李成日 張曉東 張文君 駱厚卓 賈立輝

(沈陽軍區(qū)總醫(yī)院口腔內(nèi)科，110840)

1 引言

Broadbent和Hofruth在1931年創(chuàng)立了頭影測量分析的定位正側(cè)位X線片的拍攝方法和技術(shù)。它可以量化個體或人群的顱面部參數(shù)，區(qū)分正常與異常的解剖形態(tài)，對治療前后進(jìn)行對比[1-2]。

隨著電子計算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，1958年，丹麥皇家牙學(xué)院的Bjrk和Solow首次將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于X線頭影測量和臨床工作中。20世紀(jì)70年代計算機(jī)技術(shù)大量應(yīng)用于頭影測量分析和輔助診斷。美國科學(xué)家Walker首次應(yīng)用計算機(jī)系統(tǒng)化地進(jìn)行頭影測量分析。我國于80年代開始應(yīng)用計算機(jī)。Rudolpf等將頭影測量技術(shù)半個世紀(jì)的發(fā)展過程分為3個階段：手工X線頭影測量分析，計算機(jī)輔助X線頭影測量分析，計算機(jī)自動X線頭影測量分析。本文將對后兩個階段的應(yīng)用和發(fā)展作以綜合論述。

2 計算機(jī)輔助X線頭影測量分析

2.1 計算機(jī)輔助X線頭影測量的二維分析 二維分析是利用側(cè)位X線頭影測量對顱頜面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。20世紀(jì)80、90年代，學(xué)者們認(rèn)為計算機(jī)輔助X線頭影測量與傳統(tǒng)的人工測量所得結(jié)果無顯著性差異，肯定了臨床應(yīng)用的可行性[3]。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，學(xué)者們進(jìn)行了更深的研究，他們認(rèn)為計算機(jī)輔助頭影測量改變了以往必須要在頭影描圖上進(jìn)行測量的方法，避免了描繪頭影圖跡過程中可能出現(xiàn)的誤差。同時，對于計算機(jī)輔助頭影測量準(zhǔn)確性的研究得出：計算機(jī)輸入設(shè)備的精度將直接影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。Macri等報道，應(yīng)用黑白攝像機(jī)作為圖像輸入設(shè)備時，由于其空間分辨率不足，影響圖像質(zhì)量和測量精確度，所以數(shù)字圖像上定點的可靠性低于傳統(tǒng)的X線頭顱側(cè)位片[4]。掃描儀是較理想的圖像輸入設(shè)備，可將圖像資料直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計算機(jī)，并保持較高的精度。Schulze等對使用CCD攝像裝置獲得的數(shù)字影像與X線頭顱側(cè)位片進(jìn)行標(biāo)志點定位的比較，得出在相同的焦距下，數(shù)字圖像和X線頭顱側(cè)位片上標(biāo)志點定位的精確性和可重復(fù)性是相當(dāng)?shù)腫5]。

近年來學(xué)者們致力于在圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上研究各種功能軟件的開發(fā)。1998年，Schulate G等研究開發(fā)出頜面預(yù)測的圖像視頻軟件，該軟件運用頭影測量技術(shù)將25例正頜手術(shù)病例術(shù)前預(yù)測的軟組織改變與術(shù)后的實際結(jié)果進(jìn)行比較，得出該軟件預(yù)測的準(zhǔn)確性高達(dá)80%以上[6]。同年，惠光艷等研制出可以任意顯現(xiàn)軟硬組織，模擬正頜外科手術(shù)及預(yù)測術(shù)后容貌的一種新的X線頭影測量分析系統(tǒng)。它采用彩色圖像掃描儀作為輸入裝置，直接獲取頭顱X線片信息，輸入并存入計算機(jī)，利用Visual C語言編制程序，對X線片的再現(xiàn)與增強(qiáng)來選取標(biāo)志點。1999年，Tsang KH[7]等人在數(shù)字圖形工作站中通過聲波數(shù)字化系統(tǒng)來測量X線頭顱側(cè)位片。用此方法對30例病人的15項角度及一項線距進(jìn)行測量，然后將測量結(jié)果與傳統(tǒng)方法的測量結(jié)果進(jìn)行比較，差異顯著。2000年徐蕓等[8]研制出外寄生式X線頭影測量分析系統(tǒng)，利用高分辨率的掃描儀輸入頭影測量X線片，對患者進(jìn)行輔助診斷及預(yù)測，實現(xiàn)了包括圖形顯示，治療前后的圖形重疊對比等一整套用戶界面?，F(xiàn)在頭影測量軟件的種類很多，國外的軟件開發(fā)比較成熟，運行比較穩(wěn)定，且許多軟件可以定義標(biāo)準(zhǔn)值及測量項目。

2.2 計算機(jī)輔助X線頭影測量的三維分析 牙頜顱面結(jié)構(gòu)本身是三維立體結(jié)構(gòu)，頭影測量的三維分析就是將其解剖形態(tài)以三維的形式形象化，目前口腔頜面錐形束CT(CBCT)[9-10]在頭影測量學(xué)中的研究成為熱點。

