口腔正畸學中的頭位
?一、頭影測量學中的頭位——歷史回顧
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頭位測量學的起源
頭影測量學具有一百年的歷史，起源于人類測量學研究。13世紀到15世紀，藝術家和人類學家應用點、線、面建立測量方法對人的顱面進行測量，開拓發展出了人類測量學。14世紀著名的藝術家列奧納多·達·芬奇在自然頭位時的顱骨上畫出幾條接近水平的線，其中的幾條線后來成為頭影測量學經典的水平參考平面，一般認為這是最早提出的具有可靠性、可重復性的測量顱面部特性的方法。之后諸多研究者提出各種顱面部測量方法。隨著顱面部測量方法的發展和應用的增加，發展出了理想參考平面和頭顱定位儀的概念和研究。02
頭影測量學中頭位概念的奠定
Case應用人類測量學的方法來分析安氏Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類患者的側貌，認為這三類患者既有牙齒的錯也有顱頜面的問題，診斷時需要結合面部分析。Simon進一步研究三維空間中面型和牙列的關系并提出著名的Simon分類法。1922年，人類學家Pacini發表了利用X射線技術獲得顱面部硬組織信息的標準方法，為以后頭影測量學中確定頭位概念提供了基礎。真正的頭影測量學建立于1931年，美國的Broadbent[1]和德國的Hofrath發表的文章中介紹了獲得標準頭位的定位X線片的方法，從而獲取具有可比性的牙頜面X線片。他們發明的頭顱定位儀由左右兩側耳塞和眶點指針構成，三點構成的平面與地面平行，即眶耳平面與地面平行，由此固定患者頭位，拍攝時與射線源的距離保持一致，靠近膠片的面部方向一致。Broadbent和Hofrath奠定的X線頭影測量頭位定位方法被口腔正畸臨床和研究中廣泛應用并發展起來。目前頭影測量分析是在正畸及正頜手術臨床診斷及治療設計中的關鍵部分，而"頭位定位(Head Orientation)"擔當能夠實現真正意義上的頭影測量學并使不同個體頭顱側位片之間具有可比性的關鍵角色。二、頭位的定義
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自然頭位(natural head position，NHP)
自然頭位(NHP)一直被人類學家、藝術家和解剖學家認為是標準的、具有高可重復性的頭位，適用于觀察及研究人類不同顱面部的特性。目前公認的自然頭位的定義為兩眼平視前方，視線軸與地平面平行時的頭位，被認為是最平衡的頭位[2]。1884年，Frankfort平面受到德國人類學協會認同后，被認為是能夠實現自然頭位的硬組織水平參考平面。但是，Frankfort平面不能完全實現自然頭位。1956年Downs[3]提出Downs分析法，通過100個孩子站著盯住前方鏡子里自己眼睛的方法實現實際的自然頭位，然后拍攝側面相與X線片軟組織側貌對齊，結果發現Frankfort平面有傾斜向上(定義為＋)或向下(定義為－)的傾斜誤差。最近Zebeib、Naini等[4]研究人自然頭位下顱內不同水平參考平面對于真實水平參考平面(垂直與鉛錘，perpendicular to the plumb)傾斜差異，結果雖然都存在傾斜差異，仍然FH平面的差異最小。頭位的這種誤差來自個體差異，關于自然頭位也有許多研究者提出不同定義。1862年Broca將其定義為人直立站住，平視前方，視線與地面平行時的頭位。1876年Schmidt研究認為，自然頭位的確定是個生理學的概念，需要觀察者的參與。一直以來，對可重復性高的頭位定義一直存在爭論。02
自然姿勢位(natural head posture, NHP)
"自然姿勢位"(Natural Head Posture)是自然頭位的一種生理性范圍，是人站著或坐著的時候自覺最平衡的位置[5]。其完全依靠患者感覺，因此視線可不與地面平行，而且受到骨骼形態和位置的影響很大。因為自然姿勢位是個體生理性的頭位，明顯受到顱面部骨骼位置及形態、頸椎、咬合、顳下頜關節、髁突的發育不全、唇腭裂、上呼吸道阻礙、遺傳性疾病等的影響。03
