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[摘要]目的:采用几何形态测量法来探讨骨性III类错牙合下颌形态的特征。方法:随机选取恒牙初期骨性III类与Ⅰ类错牙合患者头颅侧位片各30张,描记下颌的16个标志点,数字化后采用Procrustes重叠法、薄板曲线法、欧式距离矩阵法和常规头影测量法,以骨性Ⅰ类错牙合患者作为对照组,对骨性III类错牙合与Ⅰ类错牙合进行两组间t检验从而对其下颌形态进行比较。结果:III类错牙合与Ⅰ类错牙合相比,下颌形态有差异(P<0.05),III类错牙合组髁状突长度、升支高度、下颌体长度增加,颞颌关节、颏部都靠前,下切牙舌倾。结论:III类错牙合的下颌形态有其自身特点,并影响III类错牙合的形成。
[关键词]III类错牙合;下颌形态;几何形态测量法
[中图分类号]R783.5 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455(2010)04-0565-04
Mandible morphometric study of class III malocclusion
LIU Yang,HOU Lu,MU Ming-kui,HU Narisu,LU Xiao-li
(Department of Orthodontics,The Second Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,Heilongjiang,China)
Abstract:ObjectiveGeometric Morphometric Analysis was introduced in the field of orthodontics to explore morphological character of mandible in class III malocclusion.MethodsThe lateral cephalograms of 60 skeletal classⅠand class III malocclusion were selected randomly. The cephalograms were described and sixteen homologous landmarks on mandible were identified and digitized. Procrustes superimposition, thin-plate spline, euclidean distance matrix and conventional cephalometrics analysis were used to analyse. T-test was used in treatment group(class III) and control group(class Ⅰ) to find differences in mandible morphology.ResultsCompared with class Ⅰ, the mandible morphology of class III had difference(P<0.05).The lengths of processus condyloideus and mandible,the height of rami ascendens were increased in class III. The position of temporomandibular joint and mental region changed forward. The lower incisor leaned to lingua. ConclusionThe mandible morphologies in class III malocclusions had special characteristics. The mandible affected the development of class III malocclusion.
Key words:Class III malocclusion;mandible morphology;geometric morphometric
安氏III类错牙合是我国儿童常见的一种错牙合畸形,被认为是一种随着年龄增长畸形逐渐加重的疾病。下颌骨作为颅面部的重要组成部分,几乎构成了面下1/3的大部分,对III类错牙合的形成具有一定的影响,而以往对安氏III类错牙合下颌骨的研究多采用的是传统的头影测量,并以事先确定的参考平面为标准,反映的是相对参考平面的位置关系,而忽视了物体自身形状的表达。近年来几何形态测量学被引入到正畸领域,其结果输出更为全面直观。
本研究采用几何形态测量与传统头影测量两种方法,对骨性III类与Ⅰ类错牙合患者的下颌形态进行对比研究來探讨III类错牙合的下颌形态的特征,以明确下颌形态与错牙合的关系。
1材料和方法
1.1 临床资料:随机选取2008年5月～2009年9月在哈医大二院正畸科就诊的安氏Ⅰ类错牙合和III类错牙合患者治疗前的X线头颅侧位片各30张,男、女比例1:1,年龄12～16岁,平均14岁。纳入标准:①汉族,身体健康,发育正常,无先天发育畸形,无口腔不良习惯;②无正畸治疗史,无面部外伤史,无颞下颌关节病史及症状;③X线片要求清晰,分辨率高;④Ⅰ类错牙合要求:磨牙为中性关系 0° 1.2 几何形态测量法
