偏最小二乘法對于下頜骨手術(shù)術(shù)后軟組織改變預(yù)測的研究.pdf

1、目的：本課題通過建立三維頭影測量模型，對圖像融合技術(shù)進(jìn)行評估并使用偏最小二乘法對下頜骨前徙、后退、牽張成骨術(shù)后的軟組織改變做出預(yù)測,與目前常用的計(jì)算機(jī)算法普通最小二乘法對比，評價(jià)其精度。
　　實(shí)驗(yàn)一:使用數(shù)字化影像融合技術(shù)建立頭影測量模型
　　材料：采集經(jīng)我院診斷為頜骨畸形并進(jìn)行單頜或雙頜正頜外科手術(shù)患者的病例。影像設(shè)備為（1）GALILEOS CBCT系統(tǒng)（Sirona Dental Systems，Inc. Charlo

2、tte，USA）、（2）三維光學(xué)掃描裝置（3dMD，Gorgia，Atlanta,USA）。
　　方法：1.采集面部三維影像；2.對解剖標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)字化標(biāo)記；3.將CBCT與3dMD影像進(jìn)行融合。
　　結(jié)果：計(jì)算機(jī)模擬的軟組織影像由大量阻尼質(zhì)量彈簧模型構(gòu)成，而連接硬組織與軟組織的多邊形既包含阻尼彈簧模型又包含數(shù)十萬個(gè)非線性硬組織和軟組織之間的連接點(diǎn)。阻尼彈簧模型可以計(jì)算并模擬真實(shí)組織的物理特性、模擬三維節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的形變，包括面、

3、四面體、邊緣等。雖然面部各個(gè)區(qū)域的軟組織彈性存在差別，但其彈性模量參數(shù)可作為預(yù)測軟組織形變的參考。
　　結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)成功建立了CBCT與3dMD影像的融合模型，為下一步實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。
　　實(shí)驗(yàn)二:計(jì)算機(jī)三維頭影測量面部軟組織位點(diǎn)精度的評估
　　材料：1.選取經(jīng)實(shí)驗(yàn)一研究隊(duì)列的5例成年患者(3名男性，2名女性)進(jìn)行頭影測量。
　　方法：每例選擇12個(gè)軟組織標(biāo)志點(diǎn)和10個(gè)硬組織標(biāo)志點(diǎn)，于術(shù)前1周使用Simp la

4、nt O&O軟件在實(shí)驗(yàn)一已建立模型基礎(chǔ)上對C BC T生成的軟組織和3dM D影像分別進(jìn)行標(biāo)記，所選的解剖標(biāo)志點(diǎn)基本涵蓋面部各大分區(qū)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算解剖標(biāo)志點(diǎn)多邊形的平均差值，并記錄該解剖標(biāo)志點(diǎn)在水平方向（X軸）和垂直方向（Y軸）的向量差值。收集的數(shù)據(jù)通過student-t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算P值，并選擇95％作為可信區(qū)間。
　　結(jié)果：將CBCT生成的軟組織影像與3dMD影像重合后，選定的解剖標(biāo)志點(diǎn)在兩種影像之間的垂直和水平向量差

5、反映了局部融合影像的精度。軟組織標(biāo)志點(diǎn)垂直方向測量誤差范圍為0.01 mm～2.32 mm，平均誤差為絕對值為1.27 mm。12個(gè)軟組織位點(diǎn)中，垂直方向平均誤差最大的軟組織位點(diǎn)為上口點(diǎn)（1.33 mm）；誤差最小的軟組織位點(diǎn)為鼻根點(diǎn)（－0.02 mm）；水平方向平均誤差最大的軟組織位點(diǎn)為上口點(diǎn)（1.02 mm）；誤差最小的軟組織位點(diǎn)為鼻突點(diǎn)（－0.01 mm）。
　　結(jié)論：本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示3dMD三維光學(xué)掃描影像和CBC T影像融

6、合精度達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)。
　　實(shí)驗(yàn)三：偏最小二乘法預(yù)測正頜手術(shù)軟組織變化模型的建立
　　材料：本研究受試對象包括22例患者（9名女性，年齡段：17-27歲，平均年齡21歲；13名男性，年齡段：19-24歲，平均年齡22歲），患者均被診斷為嚴(yán)重錯(cuò)牙合畸形，需要并完成正頜手術(shù)矯正。
　　方法：共設(shè)定24個(gè)預(yù)測變量（X矩陣）。設(shè)定預(yù)測變量 x1…xp…xP分別為患者的年齡、性別、正頜手術(shù)的類型與數(shù)量（單、雙頜，頦成形術(shù)）以及術(shù)后

