錐形束CT在種植體周圍骨小梁結(jié)構(gòu)臨床研究中的應(yīng)用

孫皖蘇，陳青峰，張亨國，潘濤，孫衛(wèi)革，蔣勇

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院口腔科，安徽 合肥 230022；2.中國人民解放軍國防科技大學(xué)門診部，安徽 合肥 230022；3.安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院口腔科，安徽 合肥 230022；4.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬八一醫(yī)院口腔科，江蘇 南京 210002)

在口腔種植領(lǐng)域，頜骨骨質(zhì)對種植體周圍骨的重建及種植體預(yù)后起著至關(guān)重要的作用。眾所周知成功率及種植修復(fù)遠期效果主要取決于骨-種植體界面成功的骨結(jié)合?，F(xiàn)今大多數(shù)口腔種植研究者主要集中在骨質(zhì)(牙槽骨高度和寬度)精確測量、骨密度測量、解剖學(xué)標(biāo)志以及模擬手術(shù)[1-2]。然而骨質(zhì)評估主要由骨礦物質(zhì)的密度及骨小梁結(jié)構(gòu)兩方面決定。骨小梁的微結(jié)構(gòu)是骨質(zhì)重要參數(shù)之一[3]。計算三維骨參數(shù)及骨結(jié)構(gòu)指數(shù)根據(jù)美國骨與礦物質(zhì)代謝學(xué)會的推薦規(guī)范。尺寸單位毫米(mm),根據(jù)Parfittis系統(tǒng)命名參數(shù)：骨小梁體積百分數(shù)(BV/TV)，骨小梁模式因素(Tb.Pf)，結(jié)構(gòu)模型指數(shù)(SMI)，骨小梁厚度(Tb.Th)，骨小梁數(shù)(Tb.N)，骨小梁間隙(Tb.Sp)(表1)。

表1 骨小梁三維形態(tài)參數(shù)

顯微CT(Micro-CT)是骨小梁結(jié)構(gòu)評估的金標(biāo)準(zhǔn)，但是Micro-CT只能用于評估小的骨樣本，不能用于掃描臨床患者[4]。錐形束CT(CBCT)由于廣泛的實用性，迅速掃描及圖像處理，高分辨率頜骨的曲面重建圖像，顯著降低的掃描輻射和平民化的價格，選定頜骨種植區(qū)域使用CBCT種植前后掃描的需求激增。

近年來，研究者通過體外實驗對比CBCT與Micro-CT掃描人體頜骨樣本，評估骨小梁結(jié)構(gòu)。研究數(shù)據(jù)表明CBCT評估頜骨骨小梁結(jié)構(gòu)可行[5]。

1 資料與方法

1.1一般資料此次研究病例取自安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院口腔種植科，2015年2月至2017年6月，25～60歲年齡段種植修復(fù)患者，選取符合以下條件的20例患者，其中男性7例，女性13例。

入選標(biāo)準(zhǔn)：(1)患者年齡超過18周歲，無糖尿病，甲狀腺疾病，骨質(zhì)疏松癥等嚴(yán)重疾病，無抽煙史；(2)患者種植后即刻拍攝CBCT掃描片。患者種植術(shù)后3個月復(fù)診，行二期手術(shù)后一周安裝種植體上部結(jié)構(gòu)進行全冠修復(fù)(種植體上部結(jié)構(gòu)采用黏接固位)。術(shù)后6個月復(fù)診拍攝CBCT掃描片；(3)患者缺牙區(qū)骨量滿足種植體植入要求，均無需植入骨粉。種植手術(shù)由相同的種植醫(yī)生和修復(fù)醫(yī)生完成。種植體選擇ITI Straumann 10 mm骨水平種植體，牙齦切開翻瓣，種植體植入完成后軟組織皮瓣縫合固定。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)種植體植入手術(shù)時伴局部或全身感染性疾病；(2)骨質(zhì)疏松癥；(3)腎臟疾病或鈣代謝紊亂；(4)頜骨良、惡性疾?。?5)頜骨外傷或近期外科手術(shù)；(6)近期或長期服用二膦酸鹽類藥物；(7)曾經(jīng)頸部和頭部行放射治療。

