[ＣＴ三维重建在唇腭裂序列治疗中的应用]CT序列重复多

　　徐文鹏 综述 程新德 审校 　　 　　[摘要]计算机辅助CT三维重建技术是计算机信息处理技术在生命科学中应用和发展的成果。与传统CT扫描比较其能显示三维解剖结构,精确测量距离与表面积、体积。在颌面外科、口腔矫形科、整形美容外科等领域,三维重建对于术前诊断、手术设计、治疗后的预测分析及美容整形效果评价等方面都至关重要[1-2]。本文就计算机辅助三维重建在唇腭裂多发畸形的序列治疗中的应用进行综述。
　　[关键词]三维重建；唇腭裂；序列治疗
　　
　　Review of the application of CT Three-dimensional reconstruction in the serial therapy of cleft lip and palate
　　XU Wen-peng,CHENG Xin-de
　　(Department of Plastic Surgery,Second Affiliated Hospital of Bengbu Medical College,Bengbu 233040,Anhui,China)
　　
　　Abstract: Technology of computer-aided CT three-dimensional reconstruction is a result of computer information processing technologies use and develope in the life sciences.Comparing with the traditional CT scan,it can show the anatomy of three-dimensional structure,accurate measure distance,surface area and volume.In maxillofacial surgery,oral orthopedics,cosmetic plastic surgery and other fields,three-dimensional reconstruction play an important role inpreoperative diagnosis,surgery design,forecast the treatment and evaluation of the effectiveness of cosmetic plastic surgery[1-2].The use of computer-aided three-dimensional reconstruction in the serial therapy of cleft lip and palate multiple deformities were reviewed in this article.
　　Key words: three-dimensional reconstruction; cleft lip and palate; serial therapy
　　
　　先天性唇腭裂是颌面部畸形中最常见的一类疾病，对患者的颜面形态、口腔功能、心理健康等都有严重的影响。因此，更好地恢复唇腭裂患者的颜面形态与功能是学者们不断探求的目标。先天性唇腭裂的治疗已由早期单纯关闭唇腭裂裂隙发展到序列治疗，这包括正畸治疗、矫形修复、正颌外科治疗、牙槽骨缺损整复、耳鼻喉科治疗及语音训练和心理治疗等在内的多学科协作综合治疗方案。
