錐形束CT三維影像在口腔正畸頭影測量中的數據構建和應用

吳海苗 陳棟 潘杰 陳驪

[摘要]目的：探索錐形束CT三維影像數據的構建方法及在正畸科頭影測量方面的應用價值。方法：通過IP SAN技術實現錐形束CT圖像數據的存儲和傳輸，并利用Invivo 5.0軟件實現影像的三維構建和頭影測量。結果：IP SAN技術用于錐形束CT圖像數據的存儲和傳輸具有可行性，結合Invivo 5.0軟件可以實現影像數據的三維構建并用于正畸科臨床。結論：IP SAN技術是一種成熟可靠和相對價廉的錐形束CT影像存儲和傳輸技術，Invivo 5.0軟件在正畸科頭影測量方面具有較好的臨床價值和應用前景。

[關鍵詞]錐形束CT；頭影測量；三維影像

[中圖分類號]R782.12 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-6455（2012）01-0110-03

The data reconstruction and application of cone-beam CT three-dimensional impacts in orthodontic cephalometric measurement

WU Hai-miao1,CHEN Dong2,PAN Jie1,CHEN Li1

(1.Department of Orthodontic,Shanghai Stomatological Disease Center,Shanghai 200031,China;2.Department of Information,Shanghai Stomatological Disease Center)

Abstract:ObjectiveTo investigate methods of three-dimensional images data reconstruction and application in orthodontic cephalometry based on cone-beam CT. Methods Cone-beam CT images data are stored and transmissed by IP SAN,and construction of threee-dimensional impacts and cephalometry are achieved through using Invivo 5.0 software.ResultsIt is feasible to store and transmiss cone-beam CT images data by using IP SAN,Which combined with Invivo 5.0 software can realize three-dimensional data reconstructing and be used for orthodontic application. ConclusionIP SAN is a kind of mature and relatively cheap cone-beam CT technology,and Invivo 5.0 software in orthodontic cephalometry has better clinical value and application prospect.

Key words:cone-beam CT;cephalometric measurement;three dimensional impacts

錐形束CT(CBCT)是一種較新的影像學檢查手段，在過去的10年時間有了飛速的發展，其對顱面部骨骼良好的成像效果，使其越來越多地被應用于口腔顱面各種疾病的診斷和治療計劃的制定[1-2]。CBCT影像可以在個人電腦上進行三維重建，而不需要放射科醫師的協助，這使得醫生在椅位旁就可以通過電腦與患者進行溝通和解釋，并可以進行實時分析與測量，這將大大提高CBCT在臨床應用的方便性和靈活性[3]。CBCT顯示顱面的三維影像，影像沒有放大失真，其提供的組織橫斷面，沒有重疊，能準確定位頭影測量分析所需的解剖標志[4-5]。本研究的目的在于探索成熟可靠的錐形束CT影像數據存儲、傳輸和構建方法，及其三維數據在正畸科頭影測量方面的應用價值。

1材料和方法

1.1 CBCT設備：使用上海市口腔病防治院放射科CBCT機(型號：KaVo 3DeXam，德國)；頜面部掃描范圍：60mm×60mm(高×寬)；掃描條件：管電壓90～110kV，管電流3～7mA；標準掃描曝光時間：8.9s；一次掃描三維重建最大范圍：23cm×17cm。受檢者面部中線與地面垂直，端坐放松，聽眶線與地面平行，固定頭位。

1.2工作站配置：放射科醫生報告及審核工作站1臺（影像診斷及報告書寫終端），正畸科工作站4臺。工作站PC機配置：Windows 7操作系統，酷睿2雙核處理器，4G DDR2內存，320GB SATAII硬盤。正畸科工作站配置專業顯示器（巨鯊2M，中國），符合Dicom3.14標準，分辨率=1600×1200（橫屏）/1200×1600（豎屏），最大亮度≥700cd/m2，灰階≥3061，響應時間≤25ms，顯示器內置多個亮度條件下的Dicom校正曲線650/600/550/500/450/400 cd/m2，外置電源模塊。

