頭影測量在正畸學(xué)中的臨床研究及應(yīng)用發(fā)展

駱厚卓 張曉東 李成日 張文君 賈立輝

(沈陽軍區(qū)總醫(yī)院口腔內(nèi)科，110840)

頭影測量在正畸學(xué)中的臨床研究及應(yīng)用發(fā)展

駱厚卓 張曉東 李成日 張文君 賈立輝

(沈陽軍區(qū)總醫(yī)院口腔內(nèi)科，110840)

頭影測量一直是口腔正畸臨床診斷、治療設(shè)計(jì)及研究工作的重要手段。各種頭影測量分析法也在不斷完善。隨著數(shù)碼技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，應(yīng)用數(shù)字化X線片和計(jì)算機(jī)輔助頭影測量逐漸增多，頭影測量技術(shù)也經(jīng)過了3個(gè)漸次發(fā)展的階段，即：①手工頭影測量；②常規(guī)計(jì)算機(jī)輔助頭影測量；③三維頭影測量。本文主要對頭影測量技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行了綜述，對新興的三維頭影測量技術(shù)著重概述。

頭影測量；正畸學(xué)；臨床研究；應(yīng)用

頭影測量分析是正畸治療過程中的重要組成部分，對口腔正畸的診斷具有重要的作用[1]。多年來，正畸治療前通過頭影測量正、側(cè)位片進(jìn)行頭影測量分析，得到顱頜面骨骼位置關(guān)系與形態(tài)特點(diǎn)的信息，已經(jīng)成為非常成熟的檢查方法，將有助于明確診斷、制定治療計(jì)劃、評估預(yù)后等。X線頭影測量自20世紀(jì)中期就已開始應(yīng)用于口腔正畸學(xué)，目前，已經(jīng)在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用，而且發(fā)展的相當(dāng)成熟，相當(dāng)完善。在過去的10年里，產(chǎn)生了一種嶄新的三維頭影測量方法，使得頭影測量的功能得到極大的豐富，其應(yīng)用也日益廣泛，具有良好的臨床前景。許多學(xué)者對顱、頜面部組織形態(tài)的測量進(jìn)行了研究探索，期望找出一種能客觀反映和精確測量顱、頜面部組織形態(tài)的方法。本文旨在對頭影測量在口腔正畸學(xué)中的臨床研究及應(yīng)用發(fā)展做一綜述。

1 發(fā)展背景

1931年Broadbent和Hofrath[2]65分別在美國和德國提出X線頭影測量。1958年丹麥皇家牙科學(xué)院，首先應(yīng)用了計(jì)算機(jī)X線頭影測量方法，但當(dāng)時(shí)并未能普遍開展。直至20世紀(jì)70年代初，計(jì)算機(jī)X線頭影測量才開始在美國廣泛應(yīng)用，將X線頭影測量數(shù)值化，大大提高了測量的效率及測量準(zhǔn)確性，為樣本的科研提供了有利條件，使X線頭影測量進(jìn)入一個(gè)新的階段[2]66。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，Hounsfield[3]5于1967年發(fā)明了CT，其能夠再現(xiàn)顱面骨組織的三維結(jié)構(gòu)。1971年被用來輔助診斷治療。1998年側(cè)重對顱面部骨組織進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)再現(xiàn)的錐狀束CT引入到口腔學(xué)科中，并得到不斷完善，使得三維頭影測量的優(yōu)越性得到充分地體現(xiàn)。正畸學(xué)中的頭影測量將從點(diǎn)、線、距離、角度的二維測量向面積、容積的三維測量擴(kuò)展[3]99。隨著CBCT[4-7]在口腔頜面部影像診斷中應(yīng)用的日益廣泛，CBCT配置的圖像處理軟件也不斷成熟，使得頭影測量正在從二維時(shí)代向三維時(shí)代邁進(jìn)。

2 頭影測量分析法

頭影測量分析已普遍應(yīng)用于口腔各專業(yè)，并且成為口腔正畸臨床病例診斷、分析的重要輔助手段。最初時(shí)，正畸醫(yī)生大多數(shù)應(yīng)用普通X光片進(jìn)行手工頭影測量。隨著數(shù)碼和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用數(shù)字化X線光片、計(jì)算機(jī)輔助頭影測量及計(jì)算機(jī)三維重建后的3D測量應(yīng)運(yùn)而生。

