骨性Ⅲ类患者正颌手术前后软硬组织变化研究

骨性Ⅲ类患者正颌手术前后软硬组织变化研究 上海交通大学硕士学位骨性?类患者正颌手术前后软硬组织变化研究姓名张伟申请学位级别硕士专业口腔临床医学口腔颌面外科学指导教师沈国芳20090401上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 骨性?类患者正颌手术前后软硬组织变化研究 摘 要 目的 1.利用Simplant软件结合三维CT扫描技术进行骨性安氏?类患者头颅模型重建2.利用Simplant软件对骨性安氏?类患者头颅三维CT重建模型进行自定义标志点定点及测量3.分析并检验头颅三维CT重建模型的标志点及测量项目指标的可重复性4.分析探索单颌手术及双颌手术前后骨性安氏?类患者颅颌面软硬组织变化5.对比分析骨性安氏?类患者及正常牙合人群的软硬组织关系及其差异。 1.根据选择骨性安氏?类患者并分别于术前、术后拍摄头颅三维CT资料利用Simplant软件进行其头颅三维模型重建 2.利用Simplant软件自定义软硬组织标志点及测量项目指标。 3.随机选取10例患者数据进行三维CT重建模型的标志点及其测量项目指标的可重复性检验。 4.分别选取符合标准的单颌手术及双颌手术骨性安氏?类患者对其术前及术后的头颅三维CT资料进行三维模型重建、自定义标志点描定 分别选取符合标准的骨性安氏及项目指标测量并对其结果进行统计学分析研究。 5. ?类患者及正常牙合人群对其头颅三维CT资料进行对比并进行三维模型重建、自定义标志点描定及项目指标测量输出结果并进行统计学分析研究。 结果 1.通过Simplant软件结合三维CT扫描技术成功获取骨性安氏?类患者的CT数据并成功重建其三维头颅模型。 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 2.利用Simplant软件 类患者头颅三维CT重建模型进行自定义标志点定点及测量成功实现对骨性安氏? 项目指标。 3.通过10例患者数据进行三维CT重建模型的标志点及其测量项目指标的可重复性检验结果显示该标志点描定及测量项目指标重复性良好。 4.单颌手术的骨性安氏?类患者的各软组织标志点均与B点及Pog点存在强相关关系而Li与Mes点又分别与其对应的L1和Me点存在强相关关系。双颌手术的骨性安氏?类患者的下颌骨的软硬组织移动比率变化范围是0.781.08上颌则为0.330.73其无论在水平向还是垂直向上上颌的软硬组织移动比率都要比下颌稍小。 5.通过进行骨性安氏?类患者与正常牙合人群发现以下5个指标上下唇突角?Ls-Ns-Li、鼻唇角?Prn-Sn-Ls、下唇突角?Ns-Li-FH、上唇E线距Ls-E和下唇E线距Li-E是影响侧貌美观的重要指标。 结论 1通过获取患者术前、术后的头颅三维CT原始数据并以Simplant软件进行三维模型重建是可行的。重建后的头颅三维CT模型数据可以通过应用Simplant软件以实现骨性安氏?类错牙合患者三维重建图像模型硬、软组织的标志点自定义并可以自动生成测量指标值数值精确度高可应用于三维测量及术前分析 2本实验研究定点及测量方法均由同一操作者在相同条件下对患者三维CT重建模型进行连续定点、测量时其重复性良好。可以胜任临床及实验相关工作中的反复操作。 3在BSSRO单颌后退术的骨性安氏?类患者中以其下齿槽座点B及颏前点Pog的位移改变来分析相应的软组织标志点的变化最有意义。而在双颌手术的骨性氏?类患者中相对于其上颌来讲下颌骨的软硬组织移动变化呈现强相关性而在水平方向上的相关性也要强于垂直方向。 与正常牙合组人群相比?类错牙合患者在骨、牙及软组织侧貌上均有异常其上唇位置后缩下唇位置靠前面突角及颏突度均较大。 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 关键词骨性安氏?类错牙合Simplant软件三维CT重建模型标志点测量指标正颌手术 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 THE ANALYSIS OF SOFT-TO-HARD TISSUE CHANGES BETWEEN PRE AND POST ORTHOGNATHIC SURGERY ON SKELETAL CLASS ? PATIENTS ABSTRACT PURPOSE 1. To reconstruct the skull model of Skeletal Class III patients in combination of Simplant software and 3D-CT scan. 2. To self-defining the mark points and measurement variables on the model by Simplant software. 3. To analyze and test the repeatability of the mark points and measurement variables on the model. 4. To analyze the changes betweent soft and hard tissue of the Class III patients operated by BSSRO surgery or Bimaxillary surgery. 5. To compare and analyze the relationship and difference of soft-to-hard tissue between normal occlusion people and Class III patients. METHODS: 1. A standard of choosing the patients was made. The patients was CT scanned pre-surgery and post-surgery. The data of CT was transformed to 3D format by Simplant and made to a reconstructive model. 