基于可視化治療目標(biāo)預(yù)測(cè)正畸軟組織變化的研究進(jìn)展

吳雁格，張紫涵，鞏靖蕾，黃艷梅，王 軍

在正畸臨床中，矯治目標(biāo)的建立對(duì)于正畸治療能否順利完成至關(guān)重要。1971年Holdaway首次提出visual treatment objective(VTO)的概念，國內(nèi)一般譯為“可視化治療目標(biāo)”，包括頜面部的生長發(fā)育的預(yù)測(cè)、正頜手術(shù)的影響，以及正畸治療的影響等三個(gè)方面，是X線頭影測(cè)量的一個(gè)重要補(bǔ)充部分。

可視化治療目標(biāo)(VTO)是在治療開始之前即對(duì)患者的頜面部軟硬組織的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期建立一個(gè)治療完成時(shí)的視覺效果圖，在治療過程中貫徹以目標(biāo)為導(dǎo)向的理念，從而提高治療過程的可預(yù)測(cè)性和科學(xué)性。此外，治療目標(biāo)的可視化將大大提高患者的認(rèn)知，有利用于診斷分析過程、方案設(shè)計(jì)過程、治療實(shí)施過程中的醫(yī)患交流，最大程度地發(fā)揮患者的主觀能動(dòng)性，促進(jìn)患者依從性的提高。

另一方面，改善顏面美觀已經(jīng)成為患者尋求正畸治療的首要因素。而單純從審美的角度來看，相對(duì)于牙齒移動(dòng)量、骨組織改建量而言，軟組織的形態(tài)變化是患者更為關(guān)注的因素，但軟組織的形態(tài)變化卻恰恰又是最不確定、最難以預(yù)測(cè)的。本文將從可視化治療目標(biāo)出發(fā)，從理想目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)原理、準(zhǔn)確性幾個(gè)方面對(duì)正畸后軟組織預(yù)測(cè)的研究進(jìn)展作一綜述。

1 軟組織頭影測(cè)量理想目標(biāo)

臨床上，常選擇鼻、唇、頦部軟組織側(cè)面輪廓上的標(biāo)志點(diǎn)構(gòu)成不同的參考線及角作為基礎(chǔ)指標(biāo)，以評(píng)價(jià)面下1/3側(cè)貌，特別是唇側(cè)貌的位置。

Ricketts[1]提出用通過鼻尖點(diǎn)及頦部最凸點(diǎn)的切線評(píng)價(jià)上下唇的突度，稱為E線或?qū)徝榔矫妗ines等[2]的研究顯示美國美貌人群的突度存在性別差異，男性上下唇到E線的距離分別為6.8 mm和3.9 mm，而女性為5.8 mm和2.4 mm。Chong等[3]的研究利用數(shù)字化圖像處理模擬不同的唇突度，得出中國人群對(duì)后縮的側(cè)貌評(píng)價(jià)更高，唇位于E線后1.0標(biāo)準(zhǔn)差的側(cè)貌最美觀，而歐美人群認(rèn)為E線后0.5標(biāo)準(zhǔn)差最美觀。Shi等[4]采用類似的研究設(shè)計(jì)，得出男性唇偏離E線-4 mm，女性偏離-2 mm的側(cè)貌最具吸引力。側(cè)貌理想的成年人的雙唇均位于E線后方，但存在明顯的種族差異[5]。

鼻唇角為鼻下緣與上唇前緣間交角，一般以鼻底點(diǎn)Sn分別向鼻輪廓線下緣及上唇外輪廓前緣所引切線間的夾角來定義。國外學(xué)者早期的研究結(jié)果顯示，Owen[6]認(rèn)為鼻唇角正常值為105°，Arnett等[7]認(rèn)為該角在85°～105°范圍內(nèi)時(shí)側(cè)貌較為理想。Wen等[8]的系統(tǒng)評(píng)價(jià)顯示亞洲人群鼻唇角男性的平均值為94.7°，女性94.2°；且非洲人的鼻唇角較小，而歐美人群的鼻唇角更鈍。鼻唇角反映的是上唇相對(duì)于鼻底部的相對(duì)關(guān)系，臨床上常以上唇前突的程度來決定正畸設(shè)計(jì)和審美評(píng)價(jià)。