Tweed三角分析法[8]由Tweed于1945年提出，該三角的3條邊由眼耳平面、下頜平面和下中切牙長軸組成。在Tweed分析法中，均以下頜的分析為依據(jù)。Tweed認(rèn)為FMIA為65°是建立良好面型的重要條件。但是該法僅以改變下中切牙的傾斜度為目的；其測量值都來自白種人群，不適合中國人群；測量項(xiàng)目過少，較為局限，對較復(fù)雜的畸形很難分析出全部的畸形機(jī)制。

Wylie分析法[2]78由Wylie于1947年提出，包括10項(xiàng)測量內(nèi)容，以眶耳平面為基準(zhǔn)平面，以線距分析為主。此法在臨床中常用來分析判斷牙、頜、面解剖結(jié)構(gòu)的高度和深度的變化。

Downs分析法[9]由Downs于1948年提出，包括骨骼間及牙與骨骼間關(guān)系的兩大部分10項(xiàng)測量內(nèi)容。Downs最先提出以眼耳平面作為參考平面，并且指出眼耳平面可充分評估面部形態(tài)，內(nèi)容較為完善，因而該法至今廣為應(yīng)用。但對于研究顱頜面部生長發(fā)育的變化方面存在不足之處。由于牙頜顱面結(jié)構(gòu)具有種族差異，不同種族應(yīng)有各自正常均值以便應(yīng)用。

Ricketts分析法[10]由Ricketts RM醫(yī)生在20世紀(jì)中期提出，Ricketts分析法共包括約50余項(xiàng)測量項(xiàng)目，分別從上下牙間關(guān)系、上下頜骨間關(guān)系、牙與頜骨間關(guān)系、口唇位置關(guān)系、顱骨與顏面部關(guān)系及內(nèi)部結(jié)構(gòu)間關(guān)系6個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行探討。

Steiner分析法[11]是1953年由Steiner從Downs、Riedel等分析法中擇優(yōu)而成，測量內(nèi)容相對全面地描述了上下頜骨相對于顱底的前后位置關(guān)系及上下牙齒的相對關(guān)系，并且可通過測量內(nèi)容判斷下頜長度及位置；此外，還可了解下頜的旋轉(zhuǎn)方向及生長型。隨后1959年，Steiner從臨床診斷及矯治設(shè)計(jì)的便利出發(fā)，提出了一種主要適用于安氏Ⅰ類和Ⅱ類錯(cuò)的分析和矯治設(shè)計(jì)方法，又稱之為臂章分析法，但此法不適合用于Ⅲ類錯(cuò)畸形病例。

Coben分析法[9]由Coben于1955年提出，它是一種以線距測量為主的X線頭影測量分析方法，更加深入了解人類面部結(jié)構(gòu)在生長發(fā)育過程中的變化，并探討顱頜面各組成部分之間的相互補(bǔ)償機(jī)制。但是Coben分析法缺乏對于牙性問題的分析，在各測量項(xiàng)目中，只在顏面部高度的分析上測量了上下前牙的切端高度，僅靠此來判斷咬合狀態(tài)是不充分的。

Jarabak分析法[12]由Jarabak醫(yī)生于1972年提出，該分析法主要是基于面后部結(jié)構(gòu)的分析，可用于預(yù)測面部的生長方向，同時(shí)主要著重于研究治療前后對下頜骨的影響。Jarabak分析法主要包括牙性分析和骨性分析兩個(gè)部分。但是該法的缺陷在于需要在測量前消除錯(cuò)位咬合對分析結(jié)果的影響。

Wits分析法[13]由Jacobson于1975年提出。該分析法用于測量上下頜骨前部的相互關(guān)系。分別從上下牙槽座點(diǎn)AB向功能性平面作垂線，兩垂足分別為AO點(diǎn)和BO點(diǎn)，然后通過測出AO點(diǎn)和BO點(diǎn)間的距離來反映上下頜骨前部的相互位置關(guān)系。Wits分析法在于使人們對上下牙槽座點(diǎn)對顱部基準(zhǔn)平面的關(guān)系有一個(gè)較全面的認(rèn)識。

McNamara分析法[14]是由McNamara在吸收了Ricketts和Harvold分析法部分原理的基礎(chǔ)上于1983年提出的。它主要分析牙與牙、牙與頜骨、頜骨與頜骨、頜骨與顱骨之間的關(guān)系。在McNamara分析法中，測量項(xiàng)目為線距的直接測量，且不受眼耳平面和前顱底平面傾斜度的影響。

