正畸软组织侧貌改变预测的研究进展

2019-7-5 10:07  来源:国际口腔医学杂志
作者:张旭 李妍熹 李涵识 魏洁雅 鄢鑫语 郑玮 李宇 阅读量:4362

    改善侧貌美观是很多正畸患者求治的主诉,尤其是东方人种中患病率较高的“前突”患者。正畸通过前牙的唇舌向移动,带来嘴唇位置的改变,进而造成面下1/3软组织侧貌的改变。相对于牙齿移动的量,患者更关心最终软组织侧貌的变化。因此,软组织侧貌改变的预测,不仅能帮助医生制定治疗计划,降低方案失误造成的潜在风险,而且能方便患者与医生、医生与医生之间的交流,避免因医患双方审美预期的偏差而造成的不必要的纠纷。

    然而,尽管优秀的正畸医生目前对前牙移动量的控制已经可以做到较为精准,却远不能“准确”预测软组织侧貌将随牙移动发生的改变。软组织侧貌预测作为亟待解决的重要临床问题,成为当前口腔正畸学的研究热点之一。本文将从原理、影响因素、可靠性分析及存在问题几个方面对正畸软组织侧貌改变预测的研究进展作一综述。

    1. 软组织侧貌预测的原理

    1.1 基于软硬组织改变比率

    最早的软组织预测是基于软硬组织移动的比例来进行的。一些学者认为:口周软组织轮廓的变化与相应的硬组织结构变化密切相关,通过分析前牙的移动量可以预测口周软组织轮廓。因而,研究者先预测出正畸过程中硬组织的改变,再依据软组织跟随硬组织移动的比率来确定软组织的变化。Holdaway认为上唇与上切牙移动的比例是1:1,Cangialosi等认为这个比例是2:3。在不同学者的研究里,软硬组织相关移动比例的数值也并不统一,即利用软组织和与之相对应的硬组织的移动比例来推测软组织的移动较为不准确。

    1.2 基于多元回归

    预测时,考虑软组织的特征将增加预测的准确度。于是,有学者试图利用统计学方法来预测软组织的变化,包括建立二元回归、多元回归方程的应用。一些学者的研究证明:基于逐步多元回归的预测的准确性较基于软硬组织比例的预测更高。且Lee等强调在建立回归方程时,偏最小二乘法优于最小二乘法。多元回归的方法给出提示:可以依据中国人的面部特征,建立起专属于中国人的多元回归方程,帮助预测。甚至是可以建立起专属于某个地区的多元回归方程,以提高预测的准确性。

    1.3 基于三维有限元模型

    Van Hemelen等认为:常规的X线片是二维重叠投影像,无法准确反映三维方向上复杂的形态,尤其是在面部不对称的患者。同时,随着计算机科学的发展,尤其是数字图像处理技术的应用,虚拟现实技术在医学治疗方面的应用得到了重视。在软组织预测过程方面主要涉及颅面部数据的采集、模型建立、设定硬组织移动以得到软组织改变。其预测软组织改变的核心是建模以模拟面部软组织的变形性,建模所用方法有非线性有限元模型、立体有限元模型、多层非线性质点弹簧模型等。由于建模过程复杂,有学者还提出建立通用模型的想法。虚拟现实的应用主要还是集中在颌面部手术、正颌手术方面。且VanHemelen等证明:在软组织预测方面,三维技术确实比二维更为准确。但正畸治疗引起的面部软组织变化不如前二者那么显著,因而需要更加精确的生物力学模型。

    2. 软组织侧貌预测的影响因素

    2.1 唇部结构

    正畸治疗中切牙移动往往伴随着不同程度的唇部移动,而许多学者认为唇部结构与唇部对切牙移动产生的反应密切相关。Kuhn等对接受腭部种植术的患者的研究发现:切牙移动与唇部移动在水平方向上存在着确切比例的正相关性,但这种相关性在唇部更厚的个体中有所减弱。Mirabella等也认为:厚唇会缓冲唇部随切牙移动产生的变化,且这种缓冲作用在切牙前移时更为明显。除了嘴唇厚度,Oliver认为:唇部紧张度也会影响唇部移动与切牙移动之间的相关性,唇紧张度越高,则相关性越高。

