物理测量正常儿童头颅相关数据探讨颅骨修补的手术时机*

齐 帅,吉 瑶,高 岩，张春阳，董艳芳

(1.包头医学院研究生学院，内蒙古 包头 014040 ；2.包头医学院第一附属医院神经外科)

本课题选取2018年9月到2019年9月在包头医学院第一附属医院进行头颅CT检查的正常儿童影像学资料，在CT三维重建下测量颅腔体积、颅骨骨体积、头皮体积，建立正常儿童相关组织的数据曲线，探究其生长发育及规律特点，以期为早期诊断儿童颅脑病变、儿童颅骨修补手术时机提供理论基础。

1 对象与方法

1.1一般资料 本组共954例正常儿童影像学数据，其中男500例，女454例，年龄0～18岁，平均9.25岁。本组中正常儿童指排除了影响研究指标的疾病和有关因素的0～18岁人群。筛选标准： CT扫描需从枕骨大孔到颅顶头皮扫描完全，头颅检查颅骨结构无异常, 脑实质无异常,各结构显示清楚,中线无移位,未见占位及异常密度影表现的正常CT图像，并经过高级别影像科及神经外科医师双重审核后才能纳入研究。

1.2分组 (1)年龄分组(按出生后每周年计，共分19个组)：①0y组[新生儿组(≤28 d)，55例，其中男28例，女27例]。②1y组(≤1岁，54例，其中男30例，女24例)。③2y组(≤2岁，64例，其中男31例，女33例)。④3y组(≤3岁，48例，其中男25例，女23例)。⑤4y组(≤4岁，51例，其中男29例，女22例)。⑥5y组(≤5岁，53例，其中男31例，女22例)。⑦6y组(≤6岁，46例，其中男28例，女18例)。⑧7y组(≤7岁，45例，其中男30例，女15例)。⑨8y组(≤8岁，61例，其中男17例，女32例)。⑩9y组(≤9岁，45例，其中男22例，女23例)。10y组(≤10岁，47例，其中男29例，女18例)。11y组(≤11岁，52例，其中男26例，女26例)。12y组(≤12岁，49例，其中男26例，女23例)。13y组(≤14岁，46例，其中男25例，女21例)。14y组(≤15岁，48例，其中男20例，女28例)。15y组(≤15岁，61例，其中男25例，女25例)。16y组(≤16岁，61例，其中男24例，女23例)。17y组(≤17岁，52例，其中男23例，女29例)。18y组(≤18岁，53例，其中男31例，女22例)。共计19个组。(2)性别分组：男性500例，女性454例。

1.3方法 (1)采用PHILIPS公司生产的64排多层螺旋CT，患者取仰卧位，平卧于扫描床，双臂置于体旁，头置于头枕内，以枕骨大孔为基线，由下至上行横断面扫描。(2)扫描参数：管电压120 kV，管电流400～580 mA，层厚(SW)5 mm ，视野(FOV)250.0 mm，ST 5.65 Sec，Length 140.0 mm。(3)容积测量：①原始影像学数据处理：将筛选为正常儿童头颅CT原始数据，上传至PACS系统，使用Philips自带的三维重建系统，将图像数据重建为0.625 mm的三维立体图像。②图像矫正及切割：连接双侧眶上孔及外耳道上缘为分割面，将头颅分为脑颅和面颅两部分， 面颅部分进行切割去除，脑颅部分进行本实验相关测量。(图1、图2、图3)。③颅脑各组织区域的测量：正常人体组织结构不同，对X线的衰减各异，形成不同的CT值，脑(25～45 Hu)、灰质(35～60 Hu)、白质(25～35 Hu)、基底节(35～45 Hu)、脑室(0～12 Hu)、头皮等各组织CT值相近，在Philips默认容积测量软件中无差别，而颅骨的CT值为1 000 Hu，重建后的脑颅骨通过骨体积测量软件可直接获得相关体积(图4)。通过“自带渲染技术”将除骨组织以外的颅腔内组织和头皮进行渲染，将渲染后的组织进行三维重建，获得头皮体积及颅腔体积总和。由于去骨处理，原有的颅骨位置缺如，颅腔内容物和头皮因去掉了中间的颅骨而界限分明(图5)，再通过工作站手动切割技术将头皮进行切割去掉处理后计算得出颅腔体积(图6)；头皮体积由上述测量头皮体积及颅腔体积总和减去颅腔体积获得。

