作者：劉怡北京大學口腔醫學院·口腔醫院正畸科
CT的出現為三維頭影測量研究提供了硬件基礎，但CT由于輻射量過大，并不能常規用于正畸患者。錐形束CT在牙科的廣泛應用，為正畸三維頭影測量帶來了新的機遇與挑戰。錐形束CT提供開放的三維數據，可真正實現顱頜面三維分析，越來越多的正畸研究使用錐形束CT影像進行三維頭顱分析，但至目前為止，似乎還沒有一個完整的三維頭影測量系統出現。臨床的三維分析只是一種基于CT或者錐形束CT三維影像，使用三維分析軟件進行的測量與分析。對于未來三維頭影測量的發展，筆者認為可能需要考慮以下幾點因素，供同仁參考。
一、三維頭影測量的多源數據基礎
隨著CT及錐形束CT在口腔醫學領域內的大量應用，三維硬組織數據（骨骼、牙齒)的獲得變得非常容易，越來越多的研究致力于以錐形束CT影像為基礎的三維頭影測量。但頭影測量的定義包括骨骼測量、牙齒測量、軟組織測量，不同組織均有專業的三維成像方式，而不僅僅局限于放射影像。牙冠三維結構的CT成像精度較差，牙冠數據可以來源于牙頜模型或印模掃描，也可以直接口內掃描牙齒；面部軟組織表面數據可以來源于三維面部成像；肌肉、脂肪等軟組織數據可以來源于MRI影像。這些多源的三維數據均可以與CT或錐形束CT數據整合，從而實現數字化頭顱模型的建立，這種模型將是未來三維頭影測量的基礎。若再將下頜運動數據整合于其中，那么不僅可以進行三維形態學分析，還可以實現下頜功能分析。可暫時將這種模型稱為功能性虛擬牙頜面模型，這種模型不但可用于三維頭影測量，而且可用于先天顱頜面畸形與缺損的分析、顱頜面手術設計與治療、顳下頜關節異常診斷、尖牙阻生等嚴重錯畸形診斷、牙周炎引起的骨缺損和牙槽骨形態分析等。
二、三維影像中頭位的確定
無論是拍攝醫學CT時患者處于仰臥位，還是拍攝錐形束CT時患者采用直立位，為防止移動兩者均需要頭部固定，但這些都不是傳統頭影測量拍攝時使用頭顱定位架確定頭部的參考位置。因此CT或錐形束CT得到的三維顱面數據，患者頭部并沒有標準的定位。三維頭影測量的第一步就是需要建立標準化的三維頭顱定位方法，也稱為頭顱的再定位。已有研究顯示，不同的再定位方式測得的不對稱偏移量存在顯著差異，再定位的方式直接關系到如何準確客觀地評價患者。
頭顱再定位的方式有許多種，可以將再定位的參考平面分為內在參考平面與外在參考平面。內在參考平面使用顱面骨性標志點構建，如眶耳平面（FH平面)、前顱底平面（SN平面)等。外在參考平面包括相互垂直的正中矢狀面、冠狀面和橫斷面。通常情況下，冠狀面可以在正中矢狀面與橫斷面確定后構建，因此正中矢狀面和橫斷面的確定對顱面三維分析至關重要。
1．自然頭位的確定：
自然頭位是個體放松、平視前方無窮遠時頭部的生理位置。定位三維影像于自然頭位的常見方式較多：在自然頭位下獲取面部表面掃描數據，通過與CT數據配準，進行三維影像自然頭位下定位，這種方式精確度較高，但需要增加面部掃描及三維數據的融合配準過程，操作較繁瑣，臨床上并不實用。另外一種常見方式是使用輔助裝置在三維方向上記錄自然頭位，這種輔助裝置主要包括數字化定位傳感器、面弓與個性化咬合記錄3個部分，患者通過數字化定位傳感器記錄自然頭位，通過面弓標志點的匹配將數字化傳感器數據融入CT影像，根據傳感器記錄進行頭位調整，以實現定位三維影像于自然頭位下。這種方式價格相對低，但存在制作復雜、嚴重改變CT影像上下唇狀態的問題。
2．水平參考平面的確定：
3．正中矢狀面的確定：
理想的正中矢狀面是使三維頭面部解剖結構出現最大范圍的雙側對稱的虛擬幾何平面。構建或提取正中矢狀面有多種方式：對于面部不對稱的患者，結合使用眼周軟組織標志點，如內眥點等，可對面部不對稱患者錐形束CT影像進行有效分析。也可以使用穩定且分布平衡的參考點構建正中矢狀參考平面，如鼻根點、盲孔（foramen cecum)、蝶鞍點、顱底點、顱后點（opisthion)，或使用鼻根點-蝶鞍點-顱底點構建正中矢狀面以及通過正中特定標志點與FH平面垂直來確定正中矢狀面。
還有一些研究認為可以基于形態學的最大結構對稱（鏡像法)確定正中矢狀面，鏡像法提取最大矢狀面（maximum sagittal plane，MSP)的基本過程是：將原始數據以任意矢狀方向平面為鏡面獲得的鏡像數據，在三維空間內按照某種特定算法，如迭代最近點算法（iterative closest points，ICP)或普氏分析算法。對鏡像前后的數據進行配準，聯合配準后得到新的數據，依此得到原始數據的對稱參考平面。
