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深度学习算法辅助构建三维颜面正中矢状平面

北京大学学报（医学版） 2022年第1期54卷 134-139页

作者：朱玉佳许晴赵一姣张磊付子旺温奥楠高梓翔张昀傅湘玲王勇北京大学口腔医学院·口腔医院口腔医学数字化研究中心国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室口腔数字医学北京市重点实验室国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心国家药品监督管理局口腔生物材料重点实验室北京100081 北京大学口腔医学院·口腔医院口腔修复科北京100081 北京邮电大学计算机学院(国家示范性软件学院) 北京100876 兰州市口腔医院特诊科兰州730000

目的:旨在建立一种可准确确定三维颜面解剖标志点的深度学习算法——多视图堆叠沙漏神经网络(multi-view stacked hourglass convolutional neural networks,MSH-CNN),并结合赋权普氏分析算法实现三维颜面正中矢状平面的自动构建。方法... 详细信息

目的:旨在建立一种可准确确定三维颜面解剖标志点的深度学习算法——多视图堆叠沙漏神经网络(multi-view stacked hourglass convolutional neural networks,MSH-CNN),并结合赋权普氏分析算法实现三维颜面正中矢状平面的自动构建。方法:收集面部无明显畸形的受试者100例,获取三维颜面数据,由专家进行颜面标志点(21个)和正中矢状平面的标注。以上述其中80例受试者三维颜面数据作为训练集数据,训练并建立本研究的MSH-CNN算法模型。以其余20例作为测试集数据,由训练后的深度学习算法自动确定每例数据的三维颜面解剖标志点(21个),并评价算法标点与专家标点间“定点误差”。将MSH-CNN自动确定的三维颜面解剖标志点应用于本课题组前期研究建立的赋权普氏分析算法,可自动构建出20例受试者的三维颜面正中矢状平面。计算MSH-CNN结合赋权普氏分析算法构建的正中矢状平面与专家正中矢状平面间“角度误差”,评价三维颜面正中矢状平面自动构建方法的效果。结果:针对20例面部无明显畸形的受试者,基于MSH-CNN和赋权普氏分析算法构建正中矢状平面与专家平面间的角度误差平均为0.73°±0.50°,其中MSH-CNN自动确定颜面21个解剖标志点的定点误差平均为(1.13±0.24)mm,眶区定点误差最大平均为(1.31±0.54)mm,鼻区定点误差最小平均为(0.79±0.36)mm。结论:将深度学习算法与赋权普氏分析算法结合应用,实现了三维颜面正中矢状平面的全自动构建,初步达到了临床专家的构建效果,为自主知识产权的软件开发奠定了基础。

关键词：正中矢状平面深度学习普氏分析

三维颜面正中矢状平面智能构建系统的设计与实现

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三维颜面正中矢状平面智能构建系统的设计与实现

作者：郑盛文北京邮电大学

学位级别：硕士

颜面对称性分析问题是与口腔医学多个学科密切相关的临床基础问题,如在口腔正颌、创伤及肿瘤外科手术规划设计、口腔正畸矫治方案设计和口腔美学修复设计等方面,颜面对称性分析都是至关重要的环节,是手术及治疗方案设计的总要依据,而颜... 详细信息

颜面对称性分析问题是与口腔医学多个学科密切相关的临床基础问题,如在口腔正颌、创伤及肿瘤外科手术规划设计、口腔正畸矫治方案设计和口腔美学修复设计等方面,颜面对称性分析都是至关重要的环节,是手术及治疗方案设计的总要依据,而颜面正中矢状平面(Median Sagittal Plane,MSP)的构建则是颜面对称性分析的前提和基础。因此,研究满足口腔临床诊疗需求的三维颜面正中矢状平面智能构建算法,是本领域亟待解决的关键科学问题。针对以上问题,本文首先对国内外相关算法研究进行了系统的调研和剖析,选定基于标志点“本体-镜像关联法”作为颜面正中矢状参考平面的构建方法;在此基础上,基于口腔临床针对复杂颜面部畸形患者数据分析的需求,设计并实现了一套基于赋权普氏分析生成三维颜面正中矢状平面算法;接着,针对患者病例数据,基于解剖学标志点进行面部不对称度分析与智能赋权;最后,以临床资深医师定义的对称参考平面作为真值,对算法的临床适用性进行评估,分析结果表明本文所述算法符合模拟临床专家诊断策略的智能化需求。在系统设计开发阶段,本文从目标用户的需求出发,设计并实现了一个功能完善、易用性高的三维颜面正中矢状平面智能构建系统,算法逻辑部分使用Python语言构建,前端界面应用Qt开发框架,计算加速部分选用WebGPU作为与GPU交互的API接口。目前系统已初步满足临床需求,项目成果在北京大学口腔医院得到临床应用。