7、時(shí)間。紀(jì)錄測量術(shù)前16個(gè)骨組織標(biāo)志點(diǎn)和28個(gè)術(shù)前軟組織標(biāo)志點(diǎn)測量值以及48個(gè)正頜手術(shù)后頜骨前后方向和垂直方向的變量。64個(gè)應(yīng)變量（y…yr…yR）包括在X和Y軸在32軟組織標(biāo)志點(diǎn)和軟組織的變化。
　　結(jié)果：使用Two-stage partial square analysis進(jìn)行分析，ANOVA結(jié)果顯示，各軟組織標(biāo)志點(diǎn)之間存在關(guān)聯(lián)（p＝0.039）。 PLS和OLS在水平和垂直向量均存在顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（水平向量X各點(diǎn)P值：鼻突點(diǎn)0

8、.03,鼻中隔下點(diǎn)0.02，上、下唇點(diǎn)<0.0001，下齒槽座點(diǎn)0.03，頦前點(diǎn)0.04，頦下點(diǎn)0.0259，R點(diǎn)<0.0001；垂直向量Y各點(diǎn)P值：鼻突點(diǎn)<0.0001,鼻中隔下點(diǎn)<0.0001，上唇點(diǎn)0.0002，下唇點(diǎn)0.0004，下齒槽座點(diǎn)0.03，頦前點(diǎn)0.04，頦下點(diǎn)0.0259，R點(diǎn)<0.0001?？紤]到多個(gè)軟組織點(diǎn)實(shí)際值與預(yù)測值之間的差異，使用95%置信橢圓散點(diǎn)圖對幾種軟組織的解剖標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行比較OLS的95%置信區(qū)間橢圓

9、邊界明顯大于PLS法。
　　結(jié)論：PLS算法對于正頜手術(shù)術(shù)后軟組織改變的預(yù)測性能優(yōu)于OLS算法。
　　實(shí)驗(yàn)四：偏最小二乘法（PLS）對下頜后退術(shù)后軟組織變化預(yù)測的研究
　　材料：患者隊(duì)列納入標(biāo)準(zhǔn)：1.受試患者無嚴(yán)重的面部不對稱（術(shù)前檢查面部中線Pog’點(diǎn)偏差小于2 mm）；2.手術(shù)為單一下頜骨后退術(shù)（MSS），且由同一位主刀醫(yī)生完成；3.術(shù)式為雙側(cè)下頜升支矢狀劈開截骨術(shù)（術(shù)前B點(diǎn)平均值6.2±2.5 mm）。
　

10、　方法：患者于MSS術(shù)前和術(shù)后6個(gè)月后拍攝CBCT和3dMD影像，使用PLS算法計(jì)算個(gè)標(biāo)志點(diǎn)預(yù)測值。結(jié)果：受試患者包括23位骨性 III類錯(cuò)牙合畸形患者（8名男性和15名女性，平均年齡24.5±5.2歲,年齡段19.5-33歲，部分受試患者與實(shí)驗(yàn)二相同）。下頜骨平均后退值為3.3±1.6mm（頦下點(diǎn)）。MSS患者術(shù)后軟組織改變PLS預(yù)測值與實(shí)際測量值
　　結(jié)果：（1）單獨(dú)軟組織位點(diǎn)：鼻下點(diǎn)（s ub nasa le）的實(shí)際測量值與

11、PLS預(yù)測值之差絕對值最?。?.68±0.60 mm），唇下點(diǎn)誤差最大（3.51±0.7 mm）；（2）唇部和頦部高度變化：口點(diǎn)－下唇中點(diǎn)、口點(diǎn)-下齒槽座點(diǎn) PLS預(yù)測值與實(shí)際測量值差異明顯（P＝0.001）；（3）鼻部寬度變化：左右上唇結(jié)節(jié)連線表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；（4）唇部和嘴唇的寬度：左右上唇結(jié)節(jié)連線與左右口角連線均表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＝0.04，p＝0.03）；年齡、性別對PLS算法預(yù)測性能沒有明顯影響。
　　結(jié)論：PLS用于

