吳海苗 陳棟 潘杰 陳驪

[摘要]目的：探索錐形束CT三維影像數(shù)據(jù)的構(gòu)建方法及在正畸科頭影測量方面的應(yīng)用價值。方法：通過IP SAN技術(shù)實現(xiàn)錐形束CT圖像數(shù)據(jù)的存儲和傳輸，并利用Invivo 5.0軟件實現(xiàn)影像的三維構(gòu)建和頭影測量。結(jié)果：IP SAN技術(shù)用于錐形束CT圖像數(shù)據(jù)的存儲和傳輸具有可行性，結(jié)合Invivo 5.0軟件可以實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的三維構(gòu)建并用于正畸科臨床。結(jié)論：IP SAN技術(shù)是一種成熟可靠和相對價廉的錐形束CT影像存儲和傳輸技術(shù)，Invivo 5.0軟件在正畸科頭影測量方面具有較好的臨床價值和應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]錐形束CT；頭影測量；三維影像

[中圖分類號]R782.12 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455（2012）01-0110-03

The data reconstruction and application of cone-beam CT three-dimensional impacts in orthodontic cephalometric measurement

WU Hai-miao1,CHEN Dong2,PAN Jie1,CHEN Li1

(1.Department of Orthodontic,Shanghai Stomatological Disease Center,Shanghai 200031,China;2.Department of Information,Shanghai Stomatological Disease Center)

Abstract:ObjectiveTo investigate methods of three-dimensional images data reconstruction and application in orthodontic cephalometry based on cone-beam CT. Methods Cone-beam CT images data are stored and transmissed by IP SAN,and construction of threee-dimensional impacts and cephalometry are achieved through using Invivo 5.0 software.ResultsIt is feasible to store and transmiss cone-beam CT images data by using IP SAN,Which combined with Invivo 5.0 software can realize three-dimensional data reconstructing and be used for orthodontic application. ConclusionIP SAN is a kind of mature and relatively cheap cone-beam CT technology,and Invivo 5.0 software in orthodontic cephalometry has better clinical value and application prospect.

Key words:cone-beam CT;cephalometric measurement;three dimensional impacts

錐形束CT(CBCT)是一種較新的影像學檢查手段，在過去的10年時間有了飛速的發(fā)展，其對顱面部骨骼良好的成像效果，使其越來越多地被應(yīng)用于口腔顱面各種疾病的診斷和治療計劃的制定[1-2]。CBCT影像可以在個人電腦上進行三維重建，而不需要放射科醫(yī)師的協(xié)助，這使得醫(yī)生在椅位旁就可以通過電腦與患者進行溝通和解釋，并可以進行實時分析與測量，這將大大提高CBCT在臨床應(yīng)用的方便性和靈活性[3]。CBCT顯示顱面的三維影像，影像沒有放大失真，其提供的組織橫斷面，沒有重疊，能準確定位頭影測量分析所需的解剖標志[4-5]。本研究的目的在于探索成熟可靠的錐形束CT影像數(shù)據(jù)存儲、傳輸和構(gòu)建方法，及其三維數(shù)據(jù)在正畸科頭影測量方面的應(yīng)用價值。

1材料和方法

1.1 CBCT設(shè)備：使用上海市口腔病防治院放射科CBCT機(型號：KaVo 3DeXam，德國)；頜面部掃描范圍：60mm×60mm(高×寬)；掃描條件：管電壓90～110kV，管電流3～7mA；標準掃描曝光時間：8.9s；一次掃描三維重建最大范圍：23cm×17cm。受檢者面部中線與地面垂直，端坐放松，聽眶線與地面平行，固定頭位。

1.2工作站配置：放射科醫(yī)生報告及審核工作站1臺（影像診斷及報告書寫終端），正畸科工作站4臺。工作站PC機配置：Windows 7操作系統(tǒng)，酷睿2雙核處理器，4G DDR2內(nèi)存，320GB SATAII硬盤。正畸科工作站配置專業(yè)顯示器（巨鯊2M，中國），符合Dicom3.14標準，分辨率=1600×1200（橫屏）/1200×1600（豎屏），最大亮度≥700cd/m2，灰階≥3061，響應(yīng)時間≤25ms，顯示器內(nèi)置多個亮度條件下的Dicom校正曲線650/600/550/500/450/400 cd/m2，外置電源模塊。

