口腔頜面錐形束CT 在根折診斷中的應(yīng)用

李剛

北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，口腔生物材料和數(shù)字診療裝備國家工程研究中心-口腔數(shù)字醫(yī)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗室，北京（100081）

口腔頜面錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）是上世紀(jì)末發(fā)明的專用于口腔醫(yī)學(xué)的三維成像技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域。據(jù)文獻(xiàn)報道，采用CBCT 檢查的常見口腔疾病包括阻生智齒、種植修復(fù)、牙體牙髓病、顳下頜關(guān)節(jié)病、錯畸形、牙周病、多生牙、外傷和頜下腺疾病［1-2］。根折作為外傷和牙體牙髓病治療中常見的并發(fā)癥之一，由于部位隱匿，很難在直視下被觀察到，常常需要借助X 線檢查來輔助診斷。由于二維影像中相鄰解剖結(jié)構(gòu)的影像重疊以及根折裂紋的細(xì)小與隱匿，有時根折是臨床診斷中的一個難點(diǎn)。CBCT 的應(yīng)用，極大地提高了根折診斷的準(zhǔn)確性，使以受試者工作特征曲線下面積（area under the receiver operating characteristic curve，AUC）為代表的診斷準(zhǔn)確性由根尖片的0.481 提高到了0.919［3］。歐盟委員會2012年頒布的輻射防護(hù)172號文件“以循證醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)的牙頜面CBCT 應(yīng)用指南”中明確指出，對于牙外傷（可疑根折）的病例，當(dāng)根尖片檢查不能滿足治療計劃的確定時，建議采用小視野、高分辨率的CBCT 進(jìn)行檢查［4］。美國牙體牙髓病學(xué)會和口腔頜面放射學(xué)會聯(lián)合發(fā)布的“CBCT 在牙髓病中的應(yīng)用”指出對于復(fù)雜的牙-牙槽突創(chuàng)傷，特別是根折、牙脫位和牙槽突骨折，應(yīng)采用CBCT 檢查［5］。中華口腔醫(yī)學(xué)會牙體牙髓病專業(yè)委員會2021 年發(fā)表了“牙體牙髓病診療中口腔放射學(xué)的應(yīng)用指南”，其中也明確強(qiáng)調(diào)，當(dāng)根尖片無法判斷折裂線的根尖向延伸時建議使用CBCT。當(dāng)根管內(nèi)沒有能夠引起射線束硬化偽影的充填材料、樁核等時，CBCT 診斷牙根折裂的靈敏度和特異度均高于根尖片，其三維影像可清晰呈現(xiàn)頰舌側(cè)根折線的具體位置和牙槽骨破壞范圍，對診斷和治療方案的選擇具有指導(dǎo)意義［6］。

有關(guān)根折，尤其是應(yīng)用CBCT 診斷根縱裂一直是研究熱點(diǎn)，其研究內(nèi)容主要包括以下5 個方面：①CBCT 對根折的診斷效能研究，以上指南中相關(guān)內(nèi)容的發(fā)布，就是在大量離體和在體實(shí)驗充分論證了CBCT 在根折中的診斷效能優(yōu)于根尖片的基礎(chǔ)上建立的；②掃描參數(shù)對CBCT 診斷根折準(zhǔn)確性的影響，如掃描視野、空間分辨率、管電流和管電壓等；③圖像后處理技術(shù)，主要是金屬偽影消除技術(shù)（metal artifact reduction，MAR）的應(yīng)用能否提高根管治療后和根管內(nèi)有樁核時根折診斷的準(zhǔn)確性；④根縱裂臨床診斷模式的建立與驗證；⑤人工智能和對比劑在CBCT 圖像根折診斷中應(yīng)用。本文擬就這5 個方面對口腔頜面CBCT 在根折診斷中的應(yīng)用展開述評。

1 CBCT 對根折的診斷效能研究

有關(guān)CBCT 診斷根折的準(zhǔn)確性，在根管內(nèi)沒有充填物、樁核、金屬冠修復(fù)的前提下，診斷準(zhǔn)確性比較高［3,7-10］，這也是形成以上指南中相關(guān)內(nèi)容的一個重要基礎(chǔ)。但是，針對根管治療后、有樁核冠修復(fù)的患牙以及患牙鄰近種植體時，對根折的診斷準(zhǔn)確性差異很大［11-16］。這主要是由于根管內(nèi)致密的充填物、樁核、金屬冠等能夠產(chǎn)生射線束硬化偽影，如圖1 所示，可掩蓋根折細(xì)小的裂紋或裂開不明顯的病例，使其無法正確判斷，故在臨床中對于根管治療后的患牙，如果要觀察牙隱裂和細(xì)小的根折，應(yīng)在去除充填物的前提下拍攝CBCT，否則不建議拍攝。

