《Progress in Orthodontics》：Can a cephalogram be used to estimate palatal suture maturity to inform expander selection
编辑推荐：
腭中缝（MPS）成熟度在很大程度上决定了矫正上颌横向发育不足时是否需要进行更具侵入性的干预。CBCT是评估MPS成熟度最常用的方法，但并未常规配备，且相较于侧位头颅片会使患者接受更高水平的电离辐射。鉴于侧位头颅片包含大量形态学特征，本研究旨在借助深度学习（DL
腭中缝（MPS）成熟度在很大程度上决定了矫正上颌横向发育不足时是否需要进行更具侵入性的干预。CBCT是评估MPS成熟度最常用的方法，但并未常规配备，且相较于侧位头颅片会使患者接受更高水平的电离辐射。鉴于侧位头颅片包含大量形态学特征，本研究旨在借助深度学习（DL）算法，仅利用整张侧位头颅片来估算CBCT定义的MPS成熟度。研究人员从两家不同医院环境中获取了543组配对的CBCT与侧位头颅片文件，构成内部与外部数据集。应用数据增强与五折交叉验证策略，通过迁移学习启动六种基于ResNet的DL算法，训练采用AdamW优化器与早停策略，随后在留出的外部数据集上测试模型，并运用Grad-CAM技术揭示模型决策过程。所有算法均表现出良好分类性能，曲线下面积（AUC）介于0.91至0.97；集成TKSGA模块的模型在判别力、校准度与临床效用上优于基线模型，其决策模式可解释，热图显示牙齿、颈椎及鼻咽气道形态为主要关注区。结论认为，在CBCT不可用或不具适应证时，侧位头颅片联合先进DL算法可作为补充工具，用于指导腭扩展器选择。
研究背景方面，上颌横向发育不足常需通过腭中缝（mid-palatal suture，MPS）扩展矫正，而MPS成熟度决定干预方式：未完全融合（A-C期）可用牙支持快速腭扩展（rapid palatal expansion，RPE），已骨化（D-E期）则需手术或骨性支抗辅助，以避免牙周损伤与治疗失败。金标准CBCT虽能分五期评估MPS，但设备非常规配备、电离辐射高于侧位头颅片，且儿童累积辐射风险受关注；年龄、性别等替代指标在C-D过渡期个体差异大、不可靠。既往研究提示侧位头颅片中的颈椎成熟（cervical vertebral maturation，CVM）等形态与MPS成熟相关，深度学习（deep learning，DL）已从影像中提取人眼忽视的特征。研究人员假设仅用侧位头颅片加DL可补充估算CBCT定义的MPS成熟度，故开展本研究。
关键技术方法上，研究人员回顾性收集武汉大学口腔医院主院区与光谷院区2020至2025年、30岁及以下无正畸史等条件的543对患者配对侧位头颅片与CBCT，主院区作内部集（437例）、光谷作外部测试集（106例）；CBCT按Angelieri法结合轴位与冠状位标注A-E期并二分为未成熟（A-C）与成熟（D-E），两名正畸医师双盲重复标注、专家仲裁，Cohen’s Kappa近完美；侧位片缩放至224×224，五折交叉验证，训练集做翻转旋转等增强；以ImageNet预训练ResNet-18/50/101为骨干，嵌入自研Top-K稀疏全局注意力（TKSGA）模块构成CNN-Transformer混合架构，对照无TKSGA基线，迁移学习冻结多数层、AdamW+预热余弦退火+早停，Grad-CAM可视化。
研究结果部分，样本与标注可靠性中，内部437例与外部106例，标注者间Kappa 0.952、重测0.960，组内0.880–0.920，参考标准可靠。交叉验证性能显示六模型训练平稳无过拟合，F1随样本增而平台化，ResNet-50A等AUC超0.9。测试集判别力中，外部测试ResNet-50A最优：准确率0.93、敏感性0.94、特异性0.92、F1 0.94、Kappa 0.86；TKSGA使三模型准确率至少升7点，DeLong检验ResNet-18A/50A的AUC提升显著。校准性能中，TKSGA组校准更优，ResNet-50A Brier 0.059、斜率1.445，对未成熟预测偏自信、成熟略保守。临床效用中，决策曲线示阈值概率0.1–0.9时净收益高于全治/全不治，TKSGA版净收益更高。后验稳健性分析排除E期仍稳健。模型可解释性中，Grad-CAM热图显示TKSGA模型稳定激活牙齿（尤双尖牙与第二磨牙）、颈椎、鼻咽气道，无TKSGA模型无临床区域聚焦；牙列反映生长阶段，颈椎示骨骼龄，鼻咽气道关联鼻呼吸与颌面发育。
讨论部分总结，研究人员指出Angelieri分期仅靠轴位存争议，本研究加冠状位提升标注效度；DL从侧位片捕捉到牙列、颈椎、气道等综合线索间接反映MPS成熟，弥补年龄单一指标不足，但CBCT仍是金标准，侧位片DL模型定位“补充工具”。TKSGA引入全局稀疏注意力弥补CNN局部感受野限制，假阳性致过度侵入、假阴性致副作用，故以F1选优，TKSGA在判别、校准、解释上均占优。局限含10岁以下CBCT少、便利抽样、单模态输入，需多中心多期扩充与多模态融合。
结论翻译：基于本初步研究，先进DL算法可从侧位头颅片估算CBCT定义的MPS成熟度；当CBCT不可用或不具适应证时，临床医生可将所提算法作为补充工具以指导腭扩展器选择；TKSGA模块进一步增强了ResNet骨干在此任务中的判别力与可解释性；Grad-CAM热图提示牙齿、颈椎与鼻咽气道是利用侧位头颅片预测MPS成熟度的关键关注区域。该研究发表于《Progress in Orthodontics》。
