基于深度学习自动化的双颌手术后区域髁突重塑与骨骼复发的两年前瞻随访研究：一项两年随访研究

《Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery》：Deep learning-automatic 3D analysis of regional condylar remodeling and skeletal relapse following bimaxillary surgery: a two-year follow-up study

　　

本研究旨在利用CBCT（锥形束CT）扫描量化双颌手术后术后区域髁突体积重塑及其在骨骼复发中的作用。研究人员分析了40例伴下颌发育不全并接受双颌手术的患者。于术前、术后1周及术后2年获取CBCT扫描。研究人员采用基于深度学习的3D区域髁突体积分析，并通过基于体素的配准（voxel-based matching）量化骨骼复发。上颌与下颌平均前徙量分别为2.87?mm与8.37?mm，相应平均矢状向复发为0.57?mm与1.62?mm。78%的髁突观察到术后体积丢失（平均丢失＝242?mm3；16%）。线性回归分析确定年龄、性别与前徙量为复发的显著预测因子。髁突体积丢失显著介导了手术前徙量与骨骼复发之间的关系，占总效应的29.1%。特定髁突区域亚体积与手术移动方向之间未发现显著相关性。这些发现强调了髁突体积稳定性在预测伴大范围前徙的双颌手术患者长期骨骼稳定性中的重要性。结果亦表明髁突重塑是与手术移动相关的广泛现象，而非局限于髁突特定解剖区域的局部过程。

该研究发表于《Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery》。研究背景方面，双颌手术（bimaxillary surgery）后骨骼复发（skeletal relapse）是常见并发症，既往刚性接骨板固定已显著降低截骨端复发，但髁突水平的复发仍突出，早期复发多与髁突围手术期移位、髁突下垂及下颌偏斜有关，晚期复发常关联髁突形态改变如髁突重塑（condylar remodeling, CR）乃至进行性髁突吸收（progressive condylar resorption, PCR）。髁突体积变化被认为与颞下颌关节负荷改变超出适应潜能有关，但既往多为二维或整体体积分析，缺乏区域细分与自动化高精度量化，且双颌手术因上颌多向移动与更大下颌前徙量，其髁突区域重塑与骨骼复发的关系尚待明确，因此研究人员开展此项基于深度学习自动3D分析的区域髁突重塑与骨骼复发关联的两年随访研究。

为开展研究，研究人员主要采用以下关键技术方法：研究队列为2009至2019年间Radboud University Nijmegen Medical Centre口腔科颌面外科收治的伴下颌发育不全的非综合征性II类错颌患者，年龄≥16岁，排除既往正颌史、术中外板骨折、颞下颌关节功能障碍及重度面部不对称者；于术前1至4周（Tpre）、术后1周（T1wk）、术后2年（T2yr）采用标准化协议采集CBCT（视野22×16?cm，扫描时间40?s，体素0.4?mm）；导入3DMedx?软件构建3D虚拟头颅模型，以前颅底为感兴趣区行基于体素的配准（voxel-based matching）实现时间序列叠加；用集成机器学习算法自动分割髁突并依据C平面（平行于Frankfurt平面且过C点即自然头位下 sigmoid切迹最尾侧点）界定髁突体积（C平面颅侧部分）；开发自动化工具在3ds Max 2022中将配准后的髁突按平行于中矢状面分为内、中、外三分之一，按平行于Frankfurt平面分为颅、尾份，再按前后平面分为前、后区，实现7个预定区域细分；骨骼移动与复发通过OrthoGnaticAnalyser?基于集成体素配准算法计算上颌、下颌远心段及近心段（proximal segment）的3D平移与旋转（六自由度）；统计采用ANOVA、线性回归（单变量与多变量后退法）、中介分析及G*Power后验效能检验，显著性设P≤0.05。

研究结果如下：

3.1 骨骼移动与复发（Skeletal movements and relapse）：研究人员通过体素配准量化显示，上颌A点平均前徙2.87?mm（SD?2.21?mm），矢状复发0.57?mm（占前徙20%），行上颌压低（impaction）者（n=17）垂直复发（0.63?mm）低于行伸长（extrusion）者（1.26?mm，P=0.012）；逆时针（CCW）上颌俯仰（pitch）者矢状（0.8?mm vs 0.2?mm，P=0.01）与垂直复发（1.26?mm vs 0.6?mm，P=0.01）大于顺时针（CW）者；下颌B点平均前徙8.37?mm（SD?3.60?mm），矢状复发1.62?mm（占19%），下颌矢状复发与上颌矢状复发（r=0.45，P<0.001）及随访期CW下颌pitch相关（r=0.23，P=0.04）；近心段术后即刻外侧展角（CR-angle）均值3.4°（71/80侧），随访期回缩复发1.3°，矢向旋转（SR-angle）中CCW组（均值4.7°）与CW组（均值1.5°）相比，CW组下颌矢状复发更高（3.2?mm vs 1.4?mm，P=0.012）。

