CN107374728A - 颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及颌面整形医疗领域，尤其涉及颅颌面畸形根据畸形类型不同应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法,经过数据获取、数据处理、筛选常用标志点和标准正中矢状面的建立步骤，根据不同骨折分类选择三个标志点，建立标准的正中矢状面，配准后平均距离＜1.5mm作为合格标准，即可。本发明中方法应用上述将颅颌面畸形分类从而选择不同标志点的方法，可以将确定正中矢状面规律化、简便化，从而减少临床医生在确定正中矢状面过程中操作的时间，并提高了镜像结果的精确性，进而提高了术前计算机辅助手术设计的精确性。

Description

颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法

技术领域

本发明涉及颌面整形医疗领域，尤其涉及颅颌面畸形根据畸形类型不同应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法。

背景技术

颅颌面创伤后继发的骨折块移位、骨质缺损是导致颅颌面畸形的重要原因之一，其引发的面部形态和功能的异常严重影响患者身心健康，如何精确、微创地复位骨折以恢复患者面型和咬合功能一直是口腔颌面外科临床研究的重难点。近年来基于CT三维重建技术，医学虚拟手术设计软件及手术导航技术的发展迅速，临床医生可以应用医学软件进行术前虚拟骨折块复位，根据复位后的三维重建模型术中应用导航或者3D打印手术导板、预弯钛板，术后对比评估，显著降低了复杂骨折手术的难度和并发症的发生。但这对术前骨折块虚拟复位的精确性和可靠性要求很高，不精确的虚拟设计直接影响手术效果。

而在术前虚拟手术设计中确定正中矢状面是很重要的一环，它是镜像操作的基础，不仅在颅颌面单侧畸形修复中起到重要的指导作用，还可以应用于虚拟骨折复位后的验证颅骨对称性。只有确定了标准的正中矢状面，才能准确的将健侧颅颌面骨对称到患侧，使术前虚拟手术设计更为精确，使设计的导板更加贴合骨外形，以达到提高手术精确度、减少手术时间、降低患者手术创伤的目的。

目前关于颅骨三维测量研究的文献较多，但绝大部分是正常人颅骨骨性标志点、距离及角度的可靠性验证，少数涉及到颅颌面先天发育畸形患者比较其不对称程度，尚未有针对颅颌面创伤患者选择标志点建立正中矢状面的报道。其区别于其他颅颌面畸形的特点是患者伤前有基本对称的面型和基本正常的咬合关系。

关于建立标准正中矢状面的方法主要也有两种，一是应用标志点确定正中矢状面，即选择骨性标志点手动确定平面。公认的颅颌面骨性标志点有32个，常用来确定正中矢状面的有11个。但目前尚无统一的关于选择标志点的标准，且因为畸形类型不同没有形成统一的规律性的方法。二是应用ICP算法，即计算机迭代算法使镜像结果与原图像最大程度重叠，但这种方法因为颅颌面骨畸形的问题常使确定的正中矢状面误差大。

发明内容

为了解决以上技术问题,本发明提供一种颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法，针对不同颅颌面骨折类型，选择不同骨性标志点建立创伤患者正中矢状面，并与传统方法进行比较，验证其精确性及可靠性。

解决以上技术问题的本发明中的一种颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)数据获取：对颅颌面畸形患者面部进行CBCT扫描，获取螺旋CT数据:

扫描时患者面部表情放松，双眼目视前方，口内咬合为牙尖交错牙合，不做咀嚼和吞咽动作。由于颅颌面部解剖关系复杂，很难通过平面图形来确定颌骨病灶部位和范围，利用数字化模型外科技术可以给医生提供一个立体的模型，可以直观地对颅颌面骨疾病进行诊断和制定手术方案，从而避免损伤重要解剖结构。