矯正頭位(natural head orientation，NHO或corrected head position, CHP或estimated head posture)
以上因素影響個體頭姿勢，自然頭位利用前方鏡子等形式可能會稍微掩蓋這種個體差異。但是不能完全排除，除了骨骼形態及位置因素之外，還會受到當天的溫度、個體情緒等因素的影響。因此為了排除個體在不同時間點上的差異，多應用矯正頭位。矯正頭位(Natural Head Orientation或Corrected Head Position)是人站住放松、平視前方時，觀察者來參與調整頭位接近自然頭位的狀態。矯正頭位是Lundstrom[6]等提出的概念，他們研究FH平面在自然頭位和矯正頭位之間的差異，結果FH平面在矯正頭位的傾斜誤差比在自然頭位小，認為矯正頭位的可重復性比自然頭位好。Barbera[7]等研究比較顱內不同水平參考平面，也得到矯正頭位的可重復性比自然頭位好的結論。矯正頭位相當于臨床中醫生觀察患者的頭位。有些學者認同由于存在個體差異，對具有姿勢不良的患者自然頭位要由醫生來調整，即要采用矯正頭位以排除個人姿勢因素，比自然頭位可重復性高，也更加合理。三、頭位的影響因素
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頸椎
許多研究表明頸椎形態異常與顱面部形態和頭位之間具有相關關系。1994年Sandikcioglu[8]等選取103名成年人的頭顱側位片研究頸椎與顱面部形態和頭姿勢之間相關性。結果顯示頸椎和顱頸姿勢和顱面部形態具有相關性。2002年Solow[9]等通過顱頸姿勢的研究表明頭姿勢不僅與顱頸姿勢有關，可能與下頜生長發育也有關系，即顱頸姿勢會影響顱面部形態，而顱面部形態因素影響頭姿勢。因此他們認為良好的體位是正畸醫生值得注意的因素。2007年Sonnesen[10]等比較骨性Ⅰ類患者與骨性Ⅲ類患者的頸椎形態，發現骨性Ⅲ類患者中61.4%有頸椎融合，12.3%有頸椎后弓缺乏。他們在2008年研究了骨性Ⅱ類錯患者的頸椎形態，結果顯示，覆蓋范圍在5.47 mm～15.29 mm間的下頜后縮的骨性Ⅱ類患者中52.9%有頸椎融合，5.9%有頸椎后弓缺乏的形態特征。2011年Arntsen[11]等對7～15歲下頜后縮，覆蓋>6 mm的213名正畸治療前患者進行頸椎形態的研究，結果骨性Ⅱ類下頜后縮的患者頸椎形態異常更明顯。這些研究表明頸椎形態與骨性錯和頭位之間有密切關系。02
咬合
Solow[12]等研究發現前牙段擁擠超過2 mm的患者頸椎角大于無擁擠患者組平均3°～5°。AlKofide[13]等研究180名沙特阿拉伯人的頭姿勢與咬合的關系，研究對象取自然頭位。結果發現頭姿勢與深覆，Ⅱ類磨牙關系及反具有明顯的相關性，與牙列擁擠情況沒有明顯的相關性。Kim等[14]研究111名，年齡6～18歲青少年的頸椎形態，發現頭姿勢與開之間具有相關性，骨性開組23.7%具有頸椎形態的異常，但是與牙性開組沒有明顯相關性。骨性Ⅲ類錯下頜前突患者頸椎形態異常的發生率比矢狀向正常患者高，進而對頭姿勢產生影響。總的來講，矢狀向上下頜骨差異越大(如下頜后縮的骨性Ⅱ類，下頜前突的骨性Ⅲ類，骨性開等Ⅱ類及Ⅲ類，開，深覆蓋咬合關系)，頸椎形態異常的概率越大，對頭姿勢的影響也大。03
顳下頜關節