Figure 1 CBCT beam hardening artifacts圖1 CBCT 射線束硬化偽影

2 掃描參數(shù)對CBCT 診斷根折準(zhǔn)確性的影響

2.1 空間分辨率

空間分辨率和掃描視野是最早被關(guān)注的兩個掃描參數(shù)?？臻g分辨率是指圖像中可辨認(rèn)的臨界物體空間幾何長度的最小極限，即對細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨率?？臻g分辨率越高說明圖像對細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力越強(qiáng)。圖像的理論空間分辨率=1/2*像素值，圖像的空間分辨率通常以像素大小來代表，像素值越小，說明圖像的空間分辨率越高。在CBCT 圖像中，以體素值來代表圖像的空間分辨率，體素值越小，理論上空間分辨率越高。例如，如果拍攝CBCT 圖像選用的體素值為150 μm，那么CBCT 圖像的理論空間分辨率約為3.3 lp/mm，高于200 μm時的2.5 lp/mm。理論上，空間分辨率越高，對細(xì)節(jié)觀察越清晰，診斷的準(zhǔn)確性就越高。歐盟委員會172 號文件明確建議采用小視野、高分辨率的CBCT 進(jìn)行根折檢查。但是，后期的研究顯示，實(shí)測空間分辨率往往小于理論空間分辨率［17-18］

筆者課題組前期的一項系統(tǒng)回顧與meta 分析顯示，對于沒有經(jīng)過根管治療的牙齒，CBCT 的體素大小并不能夠影響牙根折裂診斷的準(zhǔn)確性［8］。在這項系統(tǒng)回顧與meta 分析中，最終納入了12 篇文獻(xiàn)，研究主要集中于兩個品牌的CBCT 機(jī)，采用的體素值大小分別為i-CAT：125、200、250、300 和400 μm；3D Accuitomo：80 μm 和125μm。為了減少不同廠家機(jī)器設(shè)備本身因素，如探測器、圖像后處理技術(shù)等對圖像質(zhì)量的影響，根折診斷準(zhǔn)確性只在相同設(shè)備內(nèi)進(jìn)行比較。由于掃描時采用的體素大小與患者受到的輻射劑量成反比，即采用的體素越小，患者受到的輻射劑量越大［19-20］，所以在臨床實(shí)踐中如果較大體素條件下掃描獲得的CBCT 圖像與小體素掃描時獲得的CBCT 圖像具有同等的診斷效能，筆者會建議采用較大的體素進(jìn)行掃描，以此避免過度照射。筆者發(fā)現(xiàn)，在早期的研究中，研究者們很少關(guān)注根折裂隙的大小對根折診斷準(zhǔn)確性的影響，這也是有些實(shí)驗結(jié)果不一致的根本原因。筆者據(jù)此設(shè)計了一系列實(shí)驗來驗證根折裂隙寬度與方向?qū)Ω墼\斷準(zhǔn)確性的影響［21-22］。經(jīng)過計算，共搜集161 顆離體牙，采用金剛石線切割機(jī)制備了51 顆根縱裂（vertical root fracture，VRF）牙齒模型，分為寬裂隙組和窄裂隙組。采用四種CBCT 影像設(shè)備對模擬正常頜骨內(nèi)的離體牙進(jìn)行掃描，在保持掃描視野大小不變的情況下，掃描體素大小分別為New Tom VG：75、100、125、150 μm；3D Accuitomo 170：80、125、160、20、250、300 μm；ProMax 3D Mid；150、200 μm；i-CAT FLX：125、200、25、300 μm。通過受試者工作特征曲線下面積的計算來確定不同體素條件下CBCT圖像診斷根縱裂的準(zhǔn)確性，實(shí)驗結(jié)果如圖2。結(jié)果顯示，寬裂隙組的診斷準(zhǔn)確性高于窄裂隙組；CBCT掃描時采用的體素大小并不是影響根縱裂診斷準(zhǔn)確性的必要因素；根縱裂診斷準(zhǔn)確性與CBCT 機(jī)的自身性能有關(guān)。這與臨床實(shí)踐中的直觀感受是一致的，即越細(xì)小的裂紋越難觀察到。

