基于影像学的骨龄牙龄测量方法研究进展

2022-04-23蔡祉恒纪芳

科学咨询 2022年5期

蔡祉恒，纪芳

（1.上海交通大学医学院口腔医学，上海 200000；

2.上海交通大学医学院附属口腔医学院，上海第九人民医院正畸科，国家口腔疾病临床研究中心，上海市口腔医学重点实验室，上海市口腔医学研究所，上海 200000）

年龄估算通常用于人体遗骸的身份验证，刑事责任裁定和临床治疗计划的确定，在民事和刑事诉讼以及诊所及医院工作中至关重要[1-2]。骨骼发育具有一定的年龄特征和里程碑式标志，直观地反映骨骼发育成熟度和个体的生物学年龄。骨龄有助于内分泌遗传代谢情况及发育性疾病的随访，以及促生长药物的合理使用及过程监测等[3]；腕骨年龄和颈椎骨年龄通常被用作正畸临床的诊断标准之一，以对颌面部区域的生长和发育作出做出更现实的评估[4]。

除骨龄外，由于牙齿矿化受到全身因素影响较小，故应用形态学和放射成像相结合的牙龄评估已被广泛应用于医学、法学和人类学等领域[5]。

一、X线片骨龄判别

在正常的人体骨骼发育过程中，原发性和继发性骨化中心的发生时间，骨化速率，骨骺和干骺端的闭合时间及其形态变化都是规律的，称为骨龄[6]，大多数学者认为骨龄测量的最理想部位为腕骨[7]。

儿科中最常用的Tw骨龄评分方法由英国的Tanner和Whitehouse等人于19世纪50年代建立，并分别在1997和2001年制定了TW-RUS法和TW3法[8，9]。中国学者张绍岩等人在1995年参照TW2方法制定了《中国人骨发育标准CHN法》[10]。2006年他们制定了《中国人手腕骨发育标准一中华05》，成为评估儿童骨龄的国家标准[11]。

（一）手腕部X线片

Demirjian[5]和Grave[12]的研究都证实了手腕部骨成熟与青春发育之间的关系：可以根据腕部骨骼的钙化来了解生长发育、评估生长发育潜力以及是否处于快速发育期。Greulich等[13]认为手腕骨是评价一个健康儿童全身骨骼成熟度的公正指标。在健康儿童身上，腕骨骨骺的骨化、骨骺与骨干的融合遵循一定的顺序，这种顺序由基因决定，在健康儿童中有规律性。

Grane[14]把青春迸发期分为三个阶段：加速期、高峰期和减速期，并提出以下指标，可以根据腕部X线片来确定这些阶段，其主要指标为：

1.加速期

（1）MP3期：第三指中节指骨的骨骺与干骺的宽度相等；（2）R期：桡骨骺与干骺的宽度相等。

2.高峰期

（1）S期：出现拇指内收籽骨；（2）MP3cap期：第三指中节指骨的骨骺成骺帽；（3）Rcap期：桡骨的骨骺成骺帽。

3.减速期

（1）DP3u期：第三指的远中、近中、中节指骨完全融合；（2）Ru期：桡骨完全融合。

图1 手腕骨X线片Fig1 X-ray of wrist bone

（二）颈椎X线片

图2 颈椎骨生长发育评价Fig2 EvaIuation of cervicaI bone growth and deveIopment

利用头颅定位侧位片观察第2、3、4颈椎的形态，从而评价生长发育的状态及潜力。主要观察指标包括：锥体的整体形状（由薄而水平向矩形渐变至厚而垂直向矩形）、锥体上面（由斜面渐变至水平）、锥体底面（由水平渐变至凹陷）[14]。依据上述方法，通常把颈椎骨龄评价分成6期：起始期（Initiation，有80～100%生长潜力）、快速期（Acceleration，65～85%生长潜力）、过渡期（Transition，25～65%生长潜力）、减速期（Deceleration，10～25%生长潜力）、成熟期（Maturation，5～10%生长潜力）、完成期（Completion，无生长潜力）[14]。

