Virtual craniometry using the skull anatomy program

Full Text

Решение проблем сохранения здоровья, улучшения качества жизни и продления жизни остаются актуальными во всех областях медицины, в том числе и в стоматологии. В научных исследованиях стоматологи ориентируются на индивидуальную изменчивость строения лица. Внешний вид человека в течение жизни претерпевает ряд изменений. Наиболее заметно они проявляются на голове и шеи. Это связано с особенностями их анатомического строения, а также с многочисленными проявлениями физиологических и психологических процессов [1, 2]. В антропологии достаточно детально разработан раздел краниологии, вместе с тем до настоящего времени особенности строения черепа недостаточно изучены во всем их многообразии, которое позволяло бы для фундаментальных и прикладных целей исчерпывающе судить об индивидуальной и групповой изменчивости этой части скелета [3].

В современных условиях стремительное развитие и активное внедрение новых информационных технологий во всех отраслях знаний, в том числе и в фундаментальных медицинских исследованиях имеют наиважнейшее значение [4]. До настоящего времени анатомические структуры черепа изучались с применением классических методов и работ, посвященных использованию современных информационных технологий крайне мало [5, 6, 7]. Создан программный комплекс, который позволяет изучать анатомические структуры в трехмерном виртуальном пространстве, а также индивидуализированная компьютерная база изображений анатомических структур средней трети лица и наружного носа, дополненная трехмерными векторными моделями и оснащенная средствами визуализации и виртуальной антропометрии. Размеры и форма наружного носа являются важным диагностическим признаком в антропологических исследованиях, так как отличаются высокой изменчивостью: расовой, возрастно-половой, индивидуальной. Сравнение результатов исследования с классическими морфометрическими методами подтвердило высокую достоверность метода виртуальной антропометрии [8].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение анатомических параметров мужских черепов второго периода зрелого возраста с использованием оригинальной программы Skull anatomy.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе были исследованы 57 черепов лиц мужского пола зрелого возраста второго периода (36–60 лет для мужчин) в соответствии с классификацией, принятой Международным симпозиумом по возрастной периодизации в Москве в 1965 г. Черепа взяты из коллекции кафедры анатомии человека Волгоградского государственного медицинского университета с отсутствием признаков повреждений механического характера и системных заболеваний скелета. Данное исследование было одобрено локальным этическим комитетом Волгоградского государственного медицинского университета (протокол № 172-2013 от 27 марта 2013 г.).

Согласно дизайну исследования, на первом этапе проведены краниометрические исследования на черепах мужского пола зрелого возраста 2-го периода с использованием оригинальной программы Skull anatomy (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021663704 от 20.08.2021 г.) [9]. Для получения изображения объекта применялся многофункциональный портативный 3D-сканер Shining 3D EinScan Pro 2X Plus (рис. 1).

Этапы получения виртуального изображения черепа: калибровка сканера; фиксирование маркеров на черепе; выбор режима сканирования и режима совмещения; сканирование; обработка полученных данных; моделирование полученного 3Д-изображения; расстановка оператором точек на модели по образцу; автоматический расчет программой заданных параметров.

С использованием программы определялись краниометрические точки по Р. Мартину с учетом поправок В. П. Алексеева и Г.Ф. Дебеца (1964): альвеоляре (al), базион (ba), брегма (b), глабелла (g), дакрион (d), зигион (zy), зигомаксилляре (zm), назион (n), назоспинале (ns), назолатерале (nl), опистокранион (op), простион (pr), фронто-маляре-темпорале (fmt), эурион (eu) (рис. 2, 3).

При изучении лицевого отдела на каждом черепе были измерены: верхняя высота лицевого черепа (n – al) – расстояние между назионом и альвеоляре; скуловой диаметр (zy – zy), который представляет собой наибольшее расстояние между наружными поверхностями скуловых дуг; средняя ширина лица (zm – zm), которая определялась между нижними зигомаксиллярными точками; верхняя ширина лица (fmt – fmt) – расстояние между точками фронто-маляре-темпорале; ширина носа (nl – nl) – наибольшее расстояние между краями грушевидного отверстия; дакриальная ширина (d – d) – прямое расстояние между точками дакрион; длина основания лица (ba – pr) – расстояние между эндобазионом и простионом; высота носа (n – ns) – расстояние между назионом и назоспинале.

 

Рис. 1. Программно-аппаратный комплекс для сканирования черепа

 

Рис. 2. Окно программы Skull anatomy

 

Рис. 3. Краниометрические точки, определяемые программой Skull anatomy

 

По результатам данных измерений определены указатели: высотно-продольный, поперечно-продольный, высотно-поперечный, верхний лицевой указатель.

Высотно-продольный указатель определялся как процентное соотношение высотного диаметра к продольному диаметру:

$\frac{ba-b}{g-op}\cdot 100\%$ (1)

Поперечно-продольный указатель (или черепной индекс) определялся как процентное соотношение поперечного диаметра черепа к продольному диаметру:

$\frac{eu-eu}{g-op}\cdot 100\%$ (2)

Высотно-поперечный указатель рассчитывался по формуле, (соотношение высотного диаметра к поперечному, выраженное в процентах):

$\frac{ba-b}{eu-eu}\cdot 100\%$ (3)

Верхний лицевой указатель рассчитывался как процентное соотношение верхней высоты лица к скуловому диаметру:

$\frac{n-al}{zy-zy}\cdot 100\%$ (4)

В зависимости от поперечно-продольного указателя (2) все черепа были распределены на 3 формы: брахикрания, мезокрания и долихокрания. При поперечно-продольном указателе 74,9 и менее определялась долихокрания, от 75,0 до 79,9 – мезокрания, при черепном индексе 80,0 и более – брахикрания.