Figure 2 Influence of CBCT voxel size on the diagnostic accuracy of vertical root fracture圖2 CBCT 體素對根縱裂診斷準(zhǔn)確性的影響

那么，根折診斷的準(zhǔn)確性是否與牙根折裂的方向有關(guān)呢？筆者在前一實(shí)驗的基礎(chǔ)上，選取了148 顆離體牙，其中18 顆牙齒沿著頰舌向，20 顆牙齒沿著近遠(yuǎn)中向制備根折線，根折寬度同上一實(shí)驗中的窄裂隙組。實(shí)驗結(jié)果表明除了3D Accuitomo 170 組有顯著性差異外，其他三組圖像無顯著差異。這一結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了根折診斷的準(zhǔn)確性與根折裂的方向關(guān)系不大，但與所選用CBCT 機(jī)有關(guān)，也進(jìn)一步說明了各個生產(chǎn)商所采用的生產(chǎn)工藝和圖像后處理技術(shù)是不相同的。

2.2 掃描視野

有關(guān)掃描視野對根折診斷準(zhǔn)確性的影響，有研究指出，患牙位于掃描視野中心位置時，根折診斷的準(zhǔn)確性最高，故建議拍攝CBCT 圖像時，應(yīng)將患牙置于圖像的中心位置［23］。這一研究結(jié)果與早期的實(shí)驗研究一致。另一方面，由于掃描視野的大小與所選用的體素值大小成正比，即掃描視野越大，所采用的體素值也會相應(yīng)增大，故掃描視野大小對診斷準(zhǔn)確性的影響，與體素大小對圖像診斷準(zhǔn)確性的影響是一致的。

2.3 管電流和管電壓

管電流和管電壓對CBCT 圖像質(zhì)量的影響主要依賴于根管內(nèi)是否有根充物，以及根折牙齒周圍是否有種植體等。對于沒有經(jīng)過根管治療牙齒根折的診斷，研究結(jié)果并不一致。有研究顯示，在根管內(nèi)沒有充填物，管電壓和掃描視野保持不變，管電流分別為4.0、5.0、6.3、8.0、10.0 mA 時，應(yīng)用CBCT 機(jī)Scanora 3DX（Soredex，芬蘭）掃描獲得的CBCT 圖像在管電壓為8 mA 和10 mA 時，診斷準(zhǔn)確性最高［24］；而另一項研究則顯示，管電流的變化對根折診斷的準(zhǔn)確性沒有影響［25］。在根管內(nèi)有根充物的情況下，管電壓的增高會提高根折診斷的準(zhǔn)確性，而管電流對診斷準(zhǔn)確性的影響，研究結(jié)果不一致［25-26］。有關(guān)管電壓和管電流對根折診斷準(zhǔn)確性的影響，筆者也做了一項研究，實(shí)驗結(jié)果表明，當(dāng)管電壓達(dá)到一定值時，如圖3 所示為90 kVp時，增加管電流并不能進(jìn)一步提高根折診斷的準(zhǔn)確性；管電壓較低時，增加管電流到一定數(shù)值時，可有效提高根折的診斷準(zhǔn)確性。但是這一數(shù)值的增加是有限度的，本實(shí)驗中，管電流為5 mA 時根折的診斷準(zhǔn)確性最高，再增加管電流，根折診斷準(zhǔn)確性不升反降［27］。結(jié)合以上研究結(jié)果，可以明確建議在拍攝CBCT 圖像診斷根折時應(yīng)采用高管電壓，低管電流模式，這樣不僅可以提高根折診斷的準(zhǔn)確性，而且可以同時減少對患者的輻射劑量。

Figure 3 Influence of CBCT tube current and tube voltage on the diagnostic accuracy of vertical root fractures圖3 CBCT 管電流、管電壓對根縱裂診斷準(zhǔn)確性的影響

3 圖像后處理技術(shù)對根折診斷準(zhǔn)確性的影響

由于根管治療后患牙內(nèi)的高密度充填物、樁核、金屬冠修復(fù)以及鄰近的種植體影響患牙根折線的觀察［28-29］，CBCT 生產(chǎn)廠商提出了能夠減少金屬偽影影響的金屬偽影消除技術(shù)（metal artifact reduction，MAR）。由于各廠商的MAR 技術(shù)采用的原理不同，效果也不盡相同。近期的研究及系統(tǒng)綜述和meta 分析表明，MAR 技術(shù)不能夠提高根折診斷的準(zhǔn)確性［30-32］。

