锥形束CT对青少年颌骨硬组织三维测量的可行性分析

王 超，丁 寅，陈金武，赵文峰

颅颌面结构三维分析是研究颅颌面生长发育和畸形特点的重要手段，有着传统平片无可比拟的优势。如何实现颅颌面结构三维测量分析，是国内外学者共同关注的课题[1]。锥形束CT（cone-beam computer tomography，CBCT）技术发展迅猛，逐步应用于颌骨三维重建测量[2-3]。CBCT因其成像质量高、放射剂量小、配备专门的测量软件等优势，在口腔颌面部广泛应用[4]。目前关于CBCT对颌面部硬组织对称性测量分析报道较少，本试验拟通过对青少年志愿者拍摄CBCT，利用MIMICS软件进行三维重建，分析解剖标志点定位的准确性和可重复性，以此确定CBCT对青少年颌骨硬组织三维对称性测量的可行性。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取西安地区中学生志愿者47名（其中男 20名，女 27名，年龄 12～16岁，平均13.8岁）,满足以下条件：牙列完整，无正畸治疗史，无先天颅颌面发育不全，无颌面部骨折、肿瘤、手术史。本研究已向志愿者本人和监护人明确告知，取得知情同意，且得到本校伦理委员会批准。

1.2 方法

1.2.1 CBCT拍摄方法 采用德国西诺德 CBCT伽利略系统，扫描范围为15 cm×15 cm×15 cm；扫描参数：球管电压85 kV，电流21 mA；重建层厚为0.25 mm。扫描时，受试者均为站立位，自然放松，目视前方，处于正中咬合状态，且保持眶耳平面与水平面平行。

1.2.2 CBCT 图像处理 CBCT 图像数据以医学数字图像通讯（digital imaging and communications in medicine，DICOM）[5]标准格式储存。 以 MIMICS10.01（Materialise Inc.Belgium）软件进行颌面部硬组织图像三维重建，确定解剖标志点。

1.2.3 确定参考平面和解剖标志点 根据骨性解剖结构显著性和稳定性，共设定23个解剖标志点：其中 5 个为单点 （Ba、S、N、ANS、Pog）； 其余为对称点，如OrL、OrR分别表示左右眶下缘点。表1示各解剖标志点的定位要求。

1.2.4 标志点观测方法 选定两名定点观测者（正畸科或正颌外科3年以上工作经历者），对其培训MIMICS10.01软件的使用方法和23个解剖标志点的定位标准；主要在水平截面视图定位标志点，以冠状截面视图、矢状截面视图、三维重建图像为参考，进一步调整该解剖标致点的位置[6]（图1）。CBCT数据经MIMICS10.01软件重建后生成的三维图像处于一组三维坐标系中 （此坐标系在CBCT拍摄时即已确立，不受观测者的影响），在该图像中定点，便会出现该点相应的坐标值（以mm为单位，小数点后4位）。每名观测者对每例受试者所有解剖标志点定位 3 次，取平均值即为该点坐标（X、Y、Z）；每次测量均从CBCT原始数据导入开始，选择相同阈值进行三维重建。

1.3 数据处理和统计 针对两名定点观测者对每一个点的坐标值，计算坐标值差异均数（x），并使用配对t检验，评判对同一解剖标志点定位的一致性，由此来评价该23个解剖标志点定位的可行性和准确性。

2 结果

除了眶下缘点和下颌角点外，两名定点观测者对其他解剖标致点在三维坐标上表现出了高度的一致性（坐标值差异 ＜2 mm），其中颅底点（Ba）、蝶鞍中心点（S）、鼻根点（N）、前鼻嵴点（ANS）、髁突顶点（Co）、喙突顶点（Cop）坐标定位差异度 ＜1 mm，说明本解剖标志点定位方法准确可行，可作为各类线距和角度测量，并进行左右侧不对称分析的基础。而对于眶下缘点（Or）和下颌角点（Go），两名定点观测者确定的坐标值差异 ≥2 mm（表2）。

表2 两名定点观测者确定的Or和Go坐标值差异

3 讨论

颅颌面结构三维定量测量分析是研究颅颌面生长发育规律的重要手段。最早的颅面骨三维测量是在颅骨干标本上进行[7]，三维测量很困难。传统X光片头影测量，影像重叠，不能分辨一些精细骨结构，存在一定的放大误差，且定点存在个体误差[8]。薄层CT断层影像能在不同的平面上定位修正解剖标志点位置，大大提高了定位的精确性，但由于其费用昂贵，辐射剂量大，不适于作为青少年的检查手段。

在研究颅颌面部正常骨组织的发育以及畸形骨组织的病变程度时，精确定位标志点和确定参考平面，以便描述颅面部骨组织的特殊结构所在的位置是关键的一步，因此，许多学者对于颅颌面部标志点的定义及新标志点的提出做了大量的工作[9-11]。随着CT扫描三维重建技术的广泛应用，三维重建影像被广泛应用于生长发育的研究，采用软件对三维重建影像直接进行三维测量。但目前尚无文献明确说明CBCT三维重建图像标志点定位的准确性，故本研究旨在探索在CBCT三维影像中，确定颌骨解剖标志点和基准平面的精确度和可行性。

表1 各解剖标志点的设定

图1 各解剖标志点在MIMICS软件窗口水平截面的定位

本研究所确定的23个标志点，都表现出了较好的可重复性，可以用于颌骨硬组织参考平面的设定及线距、角度的测量分析。仅眶下点（水平和垂直方向）、下颌角点（垂直和矢状方向）定位存在一定误差（均在3 mm以内），对三维空间上的计算影响甚微。总体来说，在所有的23个标志点中，眶下缘、下颌角标志点定位相对模糊，其他标志点在三维空间及各个坐标轴上的定位均高度一致。因此认为，本定位方法及标志点可以为颅颌面硬组织形态研究提供参考。

关于Or和Go解剖标致点定位一致性较低的原因分析：（1）眶下缘点的概念基于头颅侧位二维平面眶下缘骨性结构投影重叠，在三维结构中此概念模糊，标志点解剖位置定位不精确；且在一些病例中受眶下切迹的影响，眶下缘三维重建图像质量不理想，出现Z轴（垂直方向）上定位偏差；眶下缘弧度平缓，最低点不易定位，故出现X轴（水平方向）不一致。（2）下颌角点为下颌角最向外向后的点，头影侧位片中可由下颌骨体切线升支后缘切线辅助确定，而在三维图像中，在矢状界面上定点后，三维图像中调整顶点位置时，受观测者角度的影响，位置变化相对较大。

关于三维参考平面的设定，是研究颌骨不对称畸形的基础，已有众多学者依据自身研究条件和研究目的提出了不同的三维参考平面设定方法。其设定原则是：标志点定位清晰、解剖变异小。Maeda等[12]曾在研究偏颌畸形硬组织特点时，以蝶鞍点-鼻根点-枢椎齿突定点定义颅底正中矢状面，3个解剖标志点位于颅底，发育形成较早，位置稳定，不易受后天环境的影响[13]。本研究中位于颅底可用于确定正中矢状面的解剖标志点颅底点（Ba）、蝶鞍中心点（S）、鼻根点（N）坐标值差异均数均在1 mm以内，说明在影像中定位准确，可以用于颅颌骨正中矢状面的确定。

本研究表明，在锥形束CT重建影像中，颌骨标志点定位准确，再现性高，稳定性好，可以用于青少年颌骨硬组织三维不对称性测量。

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