(2)数据处理：将CT数据导入三维建模软件-MIMICS软件，重建颅颌面部三维模型，设为A0；

根据不同骨折类型将其分为三类：下颌骨位置无偏移、仅有下颌骨位置偏移和严重多发性骨折。

(3)筛选骨性标志点：

根据不同骨折类型选择用于确定10个正中矢状面的骨性标志点，分别为鼻根点、前鼻棘、上牙槽座点、上中切牙点、下牙槽座点、下中切牙点、颏前点、颏点、后鼻棘和颅底点；

颏前点更为分散，在后期调整过程中更易调整，误差更小，故选择颏前点。鼻根点清晰，故鼻根点更易确定。

并分为面上区(鼻根点)、面下区(前鼻棘、上牙槽座点、上中切牙点、下牙槽座点、下中切牙点、颏前点、颏点)、面后区(后鼻棘、颅底点)。

其中：鼻根点Na为额缝最高点，额鼻骨交界处最凹点；前鼻棘ANS为前鼻棘最凸点；上牙槽座点A为前鼻棘与上牙槽缘点间的骨部最凹点，

上中切牙点UI为上中切牙近中切角接触点；下牙槽座点B为下牙槽突缘点与颏前点间的骨部最凹点；下中切牙点LI为下中切牙近中切角接触点；颏前点PO为颏部之最突点；颏点Me为颏部轮廓最中下点；后鼻棘PNS为腭骨后鼻棘的最后中点；颅底点Ba为枕骨大孔前缘之中点。

(4)标准正中矢状面的建立：根据不同骨折分类选择三个骨性标志点，建立标准的正中矢状面，配准后平均距离＜1.5mm作为合格标准。

根据实际情况选择骨性标志点原则是清晰、分散、无偏移。清晰是指在患者颅骨三维重建图像中，标志点应容易分辨，边缘清晰。分散是指不同标志点之间距离尽量大，确定平面及后期调整误差会更小。无偏移是指不选择位于骨折块的标志点，但在虚拟复位时可以参考骨折块上的标志点作为是否精确复位的标准。

所述扫描为16层薄层螺旋CT，参数设置为：电压120kv，电流7700mAs，像素大小：512×512，层间距：0.5mm，视野：250mm，层厚：1.0mm。

所述方法中还包括验证正中矢状面精确性步骤，即得到初步镜像结果，导出初步镜像模型及原模型，原模型为A0，初步镜像结果设为A1；用以往确定正中矢状面方法初步确定正中矢状面后得到初步镜像结果，导出初步镜像模型及原模型，原模型设为A0，初步镜像结果设为B1，再分别将A0A1、A0B1两组模型导入geomagic软件中计算两者差异，得到结果C1和C2。

所述步骤(3)中判断下颌骨位置无偏移方法：下颌骨无骨折；观察髁突位置，其应位于关节窝中央；额前点与双侧髁突点距离相等。

适当的对称是美学要素之一，正常人群皆有轻微的面部不对称现象。有学者提出以正中矢状面为参考平面，任何大于2mm的差距被认为是不对称的。也有学者认为在1.5mm内的差距是完全可以被接受的。因此，在配准结果中，我们以平均差值1.5mm以内作为虚拟复位合格的标准。

本发明中建立标准正中矢状面的方法与临床关系密切，可以有效帮助临床医生更精确更简便地确定颅颌面正中矢状面的问题。应用上述将颅颌面畸形分类从而选择不同标志点的方法，可以将确定正中矢状面规律化、简便化，从而减少临床医生在确定正中矢状面过程中操作的时间，并提高了镜像结果的精确性，进而提高了术前计算机辅助手术设计的精确性。

附图说明

图1为本发明中正中矢状面正面图

图2为本发明中正中矢状面底面图

其中骨性标志点：Na.鼻根点，ANS.前鼻棘，A.上牙槽座点，UI.上中切牙点，B.下牙槽座点，LI.下中切牙点，PO.颏前点，Me.颏点，PNS.后鼻棘，Ba.颅底点

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1

本发明提出一种新的根据颅颌面畸形类型不同应用骨性标志点确定正中矢状面的方法，应用数据图像处理软件(Mimics软件、geomagic软件)建立应用骨性标志点定位正中矢状面的标准，具体方法如下：

(1)数据获取：选择华西口腔医院2015年10例颅颌面畸形患者(颅颌面骨折、肿瘤、骨缺损)螺旋CT数据。

使用16层薄层螺旋CT(Philips MX16 EVO CT,Holland)，参数设置为：电压120kv，电流7700mAs，像素大小：512×512，层间距：0.5mm，视野：250mm，层厚：1.0mm)。拍摄时病人同样要求表情放松，双眼目视前方，口内咬合为牙尖交错牙合，不做咀嚼和吞咽动作。