关键词：正中矢状平面对称参考平面面部不对称度普氏分析欧几里得距离矩阵分析

点构法构建成年患者下颌骨正中矢状向参考平面的初步探究

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点构法构建成年患者下颌骨正中矢状向参考平面的初步探究

作者：张鑫重庆医科大学

学位级别：硕士

目的:应用点构法随机组合下颌骨各区域骨性标志点以构建不同矢状向平面,通过评估各项对称性分析指标并从中筛选出对称代表性最佳者作为下颌骨正中矢状平面(mandibular median sagittal plane,MMSP),从而为临床筛查和区分各类下颌偏斜提... 详细信息

目的:应用点构法随机组合下颌骨各区域骨性标志点以构建不同矢状向平面,通过评估各项对称性分析指标并从中筛选出对称代表性最佳者作为下颌骨正中矢状平面(mandibular median sagittal plane,MMSP),从而为临床筛查和区分各类下颌偏斜提供一个易于确立且稳定的参考平面。方法:随机选取40例正畸治疗前的成年患者,依据颏部偏斜程度分为下颌骨偏斜组(mandibular asymmetry group,MA组,20例)和下颌骨非偏斜组(mandibular symmetry group,MS组,20例)。应用Mimics 19.0软件基于锥形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)资料重建下颌骨三维模型,并描记10组下颌骨解剖标志点,据此通过点构法建立120个待定平面。以迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法所构平面作为参考标准,在MS组中依据点距、角度、面积等几何偏差指标进行初步筛选,再通过对应点点距差值、表面积及体积差值、3D偏差定值区间比率等临床对称性分析指标进行细筛,最终采用SPSS 20.0软件进行统计分析,选出待定平面中对称性最佳者作为MMSP。结果:(1)初筛指标排序显示:在MS组中,以正中联合前部、下颌角、喙突等区域标志点共同构建的平面排序位居总体前5%。其中由下牙槽座点(supramentale,B)、喙突顶点(coronoid superius,Cor)、下颌角外侧凸点(gonion lateralis,Golat)所构平面B-Cor-Golat与ICP平面间角度偏差最小(0.589°);由颏前点(pogonion,Pog)、乙状切迹凹点(simoid notch,Sim)、下颌角外侧凸点(gonion lateralis,Golat)所构平面Pog-Sim-Golat与ICP平面间距离偏差最小(0.416mm)。(2)细筛指标显示:两组中,平面B-Cor-Golat与ICP平面间对应点点距差值、面积差值和体积差值等三项指标差异最小,且差异无统计学意义(P>0.05),其余备选平面与参考平面间差异具有统计学意义(P平面B-Cor-Golat(MS组:94.77%±1.87%;MA组:87.95%±6.63%)与ICP平面(MS组:96.26%±1.46%;MA组:89.49%±6.65%)间差异为最小,平均偏差低于2%。结论:(1)下颌骨各区域中,正中联合前部、下颌角、喙突等三个解剖区域的对称性相对较好,来源于上述区域的解剖标志点定位稳定性相对可靠。(2)由下牙槽座点、喙突顶点、下颌角外侧凸点共同建立的B-Cor-Golat平面与ICP平面间的各项指标差值最小,能较好地反映下颌骨对称程度,符合门诊使用要求,可在临床中作为下颌骨正中矢状参考平面。

关键词： CBCT 下颌偏斜正中矢状平面点构平面

高角型骨性Ⅱ类错(牙合)髁突位置与颌骨中线偏斜的三维影像学分析

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高角型骨性Ⅱ类错(牙合)髁突位置与颌骨中线偏斜的三维影像学分析

作者：阴旭萍山西医科大学

学位级别：硕士

目的:探讨高角型骨性牙合类错(牙合)的下颌骨髁突位置的对称性、髁突与关节窝的位置关系、颌骨中线的偏斜程度及髁突位置与颌骨中线偏斜之间是否具有相关性。方法:收集高角型骨性Ⅱ类错(牙合)CBCT影像资料共45例,将扫描数据传入Mimics1... 详细信息

