应用办公软件Excel及测定坐标软件实现口腔正畸头影测量

徐鸿骏，刘金伟，桑姗姗

X线头影测量于1931年由HOFRATH和BROADBENT提出，之后经过多年的不断研究探索，在颅面生长发育及结构分析的研究工作中得到广泛的应用［1］。目前，X线头影测量分析已普遍应用于口腔各专业，并且成为口腔正畸临床病例诊断、分析的重要辅助手段。常用口腔正畸的头影测量软件有艾坚，Winceph，Onyxceph等专业测量软件。还可以用几何画板（geometry sketchpad）、Photoshop等非专业软件实现头影测量。随着CT技术和数据处理技术的发展，三维头影测量渐渐成为新的研究方向。但鉴于三维头影测量尚无标准，目前多数研究基于二维的标准［2，3］。如何实现定点后自动测量出所需要的测量值，并能够像专业测量软件那样方便快捷是我们一直思考的问题。笔者利用PC里测定坐标的小软件和常用的办公软件Excel，可以完成快速的头影测量。

1 方案与方法

1．1 设 备 和 软 件 带 Windows系 统 的 PC，Microtek ArtixScan 1010 plus扫描仪、Sony A100数码相机。软件有医学测量软件digmizer和办公软件Excel。

1．2 图像数字化处理 利用Microtek ArtixScan 1010 plus扫描仪扫描头影测量所用的X线片，得到数字化图像；或用Sony A100数码相机拍照进行X线片的数字化处理。

1．3 坐标点的确定 使用Medcalc software公司的digmizer的医学测量软件。这款软件功能强大，可以对图像进行颜色、对比度、背景转换、锐化等调整，还可以对图像进行自动矫正、旋转、裁剪等处理，测量点的坐标列在右侧的测量表中，还可以导出并存储为Excel文件。利用此软件的这一特性，打开数字化处理的X线片，对数字化的图像进行必要地调整（如旋转、剪切、调整对比度等）后，确定放大比例，然后定位各测量点的坐标。定好测量点的坐标后，可以输出为excel格式文件。另外，也可以利用国产小软件e尺和图形处理软件Photoshop等的定点坐标标记功能，得到标记点的坐标。

1．4 头影测量项目的分析及在Excel软件里的实现 通常测量方法是定点后两点的长度，三点所成的角，2条线所成的角度以及垂线的长度。这样就可以利用坐标系里已知各点的坐标，求出两点长度和三角形的边、高、角以及其正、余弦函数，并可以完成对所有需要数据的测量。具体分析和实现方法如下：

1．4．1 两点间长度的测量 若 A点坐标为（Ax，Ay）；B点坐标为（Bx，By），则AB长度为在excel里的函数公式为 SQRT［（Ax－Bx）＾2＋（Ay－By）＾2）］。

1．4．2 三点确定角度 以求上颌齿槽座角（∠SNA）为例：假设蝶鞍点S点、鼻根点N点、上齿槽座点A点的坐标分别为（Sx，Sy）；（Nx，Ny）；（Ax，Ay），则按照前面所述的方法可计算出由S、N、A三点组成的三角形边长SN、NA及AS，再利用余弦定理算出∠SNA角度，excel里的公式为DEGREES［ACOS（SN＾2＋NA＾2－AS＾2）／2＊SN＊NA］。

1．4．3 2条线（四点）的角度可使一线平行移动至其中两点重叠 以测量颅底平面（SN）和眶耳平面（POr）所成角度为例：测量SN和POr之间的角度时，使POr平行移动至P点与S点重叠，此时OR点移动到Or｀点，这点的X坐标从Px－Sx＝Orx－Or｀x 等式可知道为：Or｀x＝Orx－Px＋Sx； 同样方法可计算出 Or｀点的 Y 坐标为 Ory－Py＋Sy。这样知道 S、N、Or｀点的坐标，即可计算出NSOr｀也即SN和POr之间的角度。

1．4．4 一点向两点之间连线做垂线的长度测量 以求下中切牙切点L1到鼻根点N和下齿槽座点B的连线的距离为例：下中切牙切点L1到NB距离可理解为L1、N、B三点组成的以NB为底的三角形的高（h）；这样三角形各个角的角度均可计算出，利用∠BNL1或∠NBL1的角度值，用正弦函数及余弦函数的定义和角度与弧度的转换就可计算出高h的值。在 excel里函数表达为 sin（radians（∠BNL1））＊NL1 或者sin（（∠NBL1）＊pi（）／180）＊BL1。

1．4．5 在excel的表格里设定好自己的或已有的测量项目按照测量项目确定要测量的点。然后在另外的表格或表单里按一定顺序排列好需要测量的每点的坐标值。按照上面所列4种方法，在相对应的测量项目下，一层一层写入函数，然后函数与坐标值关联即可。如求L1到NB距离h，则h＝sin［radians（∠BNL1）］ ＊NL1， 而∠BNL1＝DEGREES［ACOS（BN2＋NL12－BL12／2＊BN＊NL1）］，其中 BN、NL1、BL1 又可以分别表达为 BN＝SQRT ［（Bx－Nx）2＋（By－Ny）2］，NL1＝SQRT［（Nx－L1x）2＋（Ny－L1y）2］和 BL1＝SQRT［（Bx－L1x）2＋（By－L1y）2］。各项数据都关联后，把这个Excel表格作为一个模板或文件保存。以后使用测量时，只要打开此模板或文件，在各测量点坐标测量出后填入表单，即可得到预先认定的测量值。