　　传统的正颌及矫形外科分析和模拟是在二维平面上进行的，由于误差的存在和人的颅面结构并非左右完全对称，因此预测精度受到限制。计算机辅助三维重建在国外20世纪60年代开始起步，随着计算机性能不断完善及重建技术的改进，其空间结构的显示和定量化等特点均表现出极大的优越性[3]，而且还可以进行模型的重建及三维动画的模拟。为临床医生在形态学研究、疾病的诊断、手术设计、手术模拟、术后效果预测及治疗效果的评价等方面都提供了一个全新的视角。
　　
　　1三维图像重建
　　1.1 三维图像重建技术：三维图像的获取可通过三维 CT影像术、三维MRI影像术、三维激光扫描术、立体摄影技术、摩尔云纹法、超声波三维影像术等。由于通过各种技术获取的资料其组织分辨率不同，常选用CT影像学资料进行颅面三维重建。三维重建方法有多种，其中表面阴影显示法(surface shaded display，SSD)法应用较广泛[4]。SSD 法成像的立体感强，可很好地显示骨质的表面形态，影像逼真。三维CT能通过不同轴面的旋转、切割，进行多方位、多视角、多层次、多剖面的观察，图像立体且直观，能细致的显示三维解剖结构，可以进行体积重建、表面重建，可以显示多种组织，可以旋转、“开”、“剥皮”、“去骨”、可模拟手术方案等。
　　在口腔颌面外科领域中，对患者手术治疗方案确定及术后面容的预测，均需以准确的面部定量测量为基础，面积测量为主要内容之一。Landes CA等[5]运用三维技术重建颌面畸形患者三维表面模型，精确测量感兴趣区域的面积和体积，准确模拟了正颌手术并评价术后效果。
　　1.2 三维头颅模型的建立：三维头颅模型是利用快速成型技术，以CT扫描数据为基础制作出的三维头颅实体模型。这一新技术自1987年研制成功以来[6]，被广泛应用于各种先天发育畸形(如眶距增宽、颅骨缺损、狭颅、面部不对称、偏斜畸形等)和肿瘤术后骨缺损等的矫治和修复[3，7]。头模的准确性与 CT 扫描参数有关，扫描像素越小，准确性越高，三维实体模型的快速成型技术加工的实物精度现在可以达到0.1mm 以内。
　　颅面骨组织的三维模型具有可视化、可定量分析及可反映立体结构等优点[8]，它不仅为临床医生提供了大量信息，更有助于个体化假体的设计与三维建模，进而制造出实物。三维头颅模型的出现使医生们可以直接在模型上模拟手术、塑形、制作术中模板和修复体以及术中引导装置等[9]，为医生提供了一个熟悉而真实的模拟空间。
　　1.3 三维动画的制作：三维动画是利用获得的CT或激光等数据进行计算机辅助的操作过程模拟。许多手术过程，如切口设计、小皮瓣的旋转以及缝合等都可以被制作成动画[1]。通过这一系统可以从任何角度的看到每一个手术过程的细节及术后效果。基于这个优点，这个动画系统，可用于新的皮瓣设计，了解手术过程，以及使用器械的情况，解决手术设计不足造成的皮瓣旋转不够、上唇下降不足、术后张力过大等问题。另外相应资料也可以上传到互联网上供远程会议使用。
　　
　　2射线剂量对患者的影响
　　唇腭裂患者在做整形修复时大多为小儿，因此我们不得不考虑射线剂量对患儿的影响。扫描剂量越高，受检者受 X 线辐射的剂量越大，对X线辐射的防护就越困难。小儿各重要器官及功能尚未发育健全，过量的 X 线辐射对其危害较大。因此，小儿CT 检查须使用较低的X线扫描剂量。
　　影响小儿 CT 检查有效X线辐射剂量的因素包括X线直接照射剂量和散射线间接辐射剂量[10]。影响 X 线直接照射剂量的因素主要有：kVp、mAs、扫描范围以及患儿不合作引起的重扫或补扫。由于小儿被检部位的范围相对较小，定位扫描范围过大同样会增加X 线辐射剂量。扫描层厚与 Pitch 值的大小也影响 X 线直接照射剂量的多少。扫描层厚或 Pitch 值大，同一扫描范围内扫描总时间变短，X 线直接照射剂量随之减少。但扫描层厚或 Pitch值过大，可能会漏检小病灶，不利于对疾病的发现。扫描野(FOV)是影响散射线间接辐射剂量的重要因素之一。扫描野大，扫描区域增大，散射线产生的概率相应增大。