二、X线片牙龄测量及其应用

同样作为评估生长发育的手段，牙齿钙化优于牙齿萌出，因为牙齿萌出是一个短暂的事件，其精确的时间很难确定；钙化是一个连续的过程，可以通过X线片摄影等永久记录的方法来评估，它是由牙齿萌出的时间和全身因素决定的，几个世纪以来的学者均研究认为，钙化阶段最不易受环境因素的影响[15]。比起其他成熟度指标，牙齿矿化受到营养和内分泌状况的影响相对较小[14]。

（一）Demirjian法

1.方法

Demirjian法对牙齿的分期经历了牙齿发育、钙化和成熟的阶段，每个分期都易于识别。Demirjian法通过比较牙冠、牙根的相对长度以及牙根内壁的相对角度来对牙齿发育阶段进行划分。由于上颌结节等结构的影响，很难在曲面断层片上清楚地显示上颌后牙的牙根形态，而下颌区域的影像不易被影响。由于牙齿发育具有双边对称的特点，因此在实际使用中，只需测量左下颌的7颗恒牙就可以对牙龄进行推断[16]。

表1 Demirjian牙龄推断法的分期和描述Tab1 Stages and description of Demirjian dentaI age estimation

1973年，Demirjian等将除第三磨牙外的7个下颌牙齿分为切牙组、尖牙组、前磨牙组和磨牙组，根据牙齿矿化的程度，将每个牙体分为A～H八个分期，再转化为相应的牙龄成熟度指数，最后计算出七个牙齿的牙龄成熟度指数之和，通过查表来获得相应年龄，结果可以精确到0.1岁[17]。

对于青春期晚期和成年初期的年轻人来说，这7颗牙齿基本上已矿化，只有第三颗磨牙仍在发育中；一些研究发现，第三磨牙持续发育从5岁至25岁；因此，研究人员越来越多地以第三磨牙为研究对象来推断牙龄[17]。

图3 Demirjian法分级方法Fig3 Demirjian grading method

Demirjian法已合理划分为多个阶段，且因其易于区分、评估客观等优点已为多数研究所采用。而且该方法不受关节强直、乳恒牙早失、乳牙滞留、恒牙列拥挤阻生等许多局部因素的影响，其适用年龄段贯穿患者青春期生长和发育的加速、高峰期、部分减速期，因此该方法可以对临床工作进行科学地指导[16]。

2017年费越、汪俊等[18]的研究发现，恒中切牙和恒侧切牙均在6.50至7.50岁时出现高峰发育，而恒前磨牙高峰发育的年龄为7.00至8.00岁。男性下颌第一恒磨牙的高峰发育时期为6.50～7.50岁和8.50～9.50岁。女性牙齿发育整体要比男性早，但是发育折线没有显著差异。

2.修正公式

Demirjian牙龄估计方法具有高度可重复性、易于理解和易于使用，在改进后能更客观准确地反映特定人群的牙龄特征，因此它已成为推断牙龄的最常用方法，但是推断的牙齿年龄与实际年龄之间仍然存在差异。Demirjian法与生理观察法和腕骨测量法的结合可以减少单一方法的误差，并使年龄推断结果更有价值[15]。

李萌等[17]提出了男女牙龄修正公式为：yf=100.01/{1+exp[-0.48(x-3.99)]}，ym=100.95/{1+exp[-0.27(x-1.460]}，其中yf是女性牙龄推断，ym是男性牙龄推断，exp是以自然常数e为底的指数函数，x是牙体成熟度得分。他们将年龄推断平均误差控制为女性0.15岁，男性-0.08岁，二者组间和组内差异具有一致性。

（二）WiIIems法

Willems等人提出的基于Demirjian法的新方法，各牙齿成熟度分数之和即为牙龄，省略了将成熟度得分转换为牙科年龄的繁琐步骤，从而使其更简单，同时保留了Demirjian方法的优点[15]。

Ozveren等人对6至14.99岁年龄段的色雷斯地区人群（380例男性和386例女性）的全景X线照片进行了评估。使用Demirjian和Willems法计算牙龄，结果表明，Willems法在几乎所有年龄段的男女都得到了更准确的推断结果，比Demirjian法更适合于土耳其色雷斯地区的儿童[19]。