此外，Holdaway[9]建立了評(píng)價(jià)面部軟組織的Holdaway頭影測(cè)量分析法，軟組織頦前點(diǎn)與上唇間切線稱為H線，H線與軟組織面平面的交角為H角，理想范圍約7°～14°。Burstone[10]提出的軟組織頭影測(cè)量分析法用眉間點(diǎn)、鼻下點(diǎn)、軟組織頦前點(diǎn)形成的角定義面突角，平均范圍為11.3°±4.0°。Steiner[11]提出S線的概念，即通過頦部軟組織最突點(diǎn)與鼻S形中點(diǎn)的連線，S線切過上下唇最突點(diǎn)時(shí)側(cè)貌較理想。而Merrifield[12]倡導(dǎo)用Z角來評(píng)估軟組織側(cè)貌，即由軟組織頦前點(diǎn)至最前突唇最前點(diǎn)間切線與眶耳平面所構(gòu)成的內(nèi)下交角，成人Z角為80°±5°時(shí)能獲得最佳的美學(xué)效果。

總而言之，不同的研究者早已提出了諸多軟組織頭影測(cè)量分析法，雖然不同的研究表現(xiàn)出相對(duì)一致的趨勢(shì)，但在具體數(shù)值上，不同研究的差異較大。此外，很多研究的樣本量較小，研究數(shù)據(jù)并不是十分可信。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，軟組織側(cè)貌評(píng)價(jià)更多的講究一個(gè)頜面部整體的協(xié)調(diào)美觀，不同的種族、不同的患者個(gè)體，都有不同的審美標(biāo)準(zhǔn)，性別、年齡等也都對(duì)軟組織側(cè)貌有影響。在進(jìn)行VTO分析時(shí)不可能也并不應(yīng)該完全拘泥于上述頭影測(cè)量分析法的具體數(shù)值，現(xiàn)有的關(guān)于正常人群或美貌人群的研究只是為理想的軟組織形態(tài)提供一定的參考。

2 利用可視化治療目標(biāo)預(yù)測(cè)軟組織變化的實(shí)現(xiàn)原理

為了形象地模擬和預(yù)測(cè)正畸治療結(jié)果，計(jì)算機(jī)輔助的面相預(yù)測(cè)系統(tǒng)在臨床交流、治療計(jì)劃和決策過程中得到越來越廣泛地運(yùn)用，如Dolphin Imaging、Dentofacial Planner Plus、Orthoplan、Quick Ceph Image，以及Vistadent等[13]。以Dolphin Imaging系統(tǒng)為例，它能通過生動(dòng)、簡(jiǎn)單、直觀的三維動(dòng)畫來模擬整個(gè)治療過程，已被廣泛用于患者相片管理、頭影測(cè)量分析以及可視化治療目標(biāo)分析[14]。從原理上看，Dolphin軟件軟組織變化的VTO預(yù)測(cè)是基于一個(gè)固定的軟硬組織移動(dòng)的比例來模擬治療后的變化。然而，根據(jù)已有的文獻(xiàn)顯示，這個(gè)比例的有效性并不確定[9,15-17]。Holdaway認(rèn)為上唇和上切牙移動(dòng)的比例為1∶1，Ricketts認(rèn)為這一比例是2∶3[15]，而Sodagar等[18]認(rèn)為這一比例達(dá)1∶2。

Lo等[19]利用相關(guān)分析和回歸分析來分析軟硬組織的變化量之間的規(guī)律，并得出上唇和頦區(qū)的回歸模型的預(yù)測(cè)能力較高，達(dá)0.786～0.857，可以由骨組織的變化預(yù)測(cè)這些區(qū)域的皮膚輪廓。同樣，一項(xiàng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)[20]也顯示Pog、B點(diǎn)、切牙切點(diǎn)的矢狀向移動(dòng)均與軟組織的變化密切相關(guān)，這一比例為0.915～1.051?？偠灾?，利用軟硬組織之間移動(dòng)的比例來模擬治療后的變化有一定的研究基礎(chǔ)，但是不同研究顯示這一比例的差異較大。這可能是由于軟組織的變化不僅僅由硬組織變化決定，軟組織厚度和緊張度、牙頜面畸形、年齡、性別、種族，以及測(cè)量技術(shù)等因素都可能有影響[21-22]，而Dolphin VTO預(yù)測(cè)系統(tǒng)的并沒有把這些因素納入軟件的算法。