2. Self defining the mark points and measurement variables on the model by Simplant software processing programs. 3. hoose 10 patients randomly and test the repeatability of the mark points and C measurement variables on the model by consecutively fixing. 4. Choose the Class III patients of BSSRO surgery and Bimaxillary surgery 上海交通大学医学院2006级硕士 学位论文 respectively. Reconstruct the 3D model fix the mark points export the measurement results and analyze the datas by Statistics. 5. Compare the CT data of normal occlusion people and Class III patients. Reconstruct the 3D model fix the mark points export the measurement results and analyze the datas by Statistics. RESULTS: 1. The modle of skull was constructed and CT scanned. The data of CT was processed. The 3D model was made by Simplant software and we can simulate operation and analyze on it . 2. It was succeeded by Simplant software to self-define the mark points and measurement variables. 3. According to the 10 patients’ testing it showed that the repeatability of the mark points and measurement variables is good. 4. It is strong correlation occurred in B point and Pog point to the others on the patients of BSSRO surgery and it is also strong correlation occurred in corresponding Li point Me point to L1 point Mes point. The soft-to-hard tissue movement ratios ranged from 0.78 to 1.08 for mandibular variables and from 0.33 to 0.73 for maxillary variables in Bimaxillary surgery. The ratios of maxillary soft-to-hard tissue movement were generally lower than of the mandibular movement in both horizontal and vertical directions. 5. Comparing the normal occlusion people and Class III patients it finds that the variables of Ls? -Ns-Lirn-Sn-LsNs?-Li-FHLs-ELi-E are more important variables than the others in affecting the profile esthetics. CONCLUSIONS: 1. After the model of skull was constructed and CT scanned. The 3D model was made exactly by Simplant software and can facilitate operation. The 3D model was also can be fixed the mark points and measurement variables by self defining delimiter. 2. It is feasible to fixthe points and measurement variables consecutively and it 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 showed that the methods can be used in clinical works and experiment researches. 