1.2檢查方法20例患者通過CBCT(SS-X9010DPro-3DE，合肥美亞光電技術(shù)有限公司)掃描記錄影像學(xué)圖像。患者編號1～20，手術(shù)后即刻圖像編號Ⅰ，術(shù)后6個月圖像編號Ⅱ。所有患者頜骨掃描遵循如下曝光條件：像素0.26 mm，360°旋轉(zhuǎn)，管電壓88 Kv，管電流8 mA，掃描時間60 s,分辨率0.27 px·mm-1，層厚0.251 5 mm ，視野480 mm×480 mm。

1.3圖像處理

1.3.1導(dǎo)入圖像 使用Xnconvert軟件將CBCT圖像轉(zhuǎn)化成BMP圖像格式后導(dǎo)入松質(zhì)骨分析軟件CTAn (Version 1.13，SkyScan，Belgium)。

1.3.2種植體周圍骨感興趣區(qū)域(ROI)高度選擇 通過“Regions of interest”操作，在種植體縱切面圖上選擇完整種植體高度(10 mm),選取的圖像集保存為ROI文件，供后續(xù)分析。

1.3.3確定骨小梁與種植體灰度閾值 進入“binary selection”界面，種植體在對應(yīng)的灰度閾值范圍為254～255時，完全顯影。而種植體周圍骨組織，在對應(yīng)的灰度閾值范圍為13～41時，完全顯影(圖1)，同時盡量避免選入低密度軟組織結(jié)構(gòu)。

1.3.4種植體周圍骨小梁結(jié)構(gòu)分析 進入“custom processing”界面，種植體區(qū)域需向外擴張6個像素，避開掃描時緊貼金屬的骨質(zhì)，減少高密度金屬偽影影響。種植體區(qū)域擴張26個像素圖像剪切擴張的6像素圖像，獲得20像素種植體周圍圓環(huán)形圖像即為ROI橫斷面(本研究對應(yīng)圖片資料見圖2)。最后通過三維分析程序計算感興趣集(VOI)區(qū)域的骨小梁微結(jié)構(gòu)參數(shù)，代表相應(yīng)的種植體周圍骨形成情況。

2 結(jié)果

BV/TV、Tb.Pf、SMI、Tb.Th、Tb.N術(shù)后即刻、術(shù)后6個月前后變化差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)：術(shù)后6個月相對于術(shù)后即刻，BV/TV、Tb.Th、Tb.N數(shù)值增加；Tb.Pf、SMI數(shù)值減少。Tb.Sp術(shù)后即刻、術(shù)后6個月前后變化差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

表2 時間變化前后種植體周圍骨小梁參數(shù)

注：圖A、C分別為同一患者種植手術(shù)后即刻、種植術(shù)后6個月，圓環(huán)柱狀感興趣區(qū)域橫截面；B、D分別為此橫截面圓環(huán)形感興趣區(qū)域內(nèi)骨小梁二值化圖

圖2種植體周圍骨小梁感興趣區(qū)域橫截面圖

具體見表2。

3 討論

種植體周圍骨對種植體初期穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，同樣也是種植體成功率的影響因素之一[6]。因此種植體手術(shù)后，追蹤不同時期種植體周圍骨小梁結(jié)構(gòu)變化為判斷種植體初期穩(wěn)定提供另一依據(jù)。目前大多數(shù)臨床研究主要集中在，不同時期通過CBCT圖像測量種植體周圍骨長度、寬度、高度，以及CBCT自帶“骨密度測量程序”測量二維平面圖像頜骨的骨密度。但是以上參數(shù)將骨小梁視為無孔的均勻結(jié)構(gòu)，使用單一的灰度值評估，不能全面反映三維空間骨小梁的變化。盡管Micro-CT是分析骨小梁結(jié)構(gòu)的金標(biāo)準(zhǔn)[7]，但其只能用于體外小樣本掃描，從而限制了臨床使用范圍[8]。

本研究通過CBCT圖像分析比較種植體周圍骨在種植術(shù)后即刻與術(shù)后半年骨小梁變化，得出骨小梁結(jié)構(gòu)的變化趨勢，為臨床醫(yī)生判斷植入種植體的預(yù)后效果提供數(shù)據(jù)支持。術(shù)后6個月相對于術(shù)后即刻，BV/TV、Tb.Th、Tb.N數(shù)值增加，說明在VOI內(nèi)骨小梁體積相對于總骨體積呈增長趨勢，骨小梁的立體厚度呈增長趨勢，骨小梁數(shù)目呈增長趨勢。Tb.Pf、SMI數(shù)值減少，說明在VOI內(nèi)孤立未連接的骨小梁數(shù)量呈減少趨勢，骨小梁三維立體結(jié)構(gòu)向板狀結(jié)構(gòu)變化，骨小梁趨向連接緊密。