非對稱性顱面部的正矢狀面確定方法，可影響三維頭影測量的分析結果，確定這類患者的正中矢狀面應慎重，解釋需更客觀、合理。
三、三維頭影測量的定點
與三維頭影測量定點精確性相關的因素還有CT設備的精度、標志點的定義、測量者的經驗與三維定點軟件。與低劑量螺旋CT相比，錐形束CT影像定點的精度和可靠性可以滿足三維頭影測量的需要，至少對于大多數標志點而言，定點比傳統頭顱側位X線片更可靠，如鼻根點、蝶鞍點、顱底點、頦前點、頦下點、頦頂點、前鼻棘點、下頜角點、眶點等，但也有研究認為蝶鞍點、頦下點、后鼻棘點、眶上點、右側顴點（right zygion)和牙性標志點可靠性較低，易受測量者因素影響。
與傳統二維頭影測量不同，三維影像不存在影像重疊問題，標志點的選擇范圍也更加豐富，左右兩側解剖結構可以獨立定點測量，尤其是牙體結構影像清晰，理論上可以定義每一顆牙齒的位置。利用三維的優勢，也可引入頦孔、眶下孔、盲孔、顱后點、頦尖（genion)、下頜中切牙牙槽嵴頂點（infradentale)等新解剖標志點，其在錐形束CT影像上容易識別，可重復性較好。即便是傳統解剖結構如耳點、眶點等，也可以在三維影像中實現左右獨立定點。
三維頭影測量標志點定點方式受軟件影響，目前主要有3種方式：在三維渲染模型上直接定點、多維圖聯合定點與閾值分割后定點。一般認為多維圖聯合定點較三維渲染模型定點更精確可靠，但定點耗時較長，臨床醫師也需要學習適應的過程。三維影像定點多為手工定點，未來在錐形束CT影像中實現自動定點，可以解決手工定點受經驗因素影響、定點過程繁瑣耗時等問題。
四、三維頭影測量方法的建立與正常值
雖然商業軟件中已有三維頭影測量的模塊，但這些方法沒有經過充分的驗證和被臨床廣泛認可。目前較多三維頭影測量研究還只是基于CT影像的二維測量。二維頭影測量方法已然成為正畸診斷的金標準，三維頭影測量的發展不會取代二維診斷的經典，三維是對二維的完善和補充。在這一發展過程中，將三維影像轉化成為二維的頭顱側位片是實現三維向二維過渡的理想方法。應該指出，轉化的頭顱側位片比傳統二維頭顱側位X線片有更精確、詳細的診斷信息，而不僅是單純的轉化。轉化后二維頭影測量中線距與角度的測量項目仍可以繼續使用，由于錐形束CT沒有放大率，測量值理論上是真實的大小。也有研究顯示，與傳統二維頭影測量值相比，轉化片的角度測量與線距比例測量的差異無顯著性，這就意味著傳統二維頭影測量的正常值仍然可在轉化片中繼續使用。當然也有研究認為二維測量與三維測量的可比性較差，出現這種結果時首先應考慮的是定點的精確性。實際操作中，我們并不建議兩種影像混用，尤其是在長期觀察的病例中，均質的影像可以保證觀察結果的可比性，如果不得已需要對比兩種不同的側位片時，可通過合理的放大率計算進行。
由于三維影像的信息量增加，單純的轉化二維測量并不足以體現三維的優勢。可測量的項目會比二維測量增加許多，這些新增加的測量內容，還需要研究來支持并建立相關正常值，如三角形方式的對性分析、幾何面積分析、下頜曲度分析等。
雖然已有部分研究初步建立了三維頭影測量的一些正常值，但在這些正常值得到應用前，首先需要醫師接受的是研究的三維測量方法，簡單地將二維測量的方法在三維影像中實現，只是三維頭影測量的第一步，是否需要以及如何建立正常值，還需要商榷。
五、三維影像重疊
三維影像的重疊是精確分析牙齒、骨骼等結構生長或者治療變化的基礎，協助預測治療效果。目前，三維影像重疊的方式主要有以下3種。
1．使用標志點生成參考平面進行重疊：
2．基于灰度的重疊：
是一種全自動化的重疊方式，可消除由于操作者引起的誤差；其基本程序包括創建三維模型、匹配或重疊模型、計算三維模型間表面距離。基本原理是通過閾值分割出顱底區域，比較分割區域每個體素的灰度值，進行影像重疊匹配。匹配完成后，通過軟件以顏色編碼影像直觀顯示、量化評估兩者差異。這種重疊方式也是實現錐形束CT影像自動定點的基礎。對于視野較小的錐形束CT，也可用顴弓區域進行灰度重疊。
3．表面重疊：
適用于下頜骨重疊，選擇下頜骨體部下緣與升支后緣作為重疊區域，對下頜骨進行面對面的最佳匹配。表面重疊簡單可靠、重復性更高。
六、展望
隨著錐形束CT輻射的不斷降低，三維數據獲取越來越容易。其中錐形束CT是最常用以獲取顱頜面骨骼等硬組織三維數據的方式。與傳統二維頭影測量相比，錐形束CT數據的獲取途徑存在輻射劑量相對較大、費用相對較高和設備不夠普及等缺點，牙齒清晰度也較差。因此低輻射劑量錐形束CT與錐形束CT影像質量的提高是三維頭影測量硬件基礎的未來發展方向。
來源：中華口腔醫學雜志2016年第51卷第6期
