锥形束CT三维影像在口腔正畸头影测量中的数据构建和应用

吴海苗 陈栋 潘杰 陈骊

[摘要]目的：探索锥形束CT三维影像数据的构建方法及在正畸科头影测量方面的应用价值。方法：通过IP SAN技术实现锥形束CT图像数据的存储和传输，并利用Invivo 5.0软件实现影像的三维构建和头影测量。结果：IP SAN技术用于锥形束CT图像数据的存储和传输具有可行性，结合Invivo 5.0软件可以实现影像数据的三维构建并用于正畸科临床。结论：IP SAN技术是一种成熟可靠和相对价廉的锥形束CT影像存储和传输技术，Invivo 5.0软件在正畸科头影测量方面具有较好的临床价值和应用前景。

[关键词]锥形束CT；头影测量；三维影像

[中图分类号]R782.12 [文献标识码]A [文章编号]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

锥形束CT(CBCT)是一种较新的影像学检查手段，在过去的10年时间有了飞速的发展，其对颅面部骨骼良好的成像效果，使其越来越多地被应用于口腔颅面各种疾病的诊断和治疗计划的制定[1-2]。CBCT影像可以在个人电脑上进行三维重建，而不需要放射科医师的协助，这使得医生在椅位旁就可以通过电脑与患者进行沟通和解释，并可以进行实时分析与测量，这将大大提高CBCT在临床应用的方便性和灵活性[3]。CBCT显示颅面的三维影像，影像没有放大失真，其提供的组织横断面，没有重叠，能准确定位头影测量分析所需的解剖标志[4-5]。本研究的目的在于探索成熟可靠的锥形束CT影像数据存储、传输和构建方法，及其三维数据在正畸科头影测量方面的应用价值。

1材料和方法

1.1 CBCT设备：使用上海市口腔病防治院放射科CBCT机(型号：KaVo 3DeXam，德国)；颌面部扫描范围：60mm×60mm(高×宽)；扫描条件：管电压90～110kV，管电流3～7mA；标准扫描曝光时间：8.9s；一次扫描三维重建最大范围：23cm×17cm。受检者面部中线与地面垂直，端坐放松，听眶线与地面平行，固定头位。

1.2工作站配置：放射科医生报告及审核工作站1台（影像诊断及报告书写终端），正畸科工作站4台。工作站PC机配置：Windows 7操作系统，酷睿2双核处理器，4G DDR2内存，320GB SATAII硬盘。正畸科工作站配置专业显示器（巨鲨2M，中国），符合Dicom3.14标准，分辨率=1600×1200（横屏）/1200×1600（竖屏），最大亮度≥700cd/m2，灰阶≥3061，响应时间≤25ms，显示器内置多个亮度条件下的Dicom校正曲线650/600/550/500/450/400 cd/m2，外置电源模块。

1.3 CBCT影像数据的存储和传输：以Neocean IX3040(H3C公司,中国) IP存储系统为核心，构建CBCT影像数据的IP SAN存储系统。Neocean IX3040的存储控制器为双控制器结构，缓存扩展能力4GB；主机访问接口为8个千兆以太网接口，支持iSCSI协议（RJ45连接器）；后端磁盘通道为4个12GBSAS磁盘访问接口，每接口含4个磁盘访问通道；磁盘标准容量为146/300/450GB 15000转SAS磁盘、500/750/ 1000GB 7200转企业级SATA II磁盘，扩展磁盘柜容量为2TB；配置Windows操作系统和存储系统管理平台软件。

1.4 CBCT影像调阅：基于医院PACS，改变过去临床用TViewU软件直接阅读图像方法，改用基于Web分布式阅读图像方法，可进一步提高速度，与HIS医生工作站整体融合。

1.5 CBCT三维影像软件分析系统：采用CBCT三维影像软件分析系统（Invivo 5.0），对正畸科患者的CBCT影像做头影测量分析，自动生成头影测量分析结果。Invivo 5.0软件三维影像分析界面可以显示患者颌面部三维重构影像，可以协助临床医生探索和追索患者头颅内部解剖结构；同时赋予医生在影像的三维图像上做头影标记、计算三维和二维头影测量数据并导出数据结果（如图1）。Invivo 5.0软件三维分析设置：鼠标点击3D Analysis Setup图标后，软件会显示窗口允许创建任务，包括描记任务、标点、测量、点面参考值、分析、组、人群常模，可视化界面等。

2结果

CBCT三维影像生成后，临床医生站调阅影像，基于三维影像开展正畸头影测量，测量前的关键步骤为描记，然后通过软件自动生成测量值。

2.1 下颌骨描记：下颌骨描记线应包括：喙突、下颌切迹和髁状突（Co），下颌骨描记线应包含下颌角点（Go）。软件可以通过描记记录髁状突和下颌角点位置（如图2）。

2.2 上颌骨描记：从上中切牙前部开始向上后描记上颌骨，描记线到上中切牙后部为止。调解亮度和/或对比度以清晰显示鼻前棘（ANS)，描记线应包括鼻前棘、牙槽中点（Pr）、A点、鼻前棘（ANS）和鼻后棘（PNS）（如图3）。