其他圖像后處理技術(shù)的應(yīng)用主要是銳化（sharpeningfilter）和硬化（hardfilter）。一項研究顯示，不論根管內(nèi)有充填物與否，銳化都不能夠提高根折的診斷準(zhǔn)確性，而且加權(quán)Kappa 檢驗顯示5 名觀察者間和觀察者內(nèi)的一致性較低［33］。另一項研究則表明，硬化和銳化都不能提高近遠(yuǎn)中向根縱裂的診斷準(zhǔn)確性［29］。

4 根縱裂臨床診斷模式的建立與驗證

根縱裂是指發(fā)生于牙根、未波及牙冠的完全或不完全性裂開，常發(fā)生于成人下頜磨牙，以下頜第一磨牙近中根多見。牙根縱裂通常發(fā)生在根管治療后的牙齒。細(xì)小的、沒有完全裂開的根縱裂在X 線影像檢查中很難被觀察到，故早期不易確診，在臨床上表現(xiàn)為久治不愈、竇道形成以及周圍牙槽骨的破壞。所以在臨床中，通常以間接征象，輔助根縱裂的診斷，根尖片中的表現(xiàn)為折裂周圍的類圓形或“J”型的低密度影（圖4）。由于根管治療后，根管內(nèi)高密度充填物偽影的影響，臨床中應(yīng)用CBCT 很難直接觀察到裂隙的存在，故間接征象也是診斷根縱裂的一個主要方法。研究顯示，僅僅依靠直接觀察到折裂線而對CBCT 圖像中的根縱裂進(jìn)行診斷的準(zhǔn)確性明顯低于結(jié)合牙周袋的形成、竇道等綜合因素判斷后的診斷準(zhǔn)確性［34-35］。另一項研究則表明，CBCT 圖像中患牙頰舌（腭）向的垂直性骨吸收是根縱裂的一個重要指征，這一指征由于影像重疊的原因，在二維影像中不易觀察到［13］。這些研究確認(rèn)了結(jié)合CBCT 圖像中的間接征象診斷根折模式的可行性與準(zhǔn)確性。為此，2019 年歐洲牙髓病學(xué)會在2014 年發(fā)表的“CBCT 在牙髓病治療中的應(yīng)用”的基礎(chǔ)上，增加了“在臨床檢查和二維影像檢查不能確定根折時，對于根尖周骨質(zhì)有破壞懷疑根折時，建議應(yīng)用CBCT 檢查”。

Figure 4 Vertical root fracture in the right maxillary second premolar圖4 右上頜第二前磨牙根縱裂

5 人工智能和對比劑在CBCT 圖像根折診斷中的應(yīng)用

人工智能是近幾年興起的一項新技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域［36］。利用人工智能技術(shù)診斷根折還處于起步階段，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，應(yīng)用CBCT 圖像訓(xùn)練的診斷模型對根折的診斷準(zhǔn)確性明顯優(yōu)于根尖片，對沒有經(jīng)過根管治療的根縱裂的診斷可以與放射科醫(yī)生相媲美［37-38］。

為了提高CBCT 診斷根折的準(zhǔn)確性，有學(xué)者嘗試應(yīng)用對比劑輔助診斷。對比劑可以滲入到根折線中，借以提高裂紋的顯示，但研究仍處于實(shí)驗階段［39-42］。

6 小 結(jié)

綜上所述，CBCT 可以顯著提高沒有經(jīng)過根管治療患牙的根折診斷準(zhǔn)確性；但是對于經(jīng)過根管治療后的患牙，根縱裂的診斷需結(jié)合臨床體征共同判定，其中患牙頰舌（腭）向的垂直性骨吸收是根縱裂的一個特征性指標(biāo)。根縱裂的寬度是影響根縱裂診斷準(zhǔn)確性的一個重要原因，而CBCT 掃描時采用的體素大小并不是影響根縱裂診斷準(zhǔn)確性的必要因素；除個別機(jī)型外，根縱裂的折裂方向不影響其診斷準(zhǔn)確性；MAR 技術(shù)不能夠提高根縱裂診斷的準(zhǔn)確性，還可能降低診斷效能，臨床中不建議應(yīng)用。在診斷根縱裂時，建議結(jié)合間接征象如牙周袋、竇道等進(jìn)行綜合判斷。

【Author contributions】Li G conceptualized and wrote the article,reviewed the article and approved the final manuscript as submitted.