1．5 使用本方法测量出的测量值与专业测量软件对比 随机取19人的21张头颅定位侧位片进行DOWNS测量，与ONYXCEPH 2．67试用版测定的DOWNS测量值比较，用统计软件SPSS13．0对测量值进行配对样本t检验统计学分析。所有样本的测量均由同一人完成。

2 结 果

使用本方法将测量的坐标值输入表单标注的相对应的点后，可以立即得到预先设定的测量结果。用本方法测量DOWNS测量法各项测量值与相应的ONYXCEPH 2．67试用版测定的测量值进行配对样本t检验对比分析，2种测量方法统计学处理结果显示每组测量值之间无统计学差异（P＞0．05）。

3 讨 论

头影测量分析过程可见，误差主要来自于以下三个方面：即头影测量片或图像的质量、定点的过程和测量分析的过程［4］。无论是专业测量软件还是用本方法进行头影测量，测量点的确定是较大误差产生的根源。一方面有X线片不清晰、不易定位的因素；另一方面也有人为的因素，每个人测量定位的点坐标均有所不同，甚至同一个人每次定出的坐标也不会一致。还有标志点因解剖结构重叠较多，在X线片上表现也不易标定，也会影响到标志点定位的误差大小［5］。相对于非专业软件，使用本方法可以根据自己的需要，确定出自己的测量指标，并根据这些指标确定测量哪些标志点，将可以有效减少工作量。费用也相对较低。

图像的数字化过程中尽可能地减少误差，直接使用数字X线片减少图像数字化过程中产生的误差。但由于数字传送往往在局域网中，有时出于安全的考虑，不能直接拷贝出或由于条件限制只有X线胶片，因此图像的数字化有时是必需的。

扫描仪扫描X线片，图像质量较好，但处理速度慢。使用数码相机较快。一般选择可更换镜头的数码相机，像素越高越好。平常所用的小数码相机，拍出的照片容易变形，使测量值误差偏大［6］。选择一款数码相机镜头时，应对它质量有充分了解，比如最佳光圈、变形率，这样可在拍照片时选择最佳光圈，使拍出的照片有最佳的锐度，以便精确地确定测量点。拍摄时注意X线片放置要平整，利用三脚架拍摄，使相机固定；拍摄时镜头中线对准X线片中央，取景范围适当增大并尽量使X线片位于中间。这样做的目的是使拍出的照片变形小、更清晰，因为无论多高档的镜头，其中央部分和边缘部分成像的锐度和变形率均有一定的差别［7］。选择高像素数码相机，后期裁切去周围多余的部分也不会影响其清晰度和锐度以及变形率。

在excel软件里建立模板时较为繁复，涉及坐标、两点间距离、角度及其正余弦函数等的数学计算公式。输入和关联时应仔细，以确保不出错。数字化图像的坐标测定后，输入excel表格相应的项目里，可自动得出要测量的函数值，亦即想要的测量值。对于面角，颌凸角以及上中切牙切点到上齿槽座点和下颌凸点连线的距离等这些测量项目，因为涉及正负值，则可用excel里if函数实现。可以实现专业测量软件的快捷便利，也不用像非专业测量软件那样，一项一项地测量，耗费较多的时间，可以有效地减少工作量。整个测量过程要求较低，可以在办公电脑上完成，方便快捷。

目前，二维的正畸头影测量在三维标准建立之前，仍有其存在的条件。不仅因为其拍摄简便、费用低廉，同时能显示软硬组织，而且与CT相比，X线平片让检查者所受的X线辐射量也较小［8］。随着CT技术和软件的三维构建技术发展，三维头影测量技术能真实地再现组织三维空间结构特性，为医务人员提供更真实更准确的数据［9］。

［1］傅民魁．口腔正畸专科教程［M］．北京：人民卫生出版社，2007．65．

［2］张 昕，严 斌，鲍旭东，等．基于CT数据的虚拟头影测量技术研究［J］．口腔材料器械杂志，2008，17（3）：123－126．

［3］吴海苗，陈 栋，潘 杰，等．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［J］．中国美容医学，2012，21（1）：110－112．

［4］周继祥，罗颂椒．图像图形处理技术在头影测量分析中的应用和发展［J］．国外医学口腔医学分册，2001，28（1）：19－20．

［5］邵金陵，林 珠，刘燕萍，等．X线头影测量人工定点的准确性研究［J］．临床口腔医学杂志，2003，19（2）：82－83．

［6］ 刘 峰．口腔数码摄影［M］．北京：人民卫生出版社，2006．26－45．

［7］美国纽约摄影学院．美国纽约摄影学院摄影教材（上册）［M］．北京：中国摄影出版社，2010．33－62．

［8］李 刚．口腔颌面锥形束CT放射剂量与放射防护［J］．中国实用口腔科杂志，2011，4（10）：577－580．

［9］姜金玲，何玉宏，黄迪炎．三维CT精确重建颅颌面部组织的形态学特征［J］．中国组织工程研究与临床康复，2011，15（13）：2442－2445．