[目的]牙齿的形态特征有助于改善牙齿计算机辅助设计和制造的过程,先前的研究主要采用二维图像,提供的信息有限。本研究采用三维几何形态学方法测量牙齿的三维形态特征,并依据形态特征进行对上、下颌第一恒磨牙进行分类。[方法]1.三维激光扫描100对中国青少年牙齿石膏模型,在右上、下颌第一恒磨牙上确定225与246个形态测量标志点与半标志点。通过Morphologika 2 v2.5软件对牙冠三维坐标数据进行广义普氏分析。模型经过缩放、平移、旋转操作后,实现所有牙冠在特征位置和三维坐标的统一,在此基础上可得到所有牙冠的平均形状。通过计算牙冠的质心距离(CS)来评估牙冠的大小,借助多元方差分析来评估牙冠的大小及性别间的差异。2.在牙冠的普罗克拉斯提斯坐标上进行主成分分析(PCA),通过主成分(PC)来评估牙冠的形状差异并确定评价指标。运用Geomagic软件分别测量计算各个牙冠评价指标的数值并运用SPSS软件进行统计分析。为了保证权重系数的准确性,对所有测量数据进行归一化处理。3.分别使用K均值聚类(K-means)与非加权组平均分法聚类(UPGMA)方法分别对牙冠进行聚类,通过主成分散点图对比聚类效果,择优选择最佳聚类。同时基于主成分确定的评价指标,对各类别牙冠进行三维测量分析并计算权重系数,对比分析不同类别牙冠均值模型的偏差色谱图,得到牙冠分类量化标准。[结果]1.通过计算重复测量的普罗克拉斯提斯距离来评估测量方法的误差,并与形状总方差相比较。分别分析了右上颌第一恒磨牙(M1)和右下颌第一恒磨牙(M2)所有100对样本,平均误差M1:4.1%(范围:0.75%-5.3%)和M2:4.4%(范围:1.7%-5.2%)。2.主成分分析显示右上、下颌第一恒磨牙前5个主成分贡献了 65%～75%形状变异。它们最大的形状差异都表现在牙冠近远中与颊舌向的长宽比例,前2个最重要的主成分与牙冠的大小和牙尖点的相对位置有关。同时,右下颌第一恒磨牙远中尖变异显著。男性第一恒磨牙比女性更大(M1:2.68%;M2:1.66%),但没有明显的两性分化。上、下第一恒磨牙大小显著相关(r2=0.703),上颌磨牙越大,相对的其下颌磨牙也会越大。3.主成分散点图显示上颌磨牙无论使用K均值或UPGMA聚类方法,不同类别的主成分坐标点都有较大的重叠,下颌磨牙主成分坐标点分类较清晰明确。UPGMA聚类可以通过系统发育树对牙冠的相似度进行筛选,变异度较大的牙冠可以剔除,因此UPGMA聚类同一类别牙冠的聚合性更高,分类更均匀。在本实验中UPGMA组聚类的分类效果优于K均值聚类组。4.依据前5个主成分所代表的牙冠解剖学意义确定评价指标,并对UPGMA聚类牙冠进行测量分析,对数据进行归一化处理后计算各个指标的权重系数。上颌磨牙各类别除了近远中径/颊舌径比率这一项外,其余各项评价指标差异都较显著。下颌磨牙则在体积、尖窝高度这两项上差异较大。从UPGMA聚类的权重总和中发现,上、下颌第一恒磨牙各分类的差异有一定的梯度变化。同时,从男女构成比例来看,男性的总权重要高于女性,这也侧面印证了男性磨牙比女性磨牙更加宽大。[结论]1.牙冠的性别差异最直观的表现是体积,形状的差异并不显著。上颌远中舌尖和下颌的远中尖变异度较大,但对整体牙冠形态影响不大。牙冠的形状变化受多种主成分参数影响,通过调节牙冠的主成分构成,可以实现对牙冠形状的调整。2.本实验是对牙冠三维形态学定量化分析研究的一个尝试,实验证明了基于三维几何形态测量的UPGMA聚类法对牙冠形态的类别划分切实可行。运用三维几何形态学方法提取上、下颌第一恒磨牙牙冠的特征信息,再借助UPGMA聚类分析方法对牙冠分类,可以得到相对理想的牙冠分类量化标准与各分类具体的轮廓形态,可为牙冠修复提供更直观的参考。