1.3 CBCT影像數據的存儲和傳輸：以Neocean IX3040(H3C公司,中國) IP存儲系統為核心，構建CBCT影像數據的IP SAN存儲系統。Neocean IX3040的存儲控制器為雙控制器結構，緩存擴展能力4GB；主機訪問接口為8個千兆以太網接口，支持iSCSI協議（RJ45連接器）；后端磁盤通道為4個12GBSAS磁盤訪問接口，每接口含4個磁盤訪問通道；磁盤標準容量為146/300/450GB 15000轉SAS磁盤、500/750/ 1000GB 7200轉企業級SATA II磁盤，擴展磁盤柜容量為2TB；配置Windows操作系統和存儲系統管理平臺軟件。

1.4 CBCT影像調閱：基于醫院PACS，改變過去臨床用TViewU軟件直接閱讀圖像方法，改用基于Web分布式閱讀圖像方法，可進一步提高速度，與HIS醫生工作站整體融合。

1.5 CBCT三維影像軟件分析系統：采用CBCT三維影像軟件分析系統（Invivo 5.0），對正畸科患者的CBCT影像做頭影測量分析，自動生成頭影測量分析結果。Invivo 5.0軟件三維影像分析界面可以顯示患者頜面部三維重構影像，可以協助臨床醫生探索和追索患者頭顱內部解剖結構；同時賦予醫生在影像的三維圖像上做頭影標記、計算三維和二維頭影測量數據并導出數據結果（如圖1）。Invivo 5.0軟件三維分析設置：鼠標點擊3D Analysis Setup圖標后，軟件會顯示窗口允許創建任務，包括描記任務、標點、測量、點面參考值、分析、組、人群常模，可視化界面等。

2結果

CBCT三維影像生成后，臨床醫生站調閱影像，基于三維影像開展正畸頭影測量，測量前的關鍵步驟為描記，然后通過軟件自動生成測量值。

2.1 下頜骨描記：下頜骨描記線應包括：喙突、下頜切跡和髁狀突（Co），下頜骨描記線應包含下頜角點（Go）。軟件可以通過描記記錄髁狀突和下頜角點位置（如圖2）。

2.2 上頜骨描記：從上中切牙前部開始向上后描記上頜骨，描記線到上中切牙后部為止。調解亮度和/或對比度以清晰顯示鼻前棘（ANS)，描記線應包括鼻前棘、牙槽中點（Pr）、A點、鼻前棘（ANS）和鼻后棘（PNS）（如圖3）。

2.3 鼻根部描記：調解亮度和/或對比度顯示鼻根開始描記鼻根部位（N）（如圖4）。

2.4 眶點描記：通常可以依據眼眶周圍的白色頜骨隆突來描記眼眶下前部，從顴蝶縫開始沿著眼眶骨嵴直到眼眶內中部進行描記，如果需要依據眶點作為眼耳平面（Frankfort horizontal)，則描記時一定要包括眶點（如圖5）。

2.5 蝶鞍和蝶鞍部位描記：描記顱底點和枕骨大孔，形成蝶鞍部描記線。蝶鞍點并非是一個可見的特殊醫學標記點，但一般可以確定其位于蝶鞍部的幾何中心位置，應予以標記（如圖6）。

2.6 上頜軟組織描記：調節圖像的亮度和/或對比度顯示軟組織并從上唇緣開始描記軟組織，包括上唇部、鼻根點軟組織（Soft N），鼻尖點（Pn），上唇中點（Ls），上部軟組織（Sts）（如圖7）。

2.7 下頜軟組織描記：調節圖像的亮度和/或對比度顯示軟組織并從頦部開始描記軟組織，包括下唇部、下部軟組織（Sti）、軟組織B點（Ils）、軟組織頦點（Soft Pog）（如圖8）。