(2)数据处理：

数据模型分类：将CT数据导入MIMICS软件，重建出三维模型。根据不同骨折类型将其分为三类：

下颌骨位置无偏移：多见于上颌骨骨折、颧骨颧弓骨折、囊肿、肿瘤。

仅有下颌骨位置偏移：多见于下颌骨骨折、髁突骨折。

严重多发性骨折(鼻额缝、上颌骨、下颌骨两个或两个以上位置偏移)：多见于颌面部多发性骨折。

(3)筛选常用标志点：

根据三维头影测量和不同骨折类型选择，确定出10个位于正中矢状面上且已验证可靠性的骨性标志点，分别为鼻根点、前鼻棘、上牙槽座点、上中切牙点、下牙槽座点、下中切牙点、颏前点、颏点、后鼻棘和颅底点。

并分为面上区(鼻根点)、面下区(前鼻棘、上牙槽座点、上中切牙点、下牙槽座点、下中切牙点、颏前点、颏点)、面后区(后鼻棘、颅底点)。确定正中矢状面时需要选择三个标志点，原则上分别从面上区、面下区和面后区各选一个。

①下颌骨位置无偏移：

判断下颌骨位置无偏移方法：下颌骨无骨折；观察髁突位置，其应位于关节窝中央；额前点与双侧髁突点距离相等。

选3点：鼻根点、颏前点、颅底点。

②仅有下颌骨位置偏移：此时不应选择下颌骨位置上的标志点。

选3点：鼻根点、前鼻棘点、颅底点。

③严重多发性骨折(鼻额缝、上颌骨、下颌骨两个或两个以上位置偏移)：此类骨折个体差异性大，根据实际情况选点。原则：清晰、分散、未偏移。

(4)建立标准正中矢状面：根据实际情况确定三个标志点，建立标准的正中矢状面。

选择标志点原则是清晰、分散、无偏移。清晰是指在患者颅骨三维重建图像中，标志点应容易分辨，边缘清晰。分散是指不同标志点之间距离尽量大，确定平面及后期调整误差会更小。无偏移是指不选择位于骨折块的标志点，但在虚拟复位时可以参考骨折块上的标志点作为是否精确复位的标准。

比如患者仅有下颌骨骨折时：特点是下颌骨标志点随着骨折块移位，其余标志点未偏移；确定正中矢状面：面上区选择鼻根点，面下区优先选择前鼻棘或者上中切牙点，面后区优先选择颅底点。

当患者单侧面中部骨折时：特点是所有标志点无偏移；确定正中矢状面：面上区选择鼻根点，面下区优先选择颏前点或者颏点，面后区优先选择颅底点。

当患者全面部骨折及双侧面中部骨折时：特点是面下区标志点皆有偏移；此时应参考骨折线及咬合关系拼接对位骨折块，再来确定正中矢状面。

选点方法与单侧面中部骨折相同；镜像复位后的颅骨，验证其自身对称性，从而判断虚拟复位的精确度并根据结果继续调整。

(5)验证正中矢状面精确性：

首先将CT数据导入mimics软件，生成3D模型，设为A0。应用本研究方法初步确定正中矢状面，而后得到初步镜像结果，导出初步镜像模型及原模型，原模型为A0，初步镜像结果设为A1。用以往确定正中矢状面方法初步确定正中矢状面后得到初步镜像结果，导出初步镜像模型及原模型，原模型设为A0，初步镜像结果设为B1。

分别将A0A1、A0B1两组模型导入geomagic软件中计算两者差异，得到结果C1和C2。

然后将收集到的10例病例重复试验，得到十组C1和C2，分别计算两组平均值a和b。

结果：(a-b)/b*100％＝15.4％

结论：应用本研究方法，在初步确定正中矢状面的过程中，比以往研究方法准确度提高15.4％。

实施例2

患者张某，男，19岁。高坠伤1月。诊断：下颌骨颏部粉碎性骨折；左侧髁突骨折。

患者仅有下颌骨骨折，特点是下颌骨标志点随着骨折块移位，其余标志点未偏移。

确定正中矢状面：一般来说，面上区选择鼻根点，面下区优先选择前鼻棘或者上中切牙点，面后区优先选择颅底点或后鼻棘。如果前鼻棘或上中切牙点明显偏斜，则考虑用后鼻棘替代。