Количественные данные обрабатывали с помощью программы Statistica 12.0 (StatSoft Inc., США) с расчетом показателей, принятых для характеристики непараметрических выборок в медико-биологических исследованиях: нормальность распределения значений, медиана [1-й квартиль, 3-й квартиль] и оценивали достоверность различий выборок. Для анализа различий между двумя независимыми выборками использовали критерий Манна – Уитни при достоверности p < 0,05. Для анализа более двух независимых выборок использовался критерий Краскала – Уоллиса при достоверности p < 0,05. Для оценки корреляционной зависимости значений использовали метод ранговой корреляции Спирмена: слабая <0,5, умеренная в интервале от 0,5 до 0,8, сильная >0,8 при достоверности p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

После проведенной краниометрии были получены и обработаны данные мозгового и лицевого отделов черепа и на их основании черепа были распределены на 3 формы (табл.)

 

Результаты краниометрии мозгового отдела черепов мужского пола зрелого возраста второго периода

Краниометрический параметр	Форма черепа
	брахиокраническая	долихокраническая	мезокраническая
Возраст, год	52 [44 ÷ 58]	48 [42 ÷ 57]	53 [50 ÷ 59]
Поперечный диаметр, мм	143,0* [140,0 ÷ 147,0]	135,0* [128,0 ÷ 139,0]	139,0* [135,0 ÷ 145,0]
Продольный диаметр, мм	170,0* [165,0 ÷ 175,0]	183,0* [176,0 ÷ 186,0]	175,0* [170,0 ÷ 185,0]
Высотный диаметр, мм	135,0 [130,0 ÷ 137,0]	129,5 [121,0 ÷ 138,0]	130,0 [126,0 ÷ 132,0]
Длина основания черепа, мм	100,5* [95,0 ÷ 105,0]	107,5* [105,0 ÷ 111,0]	104,0* [100,0 ÷ 105,0]

* Статистически значимые различия, непараметрический критерий Краскала – Уоллиса, p < 0,05.

 

При измерении поперечного диаметра черепа было получено самое низкое значение долихокранической формы черепа, при этом у брахиокранической и мезокранической форм черепа эти значения больше на 5,9 и на 2,9 % соответственно (p < 0,05). Расстояние между глабеллой и опистокранионом у брахиокранической формы черепа было меньше на 7,1 и 2,9 % по сравнению с другими формами черепа соответственно. Между тремя формами черепа имеются статистически значимые различия по продольному диаметру. Значения показателя расстояния между базионом и брегмой по медиане были в диапазоне от 130,0 до 135,0 мм, статистически значимых различий по данному параметру между разными формами не выявлено. Расстояние по медиане между назионом и эндобазионом у долихокранической формы черепа явилось самым большим по сравнению с мезокранической и брахиокранической формами черепа, у которых оно меньше на 3,3 и на 6,5 % соответственно. Между всеми формами черепа отмечаются статистически значимые различия по данному параметру.

На следующем этапе нами определена зависимость между краниометрическими параметрами у всех форм черепа. В результате мы выявили наличие зависимости умеренной силы между поперечным диаметром и продольным диаметром у брахиокранической формы черепа, которая составила r = 0,58 (p < 0,05), у других параметров мозгового отдела статистически значимых связей выявлено не было (рис. 4).

У долихокранической формы черепа были выявлены 2 статистически значимые зависимости от продольного диаметра: поперечный диаметр и длина основания черепа (рис. 5). Статистически значимая зависимость высотного диаметра от остальных показателей обнаружена не была.

 

Рис. 4. Зависимость между поперечным и продольным диаметрами у брахиокранической формы черепа. Корреляционный параметр Спирмена, p < 0,05

 

У мезокранической формы черепа была обнаружена аналогичная сильная зависимость, как и у других форм черепа, и она составила r = 0,93, p < 0,05 (рис. 6).

Полученные результаты виртуальной краниометрии мозгового отдела черепа показывают, что основными параметрами, по которым отличаются формы черепов у лиц мужского пола зрелого возраста второго периода, являются поперечный и продольный диаметры черепа и длина его основания. Также нами было выявлено отсутствие зависимости параметров от возраста, но была доказана статистически значимая зависимость поперечного и продольного диаметров черепа, встречающаяся во всех изученных группах.

 

Рис. 5. Зависимость: А – между длиной основания черепа и продольным диаметром у долихокранической формы черепа; Б – между поперечным и продольным диаметрами у долихокранической формы черепа. Корреляционный параметр Спирмена, p < 0,05

 

Рис. 6. Зависимость между поперечным и продольным диаметрами у мезокранической формы черепа. Корреляционный параметр Спирмена, p < 0,05

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные нами результаты виртуальной краниометрии черепов лиц мужского пола 2-го периода зрелого возраста с использованием оригинальной программы «Skull anatomy» позволили выявить те краниометрические параметры, которые зависят от возраста и их формы, что является важным дополнением к уже имеющимся знаниям по анатомии человека, в частности, индивидуальным особенностям его строения.

About the authors

Andrey I. Perepelkin

Volgograd State Medical University

Author for correspondence.
Email: similipol@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5964-3033

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Pediatric Surgery, 

Russian Federation, Volgograd

Angelika V. Tumanova

Volgograd State Medical University

Email: tum69-34@mail.ru

Assistant of the Department of Anatomy

Volgograd

Anastasia A. Perepelkina

Volgograd State Medical University

Email: nashanasti@mail.ru

2nd year student of Dental Faculty

Russian Federation, Volgograd

References

Supplementary files