12、對下頜后退術(shù)軟組織變化精度較好，但口周軟組織精度較差。
　　實(shí)驗(yàn)五：偏最小二乘法（PLS）對下頜前徙術(shù)（M AS）后軟組織變化預(yù)測的研究
　　材料：本實(shí)驗(yàn)隊(duì)列研究受試患者包括骨性II類錯(cuò)牙合畸形患者?；颊呒{入標(biāo)準(zhǔn)：1.受試患者無嚴(yán)重的面部不對稱；2.手術(shù)為單一下頜骨前徙術(shù)（MAS），且由同一位主刀醫(yī)生完成；3.術(shù)式為雙側(cè)下頜升支矢狀劈開截骨并前徙。
　　方法：同實(shí)驗(yàn)四。
　　結(jié)果：下頜骨前徙術(shù)后整體解剖標(biāo)志點(diǎn)的位

13、置變化（三維頭影測量值）。下頜骨前徙值為4.1±1.5mm（頦下點(diǎn)）。鼻下點(diǎn)、上唇中點(diǎn)、下唇中點(diǎn)、唇下點(diǎn)和軟組織頦前點(diǎn)的術(shù)前與術(shù)后值之間的變化值列于表1。其中位移最大點(diǎn)在鼻下點(diǎn)（3.51±0.7 mm），而最小位移在下唇中點(diǎn)（1.62±0.3 mm）。
　　結(jié)論：位移最大點(diǎn)在鼻下點(diǎn)，最小位移在下唇中點(diǎn)。
　　實(shí)驗(yàn)六：偏最小二乘法（PLS）對下頜前牙區(qū)牙槽嵴牽張成骨術(shù)及種植義齒修復(fù)后軟組織改變的預(yù)測研究
　　材料：患者隊(duì)

14、列納入標(biāo)準(zhǔn)：1.受試患者為外傷或腫瘤；2.牙槽骨牽下頜骨牽張區(qū)域放置牽張器后，經(jīng)過5天延遲期，按照每天1 mm的牽張骨量進(jìn)行牽張，直至理想頜骨高度?；颊咴谝韵氯齻€(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)：經(jīng) DO術(shù)提升頜骨至理想高度（T1），牽張器拆除（術(shù)后6個(gè)月，T2）和種植義齒修復(fù)完成時(shí)（術(shù)后1年，T3）分別拍攝CBCT和3dMD影像。影像采集方法同前。計(jì)算三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上唇中點(diǎn)（labrale superius）、下唇中點(diǎn)（labrale inferius）、鼻下

15、點(diǎn)（subnasale）、唇下點(diǎn)（sublabiale）和軟組織頦前點(diǎn)（soft tissue pogonion）以及唇部、頦部、面下部1/3高度變化等解剖標(biāo)志的術(shù)后實(shí)際測量值，并與PLS預(yù)測值進(jìn)行對比。進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)（α=0.05），計(jì)算平均絕對誤差，標(biāo)準(zhǔn)差和95%可信區(qū)間
　　。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示 DO保持期，PLS對軟組織改變預(yù)測效能較差。其中鼻下點(diǎn)-上唇中點(diǎn)（p＝0.05）、口點(diǎn)-下唇中點(diǎn)（p=0.003)、口點(diǎn)-下齒

16、槽座點(diǎn)(p=0.002)、口點(diǎn)-軟組織頦點(diǎn)（p=0.02)、鼻下點(diǎn)-下齒槽座點(diǎn)(p=0.01)、鼻下點(diǎn)-軟組織頦點(diǎn)(p=0.04)的 PLS預(yù)測值與實(shí)際值存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。其余解剖標(biāo)志點(diǎn)預(yù)測值與實(shí)際值無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。DO術(shù)后六個(gè)月，口點(diǎn)-下唇中點(diǎn)（p=0.001)、口點(diǎn)-下齒槽座點(diǎn)(p=0.001)的PLS預(yù)測值與實(shí)際值存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。其余解剖標(biāo)志點(diǎn)預(yù)測值與實(shí)際值無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論：在DO保持期，P LS對軟組織改變預(yù)測