2.3 鼻根部描记：调解亮度和/或对比度显示鼻根开始描记鼻根部位（N）（如图4）。

2.4 眶点描记：通常可以依据眼眶周围的白色颌骨隆突来描记眼眶下前部，从颧蝶缝开始沿着眼眶骨嵴直到眼眶内中部进行描记，如果需要依据眶点作为眼耳平面（Frankfort horizontal)，则描记时一定要包括眶点（如图5）。

2.5 蝶鞍和蝶鞍部位描记：描记颅底点和枕骨大孔，形成蝶鞍部描记线。蝶鞍点并非是一个可见的特殊医学标记点，但一般可以确定其位于蝶鞍部的几何中心位置，应予以标记（如图6）。

2.6 上颌软组织描记：调节图像的亮度和/或对比度显示软组织并从上唇缘开始描记软组织，包括上唇部、鼻根点软组织（Soft N），鼻尖点（Pn），上唇中点（Ls），上部软组织（Sts）（如图7）。

2.7 下颌软组织描记：调节图像的亮度和/或对比度显示软组织并从颏部开始描记软组织，包括下唇部、下部软组织（Sti）、软组织B点（Ils）、软组织颏点（Soft Pog）（如图8）。

2.8 下颌骨正中联合部描记：描记线从下中切牙前部开始，曲线覆盖下颌骨颏部正中部位到下中切牙后部为止，包括B点、颏点（Pog）、颏下点（Go）（如图9）。

2.9 切牙描记：先标记中切牙根尖点，然后标记冠部切缘点，最后标记切牙唇侧点。上下切牙都要描记，一般显示右侧切牙图像（如图10）。

2.10 磨牙描记：先标记第一磨牙近中根尖点，然后标记磨牙冠部近中牙嵴点，最后标记磨牙远中牙嵴点。上下磨牙都要描记，一般显示右侧磨牙图像（如图11）。

2.11 三维影像头影测量结果输出界面如图12。

3讨论

CBCT是一项在CT基础上发展、改进数学计算方法的影像学技术，其锥形束扫描方式提高了三维空间分辨率、缩短了数据采集时间、降低了伪影的产生，其对于颅面良好的成像效果以及使用的便捷性将使口腔医生在临床工作中更多地应用三维成像评价，这将有助于疾病的精确诊断和治疗[6]。

CBCT在正畸头影测量诊断中的应用前景非常广阔。传统的正畸诊断分析测量都是在二维头颅正侧位平片上进行的，这种二维X线片反映的是头颅部结构的重叠影像，因而存在一些难以克服的局限，而CBCT扫描既可直接获得颅面部空间信息，也可以根据需要利用压缩或断层技术获得类似于传统X线片的影像，没有放大失真，图像与真实物体的比例为1:1，也没有两侧或前后结构的重叠，因而图像质量更清晰，也便于准确测量[7]。一次CBCT扫描获得的容积数据，可以通过各种图像后处理技术，满足头影测量、颌面骨质、多生牙、埋伏牙以及下颌关节等几乎所有的正畸前临床检查需要，有可能在一定程度上取代曲面体层片和传统头影测量片成为正畸前的常规检查[8]。

Invivo 5.0是三维影像的分析软件，该软件是从医用CT和MRI摄片机产生的DICOM文件来重建三维解剖结构。医生可以在计算机上建立三维构造，得到横截面，跟踪神经，放置植入物，打印图像，保存图像，其强大的三维影像分析功能为正畸科三维头影测量提供了可能。Vandana等[9]利用Invivo软件对31例患者的CBCT资料和普通头颅X线片资料的12个线距和5个角度分析比较，发现角度测量(除了弗兰克下颌平面角外)和线距的测量均无统计学差别。我科亦利用Invivo 5.0软件开展正畸患者的三维头影测量，在临床上取得了较理想的效果，提示CBCT可以替代传统的头颅X线片而成为正畸辅助诊断工具。

笔者使用CBCT而产生数据量为50～100MB/次，三维重建后生成图像为200MB/次，约2500MB/天，0.75TB/年，存储时压缩率为50%，需要高容量、高传输率的存储设备。利用医院现有PACS的存储区域网络（Storage Area Network，SAN）即可实现CBCT影像数据的存储和传输。SAN的优点包括：①可实现大容量存储设备数据共享；②可实现高速计算机与高速存储设备的高速互联；③可实现灵活的存储设备配置要求；④可实现数据快速备份；⑤提高了数据的可靠性和安全性[10]。

传统的SAN架构采用FC（Fiber Channel）光纤通道结构（FC SAN），是较为复杂的存储架构，需要在硬件、软件和人员培训方面进行大量投资。另外，光纤通道使用了RAID控制器，管理成本高，相容性不好，通常各厂家的交换设备无法相互混用。RAID控制器也成为了数据进出磁盘阵列的瓶颈和单故障点。我院CBCT影像存储采用IP SAN存储方式（Storage-over-IP，SoIP SAN），是基于普通IP协议和以太网，将SCSI协议映射到TCP/IP协议上，使得SCSI的命令、数据和状态可以在传统的IP网上传输，实现了数据共享和远程访问[11-12]。由于采用的是SCSI、以太网、TCP/IP等现有技术和设施，造价低，便于构建和维护，互操作性好，我科实际运行情况表明影像传输稳定可靠。

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[收稿日期]2011-10-24 [修回日期]2011-11-27

编辑/何志斌