确定正中矢状面后，定位颏前点、颏点或下切牙点，并引导骨折块使这三个标志点位于正中矢状面上。具体步骤如下：

(1)患者仰卧位拍摄螺旋CT，数据导入MIMICS软件重建颅骨图像并分割骨折块。

(2)患者为下颌骨粉碎性骨折，咬合关系紊乱，其上颌牙列不齐，上中切牙点明显偏移，因此选择鼻根点、前鼻棘、颅底点确定正中矢状面。下颌区域标志点中下中切牙点易确定，故先复位标志点所在骨折块，其余依赖于咬合关系及骨折线拼接复位。

(3)复位骨折块并融合，再次镜像。

(4)将二者以stl格式导出并导入geomagic软件，全局注册后计算平均距离，＜1.5mm为合格。

得到复位后的颅骨及镜像配准图像，平均距离为0.7552，合格。

实施例3

患者降某，男，43岁。摔伤2天。诊断：左侧颧眶上颌骨、颧弓骨折。

患者单侧面中部骨折，特点是所有标志点无偏移。

确定正中矢状面：面上区选择鼻根点，面下区优先选择颏前点或者颏点，面后区优先选择颅底点。通过确定正中矢状面将正常侧镜像至骨折侧，从而知道骨折侧骨折块的复位。具体步骤如下：

(1)患者仰卧位拍摄螺旋CT，数据导入MIMICS软件重建颅骨图像并分割骨折块。

(2)患者为单侧面中份骨折，咬合关系基本正常，选择鼻根点、颏前点、颅底点确定正中矢状面，并得到其镜像图像。

(3)将镜像后图像设置高透明度，以指导骨折块的复位。

(4)复位骨折块并融合，再次镜像。

(5)将二者以stl格式导出并导入geomagic软件，全局注册后计算平均距离，＜1.5mm为合格。

得到复位后的颅骨及镜像配准图像，平均距离为0.8118，合格。

实施例4

患者张某，男，43岁。摔伤1天。诊断：颌面部多发性骨折(右侧颧骨颧弓、右侧眶周、鼻骨、双侧上颌骨、腭中缝、颏部、双侧髁突骨折)。

患者全面部骨折及双侧面中部骨折，特点是面下区标志点皆有偏移。

若下颌骨骨折块较少，较易复位，可以考虑先复位下颌骨，确定下中切牙点、颏前点、下牙槽座点或颏点位置，选择一个较清晰的标志点，与鼻根点、颅底点来确定正中矢状面，可以辅助面中份骨折的复位。

若下颌骨骨折块较多，较难复位，此时应参考骨折线及咬合关系拼接对位骨折块，再来确定正中矢状面。选点方法与单侧面中部骨折相同，考虑面上区选择鼻根点，面下区优先选择颏前点或者颏点，面后区优先选择颅底点。镜像复位后的颅骨，验证其自身对称性，从而判断虚拟复位的精确度并根据结果继续调整。具体操作如下：

(1)患者仰卧位拍摄螺旋CT，数据导入MIMICS软件重建颅骨图像并分割骨折块。

(2)患者下颌骨骨折块较少，断端清晰，较易复位，考虑先复位下颌骨。

(3)复位下颌骨后，可选择下颌骨上标志点，此病例颏前点较清晰，与鼻根点、颅底点建立正中矢状面。

(4)患者前鼻棘明显偏斜，考虑参考后鼻棘进行复位，移动骨折块使后鼻棘落在正中矢状面上。随后复位其余骨折块。

(5)融合并镜像。

(6)将二者以stl格式导出并导入geomagic软件，全局注册后计算平均距离，＜1.5mm为合格。

得到复位后的颅骨及镜像配准图像，平均距离为0.7143，合格

试验一

对比实验：

将患者CT数据导入MIMICS软件重建颅骨模型，3名创伤整形外科研究生在患者颅骨三维重建模型上先后(间隔两周)应用传统选点方法和本文提出方法选择标志点确定正中矢状面，辅助骨折块虚拟复位，复位后得到模型A，模型A镜像后得到模型A'，将模型A和模型A'导入geomagic软件配准后得到两模型的平均距离，研究生们对同一病例结果取平均值，两组平均值导入SPSS软件进行X²检验，以评估两种方法虚拟复位后面部对称性有无差别。

