《Clinical Oral Investigations》：Three-dimensional reconstruction of ultrasound imaging in dentistry: a systematic review
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背景：三维超声（3D-US）重建已成为解决二维口内超声检查视野受限和操作者依赖性问题的一种潜在方案。目前已提出多种采集、追踪和重建策略，但尚无先前的系统评价对专门用于口腔医学领域的方法进行综合梳理。目的：识别并比较应用于口腔医学中的3D-US重建技术，评估采集
背景：三维超声（3D-US）重建已成为解决二维口内超声检查视野受限和操作者依赖性问题的一种潜在方案。目前已提出多种采集、追踪和重建策略，但尚无先前的系统评价对专门用于口腔医学领域的方法进行综合梳理。目的：识别并比较应用于口腔医学中的3D-US重建技术，评估采集策略、空间追踪和重建方法如何影响准确性、可重复性、可行性和临床适用性。方法：对5个数据库进行了系统性检索。纳入标准为使用超声成像并采用任意一种3D-US重建方法针对特定口腔应用的研究。采用定制的混合QUADAS-2/QUIN/STARD框架评估偏倚风险。结果：共13项研究（2010—2025年）符合纳入标准，其中10项为体外研究，3项为体内研究。采集方法包括机械化线性平台扫描（n=6）、机械臂控制（n=2）、带追踪的手持自由扫查（n=2）、无追踪的手持自由扫查（n=1）以及定制口内夹具（n=2）。数字化印模的准确性范围为12至50 μm，牙周和牙槽嵴评估的偏差在亚毫米级别，多数误差率低于10%。可重复性和临床可行性与硬件复杂性呈负相关：机械化和机器人系统实现了最高精度并可精确定位以进行重复评估，但其临床可用性最低。相反，手持自由扫查方法展现出最强的临床应用潜力，但代价是可重复定位和高精度测量能力不足。所有研究的偏倚风险均为高或不明确，原因是异质性较大、样本量较小以及体内验证有限。结论：过去15年间，口腔医学中的3D-US重建取得了显著进展，在数字化印模、牙周评估、牙槽嵴测量和种植规划方面展现出有前景的准确性。然而，大多数研究仍停留在可行性探索和体外实验阶段，方法学上的差异限制了可比性。未来进展将依赖于验证框架的标准化、增加体内准确性研究，以及开发紧凑、自动化的采集工作流程。随着持续改进，3D-US有望成为口腔医学诊断和手术应用中一种临床实用、无辐射的成像模态。
背景
诊断性超声（US）提供了一种实时、无创、无电离辐射且易于获取的图像，具有多种临床应用。最早将US用于口腔目的的报道可追溯至1963年，当时使用眼科扫描仪观察牙齿的内部结构。此后，US的实际和潜在应用已扩展至多个领域。在口腔颌面区域，其应用包括甲状腺和唾液腺成像、咀嚼肌张力和厚度的评估、淋巴结转移筛查、颞下颌关节及关节盘状态的评估、口腔癌（包括舌癌）的探查、牙周骨缺损和根分叉病变的评估、根尖周病变周围皮质骨侵蚀的可视化、种植体周围组织可视化以及牙齿完整性的评估。
尽管具备这些优势，传统US仍受限于有限的视野、无法穿透矿化组织成像以及对操作者技能的高度依赖。在口腔环境中，这些限制因口内空间狭小、探头机动性和角度受限以及牙釉质和骨骼频繁产生的声影而进一步加剧。
从连续二维图像进行三维超声（3D-US）重建已被探索作为扩展空间范围和改善解剖结构呈现的策略。该方法于1986年首次引入胎儿成像领域。这种三维超声（3D-US）系统为US成像增加了额外的复杂性，但也已在医学领域找到一系列用途。