2.8 下頜骨正中聯合部描記：描記線從下中切牙前部開始，曲線覆蓋下頜骨頦部正中部位到下中切牙后部為止，包括B點、頦點（Pog）、頦下點（Go）（如圖9）。

2.9 切牙描記：先標記中切牙根尖點，然后標記冠部切緣點，最后標記切牙唇側點。上下切牙都要描記，一般顯示右側切牙圖像（如圖10）。

2.10 磨牙描記：先標記第一磨牙近中根尖點，然后標記磨牙冠部近中牙嵴點，最后標記磨牙遠中牙嵴點。上下磨牙都要描記，一般顯示右側磨牙圖像（如圖11）。

2.11 三維影像頭影測量結果輸出界面如圖12。

3討論

CBCT是一項在CT基礎上發展、改進數學計算方法的影像學技術，其錐形束掃描方式提高了三維空間分辨率、縮短了數據采集時間、降低了偽影的產生，其對于顱面良好的成像效果以及使用的便捷性將使口腔醫生在臨床工作中更多地應用三維成像評價，這將有助于疾病的精確診斷和治療[6]。

CBCT在正畸頭影測量診斷中的應用前景非常廣闊。傳統的正畸診斷分析測量都是在二維頭顱正側位平片上進行的，這種二維X線片反映的是頭顱部結構的重疊影像，因而存在一些難以克服的局限，而CBCT掃描既可直接獲得顱面部空間信息，也可以根據需要利用壓縮或斷層技術獲得類似于傳統X線片的影像，沒有放大失真，圖像與真實物體的比例為1:1，也沒有兩側或前后結構的重疊，因而圖像質量更清晰，也便于準確測量[7]。一次CBCT掃描獲得的容積數據，可以通過各種圖像后處理技術，滿足頭影測量、頜面骨質、多生牙、埋伏牙以及下頜關節等幾乎所有的正畸前臨床檢查需要，有可能在一定程度上取代曲面體層片和傳統頭影測量片成為正畸前的常規檢查[8]。

Invivo 5.0是三維影像的分析軟件，該軟件是從醫用CT和MRI攝片機產生的DICOM文件來重建三維解剖結構。醫生可以在計算機上建立三維構造，得到橫截面，跟蹤神經，放置植入物，打印圖像，保存圖像，其強大的三維影像分析功能為正畸科三維頭影測量提供了可能。Vandana等[9]利用Invivo軟件對31例患者的CBCT資料和普通頭顱X線片資料的12個線距和5個角度分析比較，發現角度測量(除了弗蘭克下頜平面角外)和線距的測量均無統計學差別。我科亦利用Invivo 5.0軟件開展正畸患者的三維頭影測量，在臨床上取得了較理想的效果，提示CBCT可以替代傳統的頭顱X線片而成為正畸輔助診斷工具。

筆者使用CBCT而產生數據量為50～100MB/次，三維重建后生成圖像為200MB/次，約2500MB/天，0.75TB/年，存儲時壓縮率為50%，需要高容量、高傳輸率的存儲設備。利用醫院現有PACS的存儲區域網絡（Storage Area Network，SAN）即可實現CBCT影像數據的存儲和傳輸。SAN的優點包括：①可實現大容量存儲設備數據共享；②可實現高速計算機與高速存儲設備的高速互聯；③可實現靈活的存儲設備配置要求；④可實現數據快速備份；⑤提高了數據的可靠性和安全性[10]。

傳統的SAN架構采用FC（Fiber Channel）光纖通道結構（FC SAN），是較為復雜的存儲架構，需要在硬件、軟件和人員培訓方面進行大量投資。另外，光纖通道使用了RAID控制器，管理成本高，相容性不好，通常各廠家的交換設備無法相互混用。RAID控制器也成為了數據進出磁盤陣列的瓶頸和單故障點。我院CBCT影像存儲采用IP SAN存儲方式（Storage-over-IP，SoIP SAN），是基于普通IP協議和以太網，將SCSI協議映射到TCP/IP協議上，使得SCSI的命令、數據和狀態可以在傳統的IP網上傳輸，實現了數據共享和遠程訪問[11-12]。由于采用的是SCSI、以太網、TCP/IP等現有技術和設施，造價低，便于構建和維護，互操作性好，我科實際運行情況表明影像傳輸穩定可靠。

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[收稿日期]2011-10-24 [修回日期]2011-11-27

編輯/何志斌