目的:探讨高角型骨性牙合类错(牙合)的下颌骨髁突位置的对称性、髁突与关节窝的位置关系、颌骨中线的偏斜程度及髁突位置与颌骨中线偏斜之间是否具有相关性。方法:收集高角型骨性Ⅱ类错(牙合)CBCT影像资料共45例,将扫描数据传入Mimics17.0图像处理工具,测量上下颌骨的中线偏斜量(前鼻棘点ANS和颏下点Me相对于头颅正中矢状平面MSP的偏移量)和左右侧的下颌骨髁突位置(髁突长轴与MSP间的夹角、髁突中心点与MSP间的最短距离、髁突前后距、关节前间隙AS、关节上间隙SS以及关节后间隙PS)。将测量值进行统计分析,比较上下颌骨的中线偏斜程度,评估左右侧下颌骨髁突位置的对称性、髁突与关节窝的位置关系,以及髁突位置与上下颌骨的中线偏斜之间是否存在相关性。结果:对比ANS和Me的偏斜值发现,无论是向左偏斜还是向右偏斜,Me的偏斜量均稍大于ANS。髁突长轴与MSP间的夹角、髁突中心点与MSP间的最短距离及AS、SS、PS在左右侧髁突之间的差异均无统计学意义(P>0.05),且与ANS和Me的偏移量之间均无相关性存在(P>0.05)。但是,髁突前后距与左侧髁突长轴和MSP间的夹角之间存在相关性(P<0.05),且髁突前后距与ANS和Me的偏移量之间也存在相关性(P<0.05)。髁突相对于关节窝的位置以居中位为主,右侧居中位占55.6%,左侧居中位占51.1%。结论:1.高角型骨性Ⅱ类错(牙合)下颌骨中线偏斜程度较上颌骨明显。2.高角型骨性Ⅱ类错(牙合)双侧髁突与MSP间的夹角、最短距离及双侧各关节间隙基本对称一致,而髁突相对于MSP的前后向位置存在不对称。3.高角型骨性Ⅱ类错(牙合)双侧髁突在关节窝中的前后向位置以居中位者所占比例较大。4.高角型骨性Ⅱ类错(牙合)双侧髁突相对于MSP的前后向位置与上下颌骨中线偏斜之间可能存在一定的相关性。

关键词：高角型正中矢状平面髁突位置对称性

不同锥束CT正中矢状面对成人骨性Ⅲ类偏斜评价的差异

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不同锥束CT正中矢状面对成人骨性Ⅲ类偏斜评价的差异

作者：韩世智大连医科大学

学位级别：硕士

目的：对比3种正畸正颌临床常用锥形束CT(cone-beam computedtomography，CBCT)正中矢状平面（Mid-sagittal plane，MSP）对Ⅲ类失状骨面型患者颌面部对称性评估的差异。为正畸正颌医生在进行颌面部对称性的评估提供应用不同正中矢状面... 详细信息

目的：对比3种正畸正颌临床常用锥形束CT(cone-beam computedtomography，CBCT)正中矢状平面（Mid-sagittal plane，MSP）对Ⅲ类失状骨面型患者颌面部对称性评估的差异。为正畸正颌医生在进行颌面部对称性的评估提供应用不同正中矢状面的选择依据。并统计Ⅲ类骨面型颌面部对称人群的上、下颌偏斜参考指标。材料与方法：从2012年9月-2013年9月之间，于大连市口腔医院正畸科就诊的Ⅲ类骨面型患者共50例作为研究对象。根据颌面部不对称情况分为：明显偏斜的实验组（男女各10例,平均年龄20.3±2.1岁）和无明显颌偏斜的对照组（男女各15例,平均年龄21.8±3.2岁）。收集全体研究对象治疗前CBCT影像资料，应用InvivoDental5.1软件进行三维重建。在3D Analysis功能下为研究对象的三维头颅影像建立3种三维参考坐标系，分别为：沿用了传统二维头影测量侧位片中眶耳平面（Frankfort Plane，FH）概念的参考坐标系;应用二维头颅正位片中常用的双侧标志点颧额缝（Frontozygomatic suture，Fzs）建立的参考坐标系;和应用近年来提出的眶周软组织双侧标志点内眦（Endocanthion，En）建立的参考坐标系。获得3种不同参考坐标系确立的3种MSP。测量实验组和对照组病例上颌的前鼻脊点（Anterior nasal spine，ANS）、下颌的颏下点（Menton，Me）相对于3种MSP各自偏斜量。应用SPSS17.0统计软件包，分别对实验组、对照组中由3种不同MSP获得的上下颌偏斜量进行单因素方差分析。比较3种MSP对骨性Ⅲ类患者上下颌对称性评价的差异性。同时统计对照组上下颌偏斜量，作为颌面对称Ⅲ类骨面型人群上下颌偏斜程度可接受范围的参考临界指标。结果：实验组中：以软组织En点确立的MSP与应用传统FH平面、双侧Fzs点辅助确定的MSP之间对于上颌偏斜的评价均有统计学意义，而对于下颌偏斜的评价3种方法两两间均互有统计学意义;在对照组中：3种方法确定的MSP对于上颌不对称的评价均互无统计学差异，而对于下颌不对称的评价，应用传统FH平面概念确立的MSP与另两种方法确立的MSP之间均存在统计学意义。颌面对称的Ⅲ类骨面型人群上、下颌偏斜量可参考标准范围分别为：±1.14mm、±1.96mm之内。结论：在应用CBCT对骨性Ⅲ类患者进行颌面部对称性的判断时，建立不同的参考坐标系会造成头颅影像定位的区别，并影响MSP的确立，从而最终得到不同的颌面部偏斜结论。尤其对严重偏斜患者，不同的MSP甚至会对上颌偏斜方向的判断得到截然相反的结果。正畸医师建立三维参考坐标系进行对称性评价时，应对不同患者的不同诊疗目的而谨慎选择。

关键词：骨性Ⅲ类面型颌面不对称正中矢状平面锥形束CT