骨小梁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的三維立體結(jié)構(gòu)，其有多種組成方式[9]。評估骨強度的骨小梁參數(shù)是Tb.Pf、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp，骨密度與骨強度并不總是呈正相關(guān)[9]。例如，低密度骨可能伴隨低數(shù)值Tb.Th與Tb.N，高數(shù)值Tb.Sp[10]。研究指出當(dāng)BV/TV值升高，骨小梁形態(tài)呈板狀(低SMI值)，當(dāng)BV/TV值降低，骨小梁形態(tài)呈棒狀(高SMI值)。密質(zhì)骨可以Tb.N 和 Tb.Th數(shù)值低伴連接緊密的骨小梁，松質(zhì)骨可以Tb.N 和 Tb.Th數(shù)值高伴稀疏的骨小梁[9]。

一些研究報道指出[11-16]，CBCT測量出的骨小梁參數(shù)值與Micro-CT測量出的骨小梁參數(shù)值相比偏小或偏大。出現(xiàn)測量誤差主要有以下四點原因。第一，骨小梁厚度大約100～300 μm，CBCT體素270 μm是常規(guī)Micro-CT體素10 μm的 27倍，由于體素(CT容積數(shù)據(jù)采集中最小的體積單位)差別大，CBCT掃描圖像只能識別厚的骨小梁，導(dǎo)致測量出偏小的骨小梁數(shù)量[11]。高體素圖像同樣會導(dǎo)致部分容積效應(yīng)的增加，測量出的Tb.Th數(shù)值不精確[12]，高體素、低分辨率圖像同樣會導(dǎo)致以上誤差。第二，信噪比對圖像描繪精細解剖結(jié)構(gòu)成像起著重要作用，足夠高的信噪比可以補償?shù)涂臻g分辨率帶來的影響[13]。CBCT信噪比比Micro-CT信噪比低[14]。第三，每一次患者掃描頜骨圖像時頭部微小的移動同樣影響圖像質(zhì)量。第四，CTAn軟件中骨小梁閾值選擇范圍[15]，閾值的低值選擇過小導(dǎo)致軟組織干擾后續(xù)數(shù)據(jù)分析，閾值的高值選擇過大導(dǎo)致牙體、根管治療充填材料，密質(zhì)骨干擾后續(xù)分析。由于較小的骨小梁在二值化圖像中沒有顯現(xiàn)，導(dǎo)致CBCT圖像通過灰度值分析薄骨小梁區(qū)域時出現(xiàn)較大的測量誤差，如Tb.Sp數(shù)值偏大。研究者推薦對密度相對較大的骨小梁進行CBCT圖像分析，盡量減少實驗分析誤差[16]。因此本研究選擇種植術(shù)后6個月與術(shù)后即刻骨小梁進行對比，術(shù)后6個月種植體周圍骨結(jié)構(gòu)變化趨于穩(wěn)定。研究分析種植體整體周圍骨小梁變化趨勢，并未再細分種植體冠部1/3，中部1/3，底部1/3周圍骨小梁測量，同樣基于減少研究數(shù)據(jù)誤差考慮。

綜上所述，CBCT可應(yīng)用于臨床分析種植體周圍骨小梁結(jié)構(gòu)變化。種植體周圍骨小梁經(jīng)過6個月時間，骨小梁體積增長，數(shù)目、厚度增加，骨小梁之間的連接更加緊密，骨小梁形態(tài)趨向板狀結(jié)構(gòu)，骨小梁之間的空間厚度未見明顯變化。本研究為觀察種植體植入后初期穩(wěn)定性及種植修復(fù)遠期效果提供CBCT圖像分析種植體周圍骨小梁變化的研究思路。同樣在種植體周圍炎的治療與研究中，通過觀察牙周治療前后種植體頸部骨小梁變化，判斷種植體周圍炎病情發(fā)展。在即刻種植修復(fù)遠期效果的觀察中，可通過CBCT圖像分析種植體周圍骨小梁變化情況評估。

(本文圖1見插圖9-2)