顳下頜關節的關節盤是下頜與顱面骨的連接間質，并與相關的韌帶與肌肉連接，因此下頜骨、關節、顱面骨是相互作用的整體。顳下頜關節紊亂病(TMD)的經典診斷標準是精神病學建立的RDC(Research Diagnostic Criteria)研究所的TMD標準。許多研究者針對顱頸姿勢的異常與頭姿勢及TMD之間是否具有相關性進行研究。2015年Faulin等[15]研究頭姿勢與TMD之間相關性，結果顯示無論對象有無TMD，不同個體普遍存在頭姿勢異常表現。Matheus等[16]的研究也認為頭姿勢與TMD沒有相關性。但是有些研究認為頭姿勢與TMD有關。Visscher等[17]研究表明不同下頜運動可能會產生不同負荷加載，從而影響頭位。黃麗等[18]研究比較顳下頜關節紊亂病成人患者與健康者之間頸椎姿勢。結果表明成人顳下頜關節紊亂病患者頭呈前傾、前伸位。Ohmure等[19]研究頭位與髁突位置關系，表明髁突位置越靠后頭越表現前伸位，并且與髁突的這樣位置關系會造成髁突與關節盤位置關系紊亂，從而引起TMD。盡管相關研究較多，但是關于TMD與頭位之間的相關性至今還在爭論，仍需長期、大樣本量、以及三維方向的研究進行解釋。04
下頜位置
Halazonetis[20]研究了面部形態對確定矯正頭位的影響。該研究由有十年以上臨床經驗的7名正畸醫生對同一對象不同頦部位置(分別向后2°，向前2°)的照片分別確定頭位，結果顯示不同頦部位置會影響醫生對頭位的主觀判斷，同時說明矯正頭位的可重復性好但是主觀性比自然頭位強。Springate等[21]選取59名孩子的頭顱側位片研究自然姿勢位(自覺平衡位)與生長發育的關系，結果顯示面部的生長發育方向與頭姿勢具有很明顯的相關性，而且顱頸姿勢明顯與下頜生長發育方向相關。頸椎的形態影響到顱面部的形態發育，從而間接地影響頭姿勢，其中顱面部骨骼發育包括牙槽骨的發育。四、頭位與美學
自然頭位是臨床觀察對象最常用的頭位，而頭位確定是正畸、正頜、整形外科等評價面部協調，進行治療設計以及比較手術前后效果時的重點內容。20世紀初，口腔正畸學由Angel建立的方絲弓技術逐漸發展起來，當時正畸治療的目標僅局限于建立口內牙齒的穩定咬合。隨著技術的發展、生活質量及美觀要求的提高，軟組織美觀逐漸納入正畸治療目標。Steiner、Ricketts和Tweed-Merrifield等提出了牙齒、頜骨、顱面部以及軟組織美觀因素兼顧的頭影測量分析方法，而頭位的確定正是這些分析方法的基礎。發明直絲弓技術的Andrews[22]認為面部的美學標準難以界定，并提出口頜面協調六個要素(six elements)將牙齒、頜骨及面部軟組織的美與協調納入正畸診斷。Andrews六要素中確定前額中心點(FFA點)是評價軟組織側貌的重要步驟，具體方法是：患者坐直背部不接觸椅子，調整醫生和患者頭部高度在相同水平，根據前額的形態和位置確定FFA點，從本質來講也是一種確定頭位的方法(圖1)。如此，評價美觀的基礎仍然是頭位。最近許多面部協調美觀評價相關的研究，應用三維影像技術，基于硬組織和軟組織三維方向分析比例協調的面貌。
圖1 Andrews六要素中第二要素，確定前額中心點并于切牙關系的分析
五、三維頭位確定方法隨著影像學技術的發展，三維面相技術已能夠實現帶有色、性、質感的面部軟組織數據獲取和與CBCT的配準。這一進展使得對頭位的研究進一步完善，不僅能夠解釋頭位的上下傾斜，而且能夠解釋頭位在左右以及前后方向的旋轉，使同時觀察軟硬組織確定頭位成為可能。傳統頭顱側位片用額托、指針來固定患者頭位盡量保持不動。CBCT帶有確定頭位的參考激光線，獲取影像時根據參考激光線可調整患者頭位，并指示患者不動。但是由于獲取影像過程中會產生不同時間點的差異(如溫度等外部環境的變化)、不同儀器的使用、頭位轉動以及個體差異(如情緒等個體內部環境變化)，測量之前再定位(reorientation)是不可缺少的過程。在三維虛擬空間當中確定頭位關鍵步驟為確定坐標系。
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基于三維硬組織參考平面的頭位確定方法