　　小儿各相近组织间密度差相对较小，低剂量CT 图像上相近组织间对比度也相应较小。因此，在设计小儿头部扫描剂量参数时，只考虑降低X线辐射剂量而大辐度减少mAs是不可取的，但在不影响临床诊断质量的前提下，适当降低扫描剂量是可行的。剂量和图像质量是一个有机体，必须达到一种和谐和统一。总之，小儿头部可用低剂量CT扫描，其扫描剂量可降至 X 线能提供满足临床诊断所必须且足够的图像信息即可。
　　
　　3计算机辅助三维重建在上颌矫正中的应用
　　一部分唇腭裂患者修复裂隙后存在继发颌骨畸形，表现为上颌骨发育不足，面中1/3明显凹陷，常常伴有真性或假性下颌前突，需要正颌外科矫治以恢复正常的上下颌位置及关系，从而达到功能及美观要求。近年来人们逐渐注意到腭部骨组织的连续性对于上颌骨生长发育可能的影响[11]。唇腭裂继发颌骨畸形的矫治常用的术式包括牵引成骨术、LeFortⅠ型截骨前移或前下移动上颌骨、下颌升支垂直截骨或矢状劈开后，推下颌骨、颏成形术，同期或前期牙槽突裂植骨术[12-13]，Bio-Oss Collagen(骨胶原)等材料的移植[14]，以及扩弓矫正以改善牙合关系等治疗[15]。
　　上颌骨形态结构复杂，其与周围颧骨、鼻骨、泪骨、上颌牙列形态等解剖关系紧密的部分共同组成上颌骨复合体(maxilla complex，MC)，研究过程比较困难，对颅颌骨立体形态的测量分析是很有必要的[3]。先天性腭裂不仅在上颌骨的硬腭部分遗留缺损，也还影响到了整个上颌骨复合体结构和形态的改变。这就提示我们既不能以正常上颌骨复合体的模型来替代对腭裂上颌骨复合体相关生物力学方面的研究，也不能用机械的方法建立相关的实验模型。腭裂上颌骨的骨性缺裂和发育缺陷导致腭板及邻近结构变形。在建立三维模型时，将腭裂腭板、牙槽突及上颌窦的模型单独另建，在生成最终模型时，用布尔操作将上颌窦从上颌骨中减去，把腭板等结构加入上颌骨，形成了比较完整的腭裂上颌骨及其周围结构的有限元模型[16]。Pan X等[17]利用三维有限元分析腭裂患者颅面部骨骼快速扩张的生物力学影响确定术中截骨线、骨块移动的位置及影响等。有学者研究表明[18]通过上颌牵引成型的单侧唇腭裂患者，其两侧鼻翼对称性在手术修复之前即可得到改善，上颌的畸形也可得到很大程度的恢复。
　　
　　4计算机辅助三维重建在牙槽突裂植骨中的应用
　　牙槽裂植骨术是序列治疗中的一个重要环节，它已经被列为先天性唇腭裂治疗的三大基本手术之一，是先天性唇腭裂序列治疗中不可缺少的一步，它可恢复上颌牙弓的完整性及增加上颌骨的稳定，有利于上颌牙齿的正常萌出，促进上颌骨的垂直向生长及颌骨的稳定性，封闭口鼻瘘，矫正患侧鼻底塌陷畸形[19]，为正畸及正颌治疗打下基础，具有明显的治疗意义和效果。植骨的部位主要在牙槽突裂处，考虑到植骨后均有不同程度的吸收后才能趋于平衡，植骨量要充分，以使愈合后的牙槽突有足够的丰满度[20]。
　　在正畸治疗时我们首先必须明确牙槽突植骨的疗效如何。通过计算机断层CT图像的三维重建能够很好的显示牙根及上颚的三维形态。Feichtinger M等[7] 通过对骨移植物进行三维重建，对移植骨量进行客观评估，从重建模型预先得到骨缺损的信息，优化植入物的结构，并指出唇腭裂患者尖牙的萌出很大程度上取决于植骨后可用骨量的多少。多数学者认为在牙槽突裂植骨术后3个月，骨愈合基本完成[21-22]。此时，成功病例的上颌前部咬合片可清楚地看到植骨区有正常或接近正常的牙槽骨结构形成，骨结构和牙槽突高度逐渐进入稳定阶段。由此，我们可以在术前、术后当时及术后3个月分别对患者的上颌进行三维重建，对植骨量进行术前分析与准确测算指导取骨，评价术后的植骨效果并且可以明确术后三个月的骨吸收情况及患者植骨后的最终形态。