3 頭影測量的應(yīng)用發(fā)展

頭影測量自20世紀(jì)40年代問世以來，一直是正畸診斷、分析以及治療前后療效評價(jià)的重要方法之一[15-18]。它也經(jīng)歷了手工頭影測量、計(jì)算機(jī)X線頭影測量到現(xiàn)在的CBCT的三維測量[19-22]的3個(gè)革命歷程，使得頭影測量體系越來越完善，精確性越來越高。

常規(guī)手工頭影測量所得數(shù)據(jù)離散程度較大，說明其重復(fù)性較差，小角度項(xiàng)目的測得值較小，絕對值均在0°～10°范圍內(nèi)，構(gòu)成該角的兩直線趨于平行，致使兩直線的交點(diǎn)難以確定；同時(shí)，手工測量過程中點(diǎn)間的連線以及10°以下角度值的估測都增加了產(chǎn)生誤差的可能，很快就被機(jī)測的X線頭影測量所取代。

幾十年來X線二維頭影測量一直成為口腔正畸臨床診斷治療設(shè)計(jì)及研究工作的重要手段。其主要通過口腔全景片，頭顱正、側(cè)位片進(jìn)行X線頭影相關(guān)參數(shù)測量，并根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行矯治設(shè)計(jì)。此方法拍攝簡便、費(fèi)用低廉，能同時(shí)顯示軟、硬組織等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但所提供的二維平面信息，無法完整地評估顱頜面的三維結(jié)構(gòu)[23-25]；而且影像的重疊、圖像的放大失真、非對稱性畸形的診斷、拍攝時(shí)頭部的姿勢等均對測量結(jié)果有影響。因此迫切需要一種可行的三維測量方法來進(jìn)行頭影測量。

雙平面X射線立體攝影法與共平面X射線立體攝影法應(yīng)運(yùn)而生，頭顱X線立體攝影時(shí)通過對頭顱在兩個(gè)不同角度上X射線投影分析來實(shí)現(xiàn)三維空間重構(gòu)。這種方法對技術(shù)及設(shè)備要求高，并不是真正的三維空間構(gòu)象，為最終實(shí)現(xiàn)三維分析、三維測量奠定了基礎(chǔ)。但是臨床上X射線頭影三維測量系統(tǒng)的應(yīng)用并不常見。

近年來隨著CT設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟件的飛速發(fā)展以及圖像數(shù)字處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，顱頜面結(jié)構(gòu)的三維重建和測量得以實(shí)現(xiàn)。CT掃描具有放射劑量低且分辨率高等特點(diǎn)，它克服了傳統(tǒng)X線頭影測量的一些常見問題，如傳統(tǒng)側(cè)位片的組織重疊、放大、扭曲、病人體位不正確等因素；重組的三維結(jié)構(gòu)可以按任意角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從各個(gè)方向觀察骨骼結(jié)構(gòu)的形態(tài)與位置關(guān)系，還可以進(jìn)行空間上的重疊以及渲染效果與灰度X光片的重疊，均使測量結(jié)果有較高的準(zhǔn)確性[26-28]，幾乎不存在幾何誤差?？梢哉鎸?shí)重現(xiàn)活體各組織器官的解剖形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行有效的三維測量。

4 三維頭影測量

手工及計(jì)算機(jī)X線頭影測量技術(shù)是我們口腔醫(yī)務(wù)工作者經(jīng)常使用的輔助手段，而三維測量這一新興產(chǎn)物的誕生，給我們帶來了革命性的進(jìn)步。它充分地顯示了頜面部骨骼及牙的解剖結(jié)構(gòu)，同時(shí)它所配置的三維測量軟件技術(shù)也不斷成熟，可以完成任意空間距離[29]或角度的測量，大大提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性及臨床的診斷能力，使其在正畸治療中具有較好的應(yīng)用前景。

在二維圖像中，有著大量的骨性結(jié)構(gòu)的重疊影像及放大率等問題，使得定點(diǎn)的可重復(fù)性和可靠性及結(jié)果的準(zhǔn)確性都不十分理想。但在三維頭影測量中，線距與角度的測量也不再受限于某一個(gè)二維圖像，而是一個(gè)可根據(jù)臨床需要靈活處理的三維立體信息。通過軸位、矢狀位以及冠狀位三維圖像[30]觀察，可精確定義并記錄一個(gè)體素的空間位置，這樣就可以準(zhǔn)確計(jì)算出任意兩點(diǎn)之間的距離和任意三點(diǎn)之間的角度。因此亟需患者真實(shí)的三維圖像信息，來詮釋三維頭影測量的方法及項(xiàng)目。