（三）Cameriere法

牙齿的形状在一生中都会发生变化，尤其是在牙齿的发育阶段，根尖孔的直径变小，冠随着釉质的形成而发育。Cameriere等[20]通过根尖孔的开度定量估计儿童的牙龄，通过记录完全闭合的根尖孔的牙数、开口的根尖孔的内点之间的距离与牙齿的长度之比来评估牙齿的成熟度。

另外，Cameriere[21]还通过测量上尖牙（x1）和下尖牙（x2）的牙髓/牙齿面积比来评估牙齿的成熟度。回归模型中仅包含变量x1、x2，得出以下回归公式：

Age=114.624-431.183x1-456.692x2+1798.377x1x2

Wolf T G等人[22]对来自德国人的6至14岁年龄组的479幅全景X线照片采用Demirjian和Cameriere的方法评估了268名男孩和211名女孩的牙齿年龄，并将其与实际年龄进行了比较，结果表明Demirjian方法在男女两种性别中均更准确，Cameriere的方法在所有年龄组中均显示出较高的不准确性。

兰玲梅等人[23]在2016年1月—2017年7月收集中南大学湘雅口腔医院收治的无特殊疾病且营养状况良好的480名湖南省8-16岁汉族青少年口腔全景片，其中男性236例，女性244例，根据Demirjian法和Cameriere法，测量每个青少年的牙龄，并估计牙齿年龄与实际年龄之间的差异。比起实际年龄，通过Cameriere法测量的牙龄平均低于低估实际年龄0.83岁（男性）和0.72岁（女性）。在推断湖南省汉族青少年牙龄方面，Demirjian方法比Cameriere方法更准确，并且更适合于测量该地区青少年的牙龄。

（四）Haavikko法

1974年，Haavikko等[24]提出了一种基于885例2-13岁儿童的全口曲面断层片推断牙齿年龄的方法，该方法在评估先天性牙缺失儿童的牙齿年龄方面具有明显的优势。袁佳璐等人[25]研究了包括南京地区总共450例儿童的全口曲面断层片（男性263例，女性187例），采用Demirjian法、Willems法和Haavikko法三种年龄法对左下颌7颗恒牙进行读片，发现Willems方法是评估南京儿童牙龄最准确的方法，其次是Demirjian方法，而Haavikko方法则准确性较差；使用Haavikko法评估单颗牙齿的牙龄时，第一磨牙和中切牙最准确，其准确性较原始的Haavikko法为高。

三、CBCT、microCT等牙龄测量方法

CBCT适合于具有复杂结构的颌面骨成像，并可以显示高分辨率和高清晰度的图像，且它可以从多平面和三维方向显示牙齿和牙髓腔的结构，从而大大提高了结构的可视化和测量的准确性[26]。

一些研究使用计算机断层扫描（microfocus computed tomography，mciro-CT）离体牙，测量牙髓与牙齿体积之间的比率，结果表明，随着年龄的增长，牙髓牙髓与牙体积的比例较高，且女性相关性高于男性。然而，micro-CT只能测量离体牙，因此其应用受到限制，CBCT技术的出现及其在口腔领域的应用很好地解决了这个问题。

2006年，Yang F等[28]首次将CBCT技术应用于牙龄推断，并从19位年龄在23至70岁的个体中选择了28张CBCT牙齿图像（其中15颗中切牙，12颗尖牙和1颗前磨牙），这些牙齿是没有龋坏的单根牙。对单根牙进行三维重建后，分别测量牙髓腔和牙齿的体积。结果表明，牙髓和牙齿的体积与个体年龄之间存在一定的相关性，并推导出推断年龄的回归方程。Z Yang等人[29]的研究证明尖牙的PTR值（牙髓/牙齿体积比）与青少年的年龄呈负相关。CBCT提供了一种获取三维牙齿影像的新方法。基于CBCT三维影像重建技术，可以做到活体重建牙齿三维模型，同时可以获得理想、准确的牙髓增龄性变化研究结果。