3. The most significant finding in BSSRO surgery patients is that the B point and Pog point can be used in analyzing the movement of soft tissue changes. The movement ratios of mandibular movement are stronger correlation than of the maxillary movement in both horizontal and vertical directions for the Bimaxillary surgery. While comparing to the normal occlusion people there are abnormalities on bone teeth and soft tissue profile in Class III patients such as the retraction of upper lip and the protrusion of lower lip and mental region. KEY WORDS: skeletal Class III malocclusion Simplant software three dimensional CT reconstructive model mark point measurement variable Orthognathic surgery 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 英文缩略词及符号表 英文缩写 英文全称 中文全称 3D-CT Three-dimensional computered tomography三维CT CAD Computer-aided design 计算机辅助 RP Rapid prototype 快速原型制造 FH Frankfort Plane FH平面 BSSRO Bilateral Sagittal Split Ramus Osteotomy双侧升支矢状劈开截骨术 ? Degree 度 mm Millimeter 毫米 x Mean 平均数 s Standard deviation 标准差 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的结果。除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 日期 年 月 日 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密?在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密?。 请在以上方框内打“?” 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 1绪 论 错牙合畸形不但会影响患者的外貌、咀嚼和发音功能 而且还严重影响患者的社会交往能力和心理健康因此治疗这种畸形对患者具有极其重要的意义。骨性安氏III类错牙合是正畸诊断和治疗中最复杂、治疗周期最长的一种类型12。严重的骨性安氏III类错牙合畸形由于存在面中1/3凹陷畸形、下颌前突以及全口反牙合不仅影响患者的咀嚼功能而且影响其颜面美观导致的心理障碍不同程度地妨碍个人的社会交往所以绝大多数患者寻求治疗的目的是改善面容。随着正颌手术技术的进步通过手术可矫正中重度颌骨畸形。 近年来通过各种测量技术分析正颌手术患者颌面部的软硬组织形态逐渐的被人们应用于正颌外科当中以客观、定量的分析颅颌面形态。然而颅颌面结构属于三维体结构在其生长发育过程中各种先天或后天因素对其造成的影响均发生在三维空间内为求得美观协调的牙颌颅面形态对其进行精确的测量分析是必不可少的临床措施之一。自1931年Broadhent34第一次提出X线头影测量技术以来测量方法已达几十种但一直局限在两维的复合影像上。正位X线头影片虽能反映颅颌骨左右两侧及垂直方向?系那榭龅 岩韵允酒淝昂蠓较虼嬖诘奈侍狻,辔籜线头影片虽能提供颅颌骨前后及垂直方向上的情况但对比较严重的左右不对称的颅颌面畸形的测量分析却几乎没有什么价值。无疑用二维的方法来分析三维的物体形态存在着局限性。许多学者曾利用立体摄影、莫尔云图、激光扫描等对颅颌面形态做三维分析56但这些方法获得的都是颜面部表面软组织信息只能间接分析颅颌面部硬组织形态而由于覆盖在硬组织表面的软组织厚度的变异性和其本身的代偿作用软组织并非均匀地覆盖在硬组织之上使得硬组织侧貌外形又不能完全反映软组织侧貌外形78。所以这些方法在颅颌面分析中尚待进一步分析研究。现国内外学者比较认同的颅颌面三维分析的方法是利用计算机三维重建技术而进行的三维CT重建成像测量。 7 0年代随着CT的问世因断层影像避免了相邻结构的重叠并提高硬组织的上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 2清晰度CT检查也逐渐被应用于颅颌面硬组织的三维分析。1979年Herman首先用表面提取法做出CT 三维重建图象Three-dimensional Computerd Tomography3DCT通过旋转影像和电子“解剖”可以从各个方向观察三维CT影像深度信息编码成灰度信息并能得到不同组织类型的各自影像解剖的断层可以被“去除”形成半透明、观察隐蔽的深部组织结构详细了解各解剖结构的空间关系。可以进行精确的立体测量对线距、角度、表面积和体积可作精确测量足以为临床科研所用。 进行三维CT影像重建的CT断层扫描资料是分辨率高、层厚薄且连续的CT断层扫描。Hemmy等提出CT断层的层厚越薄其重建的影像精确性越高。目前比较理想的是使?寐菪鼵T扫描。螺旋CTSpiral CT的发展克服了常规CT横断扫描在放射剂量和扫描方式上的局限为三维图象数据获得提供了新的途径。螺旋扫描方式Spiral Model是在机架连续旋转连续产生X线连续取样的同时床以一定速度前进或后退。因此螺旋扫描方式不再是人体的某一层面采集数据而是围绕人体的一段体积螺旋式地采集数据。螺旋CT扫描的优点是1在所感兴趣区域范围内无扫描信息丢失2扫描时间短整个颅面部扫描时间不超过30s3减少了伪影提高了分辨力4重建层厚可以任意选择因选择薄层1mm重建图象层面逼真5患者 个测量点的接受的X线照射量比常规CT少。 有学者在三维重建系统基础上开发了67距离和角度计算在计算机上同时产生四个不同角度的颌骨线图正位、右侧位、顶位和向上60。方向获得了详细的定性和定量资料。也有人运用术后CT三维图象重叠在术前图象的技术在三维图像上测量术后髁状突移位、旋转和倾斜结论认为三维重叠技术是评价下颌骨截骨术后髁状突移位的可行的方法9。