錐形束CT用于口腔頜面疾病進(jìn)展

韋雪瓊，王遠(yuǎn)軍

(上海理工大學(xué)醫(yī)學(xué)影像工程研究所，上海 200093)

口腔健康是全身健康的重要組成部分，不良口腔習(xí)慣、牙周病及頜骨腫瘤等造成的口腔頜面畸形嚴(yán)重影響咀嚼功能和面部美觀[1]。錐形束CT(cone beam CT， CBCT)圖像分辨率高、放射劑量低，可提供三維(three-dimensional， 3D)信息，已成為檢查口腔頜面的重要影像學(xué)方法之一[2-3]。CBCT診療口腔頜面疾病基本流程包括分割牙頜、3D重建口腔頜面部及治療規(guī)劃3個部分(圖1)。本文對CBCT在口腔頜面疾病中的應(yīng)用價值和研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 牙頜分割

CBCT可提高圖像信噪比，輔助評估牙頜形態(tài)，降低漏診誤診風(fēng)險，但存在以下缺點：①低成像劑量可致圖像噪聲高、對比度低；②圖像包含整個頭部信息，口腔結(jié)構(gòu)分辨率低；③牙齒與牙槽骨灰度值相近，較難分割；④牙齒輪廓受拓?fù)渥兓绊?，分割結(jié)果多分支化。目前分割牙頜已由傳統(tǒng)方法發(fā)展到基于深度學(xué)習(xí)的分割法[4-5]。

1.1 傳統(tǒng)分割法 采用經(jīng)典閾值類分割方法如結(jié)合濾波去噪、邊緣檢測及骨架提取等方法可增強(qiáng)邊緣信息，提高分割精確度[5]；為提取光順邊界，可在傳統(tǒng)水平集方法中加入競爭能量項、梯度能量項、形狀約束能量項、全局先驗灰度能量項或局部灰度能量項等約束信息，以減少邊界毛刺[6]。在經(jīng)典閾值類分割方法中加入具有牙頜信息的水平集方法，并考慮人工干預(yù)產(chǎn)生的誤差及牙齒粘連等問題，可提高混合分割算法的精確度，但該類方法多為半自動分割法，分割磨牙精確度較低[7]。

圖1 CBCT診療口腔頜面疾病基本流程

表1 口腔頜面常用數(shù)據(jù)

1.2 深度學(xué)習(xí)分割法 目前基于CBCT的深度學(xué)習(xí)分割與分類成為研究熱點，通過學(xué)習(xí)尋找信息量豐富且與眾不同的特征，可在提高分割精確度的同時分類標(biāo)記牙齒[8-9]。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中融合粗細(xì)預(yù)分割、空間背景信息預(yù)處理等增強(qiáng)方法能夠有效抑制噪聲，提高檢測微小對象的敏感度，準(zhǔn)確定位口腔頜面解剖標(biāo)志，分割牙頜邊界[10-11]?；赗es_Unet網(wǎng)絡(luò)，采用多模型混合可增強(qiáng)對比度較低的牙根邊界信息，分割精確度可達(dá)95.40%[12]；但數(shù)據(jù)來源少、制定金標(biāo)準(zhǔn)較為耗時等因素限制著多數(shù)深度學(xué)習(xí)分割法訓(xùn)練集與測試集數(shù)據(jù)量。目前已可實現(xiàn)全自動分割標(biāo)記牙齒，且對其中切牙、尖牙和前磨牙取得了較好結(jié)果，但對后磨牙與智齒區(qū)域易出現(xiàn)過分割或欠分割。采用深度學(xué)習(xí)方法、融合多種方法優(yōu)勢分析牙齒特征，增加訓(xùn)練集樣本量，有助于提高分割后磨牙及智齒的精確度。