四、影响因素

（一）年龄

在Wolf T G等人[22]的研究中，采用Demirjian方法测量牙龄会高估大部分年龄组而个别年龄组的结果被低估；采用Cameriere方法则结果会在11岁以下年龄组被高估，11岁以上年龄组被低估。在张绍岩等人[31]对于中国5城市儿童青少年手腕骨发育对年龄推测影响的研究中发现了不同发育阶段的特征：大中城市儿童青少年的发育差异主要出现在童年时期，但青少年时期的差异并不明显。

（二）性别

上述提到的Wolf T G等人[22]的研究显示出男孩与女孩的研究结果有所不同。兰玲梅等人[23]通过Cameriere方法测量的牙龄平均低估了年龄0.83岁（男性）和0.72岁（女性）。在推断湖南省汉族青少年牙龄方面，Demirjian方法比Cameriere方法更准确，并且更适合于确定该地区年轻人的牙龄。与男孩相比，女孩的Demirjian方法明显更准确，而Nolla和Havikko方法则对于男孩年龄的推断更准确，Willems方法在两性中都同样准确[30]。这种性别差异归因于女性牙齿发育整体要比男性早[18]。

在张绍岩等人[31]对于中国5城市儿童青少年手腕骨发育对年龄推测影响的研究中发现了性别特征：例如在经济发达的城市，男性儿童青少年在一定年龄段会出现骨骼发育提前，而在女性则不明显。

（三）全身因素

牙齿钙化是一个连续的过程，可以通过X线片等永久记录来评估，它是由牙齿空间出现的时间和全身因素，如营养状况决定的。几个世纪以来的研究发现，钙化阶段最不易受环境影响的影响，并且与体细胞生长无关[15]。比起其他成熟度指标，牙齿矿化受到营养和内分泌状况的影响相对较小[14]，故可利用其特点根据影像学进行牙龄的推断。

（四）环境因素

上述已提到牙齿的钙化阶段最不易受到环境因素的影响[15]，故主要阐述环境因素对于骨龄的影响。

1.海拔

卫冠羽等人的研究中[32]，相关分析结果表明，10岁女孩、11岁女孩和11岁男孩的骨龄参考值均与海拔呈负相关。这可能是由于海拔升高，氧气含量降低，儿童骨骼骨发育较慢；也与日照时间、平均气温有一定相关性。高海拔地区和低海拔地区男女群体以及总人群的骨龄比较表明，高海拔地区的骨龄低于低海拔地区的骨龄[33]。

2.气候

随着年平均相对湿度和温度增加，11岁女孩、11岁男孩和12岁女孩的骨龄参考值将增加[32]。热带地区的人比温带地区的人发育成熟要早，而温带的人比寒带地区的人发育成熟要早；且日照可以促进皮肤合成维生素D，从而促进钙的沉积，影响骨的发育[34]。

3.土壤

10-12岁儿童骨龄值与表土砂砾百分率、表土粉粒百分率、表土容重、表土石砾含量、表土有机质含量以及表土（黏土、粉土）阳离子交换量等土壤因素均具有高度相关性关系[32]。

4.民族、人种或地区

在张绍岩等人[31]对于中国5城市儿童青少年手腕骨发育对年龄推测影响的研究中发现了南北区域特征：北方城市之间的差异较小，南方城市之间的差异较大。

在Nik-Hussein等人[15]的研究中，Willems方法更适用于估计马来西亚儿童的牙龄，并且他们认为Demirjian方法的高估可能是由于第二前磨牙和磨牙的提前发育。在Ozveren等人[19]对于土耳其色雷斯地区儿童的研究中，Willems方法对几乎所有年龄段的男女都产生了更准确的结果，比Demirjian法更适合于该地区儿童。兰玲梅等人[23]的研究中，在推断湖南省汉族牙龄方面，Demirjian方法比Cameriere方法更准确，并且更适合于确定该地区年轻人的牙龄。

在民族、人种或地区的影响因素中，可能有其他地理环境、人文环境及经济发展水平的综合影响，有待进一步研究。