構建三維頭顱的坐標系可以利用某些解剖標志點。目前仍然認為FH參考平面與地面平行時的頭位最經典，也是在臨床中最普遍應用的頭位。該方法需選取雙側眶下點(Or)和耳點(P)建立FH平面[23,24]。由于三維空間中雙側眶下點和雙側耳點很難同時一致，因此需選取其中的3個點構建有意義的FH水平參考平面。Oh等[25]研究比較雙側眶下點和雙側耳點中隨機選取三個參考標志點構建的4種不同FH平面，結果顯示沒有明顯差異，但是建議選取雙側眶下點。Cevidanes等[26]研究三維空間中確定自然頭位的可靠性。研究中硬組織解剖標志點選取雙側眶下點和雙側耳點，由經驗不同的學生和專家的目測來確定自然頭位，結果顯示該方法具有可接受的可靠性。
目前三維顱面數據構建正中矢狀面常用方法有ICP算法，PA算法，點構法。點構法應用位于顱面正中位置的解剖標志點構建正中矢狀面(Median sagittal plane，MSP)。常用的解剖標志點有鼻根點(N點)、前鼻棘點(ANS點)、蝶鞍點(S點)、顱底點(Ba點)、樞椎齒突點(Dent點)。這些解剖標志點在頭顱三維模型中的確定具有高度可重復性。普氏分析法(Procrustes analysis，PA)、迭代最近點法(interactive closest point, ICP)等分析方法是借助逆向工程軟件構建顱面部正中矢狀面。PA是在三維顱面重建的模型中選取雙側基本對稱結構區域的幾個解剖標志點，基于這些解剖標志點在逆向工程軟件中計算幾何中心點和矩陣，通過鏡像操作得到三維顱面模型的鏡像體，將所得的矩陣移到鏡像后三維顱面模型，最后可得鏡像體與原始體對稱的三維數據生成對稱平面。ICP是將三維顱面數據進行重建獲得模型后，調整模型位置，進行鏡像操作，對鏡像后三維顱面模型與原始模型進行全局配準，使得對稱平面生成。Xiong等[27]應用三維面相比較ICP和PA分別建立正中矢狀面方法的可行性(圖2)。結果顯示兩種方法應用在三維面相均有可行性。王斯維等[28]比較三種不同方法構建的正中矢狀面之間的差異，結果表明ICP算法和利用S-N-Ba點的傳統點構法之間沒有統計學差異，但是這兩種算法和PA算法之間有統計學差異。Damstra等[24]研究發現顱面部分別使用PA算法和點構法構建的正中矢狀面之間有統計學差異。
圖2 PA算法構建正中矢狀面的流程
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基于三維軟組織參考平面的頭位確定方法
對軟組織來講，目前為止對自然頭位的定義除了平視前方以外，沒有明確的確定方法。有些軟件專門用以確定三維空間當中頭位的位置并利用軟件自帶的坐標系來建立頭位、進行測量。Baik等[29]利用軟組織N點作為坐標系的原點，構建正中矢狀面、水平面和冠狀面，該方法涉及到Camper’s平面確定頭位，但是由于個體差異的存在，對不同個體使用同一參考值來確定水平面的方法存在個體誤差(圖3)。Lim等[30]利用三維面掃數據研究骨性Ⅲ類患者下頜后移手術(mandibular setback surgery, MSS)前后軟組織的變化，坐標系以N點為原點，雙側外眥點(Ex)連線為X軸，使Y軸與X軸垂直，Z軸與XY平面垂直并與地面平行。
圖3 應用三維面相建立坐標系
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展望
由于影像獲取過程中產生誤差，對影像進行再定位過程是必然的，為了得到近似患者實際狀態的精準數據，需要不斷探索。本綜述涉及到頭位的定義、影響因素、臨床中的重要性以及確定方法。目前CBCT、三維面相、三維牙頜模型可進行多源三維數據整合，不僅可獲得的患者個性化顱面三維數據，而且可實現個體顱面部三維方向的分析。隨著影像技術的發展和應用，很快四維技術將可記錄面部動態信息，使對牙、頜、關節、顱面復合體的靜態和動態結合分析成為可能，提高臨床醫生診斷及治療方向的精準性。
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