micro-CT 扫描及三维重建研究可以将牙本质缺陷可视化，准确定位缺陷的位置，通过Micro-CT 扫描，每个样本可以得到几百张横截面影像，研究的结果准确性更高。多位学者采用不同镍钛锉预备不同牙位的牙齿，通过预备前后Micro-CT扫描，横断面影像判断预备前后牙本质微裂纹的发生率，结果显示各种镍钛系统预备均不会增加牙本质微裂纹的发生率。
然而Bayram等比较ProTaper Universal、ProTaper Gold、SAF 和XP-endo Shaper 四种镍钛系统预备直的单根管后的牙本质微裂纹的发生率，研究结果显示ProTaper Uni-versal根管预备后显著增加了微裂纹的发生率。
2.2.4 取分离器械技术对剩余牙本质的影响
器械分离是根管预备过程中比较常见的并发症，采用超声将分离器械取出是较常用的处理方法，操作过程中过多去除根管壁的牙本质可能会影响牙根的抗折性能，因此，不同的取分离器械的技术对牙根剩余牙本质的影响也是临床医生比较关注的问题。Yang等采用Micro-CT 扫描比较两种取镍钛断针的技术对根管壁牙本质的影响，结果显示套管技术对根管体积、直径、根分叉牙本质厚度的改变均明显小于超声工作尖取断针技术，耗费的时间也明显更短。
2.3 根管充填
根管充填的质量是根管治疗成功与否的关键因素，根管充填的目的在于严密封闭整个根管系统，消除死腔，防止再感染。根尖微渗漏、Micro-CT扫描、横断面切片后体式显微镜观察是评价离体牙根管充填质量的常用方法。根尖微渗漏的方法可重复性较差，标准差较大。横断面切片法会破坏牙体结构及损失部分充填材料，可能会影响结果的准确性。Micro-CT 扫描三维重建检查空隙发生率和空隙体积是目前评价根管充填质量的较好的方法。根充材料的高密度影像会使CT（尤其是CBCT）扫描图像产生伪影，影响根管充填质量判断的准确性。
Celikten等研究表明Micro-CT 扫描根充材料的伪影显著低于CBCT，Micro-CT微米级的分辨率，能准确评估根管充填的结果，在扫描的过程中，特殊的滤波器可以用来吸收低能量的辐射，并降低射束硬化的影响。Queiroz 等的研究也表明多种工具可以在三维重建过程中减少和修正Micro-CT 图像的伪影。然而，也有学者认为在检测根管充填质量时，Micro-CT的分辨率可能仍有不够高，使一定数量的细小空隙无法被检测到。
Kim 等采用Micro-CT 和横断面切片比较3种根管充填方法的充填质量，Micro-CT 结果显示3组差异无统计学意义，然而切片法显示EndosealMTA+单尖法+超声波震荡组根管充填质量最好，Endoseal MTA+单尖组最差。实验结果提示切片后体式显微镜观察的方法比Micro-CT 更易于检测出根管充填质量的差异，造成这一结果的原因一方面可能是由于Micro-CT 的分辨率不足以检测出较小的空隙，另一方面也有可能是由于切片过程中根管充填材料的损失造成的差异，这也是切片法的缺点。
Huang 等分别采用Micro-CT 和精度更高的Nano-CT 扫描评价三种根管封闭剂Bioac-tive、Sure Seal Root、AH Plus 配合单尖充填直的单根管的充填质量，Micro-CT显示三组空隙率差异无统计学意义，AH Plus 组的空隙体积仅在根尖1/3和冠1/3高于其他两组，而Nano-CT显示AH Plus组的空隙率明显高于其他两组，AH Plus 在整个根管的空隙体积均高于其他两组，提示在研究根管充填质量时Micro-CT 的分辨率不够，可能需要比Mi-cro-CT分辨率更高的CT。
2.4 根管再治疗效率
根管再治疗的关键在于完整去除感染的充填材料，以便重新进入整个根管系统，进一步清理和再充填根管。评价根管再治疗残留充填材料量的方法有牙齿纵向劈开或片切法、透明牙法、X 线片法和CT扫描法。牙齿纵向劈开或片切法会损失部分充填材料；X线片可以避免残留充填材料的遗失，但只能进行二维的点、线、面和角度的变化量的分析，不能准确检测体积的改变；透明牙法比X 线片法更直观，但定量分析较为困难。Micro-CT扫描后三维重建根管充填材料影像，可以准确测算再治疗前后的根充材料体积，从而计算剩余充填材料的体积百分比，评估根管再治疗的效率。
Silveira 等采用Micro-CT 比较HyFlex NT 和Mani GPR及附加超声冲洗去除弯曲根管内充填材料的效率，三维重建后测量再治疗前后及附加超声冲洗后根充材料的体积，计算去除的根充材料体积百分比，研究结果显示两种镍钛系统去除的根充材料体积百分比（平均92.7% 和95.5%）相近，附加超声冲洗后能更显著地去除根管充填材料（平均降低43%）。Yilmaz 等比较ProTaper 再治疗锉、Mtwo 再治疗锉和ProFile 三种镍钛锉根管再治疗的效率，平均剩余充填材料体积百分比分别为34.45%、45.43%、23.63%，Mtwo 再治疗锉组的剩余充填材料体积百分比显著高于其他两组。
2.5 三维有限元力学研究
有限元法运用离散化数值计算法，逐个研究离散的每个单元的性质，以单元组合体替代原结构，建立数字模型，获得整个弹性体力学特征。1973 年Thresher 等首先将有限元法应用于口腔医学研究，随着计算机技术和软件的发展，三维有限元技术可以很逼真地建立三维牙体组织模型，使牙体组织的应力分布的分析更精准，是目前口腔生物力学研究最可靠的方法。通过Micro-CT 扫描和三维重建，建立三维有限元模型，模拟根管治疗的过程并对其应力分布进行分析，可用于分析根管治疗器械应力分布和根管预备对牙体组织应力的影响，根管充填过程中根管壁的应力分布等，从而筛选合适的操作方法、预防器械折断及牙根的折裂等。
Zelic等通过Micro-CT 扫描和三维重建后，采用三维有限元法比较开髓和根管预备对牙体抗折性能的影响，结果显示开髓降低牙体强度，使牙体更容易折裂，而根管预备则对牙体强度影响不大。Romeed等通过Micro-CT扫描和三维重建后，采用三维有限元法分析取根管内分离器械对牙根抗折性能的影响，结果显示取根管内分离器械增加了牙根颊舌向折裂的风险。
综上所述，Micro-CT三维重建技术使我们对牙齿和根管形态的解剖形态有了更深入细致的认识，能广泛应用于根管系统形态、根管预备、根管充填、根管再治疗、三维有限元力学等相关的基础研究。随着影像学技术和计算机软件的不断发展，三维影像重建技术在根管治疗研究中的将有更广阔的应用前景。