3.2 髁突体积与骨骼复发（Condylar volume and skeletal relapse）：髁突术前均体1562.91?mm³（SD?467.65?mm³），术后均1431.33?mm³（SD?512.69?mm³），70%髁突（56/80）出现体积缩减，均丢失131.58?mm³（占8.4%，P=0.000）；下颌矢状复发≥2?mm组（17例）髁突体积丢失均值254?mm³显著高于<2?mm组（41?mm³，P<0.01），且术前髁突体积更小（1379?mm³vs 1699?mm³，P=0.002）；Pearson相关示髁突体积丢失与B点矢状复发相关（r=0.24，P<0.03）；中介分析表明髁突体积丢失显著介导下颌前徙量与矢状复发的关系，间接效应占总体效应的29.1%（B=0.083，P=0.003）。

3.3 区域重塑（Regional remodeling）：将髁突分为7区（颅侧外、中、内区对应原区3,6；2,5；1,4，再加尾侧不分内外即尾份整体）后统计显示，颅份均丢失72.56?mm³（?8.6%，P=0.003），尾份均丢失59.03?mm³（?8.2%，P=0.000）；内侧区（原区1,4）丢失27.73?mm³（?12.7%，P=0.001），中间区（原区2,5）丢失44.23?mm³（?11.0%，P=0.000），外侧区（原区3,6）无显著丢失（?0.3%，P=0.980）；前区（原区4,5,6）丢失41.64?mm³（?9.6%，P=0.006），后区（原区1,2,3）无显著差异（?7.6%，P=0.272）；具体分区中中间后区（Top?2）均丢30?mm³，内侧后区（Top?3）微增14?mm³；分组比较颅vs尾、外侧vs内侧vs中间、前vs后之体积丢失均无显著差异（P>0.05）；各区域体积变化与近心段六自由度移动无显著关联（P>0.05）。

3.4 复发与髁突重塑的预测（Prediction of relapse and condylar remodeling）：多变量线性回归（后退法）显示年龄、性别、前徙量、近心段移动及髁突体积丢失为下颌复发的显著预测因子，模型解释下颌复发方差55%（临床显著复发≥2?mm时调后R²达92%），解释总髁突体积丢失方差29%；但特定亚区体积丢失无显著预测模型，区域髁突体积丢失与下颌矢状复发也无显著关联（P>0.05）；ANOVA显示模型F=5.572，df1=21，df2=58，P<0.001，Adj?R²=0.549。

讨论部分总结：研究人员指出本研究优势在于采用验证过的深度学习辅助分割与体素配准实现半自动3D分析，低配准误差（0.05–0.12?mm）与体素体积误差（6.13–8.62?mm³）确保观测到的均242?mm³术后体积缩减代表真实生物适应而非测量误差；髁突体积丢失可分功能性CR与病理性PCR，本研究通过中介分析定量揭示体积丢失介导29.1%的下颌前徙→骨骼复发效应，表明体积丢失是术后力学负荷改变致骨骼不稳定的主要生物学途径；下颌前徙均值8.37?mm大于多数既往研究，关联复发与前徙量的结果区别于既往单一BSSO（双侧矢状劈开截骨术，bilateral sagittal split osteotomy, BSSO）研究中前徙较小（4.59?mm）未显相关，支持大前徙增加复发与PCR风险；上颌移动中仅压低关联较小术前髁突（r=0.345）但无显著重塑效应，上颌复发不影响髁突体积丢失；女性易发CR，但本研究未见术前髁突体积性别差异，支持激素（如17β-雌二醇）调控而非基线体积差异驱动女性易感性；尽管近心段术后外侧展与后续回缩被观测，区域分析却无局限于特定亚区的吸收模式，体积丢失弥散分布于颅/尾、内/中/外各区，提示手术近心段移动并不必然致髁突表面局灶压力点与局灶吸收，而是诱发髁突头广泛一般性重塑反应；多变量模型中年龄、性别、手术移动、髁突体积丢失作为独立预测因子，其中体积丢失更宜视为介导因子而非传统混杂因子，构成力学到生物再到骨骼改变的链条；回顾性设计与中等样本是局限，但后验效能0.91及观测指标与大型队列一致支持外部效度，未来需多中心前瞻大样本深化个体风险预测建模。结论部分翻译总结为：本研究证实双颌手术后髁突体积丢失与骨骼复发显著相关，髁突体积丢失占下颌前徙量与骨骼复发关系的29.1%；髁突重塑是与手术移动相关的广泛性现象，而非局限于髁突特定解剖区域的局部过程。