    反过来,正畸治疗中切牙的移动也会影响唇部结构的改变。一些学者发现上颌切牙回收会导致上下唇厚度的增加,这与之前Wisth的研究结论是一致的;而另有一些学者认为切牙回收之后唇部变薄。此外,嘴唇的厚度在静态下对软组织侧貌也有一定的影响,根据Kasai的研究,面部下份高度和下颌切牙的位置都与上唇唇红的厚度有关。

    2.2 生长发育

    Chetan等对15~50岁人群静止唇位的研究发现:上唇长度、嘴角高度以及两嘴角之间距离均随着年龄增长而增加,而上唇厚度在15~29岁随年龄而增加,30岁及以上则随年龄而减小。Jahanbin等通过对12~15岁男孩的鼻唇部进行测量后发现:在此阶段,鼻部的长宽及鼻唇角大小随年龄的增长最为明显;而且,面部侧貌各部分的改变是集中在各自的生长高峰时期快速进行的,而非持续状态。

    Rosa等对60岁以上老年人进行头影测量研究后得出:随着年龄增长,与生长模式相关的指标(如下颌平面角、下面高等)的测量值明显下降,且面突度逐渐减小,这可能是由于老年人头面部的进行性骨损失,尤其是牙列缺失所致。然而,Hamamci等发现:在平均年龄8.8~17.8岁,鼻突度比颏突度增加更多,从而导致了面突度的增大,这种与Rosa等结论相反的情况可能与研究不同的年龄段及种族有关。

    Sforza等对4~30岁北苏丹人群的面部结构进行分析,结果发现:面部发育过程中存在着年龄与性别的相互作用,且所有面部侧貌特征的发育,女性都要早于男性。例如,4~5岁男孩的前额高度达到成人值的71%,而相同年龄的女孩已达到80%;女性在14~16岁就已达到成人的前额高度标准,而16~17岁的男性才达到成人的89%。

    2.3 性别

    面部软组织特征在两性之间也存在着显著的不同,且大多数测量数值均为男性大于女性。一些学者的研究证明:中国人群、非裔美国人群及白种人群的面部软组织形态均存在两性间的显著差异。Zacharopoulos等对希腊正常面型人群的研究表明:男性在前额高度、面部高度、下颌宽度、上下颌表面弧距离这些指标上显著大于女性,而其他未达到统计学意义的眼、耳、鼻部等指标也均是男性大于女性,这与Amini等对伊朗人群的头面测量结果一致。Kamak等发现:在3种骨性错 畸形的患者中,男性面部各标志点处的软组织厚度均大于女性。Jain等对北印度人群的头影测量进行统计分析,结果发现:男性的面部与上唇突度比女性更大。

    对中国汉族人群的鼻部测量进行两性比较则发现:无论是线性测量还是角度测量,女性鼻部软组织的长度、宽度、厚度以及鼻尖角度均小于男性。Jayaratne等在为中国青年人群的唇部测量制定参考数据时发现:男性的口唇宽度、人中宽度、上下唇高度等线性参数均高于女性,而面部比例参数则不存在性别上的差异,这说明唇部数据的不同可能是由两性的体形差异所致,而非唇部本身的形状。

    2.4 牙齿

    Kuhn等的研究发现:上颌中切牙最前点水平方向每移动1 mm,可以预测上唇缘移动0.59 mm,但这种相关性受唇部厚度和上下唇间角度的影响。Bourzgui等的研究发现:在正畸治疗中,通过调控切牙的位置能有效改善唇部形态,但无法得出二者间关系的具体结论。这与Mirabella等对92例青少年受试者在正畸治疗过程中,切牙移动后下唇的变化进行的评估所得到的研究结论是一致的。拔牙对改善唇突患者的侧貌亦有显著的效果。Drobocky等的研究发现:95%的唇突患者在拔除4颗第一前磨牙后,上、下唇距E线的距离平均减少3.4 mm和3.6 mm。而Leonardi等阐明:双颌前突的成年患者在拔除第一前磨牙经治疗后,上、下唇分别后缩2~3.2和2~4.5 mm。