图1、2、3 颅脑的图像矫正与切割

图4 测量区域颅骨骨体积测量

图5 “去骨”处理后测量区域头皮及颅腔总体积测量

图6 头皮切割处理后颅腔体积的测量

2 结果

2.1颅脑不同组织生长趋势基期标准化后对比：包头市0-18岁正常儿童不同年龄段颅脑优势生长组织不同，各组织区域生长发育随年龄变化各有特点。(见图7)

图7 基期标准化后颅脑不同组织区域随年龄的生长趋势对比图

2.2测量区域颅腔体积生长发育特点 测量区域颅腔体积在0-3岁增长较快，尤以0-1岁显著，1岁时达成人70%以上，3岁时达成人的85%以上，后期生长速度逐渐放缓。14岁以前每一年较上一年相比，差异有统计学意义(P<0.05)。14岁以后每一年与上一年相比，差异没有统计学意义(P>0.05)。14岁时达成人的99 %以上。每个年龄段测量区域颅腔体积有明显的性别差异，差异有统计学意义(P<0.05)。(见表1，图8)

表1 测量区域颅腔体积均值及其占成人的百分比

图8 测量区域颅腔体积增长曲线图及95 %置信区间

2.3测量区域头皮体积生长发育特点 0-3岁时测量区域头皮体积快速增长，3岁以后以较为恒定的速度生长至18岁。相同性别正常儿童测量区域头皮体积较上一年相比有差异，差异有统计学意义(P<0.05)。相同年龄段男性头皮体积大于女性头皮体积，差异有统计学意义(P<0.05)。(见表2，图9)

表2 测量区域头皮体积均值及其占成人的百分比

图9 测量区域头皮体积增长曲线图及95 %置信区间

2.4测量区域颅骨骨体积生长发育特点 测量区域颅骨骨体积在0-3岁快速增长，后期增长变缓，11-14岁时测量区域颅骨骨体积再次出现较为快速的增长期，后缓慢匀速生长至18岁。不同年龄段较上一年有差异，差异有统计学意义(P<0.05)。相同年龄段男性测量区域颅骨骨体积较女性相比有差异，差异有统计学意义(P<0.05)。(见表3，图10)

表3 测量区域颅骨骨体积均值及其占成人的百分比

图10 测量区域颅骨骨体积增长曲线图及95 %置信区间

3 讨论

人类的头颅是多层复合系统，以眶上缘和外耳门上缘连线，将头颅分为脑颅和面颅两部分[1]，本研究只针对其中脑颅部分作为研究对象。脑颅是由颅腔内容物、颅骨、头皮组成的连续性区域。颅腔内容物中最重要组织就是脑组织，脑是心理、意识的物质本体，参与人一生的全部生命活动[2]。作为中枢神经系统最高级的部分，其生长发育方式及损伤后的功能修复一直以来都是神经学科的研究热点。脑颅骨又称为神经颅骨，是骨骼系统的复杂组成部分，为不规则扁骨，由成对的顶骨、颞骨，不成对的额骨、枕骨、蝶骨、筛骨组成，通过冠状缝、矢状缝、人字缝相连围成颅腔容纳脑组织。头皮为最为外层的组织，前至眉弓，后至项上线，外至颞上线，包括皮肤、皮下组织、帽状腱膜、腱膜下层、筋膜、颞肌、骨膜。头皮最重要的功能就是与脑颅骨协同保护脑组织免受外力损伤。

早期关于头颅研究主要集中在几何形状和整体尺寸上，大多局限于基于尸体解剖学的介质填充法，如王海杰，丁氏海，愈东郁[6-8]等分别通过在颅骨中填充细沙，小米，水来测量颅腔容积；也有学者通过测量大量志愿者头颅的长度(眉心至枕后粗隆的直线距离)，宽度(双侧外耳道的直线距离)，高度(外耳道至颅骨顶点距离)或头围(双侧眉弓绕枕后粗隆一周的距离)来反应特定人群颅脑生长发育情况[9-12]。 随着X线、超声、CT、MRI影像设备的普及，医院每天产生大量的影像数据，数字医学使得颅脑各组织大数据的活体测量成为可能[13-15]。

