三维颅颌面结构的数据采集和分析在口腔正畸临床应用的最新进展

    错牙合畸形可以在三维空间的垂直向、冠状向、矢状向任一方向上体现，这对正畸医生提出了对颅颌面部软硬组织进行三维测量分析的要求。Broadbent和Hofrath于1931年首次提出了X线二维头影测量理论，之后影像采集及分析技术的不断进展使得正畸诊疗逐步实现三维化。
    目前应用于正畸领域的数字化三维诊疗手段主要有三维颜面成像、三维数字化牙颌模型、三维头影测量、锥形束计算机断层扫描（cone-beam computed tomography，CBCT）三维重建、数字化三维手术模拟等。
    1.三维数据的采集
    20世纪90年代末，锥形束CT（CBCT）被应用于口腔颅颌面部扫描，较传统CT以及X线投射具有辐射剂量小、成本低、采集时间短、空间分辨率高，图像质量良好、扫描范围灵活、操作简单等优点。Dillenseger等认为CBCT在颌面部成像上可以替代传统CT。但CBCT对根尖区细小骨小梁显示清晰度不如X线片。
    激光扫描技术的基本原理为激光投影到被测物体表面上后形成漫反射光点并成像于传感器上，根据三角形原理得出空间坐标。激光扫描没有放射性，利于数据的多次采集。激光成像的准确性在模型及临床上都得到了证实：Kim等将激光扫描模型与传统石膏模型进行对比，发现激光扫描模型的测量精确性更高；屈文静通过对单侧唇腭裂患者的颌面部软组织进行测量证实了利用激光扫描技术进行三维重建的精确度；幸丹等实验证实了激光扫描模型虚拟定点的准确性和一致性。但这一技术存在着扫描时间长、对眼睛有伤害、色彩纹理信息采集不全等缺点。
    光面结构光技术被广泛应用于口腔正畸与正颌外科。其基本原理为将不同密度的光投射在面部，通过摄像机获得变形的光点，利用计算机确定光点坐标。相较激光扫描技术精度更高，扫描速度更快，具有计算简单、体积小、价格低等优点。
    Yamamoto等提出新方法将CT技术与结构光技术结合用以确定软组织中较难观察的点，其准确性与可靠性均较高。熊耀阳等基于结构光技术建立了新的面部光学扫描系统，面部重建结果还原度很高。不过结构光技术存在遮挡问题，而且实用性较低。
    立体摄影技术成熟于2000年后，3dMD是其中的典型代表。该技术直观表达了物体形态，其测量速率、精确程度以及可重复性更好。立体摄影技术采用双眼视差原理，把两个角度的图像立体拼接，获得三维信息。其优点是获取数据速度快，测量误差小，缺点则是测量设备昂贵，对测量人员要求高。
    目前，立体摄影技术在正畸临床方面也有了许多应用。王佳帅等采用立体摄影技术对安氏Ⅰ、Ⅱ类共100余人进行扫描发现男女面部形态特点存在差异。Khambay等测量多名成年人的面部组织验证了立体摄影技术的准确性。MRI影像技术目前主要应用于颞下颌关节成像，在观察正畸患者髁突与改建关节窝的骨质方面表现良好，在评估关节软骨的形态时也十分精确。
    MRI的优点包括无辐射、软组织分辨率高等。因其较好的软组织分辨率，在三维重建时，MRI可以清晰展现颌面部皮肤、皮下脂肪、肌肉等结构。MRI在颌面部成像上存在缺点：骨皮质及牙齿呈现无信号结构，硬组织显示不够直观。获取牙列数据的方法有micro-CT重建和牙列扫描。前者可扫描整个牙列模型，但成本较高、阈值需要临床医生自己确定。
    后者分为间接法和直接法，间接法为通过测量石膏模型获得数据。有研究表明数字化牙列与石膏模型相比，两者测量数据的差异并没有统计学意义，目前已广泛应用于正畸临床的无托槽矫治技术。谢轶伦等通过比较全口牙列石膏与数字化模型的线形测量数据证实数字化扫描的精确性与可重复性均较高。