在正頜手術(shù)方面，計(jì)算機(jī)3D設(shè)計(jì)已得到越來越廣泛的應(yīng)用[23-26]。目前已有多種商業(yè)化的程序可用于3D設(shè)計(jì)和軟組織預(yù)測(cè)，它們之間的主要區(qū)別在于它們所使用的物理模型。其中一些軟件基于稀疏模型，這些模型需要標(biāo)志點(diǎn)并依賴于點(diǎn)之間的插值，而另一些則使用密集體積模型，包括有限元模型、質(zhì)量張量模型以及質(zhì)量彈簧模型[27]?，F(xiàn)有的對(duì)正畸和正頜后軟組織預(yù)測(cè)的研究多采用有限元模型。

3 利用可視化治療目標(biāo)預(yù)測(cè)軟組織變化的準(zhǔn)確性

關(guān)于預(yù)測(cè)軟組織變化的準(zhǔn)確性的研究設(shè)計(jì)已較為成熟，常規(guī)設(shè)計(jì)為回顧性研究，經(jīng)過嚴(yán)格的病例篩選，納入符合要求的病例，以治療前的影像學(xué)資料為基礎(chǔ)完成預(yù)測(cè)分析，并與實(shí)際治療結(jié)果進(jìn)行比較，完成統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，同時(shí)計(jì)算預(yù)測(cè)誤差。軟組織變化的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際治療結(jié)果不可能完全一致，一部分項(xiàng)目在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不存在偏差，但另一部分項(xiàng)目則顯示存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但總體上誤差在臨床允許范圍內(nèi)，軟組織預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性在大多數(shù)情況下能夠被醫(yī)患雙方認(rèn)可。

Zhang等[28]利用Dolphin VTO來預(yù)測(cè)正畸后軟組織的變化，相對(duì)而言，在垂直方向上的預(yù)測(cè)較水平方向上的更準(zhǔn)確，對(duì)軟組織A點(diǎn)的預(yù)測(cè)最準(zhǔn)確，而預(yù)測(cè)軟組織頦區(qū)的準(zhǔn)確度最低。van Twisk等[29]利用Dolphin Imaging系統(tǒng)預(yù)測(cè)正頜手術(shù)后的軟組織變化，認(rèn)為下唇區(qū)域的垂直向預(yù)測(cè)還有待提高。同樣，Peterman等[30]的研究也指出Dolphin Imaging在絕大多數(shù)標(biāo)志點(diǎn)的預(yù)測(cè)定位上的誤差在2 mm以內(nèi)，而對(duì)下唇的預(yù)測(cè)最不準(zhǔn)確。Stefanovic等[31]利用Nemotec Dental Studio的研究也認(rèn)為對(duì)下唇和頦溝位置的預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確。另外，正畸治療導(dǎo)致的切牙內(nèi)收也會(huì)一定程度上引起軟組織的厚度的變化[32]，這也加大了治療前VTO精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的不確定性。

然而，Knoops等[33]指出像Dolphin等軟件使用的這種基于標(biāo)志點(diǎn)的軟硬組織移動(dòng)的比例的算法對(duì)基于X線頭顱側(cè)位片的預(yù)測(cè)效果較好，但在三維方向上的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度有限。而ProPlan CMF和概率有限元法能為連續(xù)性變化提供更佳的三維預(yù)測(cè)。硬組織方面，結(jié)合CT數(shù)據(jù)和數(shù)字模型可以對(duì)正畸牙移動(dòng)進(jìn)行三維有限元模擬，預(yù)測(cè)值與實(shí)際臨床結(jié)果的誤差在0.1 mm之內(nèi)[34]。軟組織方面，Chen等[35]的研究表明，通過數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換可以獲得包含不同軟組織層的患者特異性面部三維有限元模型，可用于預(yù)測(cè)正畸治療后面部軟組織的變化。Van Hemelen等[36]的研究顯示，預(yù)測(cè)硬組織變化時(shí)二維技術(shù)可以與三維技術(shù)媲美，而軟組織預(yù)測(cè)方面，三維技術(shù)要優(yōu)于二維技術(shù)。