1.2.1 数字化及定点:用同一扫描仪以1:1的比例对所有的头颅定位侧位片进行扫描后,将其转化为JPG格式的图形文件,然后在电脑上用APSDigit2.42软件对图像进行定点。共选出18个标志点(如图1)。
1.2.2最小平方和重叠法(Procrustes Superimposition,PS):为了使两组头颅侧位片上的各同源标志点间距离最小,采用APSDigit分析软件分别将两组头颅侧位片进行等比例放大、旋转重叠等方法处理,以相应标志点间距离的平方和最小为重叠标准,重叠后各标志点的平均位置称为一致点,连接所有一致点便会得到一个平均图形,该平均图形也是后续EDMA和TPS分析的基础。对残差(各样本标志点与一致点的距离之差)进行方差分析,可看出两组间是否有差异。
1.2.3薄板曲线法(Thin-plate Spline Analysis,TPS):用数学方法扭转标定有标志点的方格图[1],使各同源标志点尽可能地靠近,最终得到下颌骨的变形方格图,来直观的显示出骨性Ⅰ类和III类错牙合的下颌骨形态。
1.2.4 欧式距离矩阵分析法(Euclidean Distance Matrix Analysis,EDMA):用WinEDMA软件处理在最小平方和重叠法中得到的平均图形,得到的平均图形的标志点间线距比例矩阵可反映出两组间下颌形态的特征。
1.3 常规头影测量分析:8个线距、8个角度、1个线距比被用来评价两组间下颌骨的形态差异。在同一亮度下,用硫酸纸定点描绘头颅定位侧位片,对测量项目进行测量。经SPSS13.0统计软件对Ⅰ类和III类错牙合组的测量值进行两样本t检验。
2结果
2.1 最小平方和重叠法:对骨性Ⅰ类和III类错牙合的两个平均图形的残差矩阵进行F检验,下颌图形残差2.835×10-3(P<0.05),提示Ⅰ类错牙合与III类错牙合的下颌形态有差异。
2.2 薄板曲线法:进行Ⅰ类错牙合和III类错牙合的下颌形态比较,Ⅰ类骨面型的下颌平均形状显示,背景方格的直线是相互平行的,表明为规则性变化(如图2)。与Ⅰ类错牙合病例的下颌平均形状相比,III类错牙合病例下颌平均形状发生以下变化(如图3)。
通过对比以上两图,可以看出方格直线发生扭曲变形。所有反映髁突的标志点都在水平方向上发生压缩、垂直方向上延伸。Co、Co1、Ar向上向前移动,Co2向前下移动,从Co到Go区域方格发生明显延伸,反映出升支高度变长,观察Id、Li点区域发现方格直线在水平方向发生压缩,且Id、Li点向后移动,Go、Po点前移。
2.3 欧式距离矩阵分析法:Ⅰ类错牙合和III类错牙合的颅底平均形状经EDMA软件分析,以Ⅰ类错牙合对照组为分母,III类错牙合组为分子,分析结果见表1。
线距比值:在髁突、升支、下颌体部、颏部、牙槽突处两组间有明显差异。相对于Ⅰ类错牙合组,III类错牙合组的髁突宽度(Co1-Co2)减少了0.9%,髁突长度(L1-Co1)增加了1.2%,升支高度(Co-Go)增加了2%;III类错牙合组较Ⅰ类错牙合组在牙槽突矢状向上(Mn-Id)减小了0.7%,(Mn-Li)减小了1.1%,(L1-Po)增加了1%。
2.4 传统头影测量分析结果:经过对头颅侧位片的测量,得到测量结果如下(见表2～4)
结果显示,两组错牙合的升支高Ar-Go,下颌体长Go-Po,下颌总长度Ar-Gn,III类错牙合组比Ⅰ类错牙合组明显变大,而III类错牙合组的ī-MP、ī-NB角、颏角IdPo-MP显著变小;相对于Ⅰ类错牙合组,III类错牙合组的下颌角Ar-Go-Me、SNPo变大,Po-NB线距也显著变大,而ī-NB线距显著变小,Id-Me颏高在两组间无显著性差异;升支高/下颌体长两组间也有差异。
3讨论
3.1 几何形态测量与传统头影测量:本研究采用几何形态测量学中的3种方法(Procrustes重叠法、TPS法和EDMA法)与传统的头影测量进行比较发现,应用几何形态测量法进行研究时,不需要确定参考平面,因此可避免传统头影测量法在确定参考平面时产生的不足,达到最佳的重叠;并且几何形态测量法所用的标志点的权重是相同的,不会因为某几个权重较大的标志点的位置误差而明显影响结果的准确性。另外其输出结果也更加直观,有助于分析下颌骨形态差异。
3.2下颌形态的特点:下颌骨是颅面部唯一可动的骨,其生长发育易受外界因素的影响,它的大小、形状、位置对形成个体协调的面型具有重要的作用。通常认为颅底结构决定髁状突的位置,而髁状突的生长方向能影响下颌的生长旋转[2]。而临床上采用传统头影测量方法时,最常用的SNB角只能反映出下颌相对于颅底的位置关系,而很难全面定量的评价出下颌骨形态的差异。因为个体的下颌骨形态多变,除了在大小、形状方面有差异外,位置和旋转因素也常对其结果产生影响。所以,有必要采取以坐标向量为研究基础的形态测量法对其进行全面描述。HP.Chang,PH.Liu等[3]用几何形态测量法对下颌前突的下颌骨形态做了研究,结果显示上颌小且后移,下颌骨长且前移。Nanda等人研究[4]发现上下颌骨水平关系的变化主要取决于下颌骨水平生长量的个体差异,而与上颌骨水平向生长无密切关系,III类错牙合主要表现是下颌前突而上颌相对正常。本研究结果显示, 恒牙初期骨性III类错牙合的下颌体长度、下颌总长度、升支高度、髁状突长度明显增加,升支高/下颌体长显著变小,说明了下颌骨水平向过度生长超过垂直向生长,这与Singh的研究结果相同[5]。与Ⅰ类错牙合组相比,III类错牙合组的下颌骨形态已发生了明显变化,下颌角变钝,下颌角点位置前移。关节点Ar、髁顶点Co位置前移表明颞下颌关节位置前移,颞下颌关节位置前移造成了下颌前伸,这与国外许多学者的研究结果相同[6]。III类错牙合组的颏部形态也发生了一系列的变化,颏角变小,Po-NB距显著变大表明骨性III类错牙合组下颌颏部骨量充分,颏部发育过度,这又进一步加重了III类错牙合骨面型,而下切牙代偿性舌倾可以掩饰已存在的颌骨畸形。