1.3 CBCT影像數(shù)據(jù)的存儲和傳輸：以Neocean IX3040(H3C公司,中國) IP存儲系統(tǒng)為核心，構(gòu)建CBCT影像數(shù)據(jù)的IP SAN存儲系統(tǒng)。Neocean IX3040的存儲控制器為雙控制器結(jié)構(gòu)，緩存擴展能力4GB；主機訪問接口為8個千兆以太網(wǎng)接口，支持iSCSI協(xié)議（RJ45連接器）；后端磁盤通道為4個12GBSAS磁盤訪問接口，每接口含4個磁盤訪問通道；磁盤標準容量為146/300/450GB 15000轉(zhuǎn)SAS磁盤、500/750/ 1000GB 7200轉(zhuǎn)企業(yè)級SATA II磁盤，擴展磁盤柜容量為2TB；配置Windows操作系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)管理平臺軟件。

1.4 CBCT影像調(diào)閱：基于醫(yī)院PACS，改變過去臨床用TViewU軟件直接閱讀圖像方法，改用基于Web分布式閱讀圖像方法，可進一步提高速度，與HIS醫(yī)生工作站整體融合。

1.5 CBCT三維影像軟件分析系統(tǒng)：采用CBCT三維影像軟件分析系統(tǒng)（Invivo 5.0），對正畸科患者的CBCT影像做頭影測量分析，自動生成頭影測量分析結(jié)果。Invivo 5.0軟件三維影像分析界面可以顯示患者頜面部三維重構(gòu)影像，可以協(xié)助臨床醫(yī)生探索和追索患者頭顱內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)；同時賦予醫(yī)生在影像的三維圖像上做頭影標記、計算三維和二維頭影測量數(shù)據(jù)并導(dǎo)出數(shù)據(jù)結(jié)果（如圖1）。Invivo 5.0軟件三維分析設(shè)置：鼠標點擊3D Analysis Setup圖標后，軟件會顯示窗口允許創(chuàng)建任務(wù)，包括描記任務(wù)、標點、測量、點面參考值、分析、組、人群常模，可視化界面等。

2結(jié)果

CBCT三維影像生成后，臨床醫(yī)生站調(diào)閱影像，基于三維影像開展正畸頭影測量，測量前的關(guān)鍵步驟為描記，然后通過軟件自動生成測量值。

2.1 下頜骨描記：下頜骨描記線應(yīng)包括：喙突、下頜切跡和髁狀突（Co），下頜骨描記線應(yīng)包含下頜角點（Go）。軟件可以通過描記記錄髁狀突和下頜角點位置（如圖2）。

2.2 上頜骨描記：從上中切牙前部開始向上后描記上頜骨，描記線到上中切牙后部為止。調(diào)解亮度和/或?qū)Ρ榷纫郧逦@示鼻前棘（ANS)，描記線應(yīng)包括鼻前棘、牙槽中點（Pr）、A點、鼻前棘（ANS）和鼻后棘（PNS）（如圖3）。

2.3 鼻根部描記：調(diào)解亮度和/或?qū)Ρ榷蕊@示鼻根開始描記鼻根部位（N）（如圖4）。

2.4 眶點描記：通?？梢砸罁?jù)眼眶周圍的白色頜骨隆突來描記眼眶下前部，從顴蝶縫開始沿著眼眶骨嵴直到眼眶內(nèi)中部進行描記，如果需要依據(jù)眶點作為眼耳平面（Frankfort horizontal)，則描記時一定要包括眶點（如圖5）。

2.5 蝶鞍和蝶鞍部位描記：描記顱底點和枕骨大孔，形成蝶鞍部描記線。蝶鞍點并非是一個可見的特殊醫(yī)學標記點，但一般可以確定其位于蝶鞍部的幾何中心位置，應(yīng)予以標記（如圖6）。

2.6 上頜軟組織描記：調(diào)節(jié)圖像的亮度和/或?qū)Ρ榷蕊@示軟組織并從上唇緣開始描記軟組織，包括上唇部、鼻根點軟組織（Soft N），鼻尖點（Pn），上唇中點（Ls），上部軟組織（Sts）（如圖7）。

2.7 下頜軟組織描記：調(diào)節(jié)圖像的亮度和/或?qū)Ρ榷蕊@示軟組織并從頦部開始描記軟組織，包括下唇部、下部軟組織（Sti）、軟組織B點（Ils）、軟組織頦點（Soft Pog）（如圖8）。

2.8 下頜骨正中聯(lián)合部描記：描記線從下中切牙前部開始，曲線覆蓋下頜骨頦部正中部位到下中切牙后部為止，包括B點、頦點（Pog）、頦下點（Go）（如圖9）。