周洪等研究利用CT断层图像形成三维图像测量与手工直接测量进行比较结论认为CT三维图像技术精确性较好有可重复性。并注意到角度准确性低于线距测量精确性这可能是由于角度测量在影像上需要确定三个标志点的位置而线距测量需要确定两个标志点。因此CT三维重建成像原始信息多所成图像逼真准确尤其适用于严重不对称的颅面畸形患者9。三维上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 3CT成像测量可以用于临床实践。 骨性安氏III类错牙合不仅伴有前牙的反牙合还常表现出侧貌的改变现今正畸、正颌治疗的一个重要目标是获得美观的外形侧貌而不仅仅是排齐牙列这也是多数患者进行正畸、正颌治疗的根本动机。错牙合患者的软组织侧貌与正常人相比凸度明显变小这与硬组织侧面轮廓相一致。软组织附着于硬组织框架的表面其基本反映了硬组织的骨骼构形。已有学者研究认为硬软组织是相互关联的10。而软组织在不同的部位发生了不同的代偿部分掩盖了骨骼间的严重不协调。近年来大多学者的研究表明覆盖在硬组织表面的软组织厚度由于在各个部位有较大的差异不是均匀的覆盖在硬组织之上使硬组织侧貌外形不能完全反映软组织的侧貌形态。仅依赖硬组织分析单纯以矫治硬组织协调为目的会产生侧貌问题。因此软组织形态及其变化在正常牙合研究和错牙合畸形分析中起着十分重要的作用。 1950年后出现了大量的软组织测量法。在众多的繁杂的测量项目中将一些敏感的指标一些能将正常牙合侧貌美观与各种错牙合畸形侧貌不调的主要特点体现出来的指标筛选是很有必要的。罗卫红从常用的15项软组织测量项目中分别筛选出对成人和青少年侧貌美起主要作用的5项美学指标将之应用于临床诊断设计与预后评价11。但是不美观侧貌人群包括3种类型的错牙合因此作为它们与正常牙合在侧貌上的共同区别就很笼统因而有必要对正常牙合与安氏3种类型错牙合侧貌差异进行分类研究12。 越来越多的学者认为软组织的厚度变异较骨骼与牙齿位置形态的变异要大的多尤其是鼻与上唇、须部的软组织厚度的变异对面形的影响更大。国内柯杰等13的研究结果说明硬软组织之间既相关又各自 独立。其独立的一面主要表现在硬软组织外形的不完全一致性其相关的一面主要表现在硬组织的形态结构对软组织形态结构有一定的影响同时软组织又通过覆盖形态的变化对硬组织形态结构进行补偿以期达到面形协调的效果。 因此本实验通过三维CT重建图像进行骨性安氏III类错牙合患者正颌手术前后的颅颌面形态测量并对于侧貌上软硬组织的变化进行统计进一步做相关性分析以有助于正畸、正颌的临床诊治对手术预后效果进行评价并期望为骨性安氏III上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 4类错牙合患者的正颌手术资料库提供数据便于正颌外科手术的设计和模拟。 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 5第一部分 颅颌面硬软组织的三维重建及定点测量 实验一 颅颌面硬软组织的三维重建 颅颌面复杂的三维结构使得其定性的描述和定量的测量都相当困难。传统的照片、X线平片和X线定位头影都不能满意的记录和评价其三维结构的复杂性。许多学者尝试用不同的技术方法获取该区域的三维信息如莫尔云纹、近景立体摄影等。这些技术方法都不能在外观形态显示和三维测量两方面同时获得满意效果而且仅获得表面的三维信息不能获得整体的三维数据无法进行电子解剖和手术模拟等图像操作。鉴于此我们基于三维CT资料及三维CT资料重建软件同时构建颅颌面硬软组织模型为进一步的手术模拟和预测奠定了基础。 1 材料、设备和方法 1.1 实验对象、设备 1.1.1 实验对象 1骨性安氏?类错牙合患者年龄介于18岁35岁之间汉族 2患者下前牙不能后退至对刃牙合位后牙为近中关系符合骨性安氏III类错牙合畸形 3排除唇裂、腭裂及其他先天性颅颌面畸形或疾病 4所有患者均经过术前正畸治疗牙列基本排齐符合正颌手术基本要求 5所有患者均经过正颌手术治疗术中使用常规小钛板、钛钉固定上、下颌骨 6按照正颌手术不同分为单下颌手术组和双颌手术组。 1.1.2 实验设备 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 6 16排高速螺旋CT机GE Medical System 三维CT重建工作站SUN工作站扫描参数层厚1.25mm螺距1.5球管电流225mA电压120KV矩阵512×512重建薄层厚度1mm。 Simplant Pro Version12.02 软件比利时Materialise公司上海代表处 1.2 方法 1.2.1 CT扫描时间选择 所有入选对象均在正颌手术前1周T0、正颌手术后3个月T1、正颌手术后6个月T2的时间点上分别进行CT扫描及三维重建时间范围限制在时间点前后2周之内。 1.2.2 CT扫描基本要求 1入选对象拍摄CT时要求仰卧位牙齿自然咬合位嘴唇自然休息位 2所有入选对象拍摄CT均由同一个放射科医生操作完成 3入选对象进行CT扫描时基线为听眦线 4入选对象拍摄CT时由课题评议小组负责派人监督完成。 1.2.3 三维CT图像资料的重建 设备螺旋CT三维重建工作站扫描层厚1.25mm。 扫描层数由患者头部的长度而定。患者处于自然咬合状态仰卧位眶耳平面与水平面垂直。从颈根部开始扫描一直覆盖到整个头部。选择骨组织窗观察横断面、冠状面和矢状面以重建三维颅颌面硬组织影像。选择软组织窗观察横断面、冠状面和矢状面以重建三维颅颌面软组织影像。 1.2.4 三维CT重建数据的处理 利用Simplant Pro 12.02版本软件读取入选对象的CT原始数据运行“Import CT Images”命令选取相应路径盘符的DICOM格式文件通过“Convert”命令转化。然后打开“Segment”菜单运行“Creat Mark”子菜单中的“Creat thresholding”命令以确定三维重建的域值范围。设定阈值范围为2503071Hu以获得三维重建颅颌面硬组织影像然后运行“Calculate a 3D object”命令子菜单选择Qulaity参数为“Optimal”然后运行“Calculate”命令即可获得重建的硬组织模型。 上海交通大学医学院2006级硕士学位论文 7同样通过设.