本研究结果证实III类错牙合的下颌形态有其自身特点,并影响III类错牙合的形成。
[参考文献]
[1]Kendall DG.A survey of the statistical theory of shape[M].Statistical Science,1989:87-120.
[2]Dibbets JMH. Morphologial association between the Angle classes[J].Eur J Orthod,1996,18(2):111-118.
[3]Chang HP,Liu PH,Yang YH,et al.Craniofacial morphometric analysis of mandibular prognathism[J].J Oral Rehabil,2006,33(3):183-193.
[4]Nanda R, Biomechanic and esthetic strategies in clinical orthodontics[M]. WB Saunders Co,Philadelphia, PA 2005
[5]Singh G.D.Spline analysis of the mandible in human subjects with class malocclusion[J].Archs Oral Biol, 1997,42:345-353.
[6]Cohlmia JT, Ghosh J, Sonha PK, et al. Tomographic assessment of temporomandibular joints in patients with malocclusion[J].Angle Orthod,1996,66(2):27-35.
[收稿日期]2010-02-01 [修回日期]2010-03-11
編辑/何志斌
[关键词]III类错牙合;下颌形态;几何形态测量法
[中图分类号]R783.5 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455(2010)04-0565-04
Mandible morphometric study of class III malocclusion
LIU Yang,HOU Lu,MU Ming-kui,HU Narisu,LU Xiao-li
(Department of Orthodontics,The Second Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,Heilongjiang,China)
Abstract:ObjectiveGeometric Morphometric Analysis was introduced in the field of orthodontics to explore morphological character of mandible in class III malocclusion.MethodsThe lateral cephalograms of 60 skeletal classⅠand class III malocclusion were selected randomly. The cephalograms were described and sixteen homologous landmarks on mandible were identified and digitized. Procrustes superimposition, thin-plate spline, euclidean distance matrix and conventional cephalometrics analysis were used to analyse. T-test was used in treatment group(class III) and control group(class Ⅰ) to find differences in mandible morphology.ResultsCompared with class Ⅰ, the mandible morphology of class III had difference(P<0.05).The lengths of processus condyloideus and mandible,the height of rami ascendens were increased in class III. The position of temporomandibular joint and mental region changed forward. The lower incisor leaned to lingua. ConclusionThe mandible morphologies in class III malocclusions had special characteristics. The mandible affected the development of class III malocclusion.
