基于头部一体化与模块化结构特点的颅面对称性CT与MRI三维分析

摘要

近年来随着computer tomography(CT)尤其cone beam computed tomography(CBCT)的不断普及，以及图像后处理技术的不断提高，临床医生能够更直观、准确、全方位地获得患者的颅面三维图像。 在颅面不对称畸形的三维研究中，三维坐标系和参考平面的建立至关重要。尽管目前有多种确定正中矢状面的方法，但都存在各自的优缺点。标志点法操作简便但标志点的组合是随机的，没有科学依据，且需要定的点越多误差就越大，另外，在部分严重不对称畸形中，这些标志点明显偏离面中线。外部参考系法虽然不依赖颅面内部的参考系统，但需要患者保持自然头位，这在本来存在畸形的病人中实现的难度较大。各种算法确定的正中矢状平面虽然“正中”，但它是计算机计算出来的，非本身存在的正中平面，没有遵循脊椎动物在进化发育过程中自身的发育轴。 为了寻找更合理的颅面不对称畸形三维分析方法，作者在综合进化发育学，临床医学，分子生物学等相关研究成果的基础上，梳理出人类头部的组织结构框架。 1.发育中的脑、颅、面是一个整体 大量研究表明，构成脊椎动物头部的神经组织，骨骼和肌肉，是一个相互作用，相互影响的发育系统。脊椎动物头部的发育是一个多基因参与的一体化与模块化的复杂过程。 2.头部模块化的进化发育方式 前颅与中上面部，后颅与下颌骨分别形成两个颅面骨模块，眉毛以上面部构成单一骨骼肌肉模块。前颅与中上面部具有密切的共变性与整体性。形成一进化发育模块，这一模块既是引起头部可能发生的变化，又是限制头部可能发生变化的根源，下颌与后颅底形成关节，所以更容易受到后颅底的影响。 3.前脑，前颅及中上面部中线是受共同信号分子调控的，三者高度一致。这一中线结构是脊椎动物胚胎的自身发育轴。 前脑，前颅及中上面部中线结构的高度相关性在生理与病理情况下都得到充分体现。脊索前板通过产生例如SHH信号分子，设定面部的中线，同时诱导前脑分裂为两个大脑半球，并将眼部区域一分为二。前脑，前颅及中上面部中线是受共同信号分子调控的，三者高度一致。 根据上述研究成果，我们梳理出具有进化发育学和分子生物学依据的颅面部的组织结构框架，认为脑颅面作为相互作用的进化发育系统，是具有一体化和模块化特点的，而且脑中线与面中线高度相关。受到上述观点的启发，作者提出了用前部大脑镰作为正中矢状参考平面研究颅面对称性的想法，利用垂体窝前部大脑镰作为正中矢状面，是因为有研究表明靠枕部的大脑镰是偏离中线的，垂体前段的神经颅来自神经嵴细胞，垂体后段来自中胚层，大脑镰是硬膜在两侧大脑半球之间形成的隔幕，在CT和Magnetic Resonance Imaging（MRI）影像上清晰可见，而且脑中线移位的金标准就是测量透明隔与大脑镰之间的距离，将大脑镰作为稳定的参考中线。这种基于颅面对称轴的正中矢状面确定方法无疑是一个新思路和新方法。而且第一次提出了用头部模块化结构特点解释经研究证实的颅面不对称畸形从上面部到下面部逐渐加重的现象。认为大部分颅面不对称畸形为起源于下颌骨后颅模块，经双侧上下颌肌肉模块的不对称咬合代偿传递到上颌，或者由于双侧上下颌肌肉模块的不对称收缩，首先引起下颌骨的不对称，而前颅及中上面部骨模块具有相对的稳定性，尤其面上三分之一的对称性最稳固，这也进一步验证了头部解剖网络分析中，人类的上面部属于单一神经、骨骼、肌肉模块因此对称性最好的观点和假设。本研究的目的是从形态学的角度验证在正常范围人群与颅面不对称人群中前部大脑镰平面（胚胎发育期两侧大脑半球的中线结构)）与面中线的关系，比较大脑镰正中矢状平面与三点法确定正中矢状面的相关性，评价能否将前部大脑镰平面作为正中矢状平面研究颅面对称性。利用头部的模块化特点建立一种颅面软硬组织对称性的CT与MRI三维分析系统。 本研究为回顾性研究,利用符合条件的第四军医大学口腔正畸科患者的影像资料。获得了通辽市医院伦理委员会的批准。由于是回顾性研究所以不需要患者同意书。符合条件的共100个研究对象被随机分成两组（每组50人，对照组和不对称组）。纳入标准为：成人(≥18岁)，牙列完整，处于正中牙合位，扫描的范围包括颅顶至下颌骨下缘。排除标准为：颅面外伤或骨折，弥漫性炎症，脑异常或软组织肿瘤，严重的龋坏牙。拥挤超过3mm，或者间隙超过1mm。正畸或者正颌治疗史，唇腭裂患者。 颅面不对称畸形病人，分别经两名实验者确认存在肉眼可见的颅面不对称畸形，且颏下点偏离鸡冠点，前鼻棘点，枕骨大孔后缘中点构成的正中矢状平面的距离大于4mm。 