    Ahn等对44名拔除4颗第一前磨牙的正畸患者进行评估,结果发现:在其上、下切牙分别内收5.76、4.62 mm时,上下唇均内收且唇部最突出的地方改变最明显,同时鼻下点向后下移动。综上可见,在牙齿发生改变的前提下,面部软组织会随之产生显著变化,但由于牙齿和软组织形态间的关系过于复杂且患者个体间差异性大,尚不能得出二者间关系的明确结论。

    2.5 颞颊部软组织

    正畸过程中,颞颊部软组织的改变对侧貌也会产生一定的影响。袁玲君等的研究发现:非拔牙正畸患者经治疗后颞部、颧弓下区、颊部、下颌角区软组织凸度减小,颧骨区软组织外形无明显变化,导致视觉上颧骨轮廓外凸,显得苍老。靳远等亦发现:患者正畸后,出现颊部变凹、丰满度下降,从而使颧骨显得突出的现象,且此现象与拔牙无关,并推测该现象可能是肌肉使用减少后的萎缩、增龄性变化导致的颧脂肪垫下垂及下面高增大导致的软组织拉长、变薄所致。

    谭学莲等的研究也显示:颊部软组织的改变与是否拔牙尚不存在相关性。这与部分学者关于正畸治疗后颊部凸度下降的主要原因是拔牙所致的咬合力下降及牙弓宽度缩小有所出入。目前,关于拔牙对于软组织的影响尚且多集中于面下1/3,正畸治疗中颞颊部软组织变化的具体原因仍需进一步的探究。

    3. 软组织侧貌预测的可靠性分析

    3.1 软组织侧貌的研究方法

    近年来,随着计算机技术的快速发展,三维立体摄影技术以其安全、无创、图像采集时间短、测量速度快、精度高、数据易于存储等优势被广泛应用于颜面部软组织的测量与分析,且其较传统的侧貌美学主观评价方法而言,更为真实、客观,是正畸临床应用中的有效手段。锥形束计算机断层扫描(cone beam computed tomography,CBCT)图像结合软组织预测原理提供了一个有效的预测模式。

    在临床治疗方案的制定中,计算机辅助的三维软组织预测分析方法正逐步取代二维预测分析法,且有效地增强了软组织预测的可靠性。这是因为软组织形变复杂,二维分析难以捕捉颅面部的不对称性,而以三维分析和叠加技术为基础的三维预测系统可定量反映容积变化和横截面情况,从而对软组织的生长情况或治疗变化进行评价,更适于复杂的软组织侧貌的预测。

    3.2 软组织侧貌预测系统的可靠性分析

    正畸、正颌医生往往需要进行精细的治疗模拟和术前设计,旨在恢复患者口颌面颈部的形态并重建其功能。一些学者对患者治疗后软组织侧貌进行预测,结果发现:软件预测软组织改变的结果与实际治疗的结果中尽管有部分项目存在些许偏差,但总体在临床允许误差范围内,即软件预测软组织侧貌的准确性和可靠性在大多数情况下是被医患双方所认可的。但对此仍不乏相反的意见,部分学者在探究三维软组织预测功能时,结果发现:其准确性尚且有限,而关于软组织侧貌预测准确性的研究多局限于正颌手术方面,正畸治疗方面预测的准确性尚有待于进一步的探究。

    4. 软组织侧貌预测存在的问题

    软组织侧貌预测系统常因未全面考虑唇张力、性别、患者个人对治疗的反应、个人的生长型、患者对治疗的配合度和预测医生的经验等个体化因素,导致软件的平均比率算法存在误差。同时,人工定点和软件分析维度亦存在误差,从而进一步降低了预测的准确性。有时,软组织侧貌的预测可能无益于诊疗计划的制定、治疗效果的预测、医患沟通的进行和患者参与度的提高,甚至可能引起患者对治疗效果期望过高,导致医患纠纷。