三維頭影測量目前還在探索中，方法和經(jīng)驗(yàn)都不是十分完善，但許多軟件可以將CBCT的三維影像轉(zhuǎn)化成頭顱側(cè)位片，然后通過二維的分析法進(jìn)行測量計(jì)算，這樣大大地減少很多誤差，增強(qiáng)了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。這也是二維向三維發(fā)展的一種過渡形式。正畸頭影測量正在從二維時(shí)代向三維時(shí)代邁進(jìn)，隨著三維空間測量方法的發(fā)展成熟，三維頭影測量必將是正畸頭影測量的發(fā)展趨勢[31-32]。

5 總結(jié)

頭影測量在正畸臨床診斷治療中所起的作用是不可忽視的。半個(gè)多世紀(jì)來，眾多臨床醫(yī)務(wù)者始終在努力地探索開發(fā)一種在臨床應(yīng)用中使人滿意的正畸頭影測量方法。于是Downs、Steiner、Wylie和Tweed等頭影測量分析法相繼誕生，這些分析法對錯(cuò)畸形的診斷分析均有其特色，但是它們都有各自的局限性，所以要靈活地選擇應(yīng)用，也可以相互輔助補(bǔ)償應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，使得頭影測量技術(shù)進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段，大大地提高了測量的效率及測量的準(zhǔn)確性，也讓二維頭影測量逐漸向三維空間頭影測量發(fā)展。目前，二維X線頭影測量已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但仍有其局限性及某些不足之處；三維測量雖然具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢，但只是發(fā)展的初始階段，仍需要不斷地完善。總之，到目前為止，還沒有一種在臨床應(yīng)用中使人滿意的正畸頭影測量方法。X線和CT測量技術(shù)還有很多可以改進(jìn)的空間，相互借鑒相互補(bǔ)充，使其朝著小型化、低輻射、準(zhǔn)確方便的方向發(fā)展而廣泛應(yīng)用于正畸治療的診斷中。從目前臨床應(yīng)用來看，三維CT影像重建技術(shù)是最佳的組織測量方法，能真實(shí)地再現(xiàn)三維空間結(jié)構(gòu)特性，為醫(yī)務(wù)人員提供更真實(shí)更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。三維頭影測量必將是未來正畸學(xué)輔助方法的發(fā)展方向。

[1]劉怡.錐束CT的發(fā)展與臨床應(yīng)用[J].口腔正畸學(xué)，2008，15(4)：189-192.

[2]傅民魁.口腔正畸?？平坛蘙M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2007.

[3]馬緒臣.口腔頜面錐形束CT的臨床應(yīng)用[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2011.

[4]Moshiri M，Scarfe WC，Hilgers ML，et al.Accuracy of linear measurements from imaging plate and lateralcephalometric imagesderived from cone-beam computed tomograhy[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop，2007，132(4)：550-560.

[5]MaalTJ，PlooijJM，RangelFA，etal.The accuracy of matching three-dimensional photographs with skin surfaces derived from cone-beam computed tomography[J].Int J Oral Maxillofac Surg，2008，37(7)：641-646.

[6]Lascala CA，Panella J，Marques MM.Analysis of the accuracy of linear measurements obtained by cone beam computed tomography(CBCT-NewTom)[J].Dentomaxillofac Radiol，2004，33(5)：291-294.

[7]Ludlow JB，Davies-Ludlow LE，BrooksSL，etal.Dosimetry of 3 CBCT devices for oral and maxillo-facial radiology CB radiology CB Mercuray：NewTom 3G and i-CAT[J]. Dentomaxillofac Radi-ol，2006，35(4)：219-226.

[8]戴寧，孫蕙，李蓉，等.西安地區(qū)正常成人顱頜面結(jié)構(gòu)頭影測量分析[J].中國美容醫(yī)學(xué)，2010，19(10)：1522-1524.

[9]劉雪凌.X線頭影測量Coben分析法研究進(jìn)展[J].中國實(shí)用口腔科雜志，2011，4(9)：567-569.

[10]熊暉，徐菁，賀紅.湖北武漢地區(qū)33名正常Ricketts頭影測量分析[J].口腔醫(yī)學(xué)研究，2009，25(5)：586-588.