　　
　　5计算机辅助三维重建在鼻畸形修复中的应用
　　鼻畸形是唇裂整复术后的常见并发症之一，常表现为患侧鼻翼扁平，鼻小柱向健侧偏斜，鼻孔拱状形态消失而塌陷。单侧完全性唇腭裂鼻畸形的主要原因是上颌骨基础低凹、患侧鼻翼软骨与健侧分离并向下外方移位，以及有关肌肉动力平衡失调。由于患侧上颌骨后退牵拉，鼻下部结构低平，鼻尖低下偏斜，鼻小柱偏斜短小，不仅患侧的鼻翼软骨处在低平的位置，而且健侧也如此，并且两侧软骨薄弱变形。
　　对鼻畸形应从三维空间-失状面，水平面，冠状面考察六个结构空间-鼻底、鼻小柱、鼻尖（鼻梁）、鼻翼基、鼻翼缘、鼻孔的位置。根据组织的不同可采用不同的三维重建方式：激光三维测量应用于正颌外科及唇裂术后的对称性分析，对鼻和口周测量具有极高的精确度[23]，且利用计算机的存储功能，对不同时期的单侧唇裂术后鼻形态进行动态观察，将对研究唇裂鼻的生长规律、选择手术时机、制定手术方法具有指导意义。利用计算机CT三维重建可以评估单侧唇裂患儿鼻孔的对称性和齿槽裂宽度的关系。Nielsen等[24]等通过比较唇裂患儿跟正常患儿的鼻骨长度和腭裂的裂隙宽度来分析鼻畸形与腭裂的相关性，指出腭裂患儿裂隙越宽大鼻畸形的程度可能就越发严重。分析三维数据表明，单纯靠Tennison法修复唇裂而没有进一步的矫形是很难实现完全的鼻对称[25]，而通过鼻牙槽成型的单侧唇腭裂患者，其两侧鼻翼对称性在手术修复之前即可得到改善[26]。而且，在裂隙侧利用鼻支撑器轻度矫枉过正的支撑鼻翼被证明有利于维持鼻牙槽成型的结果[18]。
　　
　　6计算机辅助三维重建在颅基底形态研究中的应用
　　有学者认为唇腭裂患者可能存在颅基底异常，因此是颅面畸形综合征的一类[27]。颅基底与上颌骨有直接的骨缝联系，并从上、后方及两侧限制上颌骨的生长发育，因此颅基底与上颌骨的生长发育密切相关。唇腭裂颅基底形态的研究，对了解唇腭裂患者上颌骨发育不足的病因机制以及唇腭裂与邻近结构异常的相关性有重要的意义。对侧颅底进行三维重建并探讨周围重要结构的空间关系为颅底外科和临床影像学诊断提供形态学基础。侧颅底的空间位置和复杂的毗邻关系，在颅底的展现中可以直接看到，任何重建结构都可以单独或联合在一起展示并可以在任何平面旋转[28]。计算机辅助三维重建，在研究复杂的颅底解剖结构时有明显的优势。该技术能够比普通CT平描提供更高分辨率的截面图像。
　　颅底角和前颅底倾斜度是反映颅基底生长发育状况的重要指征。乔菊等[29]采用计算机辅助三维重建技术，对正常胎儿及唇腭裂新生儿标本颅基底形态结构作立体定量的分析比较。得出唇腭裂患儿颅底角无明显异常，而后颅底长增加，前颅底倾斜度减少，双侧完全性唇腭裂还表现出前颅底长、宽均有异常。目前的研究虽尚不能得出唇腭裂患儿颅基底较正常胎儿更为不对称的结论[30]，但也提示唇腭裂患儿颅基底对称性有较正常者大的变异范围[31]。
　　综上所述，计算机辅助CT三维重建具有直观、准确的优点，但目前还存在一些问题，如：①获取图像的准确性及精度[32]不同；②测量颌面部面积时解剖标志点的认别误差和图像定点误差；③三维模型建立过程中产生的误差等。这些问题仍需要随着技术的发展来进一步解决。三维图像的定量、定性特点以及可以保存资料便于正畸治疗的长期观察，使得这项技术将不仅会在唇腭裂继发畸形的序列治疗中发挥更出色的诊断、治疗效果预测及治疗评价的作用，更会广泛的应用于颅颌面的畸形、外伤及肿瘤等的治疗上。为临床医生提供一个直观的诊断、治疗平台。
　　
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　　[收稿日期]2008-07-21[修回日期]2008-09-28
　　编辑/张惠娟