    4.1 人工定位标志点对软件预测准确性的影响

    4.1.1 人工定点固有误差的影响

    目前,临床应用的计算机辅助模拟手术预测系统多数仍采用人工定点的方法。王秀芬等指出:由于人类视觉的局限性且部分标志点所处位置的解剖结构复杂,人工定点极易产生误差。宋恩等认为:不同人对标志点的理解略有不同,以致人工定点的唯一性和可重复性较差,从而影响了人工定点的准确性。

    4.1.2 图像资料质量的影响

    尽管口腔CBCT图像具有软硬组织分辨率高、成像时间短、辐射剂量低等优点,Cevidanes等提出:在尚未得到可靠的安全辐射剂量阈值前,应认为口腔CBCT仍是对患者存在肯定的、微小的潜在威胁的方法。然而,为确保患者安全而使用的低剂量放射显影技术所得到的图像清晰度不佳,增大了人工定点的难度和误差。

    4.1.3 软组织即时形变的影响

    王秀芬等认为:软件是在治疗前软硬组织的基础上来模拟治疗后软硬组织的变化的。而由于CBCT拍摄条件的限制和拍摄姿势的不完全统一会导致术前软组织形态发生即时改变,如患者前额系带固定时,其前额区软组织会发生形变;患者仰卧时,其软组织亦有一定形变。软组织形态的即时改变在治疗前后成像过程中均可产生一定的干扰作用,影响标志点的确定和对比分析。

    4.2 软件类型对软组织侧貌预测准确性的影响

    目前,软件对软组织侧貌改变的预测多基于矫治前后颌骨及牙的位移,软硬组织的移动比率成为影响计算机预测系统准确性的最主要因素。由于不同位置的骨面软组织长度、厚度和弹性存在差异,其软硬组织关联性并不一致;颌面部软组织同时还要受生长、治疗、种族、年龄与性别、头位、面部表情、体重变化等因素的综合影响,而软件内设的软硬组织移动比例往往为一组固定值,无法区别不同个体及不同位置软组织存在的差异,且软硬组织移动比例仍无确切统一的标准,使软组织侧貌软件预测的准确性受到了局限。

    4.3 其他因素的影响

    4.3.1 软组织测量项目的影响

    为评价软组织侧貌测量的角度涉及的不同标志点在预测过程中偏倚方向往往不同,因而角度预测的系统偏差和临床普遍容许的偏差较大。

    4.3.2 病例数目及病例来源的限制

    当前软组织侧貌软件预测的准确性研究多为回顾性研究,且纳入病例不多,CBCT拍摄水平、拍摄条件、拍摄时间与治疗时间的间隔、治疗医生的临床经验等因素难以严格控制,可能导致软件预测准确性的评价不具代表性。

    4.3.3 影像资料采集的时间节点

    影像资料采集时间节点不同,患者治疗后颅面部软组织的生长和愈合程度不同,为软件预测带来了不可估计的偏差。Oh等建议软组织生长和治疗情况分析应在正颌手术6个月后进行。Hack等发现:由于正畸后牙移动、正颌后骨回复或重建等作用,软组织变化将持续到术后1年甚至数年。

    4.3.4 疾病复发

    治疗后软组织的实际改变可能兼受生长、治疗和病变的影响,而软件预测仅考虑生长和治疗的影响,由此导致预测的准确性难以估计。

    5. 结语

    软组织预测系统可为正畸医生提供有效的治疗参考,亦可令患者直观地看到预估的治疗结果,对临床应用有重要意义。患者的唇部结构、性别、生长发育、牙齿等多种因素均会对软组织侧貌预测造成影响,且影响因素多而复杂并综合作用于侧貌改变,目前对其间关系暂无明确结论。而软组织侧貌预测系统存在的问题亦应引起重视。期待在对软组织预测系统的影响因素、存在问题进一步地探究与完善后,该系统能更好地应用于口腔临床治疗,为患者提供更优质的医疗服务。

编辑: 陆美凤

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