本课题通过对于包头医学院第一附属医院2018年9月到2019年9月行头颅平扫的954例0-18岁正常儿童的颅腔内外不同区域通过CT三维重建下的体积再现技术进行了相关体积测量，获得了包头市0-18岁儿童颅脑不同组织数据的资料。对于测量结果进行统计学分析发现，0-18岁儿童颅脑不同组织区域，在各个年龄阶段并不是同步增长，由于各组数据相差悬殊，我们对数据进行了基期标准化处理，使得颅脑不同组织区域生长发育趋势的对比更加鲜明。 0-3岁随着脑体积的迅速增长，测量区域颅腔体积、颅骨骨体积、头皮体积都迅速增长，尤以颅腔体积增长最为迅速，3岁时测量区域颅腔体积可达成人的85%以上。后各测量区域生长发育速度均减慢，颅腔体积和颅骨骨体积生长速度减慢明显。8岁以前颅脑生长发育仍以颅腔体积的增长为主，8岁时测量区域颅腔体积已达成人的95%以上。8岁以后头皮体积的增长超过颅腔体积，成为头颅生长发育的优势组织区域。

综合看来，我们与Sharma[19]等人的研究从不同方面得出了相似结论。本研究中还发现0-14岁儿童颅骨骨体积变化和颅腔体积变化趋势几乎相同。Loder[16]、Ross[17]、Adeloye[18]等研究表明颅骨全层厚度随年龄增长而增加，意味着不同于头皮的生长发育特点，颅骨厚度及其容积生长是同时进行的。其中11-14岁期间测量区域的颅腔体积、颅骨骨体积增长趋势出现一个小的增量，考虑这年龄段区间儿童处于青春期，推测增量可能是由于儿童期进入青春期，激素水平变化使得儿童骨骼系统处于一个较快速的生长阶段。14-18岁测量区域颅腔体积几乎不再变化；颅骨骨体积以缓慢的速度增长，主要表现为颅骨厚度的增长。

颅骨损伤后脑组织失去颅骨的支撑及保护极易受到二次伤害，缺损区域的局部脑组织血流速度减慢、压力降低，大面积缺损的情况下，会引起脑组织缺血继而缺氧、导致局部脑细胞代谢障碍、引发功能性紊乱，从而产生严重的头晕、头痛、记忆力减退、局灶性神经功能缺损、精神改变甚至癫痫发作等一系列并发症[20]。未成年人无论是在身体还是心理都出于生长发育关键时期，颅骨损伤导致的外貌改变还会导致患者产生自卑、消极、焦虑、抑郁等不良情绪反应，严重影响患者的生活质量[21]，因此这就需要完善正常儿童颅脑数据，测量区域颅腔体积、颅骨骨体积、头皮体积95 %的置信区间用于参考评估头颅生长发育情况。对于探究未成年人颅脑生长发育规律、预测颅脑的畸形发育以及颅脑损伤的诊疗方案都具有参考意义。

流行病学研究显示，创伤性脑损伤(TBI)是儿童致死和致残的主要原因[3]。受到外力损伤时颅骨和头皮对于脑的保护至关重要，头部碰撞研究调查了脑产生损伤的阈值，表明颅骨厚度和头皮厚度与脑损伤风险密切相关[4]。脑的生长发育是个极为复杂的动态过程，从胚胎到出生再到功能的高度完备，脑的发育可以说是量变到质变的飞跃[5]，然而脑的质地脆弱，损伤后神经功能难以恢复。颅骨和头皮的测量研究，可以更细致的探究人类颅脑生长发育方式、预测颅脑异常生长，为早期诊断未成年人各种颅脑病变、选择最佳的颅骨修补术时机提供参考。

在本研究中我们发现，0-3岁测量区域各组织均迅速增长，颅腔体积每一年较上一年分别增加了22%、14%、3%，其中0-1岁颅脑极为迅速的生长，此时修补未知风险很大，不建议行修补术。2-3岁虽然颅脑处于生长期但是增长比例逐年降低，生长速度明显放缓，致畸风险较0-1岁时降低，对于缺损造成临床症状明显的患者可行修补术。3岁以后颅脑发育进一步放缓，致畸风险进一步降低，笔者认为满3岁后行颅骨修补的利就大于弊了。0-8岁颅腔体积的增长在颅脑生长发育中的优势更为明显，8岁时颅腔体积已达成人的95%以上，8岁以后头皮取代了颅腔内容物成为颅脑发育的优势组织，这表明8岁以前脑组织发育较为快速，而8岁以后脑组织发育相对放缓，相比之下头皮厚度和颅骨厚度的增长更为明显，所以，颅骨修补手术致畸及造成神经功能损伤的风险极低。

总之，结合儿童颅脑生长发育规律及特点、心理状况及二次损伤风险评估，儿童颅骨损伤修复在满3岁后可尽早实施，满8岁后应常规早期实施。但由于本课题设计实施的局限性，临床工作中还需根据实际情况具体分析。