CBCT技術(shù)采用錐形X線束投照，只一次掃描即可獲得滿足各個方向重建所需的容積數(shù)據(jù)，依靠特殊的反投影算法重建出三維圖像[11]。三維圖像重建可避免解剖重疊和放大率造成的問題，使得定點更加準(zhǔn)確[12-13]。用干顱骨拍攝CBCT，對所拍影像定點測量，與手工卡尺測量值相比較，發(fā)現(xiàn)CBCT圖像測量值和手工測量值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而頭顱側(cè)位片、正位片的測量值有差異[14]。劉怡等研究對比正畸患者CBCT轉(zhuǎn)化頭顱側(cè)位片與傳統(tǒng)頭顱側(cè)位片的定點精確性發(fā)現(xiàn)前者定點精確性更高[15]。目前，三維頭影測量分析仍無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在使用CBCT進(jìn)行的頭影測量分析時，行頭影測量仍是將其轉(zhuǎn)換為二維圖像進(jìn)行測量。使用軟件將CBCT所得數(shù)據(jù)生成頭顱正側(cè)位片，并輸出到頭影測量分析軟件中進(jìn)行數(shù)字化描記和測量。

近年來，學(xué)者們研究開發(fā)了多種三維頭影測量分析軟件。Simplant，invivo就是其中有代表性的軟件。Vandana等[16]應(yīng)用Invivo軟件，將三維測量與二維測量相比較，12個線距、5個角度中除了FMA均無統(tǒng)計學(xué)差異。

目前，三維頭影測量分析處于初始階段無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，三維影像測量分析方法需建立新的系統(tǒng)規(guī)范以明確其精確度和準(zhǔn)確性。新的三維測量坐標(biāo)系統(tǒng)包括：坐標(biāo)原點、基準(zhǔn)平面、測量標(biāo)志點、三維參考平面和測量項目等[17-18]，因此在使用CBCT進(jìn)行的頭影測量分析時，行頭影測量仍是將其轉(zhuǎn)換為二維圖像進(jìn)行測量。使用軟件將CBCT所得數(shù)據(jù)生成頭顱正側(cè)位片，并輸出到頭影測量分析軟件中進(jìn)行數(shù)字化描記和測量。

3 計算機(jī)自動X線頭影測量分析

隨著計算機(jī)圖像處理技術(shù)在X線頭影測量分析研究中的不斷深入，尤其在標(biāo)志點計算機(jī)自動識別與定位方面的研究，為實現(xiàn)X線頭影測量分析完全計算機(jī)自動化奠定了基礎(chǔ)。

Cohen于1984年首先介紹了自動提取X線頭顱定位側(cè)位片相關(guān)標(biāo)志點的方法，成功獲得了兩個標(biāo)志點N點和S點，這預(yù)示著完全自動化的X線頭影測量系統(tǒng)具有可能性。Mostafa在自動X線頭影測量分析系統(tǒng)的研制中采用了不同的方法分別對X線的軟硬組織進(jìn)行圖形處理和邊界提取。2000年，Hutton等通過自動塑型方法建立一套全自動的頭影測量分析系統(tǒng)，對16個標(biāo)志點進(jìn)行了全自動描繪，雖然其準(zhǔn)確性不高，存在一定的局限性，但為以后的研究提供了較好的基礎(chǔ)[19]。國內(nèi)張曉、魏明貴等相繼在自動X線頭影測量系統(tǒng)中成功地自動識別了軟硬組織標(biāo)志點10余個[20]。

目前國內(nèi)外越來越多的學(xué)者致力于計算機(jī)自動化X線頭影測量的研究，完成自動定點的數(shù)目越來越多，準(zhǔn)確度亦增高。因其操作便捷、測量的準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好，未來完善的計算機(jī)自動化頭影測量系統(tǒng)必將進(jìn)入臨床，促進(jìn)口腔各學(xué)科的發(fā)展。

4 計算機(jī)技術(shù)在口腔正畸頭影測量應(yīng)用的展望

實現(xiàn)全自動頭影測量，能夠避免人工描點，圖像輸入、輸出等造成的誤差，達(dá)到理想的精確度。未來，全自動頭影測量分析系統(tǒng)的不斷完善將是我們的研究方向，越來越多的標(biāo)志點將會被計算機(jī)自動識別。同時，CBCT廣泛應(yīng)用于頭影測量分析系統(tǒng)，再現(xiàn)顱頜面的真實解剖結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行全自動的三維測量分析，也將是未來發(fā)展的趨勢。伴隨計算機(jī)硬軟件等高科技的發(fā)展，快速而準(zhǔn)確的全自動頭影測量分析系統(tǒng)必將廣泛地應(yīng)用于臨床并得到日新月異的發(fā)展與完善。

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