Key words:Class III malocclusion;mandible morphology;geometric morphometric
安氏III类错牙合是我国儿童常见的一种错牙合畸形,被认为是一种随着年龄增长畸形逐渐加重的疾病。下颌骨作为颅面部的重要组成部分,几乎构成了面下1/3的大部分,对III类错牙合的形成具有一定的影响,而以往对安氏III类错牙合下颌骨的研究多采用的是传统的头影测量,并以事先确定的参考平面为标准,反映的是相对参考平面的位置关系,而忽视了物体自身形状的表达。近年来几何形态测量学被引入到正畸领域,其结果输出更为全面直观。
本研究采用几何形态测量与传统头影测量两种方法,对骨性III类与Ⅰ类错牙合患者的下颌形态进行对比研究來探讨III类错牙合的下颌形态的特征,以明确下颌形态与错牙合的关系。
1材料和方法
1.1 临床资料:随机选取2008年5月～2009年9月在哈医大二院正畸科就诊的安氏Ⅰ类错牙合和III类错牙合患者治疗前的X线头颅侧位片各30张,男、女比例1:1,年龄12～16岁,平均14岁。纳入标准:①汉族,身体健康,发育正常,无先天发育畸形,无口腔不良习惯;②无正畸治疗史,无面部外伤史,无颞下颌关节病史及症状;③X线片要求清晰,分辨率高;④Ⅰ类错牙合要求:磨牙为中性关系 0°
1.2.1 数字化及定点:用同一扫描仪以1:1的比例对所有的头颅定位侧位片进行扫描后,将其转化为JPG格式的图形文件,然后在电脑上用APSDigit2.42软件对图像进行定点。共选出18个标志点(如图1)。
1.2.2最小平方和重叠法(Procrustes Superimposition,PS):为了使两组头颅侧位片上的各同源标志点间距离最小,采用APSDigit分析软件分别将两组头颅侧位片进行等比例放大、旋转重叠等方法处理,以相应标志点间距离的平方和最小为重叠标准,重叠后各标志点的平均位置称为一致点,连接所有一致点便会得到一个平均图形,该平均图形也是后续EDMA和TPS分析的基础。对残差(各样本标志点与一致点的距离之差)进行方差分析,可看出两组间是否有差异。
1.2.3薄板曲线法(Thin-plate Spline Analysis,TPS):用数学方法扭转标定有标志点的方格图[1],使各同源标志点尽可能地靠近,最终得到下颌骨的变形方格图,来直观的显示出骨性Ⅰ类和III类错牙合的下颌骨形态。
1.2.4 欧式距离矩阵分析法(Euclidean Distance Matrix Analysis,EDMA):用WinEDMA软件处理在最小平方和重叠法中得到的平均图形,得到的平均图形的标志点间线距比例矩阵可反映出两组间下颌形态的特征。
1.3 常规头影测量分析:8个线距、8个角度、1个线距比被用来评价两组间下颌骨的形态差异。在同一亮度下,用硫酸纸定点描绘头颅定位侧位片,对测量项目进行测量。经SPSS13.0统计软件对Ⅰ类和III类错牙合组的测量值进行两样本t检验。
2结果
2.1 最小平方和重叠法:对骨性Ⅰ类和III类错牙合的两个平均图形的残差矩阵进行F检验,下颌图形残差2.835×10-3(P<0.05),提示Ⅰ类错牙合与III类错牙合的下颌形态有差异。
2.2 薄板曲线法:进行Ⅰ类错牙合和III类错牙合的下颌形态比较,Ⅰ类骨面型的下颌平均形状显示,背景方格的直线是相互平行的,表明为规则性变化(如图2)。与Ⅰ类错牙合病例的下颌平均形状相比,III类错牙合病例下颌平均形状发生以下变化(如图3)。
通过对比以上两图,可以看出方格直线发生扭曲变形。所有反映髁突的标志点都在水平方向上发生压缩、垂直方向上延伸。Co、Co1、Ar向上向前移动,Co2向前下移动,从Co到Go区域方格发生明显延伸,反映出升支高度变长,观察Id、Li点区域发现方格直线在水平方向发生压缩,且Id、Li点向后移动,Go、Po点前移。
2.3 欧式距离矩阵分析法:Ⅰ类错牙合和III类错牙合的颅底平均形状经EDMA软件分析,以Ⅰ类错牙合对照组为分母,III类错牙合组为分子,分析结果见表1。
线距比值:在髁突、升支、下颌体部、颏部、牙槽突处两组间有明显差异。相对于Ⅰ类错牙合组,III类错牙合组的髁突宽度(Co1-Co2)减少了0.9%,髁突长度(L1-Co1)增加了1.2%,升支高度(Co-Go)增加了2%;III类错牙合组较Ⅰ类错牙合组在牙槽突矢状向上(Mn-Id)减小了0.7%,(Mn-Li)减小了1.1%,(L1-Po)增加了1%。
2.4 传统头影测量分析结果:经过对头颅侧位片的测量,得到测量结果如下(见表2～4)
