應用辦公軟件Excel及測定坐標軟件實現口腔正畸頭影測量

徐鴻駿，劉金偉，桑姍姍

X線頭影測量于1931年由HOFRATH和BROADBENT提出，之后經過多年的不斷研究探索，在顱面生長發育及結構分析的研究工作中得到廣泛的應用［1］。目前，X線頭影測量分析已普遍應用于口腔各專業，并且成為口腔正畸臨床病例診斷、分析的重要輔助手段。常用口腔正畸的頭影測量軟件有艾堅，Winceph，Onyxceph等專業測量軟件。還可以用幾何畫板（geometry sketchpad）、Photoshop等非專業軟件實現頭影測量。隨著CT技術和數據處理技術的發展，三維頭影測量漸漸成為新的研究方向。但鑒于三維頭影測量尚無標準，目前多數研究基于二維的標準［2，3］。如何實現定點后自動測量出所需要的測量值，并能夠像專業測量軟件那樣方便快捷是我們一直思考的問題。筆者利用PC里測定坐標的小軟件和常用的辦公軟件Excel，可以完成快速的頭影測量。

1 方案與方法

1．1 設 備 和 軟 件 帶 Windows系 統 的 PC，Microtek ArtixScan 1010 plus掃描儀、Sony A100數碼相機。軟件有醫學測量軟件digmizer和辦公軟件Excel。

1．2 圖像數字化處理 利用Microtek ArtixScan 1010 plus掃描儀掃描頭影測量所用的X線片，得到數字化圖像；或用Sony A100數碼相機拍照進行X線片的數字化處理。

1．3 坐標點的確定 使用Medcalc software公司的digmizer的醫學測量軟件。這款軟件功能強大，可以對圖像進行顏色、對比度、背景轉換、銳化等調整，還可以對圖像進行自動矯正、旋轉、裁剪等處理，測量點的坐標列在右側的測量表中，還可以導出并存儲為Excel文件。利用此軟件的這一特性，打開數字化處理的X線片，對數字化的圖像進行必要地調整（如旋轉、剪切、調整對比度等）后，確定放大比例，然后定位各測量點的坐標。定好測量點的坐標后，可以輸出為excel格式文件。另外，也可以利用國產小軟件e尺和圖形處理軟件Photoshop等的定點坐標標記功能，得到標記點的坐標。

1．4 頭影測量項目的分析及在Excel軟件里的實現 通常測量方法是定點后兩點的長度，三點所成的角，2條線所成的角度以及垂線的長度。這樣就可以利用坐標系里已知各點的坐標，求出兩點長度和三角形的邊、高、角以及其正、余弦函數，并可以完成對所有需要數據的測量。具體分析和實現方法如下：

1．4．1 兩點間長度的測量 若 A點坐標為（Ax，Ay）；B點坐標為（Bx，By），則AB長度為在excel里的函數公式為 SQRT［（Ax－Bx）＾2＋（Ay－By）＾2）］。

1．4．2 三點確定角度 以求上頜齒槽座角（∠SNA）為例：假設蝶鞍點S點、鼻根點N點、上齒槽座點A點的坐標分別為（Sx，Sy）；（Nx，Ny）；（Ax，Ay），則按照前面所述的方法可計算出由S、N、A三點組成的三角形邊長SN、NA及AS，再利用余弦定理算出∠SNA角度，excel里的公式為DEGREES［ACOS（SN＾2＋NA＾2－AS＾2）／2＊SN＊NA］。

1．4．3 2條線（四點）的角度可使一線平行移動至其中兩點重疊 以測量顱底平面（SN）和眶耳平面（POr）所成角度為例：測量SN和POr之間的角度時，使POr平行移動至P點與S點重疊，此時OR點移動到Or｀點，這點的X坐標從Px－Sx＝Orx－Or｀x 等式可知道為：Or｀x＝Orx－Px＋Sx； 同樣方法可計算出 Or｀點的 Y 坐標為 Ory－Py＋Sy。這樣知道 S、N、Or｀點的坐標，即可計算出NSOr｀也即SN和POr之間的角度。

1．4．4 一點向兩點之間連線做垂線的長度測量 以求下中切牙切點L1到鼻根點N和下齒槽座點B的連線的距離為例：下中切牙切點L1到NB距離可理解為L1、N、B三點組成的以NB為底的三角形的高（h）；這樣三角形各個角的角度均可計算出，利用∠BNL1或∠NBL1的角度值，用正弦函數及余弦函數的定義和角度與弧度的轉換就可計算出高h的值。在 excel里函數表達為 sin（radians（∠BNL1））＊NL1 或者sin（（∠NBL1）＊pi（）／180）＊BL1。

1．4．5 在excel的表格里設定好自己的或已有的測量項目按照測量項目確定要測量的點。然后在另外的表格或表單里按一定順序排列好需要測量的每點的坐標值。按照上面所列4種方法，在相對應的測量項目下，一層一層寫入函數，然后函數與坐標值關聯即可。如求L1到NB距離h，則h＝sin［radians（∠BNL1）］ ＊NL1， 而∠BNL1＝DEGREES［ACOS（BN2＋NL12－BL12／2＊BN＊NL1）］，其中 BN、NL1、BL1 又可以分別表達為 BN＝SQRT ［（Bx－Nx）2＋（By－Ny）2］，NL1＝SQRT［（Nx－L1x）2＋（Ny－L1y）2］和 BL1＝SQRT［（Bx－L1x）2＋（By－L1y）2］。各項數據都關聯后，把這個Excel表格作為一個模板或文件保存。以后使用測量時，只要打開此模板或文件，在各測量點坐標測量出后填入表單，即可得到預先認定的測量值。