对照组：

比较应用本研究方法得出的初步镜像模型和原数据模型，手动调整标志点，使二者更加匹配，导出调整后的镜像模型及原模型，原模型为A0，调整后的镜像结果为A2。

比较用传统操作方法得出的初步镜像模型和原数据模型，手动调整标志点，使二者更加匹配，导出调整后的镜像模型及原模型，原模型为A0，调整后的镜像结果为B2。

分别将A0B1、A0B2两组模型导入geomagic软件中计算两者差异，得到结果D1和D2。

然后将收集到的10例病例重复试验，得到十组D1和D2，分别计算两组平均值c和d。

	D1	D2
			1	0.9146	0.7631
2	0.9366	0.7394
			3	0.6942	0.6902
4	0.7054	0.6106
			5	0.6655	0.5734
6	0.7449	0.6135
			7	0.8674	0.7213
8	0.5194	0.4387
			9	0.9688	0.9154
10	0.6097	0.4746
			平均值	c＝0.76265	d＝0.65402

结果：(c-d)/d*100％＝16.6％

结论：应用本研究方法最终确定的正中矢状面比以往研究方法准确度提高16.6％。

试验二：

针对不同的颅颌面创伤类型，分别筛选可重复性高、精确度高的颅颌面骨性标志点建立正中矢状面，并验证其可靠性。

患者中收集病例，纳入的标准为：(1)经历颌面部创伤的成人患者，有明显骨折错位及面型不对称(2)伤前无明显面型不对称及牙列畸形。

筛选25例颌面部创伤患者术前CT(下颌骨多发骨折患者6例，单侧面中部骨折且咬合关系正常患者8例，颅颌面多处骨折或跨中线骨折患者11例)应用mimics建立三维重建模型，筛选出10个已验证可重复性的位于颅颌面矢状面的骨性标志点；3名研究者在患者三维模型上先后(间隔两周)应用传统选点方法和本文提出方法确定正中矢状面，辅助骨折块虚拟复位，评估两种方法虚拟复位后面部对称性(复位后得到模型A，模型A镜像后得到模型A'，将模型A和模型A'导入geomagic软件配准后计算两模型的平均距离)。

结果：1.以配准后平均距离＜1.5mm作为合格标准，本研究方法63例病例全部合格，传统方法有9例大于1.5mm，不合格。

将两组结果导入SPSS进行t配对检验，P＜0.05，有统计学意义，实验组方法明显优于对照组，精确度更高。

使用本研究方法，术前虚拟设计时间平均缩短20分钟。

从以上分析可知，本发明针对不同颅颌面骨折类型建立创伤患者正中矢状面较传统方法更为精确，可以有效指导骨折虚拟复位，为后续手术导航、或导板打印奠定基础，临床实用价值高。

Claims (4)

1.一种颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1) 数据获取：对颅颌面畸形患者面部进行CBCT扫描，获取螺旋CT数据:

(2)数据处理：将CT数据导入三维建模软件-MIMICS软件，重建颅颌面部三维模型;

根据不同骨折类型将其分为三类：下颌骨位置无偏移、仅有下颌骨位置偏移和严重多发性骨折；

（3）筛选常用标志点：

根据不同骨折类型选择用于确定10个正中矢状面的骨性标志点，分别为鼻根点、前鼻棘、上牙槽座点、上中切牙点、下牙槽座点、下中切牙点、颏前点、颏点、后鼻棘和颅底点；

（4）标准正中矢状面的建立：根据不同骨折分类选择三个标志点，建立标准的正中矢状面，配准后平均距离＜1.5mm作为合格标准。

2.根据权利要求1所述的一种颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法，其特征在于：所述方法中还包括验证正中矢状面精确性步骤，即得到初步镜像结果，导出初步镜像模型及原模型，原模型为A0，初步镜像结果设为A1；用以往确定正中矢状面方法初步确定正中矢状面后得到初步镜像结果，导出初步镜像模型及原模型，原模型设为A0，初步镜像结果设为B1，再分别将A0A1、A0B1两组模型导入geomagic软件中计算两者差异，得到结果C1和C2。

3.根据权利要求1所述的一种颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法，其特征在于：所述步骤（3）中判断下颌骨位置无偏移方法：下颌骨无骨折；观察髁突位置，其应位于关节窝中央；额前点与双侧髁突点距离相等。

4.根据权利要求1所述的一种颅颌面畸形应用骨性标志点建立标准正中矢状面的方法，其特征在于：所述扫描为16层薄层螺旋CT，参数设置为：电压120kv，电流7700mAs，像素大小：512×512，层间距：0.5mm，视野：250mm，层厚：1.0mm。