[11]劉杰，蘇建輝，劉麗媛，等.哈爾濱地區(qū)正常成人Steiner分析法正常值的研究[J].中國美容醫(yī)學(xué)，2011，20(5)：815-817.

[12]熊暉，徐菁，賀紅.湖北武漢地區(qū)42名正常Jarabak頭影測量分析[J].中華口腔正畸學(xué)雜志，2009，16 (4)：199-202.

[14]Saul R，Nell F，James K.et al.Predicting the“Wits”appraisalfrom theANB angle[J].Am JOrthod，1980，77 (6)：636.

[15]Lagravère MO，MajorPW.Proposed reference pointfor 3-dimensional cephalometric analysis with cone-beam computerized tomography[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop，2005，128(5)：657-660.

[16]William E，Harrell Jr.3D diagnosis and treatment planning in Orthodontics[J].Semin Orthod，2009，15(1)：35-41.

[17]AyoubAF，Xiao Y，Khambay B，etal.Towardsbuilding aphoto-realistic virtual human face for craniomaxillofacial diagnosis and treatment planning[J].Int J Oral Maxillofac Surg，2007，36(5)：423-428.

[18]Hwang HS，Hwang CH，Lee KH，et al.Maxillofacial 3-dimensional image analysis for the diagnosis of facial asymmetry[J].Am JOrthodDentofacialOrthop，2006，130(6)：779-785.

[19]ChanHJ，Woods M，Stella D.Three-dimensional computed craniofacialtomography(3D-CT)：potentialusesand limitations[J].Aust Orthod J，2007，23(1)：55-64.

[20]Vos WD，Casselman J，Swennen GR.Cone-beam computerized tomography(CBCT)imaging of the oral and maxillofacial region：a systematic review of the literature[J].Int J Oral Maxillofac Surg，2009，38(6)：609-625.

[21]Grauer D，Cevidanes LS，Proffit WR.Working with DICOM craniofacialimages[J].Am J Orthod DentofacialOrthop，2009，136(3)：460-470.

[22]Moshiri M，Scarfe WC，Hilgers ML，et al.Accuracy of linear measurements from imaging plate and lateral cephalometric imagesderived from cone-beam computed tomograhy[J]. Am J Orthod Dent ofacial Orthop，2007，132(4)：550-560.

[23]Lou L，Lagravere MO，Compton S，et al.Accuracy of measurementsand reliability oflandmark identif1 cation with computed tomography(CT)techniques in the maxillofacial area：a systematic review[J].Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod，2007，104(3)：402-411.

[24]Adams GL，Gansky SA，MillerAJ，et al.Comparisonbetween traditional 2-dimensional cephalometry and a 3-dimensionalapproach on human dry skulls[J].Am JOrthod Dentofacial Orthop，2004，126(4)：397-409.

[25]Ogawa N，MiyazakiY，Kubota M，etal.Application of cone beam CT 3D images to cephalometric analysis[J].Orthod Waves，2010，69(4)：138-150.

[26]Periagoa DR，Scarfeb WC，Moshiric M，et al.Linear accuracy and reliability of cone beam CT derived 3-dimensional images constructed using an orthodontic volumetric rendering program[J].Angle Orthod，2008，78(3)：387-395.

[27]Weinberg SM，Naidoo S，GovierDP，etal.Anthropometric precision and accuracy of digital three-dimensional photogram-metry：comparing the Genex and 3dMD imaging systems with one another and with direct anthropometry[J].J Craniofac Surg，2006，17(3)：477-483.

[28]Gwen R.J.Swennen，F(xiàn)ilip A.C.Schutyser，Jarg-Erich Hausamen.Three-dimensionalcephalometry：a color atlas and manual[M].Berlin：Springer，2006：116-175.

[29]Kobayashi K，Shimoda S，Nakagawa Y，et al.Accuracy in measurement of distance using limited cone-beam computerized tomography[J].Int J Oral Maxillofac Implants，2004，19 (2)：228-231.

[30]Weinberg SM，Kolar JC.Three-dimensional surface imaging：limitationsand considerationsfrom the anthropometric perspective[J].J Craniofac Surg，2005，16(5)：847-851.

[31]Kau CH，Richmond S，Palomo JM，et al.Three-dimensional cone beam computerized tomography in orthodontics[J].J Orthod，2005，32(4)：282-293.

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賈立輝

2012-07-06)