1．5 使用本方法測量出的測量值與專業測量軟件對比 隨機取19人的21張頭顱定位側位片進行DOWNS測量，與ONYXCEPH 2．67試用版測定的DOWNS測量值比較，用統計軟件SPSS13．0對測量值進行配對樣本t檢驗統計學分析。所有樣本的測量均由同一人完成。

2 結 果

使用本方法將測量的坐標值輸入表單標注的相對應的點后，可以立即得到預先設定的測量結果。用本方法測量DOWNS測量法各項測量值與相應的ONYXCEPH 2．67試用版測定的測量值進行配對樣本t檢驗對比分析，2種測量方法統計學處理結果顯示每組測量值之間無統計學差異（P＞0．05）。

3 討 論

頭影測量分析過程可見，誤差主要來自于以下三個方面：即頭影測量片或圖像的質量、定點的過程和測量分析的過程［4］。無論是專業測量軟件還是用本方法進行頭影測量，測量點的確定是較大誤差產生的根源。一方面有X線片不清晰、不易定位的因素；另一方面也有人為的因素，每個人測量定位的點坐標均有所不同，甚至同一個人每次定出的坐標也不會一致。還有標志點因解剖結構重疊較多，在X線片上表現也不易標定，也會影響到標志點定位的誤差大小［5］。相對于非專業軟件，使用本方法可以根據自己的需要，確定出自己的測量指標，并根據這些指標確定測量哪些標志點，將可以有效減少工作量。費用也相對較低。

圖像的數字化過程中盡可能地減少誤差，直接使用數字X線片減少圖像數字化過程中產生的誤差。但由于數字傳送往往在局域網中，有時出于安全的考慮，不能直接拷貝出或由于條件限制只有X線膠片，因此圖像的數字化有時是必需的。

掃描儀掃描X線片，圖像質量較好，但處理速度慢。使用數碼相機較快。一般選擇可更換鏡頭的數碼相機，像素越高越好。平常所用的小數碼相機，拍出的照片容易變形，使測量值誤差偏大［6］。選擇一款數碼相機鏡頭時，應對它質量有充分了解，比如最佳光圈、變形率，這樣可在拍照片時選擇最佳光圈，使拍出的照片有最佳的銳度，以便精確地確定測量點。拍攝時注意X線片放置要平整，利用三腳架拍攝，使相機固定；拍攝時鏡頭中線對準X線片中央，取景范圍適當增大并盡量使X線片位于中間。這樣做的目的是使拍出的照片變形小、更清晰，因為無論多高檔的鏡頭，其中央部分和邊緣部分成像的銳度和變形率均有一定的差別［7］。選擇高像素數碼相機，后期裁切去周圍多余的部分也不會影響其清晰度和銳度以及變形率。

在excel軟件里建立模板時較為繁復，涉及坐標、兩點間距離、角度及其正余弦函數等的數學計算公式。輸入和關聯時應仔細，以確保不出錯。數字化圖像的坐標測定后，輸入excel表格相應的項目里，可自動得出要測量的函數值，亦即想要的測量值。對于面角，頜凸角以及上中切牙切點到上齒槽座點和下頜凸點連線的距離等這些測量項目，因為涉及正負值，則可用excel里if函數實現?？梢詫崿F專業測量軟件的快捷便利，也不用像非專業測量軟件那樣，一項一項地測量，耗費較多的時間，可以有效地減少工作量。整個測量過程要求較低，可以在辦公電腦上完成，方便快捷。

目前，二維的正畸頭影測量在三維標準建立之前，仍有其存在的條件。不僅因為其拍攝簡便、費用低廉，同時能顯示軟硬組織，而且與CT相比，X線平片讓檢查者所受的X線輻射量也較?。?］。隨著CT技術和軟件的三維構建技術發展，三維頭影測量技術能真實地再現組織三維空間結構特性，為醫務人員提供更真實更準確的數據［9］。

［1］傅民魁．口腔正畸專科教程［M］．北京：人民衛生出版社，2007．65．

［2］張 昕，嚴 斌，鮑旭東，等．基于CT數據的虛擬頭影測量技術研究［J］．口腔材料器械雜志，2008，17（3）：123－126．

［3］吳海苗，陳 棟，潘 杰，等．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［J］．中國美容醫學，2012，21（1）：110－112．

［4］周繼祥，羅頌椒．圖像圖形處理技術在頭影測量分析中的應用和發展［J］．國外醫學口腔醫學分冊，2001，28（1）：19－20．

［5］邵金陵，林 珠，劉燕萍，等．X線頭影測量人工定點的準確性研究［J］．臨床口腔醫學雜志，2003，19（2）：82－83．

［6］ 劉 峰．口腔數碼攝影［M］．北京：人民衛生出版社，2006．26－45．

［7］美國紐約攝影學院．美國紐約攝影學院攝影教材（上冊）［M］．北京：中國攝影出版社，2010．33－62．

［8］李 剛．口腔頜面錐形束CT放射劑量與放射防護［J］．中國實用口腔科雜志，2011，4（10）：577－580．

［9］姜金玲，何玉宏，黃迪炎．三維CT精確重建顱頜面部組織的形態學特征［J］．中國組織工程研究與臨床康復，2011，15（13）：2442－2445．