此外，不同程序的軟組織的智能化三維預(yù)測(cè)使用了不同的物理模型，不同模型之間的準(zhǔn)確度也有所不同。Mollemans等[27]使用了四種不同的計(jì)算機(jī)算法(線性有限元模型、非線性有限元模型、質(zhì)量彈簧模型和新型質(zhì)量張量模型)來預(yù)測(cè)術(shù)后的面部形態(tài)，并通過預(yù)測(cè)形態(tài)和術(shù)后實(shí)際形態(tài)的對(duì)比的定量研究，得出新型質(zhì)量張量模型和線性有限元模型的準(zhǔn)確度最高，平均中位距離偏差僅0.60 mm甚至平均90%保持在1.50 mm以下。Chabanas等[37]的研究也建立了面部軟組織三維有限元模型，面部結(jié)構(gòu)被定義為網(wǎng)格中具有不同的力學(xué)性能的嵌入結(jié)構(gòu)，通過彈性配準(zhǔn)，利用CT掃描分割的皮膚和顱骨表面，自動(dòng)匹配患者形態(tài)，由外科醫(yī)生定性地驗(yàn)證了模型對(duì)患者形態(tài)術(shù)后模擬的適用性。Zhang等[38]的研究提出eFace-template方法，用于半自動(dòng)預(yù)測(cè)患者面部軟組織，并指出這種基于標(biāo)志點(diǎn)的變形和密集曲面擬合的混合方法能準(zhǔn)確地保存內(nèi)部解剖對(duì)應(yīng)關(guān)系，且準(zhǔn)確度高于網(wǎng)格匹配和基于標(biāo)志點(diǎn)轉(zhuǎn)換的方法。

總體上看，涉及軟組織預(yù)測(cè)的研究主要集中在正頜手術(shù)，而單純正畸治療的軟組織VTO預(yù)測(cè)的研究相對(duì)較少。這可能是手術(shù)對(duì)軟硬組織的改變更大，醫(yī)患雙方都更加重視，而正畸存在明顯的治療限度，軟組織變化受到的關(guān)注相對(duì)較少的緣故。但是，臨床上僅僅通過正畸治療掩飾骨性畸形，大幅改善面型的病例也不少見，正畸后軟組織的變化也應(yīng)該受到重視。

4 結(jié) 語

改善顏面美觀已經(jīng)成為許多患者尋求正畸治療的主要因素，尤其是面下1/3的軟組織形態(tài)正受到越來越多的關(guān)注。可視化治療目標(biāo)的實(shí)施可使患者更直觀地看到治療結(jié)果，有利于提高患者的認(rèn)知和依從性，改善醫(yī)患交流；另一方面，醫(yī)生也可以目標(biāo)為導(dǎo)向指導(dǎo)治療方案的實(shí)施，提高治療過程的科學(xué)性。不同學(xué)者已提出許多軟組織的理想治療目標(biāo)，不同的計(jì)算機(jī)軟件也有不同的軟組織預(yù)測(cè)原理。軟組織預(yù)測(cè)在大多數(shù)情況下能夠被醫(yī)患雙方認(rèn)可，但總體上準(zhǔn)確性不如硬組織，具體的準(zhǔn)確度仍有提升的空間。預(yù)測(cè)正畸后軟組織變化的相關(guān)研究相對(duì)正頜手術(shù)的較少，期待更個(gè)性化、更準(zhǔn)確的可視化治療目標(biāo)能在正畸領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用，從而提高患者的認(rèn)知和依從性，改善醫(yī)患交流，優(yōu)化治療過程。