计算机技术在口腔头影测量中的应用及发展

李成日 张晓东 张文君 骆厚卓 贾立辉

(沈阳军区总医院口腔内科，110840)

1 引言

Broadbent和Hofruth在1931年创立了头影测量分析的定位正侧位X线片的拍摄方法和技术。它可以量化个体或人群的颅面部参数，区分正常与异常的解剖形态，对治疗前后进行对比[1-2]。

随着电子计算机及其相关技术的发展，1958年，丹麦皇家牙学院的Bjrk和Solow首次将计算机技术应用于X线头影测量和临床工作中。20世纪70年代计算机技术大量应用于头影测量分析和辅助诊断。美国科学家Walker首次应用计算机系统化地进行头影测量分析。我国于80年代开始应用计算机。Rudolpf等将头影测量技术半个世纪的发展过程分为3个阶段：手工X线头影测量分析，计算机辅助X线头影测量分析，计算机自动X线头影测量分析。本文将对后两个阶段的应用和发展作以综合论述。

2 计算机辅助X线头影测量分析

2.1 计算机辅助X线头影测量的二维分析 二维分析是利用侧位X线头影测量对颅颌面结构进行分析。20世纪80、90年代，学者们认为计算机辅助X线头影测量与传统的人工测量所得结果无显著性差异，肯定了临床应用的可行性[3]。随着技术的进一步发展，学者们进行了更深的研究，他们认为计算机辅助头影测量改变了以往必须要在头影描图上进行测量的方法，避免了描绘头影图迹过程中可能出现的误差。同时，对于计算机辅助头影测量准确性的研究得出：计算机输入设备的精度将直接影响系统的准确性。Macri等报道，应用黑白摄像机作为图像输入设备时，由于其空间分辨率不足，影响图像质量和测量精确度，所以数字图像上定点的可靠性低于传统的X线头颅侧位片[4]。扫描仪是较理想的图像输入设备，可将图像资料直接转换为数字信号输入计算机，并保持较高的精度。Schulze等对使用CCD摄像装置获得的数字影像与X线头颅侧位片进行标志点定位的比较，得出在相同的焦距下，数字图像和X线头颅侧位片上标志点定位的精确性和可重复性是相当的[5]。

近年来学者们致力于在图像处理技术的基础上研究各种功能软件的开发。1998年，Schulate G等研究开发出颌面预测的图像视频软件，该软件运用头影测量技术将25例正颌手术病例术前预测的软组织改变与术后的实际结果进行比较，得出该软件预测的准确性高达80%以上[6]。同年，惠光艳等研制出可以任意显现软硬组织，模拟正颌外科手术及预测术后容貌的一种新的X线头影测量分析系统。它采用彩色图像扫描仪作为输入装置，直接获取头颅X线片信息，输入并存入计算机，利用Visual C语言编制程序，对X线片的再现与增强来选取标志点。1999年，Tsang KH[7]等人在数字图形工作站中通过声波数字化系统来测量X线头颅侧位片。用此方法对30例病人的15项角度及一项线距进行测量，然后将测量结果与传统方法的测量结果进行比较，差异显著。2000年徐芸等[8]研制出外寄生式X线头影测量分析系统，利用高分辨率的扫描仪输入头影测量X线片，对患者进行辅助诊断及预测，实现了包括图形显示，治疗前后的图形重叠对比等一整套用户界面。现在头影测量软件的种类很多，国外的软件开发比较成熟，运行比较稳定，且许多软件可以定义标准值及测量项目。

2.2 计算机辅助X线头影测量的三维分析 牙颌颅面结构本身是三维立体结构，头影测量的三维分析就是将其解剖形态以三维的形式形象化，目前口腔颌面锥形束CT(CBCT)[9-10]在头影测量学中的研究成为热点。

CBCT技术采用锥形X线束投照，只一次扫描即可获得满足各个方向重建所需的容积数据，依靠特殊的反投影算法重建出三维图像[11]。三维图像重建可避免解剖重叠和放大率造成的问题，使得定点更加准确[12-13]。用干颅骨拍摄CBCT，对所拍影像定点测量，与手工卡尺测量值相比较，发现CBCT图像测量值和手工测量值差异无统计学意义，而头颅侧位片、正位片的测量值有差异[14]。刘怡等研究对比正畸患者CBCT转化头颅侧位片与传统头颅侧位片的定点精确性发现前者定点精确性更高[15]。目前，三维头影测量分析仍无统一标准，在使用CBCT进行的头影测量分析时，行头影测量仍是将其转换为二维图像进行测量。使用软件将CBCT所得数据生成头颅正侧位片，并输出到头影测量分析软件中进行数字化描记和测量。

近年来，学者们研究开发了多种三维头影测量分析软件。Simplant，invivo就是其中有代表性的软件。Vandana等[16]应用Invivo软件，将三维测量与二维测量相比较，12个线距、5个角度中除了FMA均无统计学差异。

目前，三维头影测量分析处于初始阶段无统一标准，三维影像测量分析方法需建立新的系统规范以明确其精确度和准确性。新的三维测量坐标系统包括：坐标原点、基准平面、测量标志点、三维参考平面和测量项目等[17-18]，因此在使用CBCT进行的头影测量分析时，行头影测量仍是将其转换为二维图像进行测量。使用软件将CBCT所得数据生成头颅正侧位片，并输出到头影测量分析软件中进行数字化描记和测量。

3 计算机自动X线头影测量分析

随着计算机图像处理技术在X线头影测量分析研究中的不断深入，尤其在标志点计算机自动识别与定位方面的研究，为实现X线头影测量分析完全计算机自动化奠定了基础。

Cohen于1984年首先介绍了自动提取X线头颅定位侧位片相关标志点的方法，成功获得了两个标志点N点和S点，这预示着完全自动化的X线头影测量系统具有可能性。Mostafa在自动X线头影测量分析系统的研制中采用了不同的方法分别对X线的软硬组织进行图形处理和边界提取。2000年，Hutton等通过自动塑型方法建立一套全自动的头影测量分析系统，对16个标志点进行了全自动描绘，虽然其准确性不高，存在一定的局限性，但为以后的研究提供了较好的基础[19]。国内张晓、魏明贵等相继在自动X线头影测量系统中成功地自动识别了软硬组织标志点10余个[20]。

目前国内外越来越多的学者致力于计算机自动化X线头影测量的研究，完成自动定点的数目越来越多，准确度亦增高。因其操作便捷、测量的准确性高、重复性好，未来完善的计算机自动化头影测量系统必将进入临床，促进口腔各学科的发展。

4 计算机技术在口腔正畸头影测量应用的展望

实现全自动头影测量，能够避免人工描点，图像输入、输出等造成的误差，达到理想的精确度。未来，全自动头影测量分析系统的不断完善将是我们的研究方向，越来越多的标志点将会被计算机自动识别。同时，CBCT广泛应用于头影测量分析系统，再现颅颌面的真实解剖结构，从而进行全自动的三维测量分析，也将是未来发展的趋势。伴随计算机硬软件等高科技的发展，快速而准确的全自动头影测量分析系统必将广泛地应用于临床并得到日新月异的发展与完善。

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