结果显示,两组错牙合的升支高Ar-Go,下颌体长Go-Po,下颌总长度Ar-Gn,III类错牙合组比Ⅰ类错牙合组明显变大,而III类错牙合组的ī-MP、ī-NB角、颏角IdPo-MP显著变小;相对于Ⅰ类错牙合组,III类错牙合组的下颌角Ar-Go-Me、SNPo变大,Po-NB线距也显著变大,而ī-NB线距显著变小,Id-Me颏高在两组间无显著性差异;升支高/下颌体长两组间也有差异。
3讨论
3.1 几何形态测量与传统头影测量:本研究采用几何形态测量学中的3种方法(Procrustes重叠法、TPS法和EDMA法)与传统的头影测量进行比较发现,应用几何形态测量法进行研究时,不需要确定参考平面,因此可避免传统头影测量法在确定参考平面时产生的不足,达到最佳的重叠;并且几何形态测量法所用的标志点的权重是相同的,不会因为某几个权重较大的标志点的位置误差而明显影响结果的准确性。另外其输出结果也更加直观,有助于分析下颌骨形态差异。
3.2下颌形态的特点:下颌骨是颅面部唯一可动的骨,其生长发育易受外界因素的影响,它的大小、形状、位置对形成个体协调的面型具有重要的作用。通常认为颅底结构决定髁状突的位置,而髁状突的生长方向能影响下颌的生长旋转[2]。而临床上采用传统头影测量方法时,最常用的SNB角只能反映出下颌相对于颅底的位置关系,而很难全面定量的评价出下颌骨形态的差异。因为个体的下颌骨形态多变,除了在大小、形状方面有差异外,位置和旋转因素也常对其结果产生影响。所以,有必要采取以坐标向量为研究基础的形态测量法对其进行全面描述。HP.Chang,PH.Liu等[3]用几何形态测量法对下颌前突的下颌骨形态做了研究,结果显示上颌小且后移,下颌骨长且前移。Nanda等人研究[4]发现上下颌骨水平关系的变化主要取决于下颌骨水平生长量的个体差异,而与上颌骨水平向生长无密切关系,III类错牙合主要表现是下颌前突而上颌相对正常。本研究结果显示, 恒牙初期骨性III类错牙合的下颌体长度、下颌总长度、升支高度、髁状突长度明显增加,升支高/下颌体长显著变小,说明了下颌骨水平向过度生长超过垂直向生长,这与Singh的研究结果相同[5]。与Ⅰ类错牙合组相比,III类错牙合组的下颌骨形态已发生了明显变化,下颌角变钝,下颌角点位置前移。关节点Ar、髁顶点Co位置前移表明颞下颌关节位置前移,颞下颌关节位置前移造成了下颌前伸,这与国外许多学者的研究结果相同[6]。III类错牙合组的颏部形态也发生了一系列的变化,颏角变小,Po-NB距显著变大表明骨性III类错牙合组下颌颏部骨量充分,颏部发育过度,这又进一步加重了III类错牙合骨面型,而下切牙代偿性舌倾可以掩饰已存在的颌骨畸形。
本研究结果证实III类错牙合的下颌形态有其自身特点,并影响III类错牙合的形成。
[参考文献]
[1]Kendall DG.A survey of the statistical theory of shape[M].Statistical Science,1989:87-120.
[2]Dibbets JMH. Morphologial association between the Angle classes[J].Eur J Orthod,1996,18(2):111-118.
[3]Chang HP,Liu PH,Yang YH,et al.Craniofacial morphometric analysis of mandibular prognathism[J].J Oral Rehabil,2006,33(3):183-193.
[4]Nanda R, Biomechanic and esthetic strategies in clinical orthodontics[M]. WB Saunders Co,Philadelphia, PA 2005
[5]Singh G.D.Spline analysis of the mandible in human subjects with class malocclusion[J].Archs Oral Biol, 1997,42:345-353.
[6]Cohlmia JT, Ghosh J, Sonha PK, et al. Tomographic assessment of temporomandibular joints in patients with malocclusion[J].Angle Orthod,1996,66(2):27-35.
[收稿日期]2010-02-01 [修回日期]2010-03-11
編辑/何志斌