已有多种技术策略被提出以实现口腔应用中的3D-US重建。这些创建图像的方法在探头运动控制、空间定位和重建算法方面各不相同。不同系统在依赖手持自由扫查、机械化或机器人定位、外部姿态追踪或定制口内固定装置以建立连续US图像之间的空间对应关系方面存在差异。这种方法学的异质性反映了缺乏普遍接受的牙科3D-US重建框架，并使不同研究之间的比较变得复杂。
虽然先前的系统评价已探讨了更广泛医学背景下的手持式3D-US技术，但这些发现由于解剖通路、成像深度和口内约束条件的差异而无法直接移植到口腔医学领域。相比之下，现有的口腔医学系统评价主要集中于传统的二维US技术和口腔应用。总体而言，这些评价指出US是一种有前景的成像模态，可用于评估软组织厚度、牙周结构、种植体周围组织、颌骨病变以及皮质骨和牙槽嵴顶骨水平，通常显示出与直接测量、组织学结果、CBCT和头影测量成像的一致性。常被引用的优势包括无电离辐射、实时图像采集以及先进多普勒技术评估血管和组织灌注的能力。然而，这些评价也一致报告了与方法学异质性、硬件和成像方案的变异、样本量小、解剖限制、操作者依赖性及培训需求、缺乏专用口内换能器、数字工作流整合有限以及缺乏标准化成像方法相关的局限性。重要的是，多项评价强调了需要专用的口内硬件、标准化的成像方案以及与数字工作流的更好整合，同时3D-US被视为一个重要的发展方向。然而，没有一项评价专门评估用于生成3D-US容积的采集策略、追踪方法和重建方法。
因此，本系统评价旨在综合关于口腔医学中3D-US的现有证据，特别关注采集策略、追踪方法、重建方法及其对临床实施的启示。
材料与方法
本系统评价按照PRISMA指南进行报告。研究方案在研究筛选和数据提取之前制定，随后在国际前瞻性系统评价注册库PROSPERO注册。初始文献检索于2025年6月进行，而PROSPERO注册于2025年9月完成。从方案制定到注册期间，未对资格标准、结局指标或检索策略进行实质性更改。
主要研究问题是：“在口腔医学中，使用了哪些方法来重建3D-US图像？采集策略、空间追踪和重建方法的差异如何影响测量可靠性和临床适用性？”
相应的PICO框架定义为：人群为口腔和颌面成像应用；干预措施为使用不同采集和追踪策略的3D-US重建；对照为替代重建方法或方法学方法；结局为准确性、可重复性、可行性和临床适用性。在本评价中，“三维超声”（3D-US）是指通过将连续的二维US采集数据重建为三维数据集或模型，从US数据生成的任何能够提供三维表示的成像输出。
制定了涵盖三个主要概念组的检索策略，每组内部使用布尔运算符OR连接。第一组涉及超声成像相关术语，第二组包含从US图像构建的三维模型术语，第三组指定口腔医学中的应用。各组之间使用布尔运算符AND连接。2025年6月，对五个电子数据库进行了检索：PubMed、Embase、Cochrane Library、Web of Science和Medline。检索词针对每个数据库进行了调整。检索范围截至2025年2月。2026年3月进行了更新检索，以捕捉2025年3月至12月期间的研究。
研究筛选过程由两名独立审稿人分两个阶段完成。在第一阶段，审查标题和摘要。如果标题和摘要包含可能与3D-US模型在口腔医学中应用相关的信息，则保留该文章进行全文评估。对于标题和摘要审查不明确的案例，则保留全文。在第二阶段，由相同的审稿人检索并评估所选文章的全文，并与纳入和排除标准进行比较。如有任何文章纳入不明确，可由第三名审稿人达成共识。
纳入标准为经过同行评审的原创性文章，包括初步研究、试点研究、验证研究或临床研究，这些研究利用了US成像和不同的3D-US重建技术来创建具有特定口腔医学应用的三维模型。