    2.三维数据的分析
    传统X线存在着结构重叠显影的问题，无法显示一些复杂的结构畸形如颜面不对称畸形、偏颌畸形等，同时存在着不规则放大，辨别标记点时准确性不佳等弊端。CBCT的成像原理是低能射线围绕投照体做360°数字式投照，该重组三维图像为1：1还原，消除了投照过程中的失真。利用CBCT转化头颅侧位片测量分析时，其测量平面由三个及以上的解剖标志点来确定，轴向、矢状向、冠状向3个维度上联合定点。
    现有研究中一般将眼耳平面或与其平行的平面确定为水平面，将经过双侧耳点垂直于水平面的平面确定为冠状面。Kim等发现经过鼻根点、盲孔、蝶鞍点、颅底点、颅后点等确定的正中矢状面具有较高的可靠性。Marcelo等实验证实CBCT对解剖点定位的准确性。国内外大量研究表面CBCT的准确性和可靠性可以胜任于临床诊疗工作。
    目前CBCT三维重建图像测量主要仍采用二维定位点进行标记，但部分标志点并不适用于三维分析。Lisboa等发现在髁突上的点及Po点、Or点三维测量定位可靠性较差，其所涉及的平面及角度也存在测量误差。有些研究人员只选取了二维图像中的标志点进行补充定义，没有在三维图像中选取新的标志点。这需要我们寻找更加精确的标记点及系统化的测量标准。
    2011年Wong等利用Simplant软件创建了三维McNamara头影测量分析法，但该方法的定位存在一定难度，同时操作者的个人差异也会对定位造成误差。2014年王瑞辰等以鼻根点为原点建立三维头像测量分析坐标系，为正颌外科术前准确量化畸形提供了可靠保证。由于X线头影测量值并不是真实的数值，准确性有待进一步明确。
    Swennen等提出了一种新的准确性与可靠性较好的三维头影测量参考系统；Park等提出了一种基于三维CT的颅颌面形态分析方法。张海钟等尝试建立正常人颅面骨三维定量测量动态数据库；Cheung等建立了中国香港正常人群的三维头影测量标准数据。然而目前尚未能形成一种统一的三维测量标准。
    3.三维数据的应用
    在对正畸患者诊断和治疗时，CBCT可以显示较为准确的颅颌面图像，对于评估头颅的左右不对称性也十分精确。CBCT结合计算机定位软件可以更直观显示颅面部分的点、线、面，更便捷地进行颅颌面畸形的测量，有利于对错牙合畸形进行全面且立体的评估。CBCT可以协助诊断埋伏牙、阻生牙、颞下颌关节结构异常等情况。
    3D打印技术是利用三维数据通过把打印材料逐层累加构建实体产品的一门新兴技术。无托槽隐形矫治器的快速发展与3D打印技术的发展密不可分，3D打印技术还可以应用制作个性化的舌侧矫治器及活动矫治器，种植体支抗导板，个性化钛板，转移托盘等。将三维数据应用于口腔正畸，通过3D打印技术实现个性化矫治、隐形化矫治等，提高了患者的舒适度并缩短治疗周期。
    利用三维数据模型可以进行颌面组织缺损的立体测量，为正颌外科模拟规划重建颅颌面结构提供基础。虚拟手术是一种将CBCT和3D软件进行结合的正颌手术治疗手段，可以为临床医生提供模拟手术机会，预测和评估手术结果。
    4.前景及展望
    目前学者对三维测量与二维测量结果准确性的比较研究较多，但对三维测量系统建立的研究较少，尚无成熟的三维测量参考标准，而且也未明确用于重叠的解剖结构。对于CBCT应用于颌面部三维结构形态分析的研究仍需进一步探索。