对照组中的患者选自实验期间中国内蒙古通辽市医院急诊科，两名实验者分析患者的实验数据，排除颅面不对称，且颏下点偏离鸡冠点，前鼻棘点，枕骨大孔后缘中点构成的正中矢状平面的距离均小于2mm。 结果一：成功构建大脑镰平面。 结果二：根据对照组与不对称组各区域标志点距大脑镰平面的距离可知：在无明显不对称人群中，除了枕骨大孔后缘中点到大脑镰平面距离的均数大于1mm外，其他各区域标志点到大脑镰平面距离的均数均小于1mm。在不对称患者中，鸡冠点，前床突中点，颧额缝中点，鼻根点到大脑镰平面距离的均数小于1mm，前鼻棘点、后鼻棘点、上中切牙点、下中切牙点、颏下点到大脑镰平面距离的均数大于1mm。而且，从上面部到下面部距离的均数逐渐增大。鼻根点以下的各点，包括（鼻根点，前鼻棘点、后鼻棘点、上中切牙点、下中切牙点、颏下点）在对照组与颅面不对称组之间存在显著的统计学差异。虽然在对照组和不对称组中，枕骨大孔后缘中点到大脑镰平面距离的均数均大于1mm，但两者不存在显著的统计学差异。 结果三：根据对照组与不对称组各区域标志点距三点法（鸡冠点，前鼻棘点，枕骨大孔后缘中点）构成的正中矢状平面的距离可知：与以大脑镰平面为参考相同，在无明显不对称人群中，各区域标志点到三点法确定平面距离的均数均小于1mm。以三点法确定正中矢状面的研究中，对照组与不对称组间在鼻根点、后鼻棘点、上中切牙点、下中切牙点、颏下点存在显著的统计学差异。且后鼻棘点、上中切牙点、下中切牙点、颏下点偏离三点法参考平面距离的均值小于偏离大脑镰平面的距离，因为在三点法中将前鼻棘点设定为零实际上掩盖了部分中面部的不对称。 结果四：根据在对照组中以各点到大脑镰平面的距离为参考，分析各区域标志点之间的相关性可知：在对照组中,与下中切牙点直接相关的是颏下点，而上中切牙点只与下中切牙点密切相关。由于下中切牙位于下颌骨上，所以颏下点正常范围的偏差只与下中切牙密切相关，上中切牙点与下中切牙点之间的强相关性是由于上下牙齿之间的直接咬合接触决定的。然而，颏下点正常范围的偏离大脑镰平面是不足以引起下颌以上的面中线偏离的。 结果五：根据在不对称组中，以各点到大脑镰平面的距离为参考，分析各区域标志点之间的相关性可知：在不对称组中，前鼻棘点，上中切牙点、下中切牙点与颏下点直接强相关，因此前鼻棘点，上中切牙点、下中切牙点偏离大脑镰平面的距离与颏下点偏离的程度直接强相关，这个数据表明，大部分的功能或遗传的颅面不对称起源于下颌，通过双侧肌肉的不对称收缩传递到上颌。 结果六：根据分析用大脑镰和三点法确定正中矢状平面各区域标志点测量结果的一致性可知：用两种方法确定正中矢状平面，在前床突中点、颧额缝中点、鼻根点、后鼻棘点、上中切牙点、下中切牙点、颏下点各点处存在一致性，其中在颧额缝、下中切牙点和颏下点处，一致性最好。 结果七：初步建立了依据头部一体化与模块化结构特点的CT,MRI软硬组织对称性三维分析方法。 结论：前部大脑镰平面是一个实际存在的，经进化发育学及形态学证实的脑颅面正中矢状平面，用这一参考平面诊断颅面不对称畸形是敏感的，而且这一参考平面在严重颅面不对称畸形中具有相对的稳定性，颅面不对称畸形的发病特点遵循头部模块化观点和“新头假说”。初步建立基于头部一体化与模块化特点的颅面软硬组织对称性CT与MRI三维分析方法。

目录

声明

缩略语表

前言

文献回顾

1 颅面不对称畸形的正中矢状参考平面与畸形发生的特点

2 人类头部一体化与模块化的结构特点

3 MRI在一体化与模块化颅面畸形分析中具有重要意义

4 研究假设的提出及依据

实验一 大脑镰正中矢状平面的CT构建

1材料

2方法

3结果

4讨论

实验二 大脑镰平面与面中线的关系

1材料

2方法

3结果

4讨论

实验三 标志点法确定的平面与面中线的关系

1材料

2方法

3结果

4讨论

实验四 以大脑镰为参照在颅面无明显不对称的人群中各区域标志点的关系

1材料

2方法

3结果

4讨论

实验五 以大脑镰为参照在颅面不对称人群中各区域标志点的关系

1材料

2方法

3结果

4讨论

实验六 大脑镰平面与标志点法正中平面测量结果的一致性

1材料

2方法

3结果

4讨论

实验七 初步建立依据头部一体化与模块化结构特点的CT， MRI软硬组织对称性三维分析方法

1材料

2方法

3 结果

4讨论

小结

参考文献

个人简历和研究成果

致谢