排除标准包括非英文发表的文章、未使用US成像技术的文章、未将US成像组合成三维容积的文章以及未指明口腔医学潜在临床应用的文章。
数据提取由相同的两名审稿人独立进行。在Excel电子表格中创建模板。从每篇文章中提取的数据项目包括：研究是在体内还是体外环境下进行；研究类型，分为可行性研究或诊断准确性研究；所用US换能器和频率；实现的空间分辨率；追踪或图像配准的方法；用于重建的计算机应用程序或软件；报告的准确性测量值；扫描程序所需时间；用于扫描分析的样本；以及所研究的口腔医学潜在应用。
研究被分类为可行性研究（侧重于技术实施和工作流整合）或诊断准确性研究（进行了与参考标准的定量比较）。鉴于缺乏标准化的分类系统，方法学类别在数据提取过程中采用归纳法迭代开发。
重建方法被归类为：机械化线性平台栅格扫描；机械臂控制的多自由度扫描；手持自由扫查（带追踪或无追踪）；以及定制口内固定装置或定位夹具。
口腔应用被归类为：解剖结构可视化；数字化印模和修复学；以及牙周诊断和种植规划。
为确保体内和体外研究的方法学严谨性和透明度，采用了多层次评估策略。主要框架采用专为诊断准确性研究设计的QUADAS-2工具。然而，一些侧重于实验室特定潜在偏倚来源的研究方面，如标本制备、设备校准、定位、耦合条件和可重复性，未能得到充分覆盖。因此，纳入了来自QUIN框架的选定要素以解决与体外研究相关的这些问题。最后，加入了STARD检查表的选定要素，用于评估样本量论证、精度/不确定性的报告以及是否报告了预定义方案或方法。
这种定制的混合方法意图是以QUADAS-2作为诊断准确性基础，以QUIN捕获实验室特定的偏倚来源，并以STARD要素提高方法学透明度和统计报告质量的评估。选择的条目需与本研究的具体内容和设计相关。
这使得能够在四个领域的14个检查点进行领域级判断：样本选择、待评价试验、参考标准和实验设置。如果至少有一个标准被评为高偏倚，则整体偏倚风险评估为高；如果所有类别均为低偏倚，则评为低；否则，偏倚风险评为不清楚。
结果
在五个数据库的初始检索中，共识别出850篇文章，其中237篇为重复记录。第二次检索新增51篇文章。经标题和摘要筛选后，又移除了635篇文章。共检索并审查了29篇文章的全文，其中3篇因非实验性研究被移除，14篇未包含三维重建方法，3篇与口腔临床应用无关。在全文审查过程中，通过参考文献核查额外确定了4篇文章。最终，共有13篇文章符合纳入标准且不符合排除标准，被纳入本系统评价。
这13篇纳入研究的时间跨度为2010年至2025年。其中，10篇在体外环境下完成，3篇在体内环境下进行。研究主要分为诊断准确性研究或可行性研究。所使用的US频率范围从10 MHz一直到高频超声应用的150 MHz。
在US追踪技术的使用方面，包括6项采用机械化线性平台栅格扫描的研究，2项采用机械臂控制多自由度扫描的研究，2项采用带追踪的手持US方法的研究，1项采用无追踪手持自由扫查的研究，以及2项采用定制口内夹具/固定装置的研究。
在口腔应用方面，三项研究与解剖结构的可视化和评估相关，五项研究探讨将3D-US用作数字化印模方法，五项研究用于牙周诊断和种植规划相关目的。
定制的偏倚风险和报告指南评估结果显示，大部分研究为不清楚到高偏倚风险，其中6篇文章被评为高偏倚风险，7篇被评为不清楚。
讨论
本研究旨在系统地收集和比较已被研究用于将US图像重建为三维模型的不同方法，以及它们在口腔医学中的潜在应用和准确性。这一过程揭示了从2010年开始直到2025年最近仍在继续的研究，涵盖了体外和体内环境中的多种图像追踪和重建方法。分析包括对不同采集和重建方法的交叉比较，并通过混合框架分析了偏倚风险。