2.9 切牙描記：先標記中切牙根尖點，然后標記冠部切緣點，最后標記切牙唇側(cè)點。上下切牙都要描記，一般顯示右側(cè)切牙圖像（如圖10）。

2.10 磨牙描記：先標記第一磨牙近中根尖點，然后標記磨牙冠部近中牙嵴點，最后標記磨牙遠中牙嵴點。上下磨牙都要描記，一般顯示右側(cè)磨牙圖像（如圖11）。

2.11 三維影像頭影測量結(jié)果輸出界面如圖12。

3討論

CBCT是一項在CT基礎(chǔ)上發(fā)展、改進數(shù)學計算方法的影像學技術(shù)，其錐形束掃描方式提高了三維空間分辨率、縮短了數(shù)據(jù)采集時間、降低了偽影的產(chǎn)生，其對于顱面良好的成像效果以及使用的便捷性將使口腔醫(yī)生在臨床工作中更多地應(yīng)用三維成像評價，這將有助于疾病的精確診斷和治療[6]。

CBCT在正畸頭影測量診斷中的應(yīng)用前景非常廣闊。傳統(tǒng)的正畸診斷分析測量都是在二維頭顱正側(cè)位平片上進行的，這種二維X線片反映的是頭顱部結(jié)構(gòu)的重疊影像，因而存在一些難以克服的局限，而CBCT掃描既可直接獲得顱面部空間信息，也可以根據(jù)需要利用壓縮或斷層技術(shù)獲得類似于傳統(tǒng)X線片的影像，沒有放大失真，圖像與真實物體的比例為1:1，也沒有兩側(cè)或前后結(jié)構(gòu)的重疊，因而圖像質(zhì)量更清晰，也便于準確測量[7]。一次CBCT掃描獲得的容積數(shù)據(jù)，可以通過各種圖像后處理技術(shù)，滿足頭影測量、頜面骨質(zhì)、多生牙、埋伏牙以及下頜關(guān)節(jié)等幾乎所有的正畸前臨床檢查需要，有可能在一定程度上取代曲面體層片和傳統(tǒng)頭影測量片成為正畸前的常規(guī)檢查[8]。

Invivo 5.0是三維影像的分析軟件，該軟件是從醫(yī)用CT和MRI攝片機產(chǎn)生的DICOM文件來重建三維解剖結(jié)構(gòu)。醫(yī)生可以在計算機上建立三維構(gòu)造，得到橫截面，跟蹤神經(jīng)，放置植入物，打印圖像，保存圖像，其強大的三維影像分析功能為正畸科三維頭影測量提供了可能。Vandana等[9]利用Invivo軟件對31例患者的CBCT資料和普通頭顱X線片資料的12個線距和5個角度分析比較，發(fā)現(xiàn)角度測量(除了弗蘭克下頜平面角外)和線距的測量均無統(tǒng)計學差別。我科亦利用Invivo 5.0軟件開展正畸患者的三維頭影測量，在臨床上取得了較理想的效果，提示CBCT可以替代傳統(tǒng)的頭顱X線片而成為正畸輔助診斷工具。

筆者使用CBCT而產(chǎn)生數(shù)據(jù)量為50～100MB/次，三維重建后生成圖像為200MB/次，約2500MB/天，0.75TB/年，存儲時壓縮率為50%，需要高容量、高傳輸率的存儲設(shè)備。利用醫(yī)院現(xiàn)有PACS的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）即可實現(xiàn)CBCT影像數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。SAN的優(yōu)點包括：①可實現(xiàn)大容量存儲設(shè)備數(shù)據(jù)共享；②可實現(xiàn)高速計算機與高速存儲設(shè)備的高速互聯(lián)；③可實現(xiàn)靈活的存儲設(shè)備配置要求；④可實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速備份；⑤提高了數(shù)據(jù)的可靠性和安全性[10]。

傳統(tǒng)的SAN架構(gòu)采用FC（Fiber Channel）光纖通道結(jié)構(gòu)（FC SAN），是較為復(fù)雜的存儲架構(gòu)，需要在硬件、軟件和人員培訓(xùn)方面進行大量投資。另外，光纖通道使用了RAID控制器，管理成本高，相容性不好，通常各廠家的交換設(shè)備無法相互混用。RAID控制器也成為了數(shù)據(jù)進出磁盤陣列的瓶頸和單故障點。我院CBCT影像存儲采用IP SAN存儲方式（Storage-over-IP，SoIP SAN），是基于普通IP協(xié)議和以太網(wǎng)，將SCSI協(xié)議映射到TCP/IP協(xié)議上，使得SCSI的命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)可以在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)上傳輸，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和遠程訪問[11-12]。由于采用的是SCSI、以太網(wǎng)、TCP/IP等現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)施，造價低，便于構(gòu)建和維護，互操作性好，我科實際運行情況表明影像傳輸穩(wěn)定可靠。

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[收稿日期]2011-10-24 [修回日期]2011-11-27

編輯/何志斌