錐形束CT對青少年頜骨硬組織三維測量的可行性分析

王 超，丁 寅，陳金武，趙文峰

顱頜面結構三維分析是研究顱頜面生長發(fā)育和畸形特點的重要手段，有著傳統平片無可比擬的優(yōu)勢。如何實現顱頜面結構三維測量分析，是國內外學者共同關注的課題[1]。錐形束CT（cone-beam computer tomography，CBCT）技術發(fā)展迅猛，逐步應用于頜骨三維重建測量[2-3]。CBCT因其成像質量高、放射劑量小、配備專門的測量軟件等優(yōu)勢，在口腔頜面部廣泛應用[4]。目前關于CBCT對頜面部硬組織對稱性測量分析報道較少，本試驗擬通過對青少年志愿者拍攝CBCT，利用MIMICS軟件進行三維重建，分析解剖標志點定位的準確性和可重復性，以此確定CBCT對青少年頜骨硬組織三維對稱性測量的可行性。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取西安地區(qū)中學生志愿者47名（其中男 20名，女 27名，年齡 12～16歲，平均13.8歲）,滿足以下條件：牙列完整，無正畸治療史，無先天顱頜面發(fā)育不全，無頜面部骨折、腫瘤、手術史。本研究已向志愿者本人和監(jiān)護人明確告知，取得知情同意，且得到本校倫理委員會批準。

1.2 方法

1.2.1 CBCT拍攝方法 采用德國西諾德 CBCT伽利略系統，掃描范圍為15 cm×15 cm×15 cm；掃描參數：球管電壓85 kV，電流21 mA；重建層厚為0.25 mm。掃描時，受試者均為站立位，自然放松，目視前方，處于正中咬合狀態(tài)，且保持眶耳平面與水平面平行。

1.2.2 CBCT 圖像處理 CBCT 圖像數據以醫(yī)學數字圖像通訊（digital imaging and communications in medicine，DICOM）[5]標準格式儲存。 以 MIMICS10.01（Materialise Inc.Belgium）軟件進行頜面部硬組織圖像三維重建，確定解剖標志點。

1.2.3 確定參考平面和解剖標志點 根據骨性解剖結構顯著性和穩(wěn)定性，共設定23個解剖標志點：其中 5 個為單點 （Ba、S、N、ANS、Pog）； 其余為對稱點，如OrL、OrR分別表示左右眶下緣點。表1示各解剖標志點的定位要求。

1.2.4 標志點觀測方法 選定兩名定點觀測者（正畸科或正頜外科3年以上工作經歷者），對其培訓MIMICS10.01軟件的使用方法和23個解剖標志點的定位標準；主要在水平截面視圖定位標志點，以冠狀截面視圖、矢狀截面視圖、三維重建圖像為參考，進一步調整該解剖標致點的位置[6]（圖1）。CBCT數據經MIMICS10.01軟件重建后生成的三維圖像處于一組三維坐標系中 （此坐標系在CBCT拍攝時即已確立，不受觀測者的影響），在該圖像中定點，便會出現該點相應的坐標值（以mm為單位，小數點后4位）。每名觀測者對每例受試者所有解剖標志點定位 3 次，取平均值即為該點坐標（X、Y、Z）；每次測量均從CBCT原始數據導入開始，選擇相同閾值進行三維重建。

1.3 數據處理和統計 針對兩名定點觀測者對每一個點的坐標值，計算坐標值差異均數（x），并使用配對t檢驗，評判對同一解剖標志點定位的一致性，由此來評價該23個解剖標志點定位的可行性和準確性。

2 結果

除了眶下緣點和下頜角點外，兩名定點觀測者對其他解剖標致點在三維坐標上表現出了高度的一致性（坐標值差異 ＜2 mm），其中顱底點（Ba）、蝶鞍中心點（S）、鼻根點（N）、前鼻嵴點（ANS）、髁突頂點（Co）、喙突頂點（Cop）坐標定位差異度 ＜1 mm，說明本解剖標志點定位方法準確可行，可作為各類線距和角度測量，并進行左右側不對稱分析的基礎。而對于眶下緣點（Or）和下頜角點（Go），兩名定點觀測者確定的坐標值差異 ≥2 mm（表2）。