在US追踪方法方面，13项研究被分类为各种追踪二维US图像以构建三维模型的方法。机械化线性平台扫描利用电机驱动平移台沿预定轴以系统化栅格模式移动US换能器，其优点是真正的三维重建、均匀的空间采样、高可重复性和几何精度，缺点是设备庞大笨重、不可便携且采集速度较慢。机械臂控制扫描使用铰接式机械臂定位和移动US换能器，可实现复杂轨迹和多角度采集，具有高可重复性和准确性，但同样体积庞大、昂贵且需要校准。手持自由扫查方法结合了手持口内扫描的灵活性与实时姿态追踪，分为带追踪和无追踪两种，前者具有便携性和临床使用可能性，后者最为灵活但缺乏空间配准。定制口内夹具/固定装置设计了个性化的定位装置以提高可重复性并减少操作者变异性，但引入了设计和制造步骤的额外复杂性。
在口腔应用方面，三项研究利用3D-US技术进行解剖结构可视化，评估了牙周组织和牙釉质厚度等。五项研究将3D-US用于数字化印模，利用高频US成像创建用于冠、CAD/CAM修复体和种植体的数字化印模。五项研究用于牙周诊断和种植规划，实现了牙槽骨表面三维模型的构建、牙周袋的无痛测量以及种植体植入的规划和引导。
在准确性和扫描时间方面，各研究报告的准确性指标显示与金标准相比达到毫米到亚毫米级别，误差率不超过10%。扫描时间从2分钟到5-6小时不等。在临床转化障碍方面，本评价发现大多数先前评价中识别的许多挑战在3D-US系统中依然存在，甚至可能因空间追踪、三维重建和配准的额外要求而被放大。机械化线性平台和机械臂控制系统目前主要仍是基于研究的技术，而带追踪的手持系统展现出最强的椅旁实施潜力。定制口内导板系统可能代表一种中间方案。此外，操作者依赖性是US在口腔医学中常见的限制之一，而机械化方法虽最小化了操作者变异但牺牲了实用性，手持方法则保留了操作者依赖性。
在偏倚风险评估方面，所有纳入研究均被判定为不清楚或高偏倚风险。这些发现应在解释报告的性能指标时予以考虑，因为许多研究是探索性的可行性研究，样本量小，方法学细节报告有限，且参考标准存在异质性。因此，现有证据应主要被视为展示了技术可行性和发展，而非提供了临床有效性的确定性证据或广泛临床实施的准备状态。
在未来发展方向方面，该领域可能会继续研究创建3D-US重建的附加方法，追求更高的简单性和更小的物理足迹。可能的因素包括高性能计算应用的可及性、无线视距约束的追踪方法、多种图像模态融合到统一工作流中，以及人工智能辅助的自动化和重建。未来的系统预计将强调更小的换能器和扫描硬件，以增强口内操控和椅旁使用。空间定位的改进可能克服当前与光学追踪或笨重机械夹具相关的限制。此外，基于深度学习的重建可能减少操作者依赖性并缩短重建时间。多模态融合的整合，如将US数据与光学扫描或低剂量CBCT对齐，可能增强可视化的解剖结构。随着这些技术的成熟，标准化的验证框架和面向临床的准确性研究对于确保可重复性和融入数字牙科生态系统至关重要。
结论
本系统评价表明，在过去十年中，口腔医学中的3D-US取得了进展，多样化的采集、追踪和重建方法使得牙周结构的可视化越来越准确。机械化和机器人系统继续提供最高的几何保真度，而带追踪和无追踪的手持自由扫查方法似乎为未来临床整合提供了最强有力的途径。然而，大多数研究仍停留在可行性探索和体外实验阶段，方法学、报告和参考标准的显著差异限制了可比性和临床转化。持续的进步将依赖于标准化的验证框架、增加体内准确性研究以及采集工作流的进一步自动化。尽管当前证据仍主要为临床前性质，但在不暴露于电离辐射的情况下在口腔临床环境中生成三维诊断信息的潜在能力，继续证明了对口腔医学中3D-US技术的进一步发展和临床评估是合理的。