2 3D重建

3D重建技術(shù)可減少視野受限所致診斷誤差，目前已有較為成熟的重建系統(tǒng)，可實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像3D可視化；通過3D重建牙齒、牙神經(jīng)及頜骨等，根據(jù)頜骨結(jié)構(gòu)、咬合面和牙槽骨量，可設(shè)計出最佳種植方案[13]。術(shù)前需進(jìn)行多次3D模擬手術(shù)預(yù)演，比較各方案優(yōu)劣，確定最佳咬合面及頜骨切除修復(fù)方案[14-15]。無論口腔種植還是頜骨治療，比較手術(shù)前后3D圖像變化、定量評估術(shù)前規(guī)劃精確度與術(shù)后治療效均屬必要?，F(xiàn)今應(yīng)用較廣泛的3D重建系統(tǒng)包括Visualization Toolkit(VTK)、Magics、Geomagic及ITK-SNAP等，相關(guān)技術(shù)發(fā)展日趨成熟，但仍存在信息處理耗時、交互性不足、數(shù)據(jù)測量困難和缺乏圖像配準(zhǔn)功能等問題，亟需開發(fā)兼容圖像配準(zhǔn)、定量分析和裸眼3D功能的3D重建系統(tǒng)。

3 治療規(guī)劃

目前基于CBCT的治療規(guī)劃主要包括術(shù)前預(yù)先判斷診療方案風(fēng)險與效果和術(shù)后依據(jù)理想方案復(fù)診評估療效兩部分內(nèi)容。CBCT能提供精準(zhǔn)的口腔頜面數(shù)據(jù)，可結(jié)合診療目的有針對性地采集數(shù)據(jù)，為預(yù)測和評估療效提供依據(jù)[16]?？谇活M面常用數(shù)據(jù)見表1，解剖標(biāo)志點見表2。根據(jù)眶耳平面、面中平面(垂直于眶耳平面，并通過鼻根點)和冠狀面(垂直于眶耳平面，并通過蝶鞍點)建立空間坐標(biāo)系，定位治療前后圖像，并測量軟、硬組織移動數(shù)據(jù)；通過測量面部中1/3(軟組織眉間至下唇)、面部下1/3(下唇至軟組織頦部)、上下唇長度及前面部高度(鼻根點至頦下點)等軟組織數(shù)據(jù)，可定量評估手術(shù)對面部美觀的影響[17]。針對硬組織，主要研究內(nèi)容為術(shù)前測量解剖標(biāo)志點間的數(shù)據(jù)，并根據(jù)配準(zhǔn)圖像定量評估治療效果與方案之間的偏差，為判斷疾病類型與分析術(shù)后潛在影響提供參考依據(jù)[18]。結(jié)合人工智能技術(shù)開發(fā)計算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)全自動測量手術(shù)前后軟、硬組織變化有助于制定治療方案，預(yù)測并發(fā)癥發(fā)生率，評估術(shù)后患者恢復(fù)程度，對未來住院醫(yī)生培訓(xùn)和臨床教學(xué)具有重要價值。

3.1 口腔種植 牙槽骨對牙齒具有支撐固定作用，口

表2 口腔頜面解剖標(biāo)志點

腔種植前均建議采用CBCT評估牙槽骨骨質(zhì)，為選擇種植體提供依據(jù)。正常狀態(tài)下，牙槽骨數(shù)據(jù)可為術(shù)前考量牙槽骨質(zhì)量和密度提供指導(dǎo)模板，為術(shù)后定量評估骨質(zhì)增加量提供參考標(biāo)準(zhǔn)，并對選擇插入體的插入扭矩及固定器尺寸和類型具有一定影響[19-20]。根據(jù)牙齒與牙槽骨數(shù)據(jù)確定種植體大小與種植方式，可降低骨板穿孔、牙槽神經(jīng)損傷等并發(fā)癥發(fā)生率[21]。骨性橋體積吸收與正畸治療成功呈負(fù)相關(guān)[22]。術(shù)后需測量植入體位置與術(shù)前規(guī)劃之間的偏差，同時跟蹤測量牙槽骨吸收率，以判斷口腔種植是否成功。

4 小結(jié)

目前CBCT成像用于口腔頜面診療相關(guān)領(lǐng)域研究主要分為輔助診斷及治療疾病。分割牙頜已從傳統(tǒng)方法發(fā)展到較高分割精確度的深度學(xué)習(xí)方法。3D重建技術(shù)的出現(xiàn)減低了視野受限所致漏診、誤診，可為定量評估治療規(guī)劃提供依據(jù)。對特定的醫(yī)學(xué)信息進(jìn)行分析可于術(shù)前輔助診斷疾病并規(guī)劃提治療方案。