表2 兩名定點觀測者確定的Or和Go坐標值差異

3 討論

顱頜面結構三維定量測量分析是研究顱頜面生長發(fā)育規(guī)律的重要手段。最早的顱面骨三維測量是在顱骨干標本上進行[7]，三維測量很困難。傳統X光片頭影測量，影像重疊，不能分辨一些精細骨結構，存在一定的放大誤差，且定點存在個體誤差[8]。薄層CT斷層影像能在不同的平面上定位修正解剖標志點位置，大大提高了定位的精確性，但由于其費用昂貴，輻射劑量大，不適于作為青少年的檢查手段。

在研究顱頜面部正常骨組織的發(fā)育以及畸形骨組織的病變程度時，精確定位標志點和確定參考平面，以便描述顱面部骨組織的特殊結構所在的位置是關鍵的一步，因此，許多學者對于顱頜面部標志點的定義及新標志點的提出做了大量的工作[9-11]。隨著CT掃描三維重建技術的廣泛應用，三維重建影像被廣泛應用于生長發(fā)育的研究，采用軟件對三維重建影像直接進行三維測量。但目前尚無文獻明確說明CBCT三維重建圖像標志點定位的準確性，故本研究旨在探索在CBCT三維影像中，確定頜骨解剖標志點和基準平面的精確度和可行性。

表1 各解剖標志點的設定

圖1 各解剖標志點在MIMICS軟件窗口水平截面的定位

本研究所確定的23個標志點，都表現出了較好的可重復性，可以用于頜骨硬組織參考平面的設定及線距、角度的測量分析。僅眶下點（水平和垂直方向）、下頜角點（垂直和矢狀方向）定位存在一定誤差（均在3 mm以內），對三維空間上的計算影響甚微?？傮w來說，在所有的23個標志點中，眶下緣、下頜角標志點定位相對模糊，其他標志點在三維空間及各個坐標軸上的定位均高度一致。因此認為，本定位方法及標志點可以為顱頜面硬組織形態(tài)研究提供參考。

關于Or和Go解剖標致點定位一致性較低的原因分析：（1）眶下緣點的概念基于頭顱側位二維平面眶下緣骨性結構投影重疊，在三維結構中此概念模糊，標志點解剖位置定位不精確；且在一些病例中受眶下切跡的影響，眶下緣三維重建圖像質量不理想，出現Z軸（垂直方向）上定位偏差；眶下緣弧度平緩，最低點不易定位，故出現X軸（水平方向）不一致。（2）下頜角點為下頜角最向外向后的點，頭影側位片中可由下頜骨體切線升支后緣切線輔助確定，而在三維圖像中，在矢狀界面上定點后，三維圖像中調整頂點位置時，受觀測者角度的影響，位置變化相對較大。

關于三維參考平面的設定，是研究頜骨不對稱畸形的基礎，已有眾多學者依據自身研究條件和研究目的提出了不同的三維參考平面設定方法。其設定原則是：標志點定位清晰、解剖變異小。Maeda等[12]曾在研究偏頜畸形硬組織特點時，以蝶鞍點-鼻根點-樞椎齒突定點定義顱底正中矢狀面，3個解剖標志點位于顱底，發(fā)育形成較早，位置穩(wěn)定，不易受后天環(huán)境的影響[13]。本研究中位于顱底可用于確定正中矢狀面的解剖標志點顱底點（Ba）、蝶鞍中心點（S）、鼻根點（N）坐標值差異均數均在1 mm以內，說明在影像中定位準確，可以用于顱頜骨正中矢狀面的確定。

本研究表明，在錐形束CT重建影像中，頜骨標志點定位準確，再現性高，穩(wěn)定性好，可以用于青少年頜骨硬組織三維不對稱性測量。

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