應用Micro CT頜骨骨小梁微細解剖學分析*

石紅兵 陳從容 鞏雪梅 唐玉潔 孫維克 黎衛星 金熙真 金光春▲

1.吉林省益華口腔科，吉林 延吉 133000；2.山東省巨野縣人民醫院口腔科，山東 巨野 274900；3.濱州醫學院，山東 煙臺 264003；4.延世大學，韓國 首爾 120-752

描述頜骨骨小梁微觀結構的參數主要有骨體積（BV），骨體積分數（BV/TV），骨表面積（BS），結構模型指數（SMI），骨小梁厚度（Tb.Th），骨小梁數量（Tb.N）和骨小梁分離度（Tb.Sp）等，這些參數大多基于二維方法檢測計算，存在著諸多缺陷，逐漸被三維方法取代[1]。

像元，概念上類似二維空間的最小單位—像素，是組成數字化影像的最小單元，在三維空間亦可稱為體素，像元大小決定了數字影像的空間分辨率和信息量，像元越小，空間分辨率越高。本研究通過對下頜骨組織標本的Micro CT（micro computer tomography）掃描分析，評價Micro CT在骨形態三維結構方面的技術特長，為骨形態計量研究提供更為精確和完善的技術方法，并預測掃描下頜骨標本時所能使用的最大像元值。

1 材料與方法

1.1 標本材料

總共取10例下頜骨標本，標本來源于韓國延世大學齒科大學人體解剖學實驗室，所有標本為雙側完整的下頜骨標本，牙槽骨嚴重吸收和牙齒具有根尖病變及骨小梁病理性變化的2個樣本被篩除。按部位標本分為兩組：1組：Condyle組（骨小梁結構均勻）；2組：Mandibular body組（骨小梁結構不均勻）。總共20個volume of interests（VOI）被圖像分析軟件建立，每組各10個。

1.2 實驗主要所用的儀器設備（表1）

表1 實驗所用的主要儀器設備

1.3 方法

Micro CT 掃描及測量：標本經Micro CT（Skyscan1072，Skyscan， Belgium）對下頜骨標本進行掃描，掃描電壓70 kV，電流114 μA，掃描層厚10 μm，掃描時間3400 ms，收集到的圖像信息經圖像重建軟件（Mimics、Geomagic、UG等逆向工程軟件）處理形成三維圖像。所有標本用Micro CT掃描并重建三維結構。掃描像元間隔18 μm，在重建像元大小為18、36、54、72、90、108 μm下， 依次進行三維重建。在18～108μm的像元大小范圍內，6個形態學參數被測量，并且每個值都和像元大小為18μm時所測得的值做比較。數據由幀接收器數字化后傳輸到安裝有圖像處理軟件的計算機中，影像數據被Micro CT重建為三維影像，并用Micro CT Analyzer進行分析。本實驗研究不改變骨小梁形態學參數值的最大像元值。

1.4 統計學處理

所有數據通過 SPSS12.0 軟件（SPSS Inc， Chicago， Illinois，USA）進行分析，評價不同指數平均值及標準差與像元大小為18μm所測得的值做比較時的差異有無統計學意義。

2 結果

Condyle組和MB組指數差異均有統計學意義（P＜0.05）。

Condyle組和MB組骨小梁厚度指數在18 μm層像元值最小，分別為0.240、0.280。108 μm層像元值最大，分別為0.411、0.373。隨著三維重建像元值逐漸增大， Condyle組和MB組骨小梁厚度指數都隨之逐漸變大。Condyle組和MB組指數差異有統計學意義（P＜0.05）。Condyle組和MB組骨小梁密度指數差異均有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

Condyle組和MB組骨小梁厚度結構參數值在108 μm層像元值最小，分別為0.741、0.555。18 μm層像元值最大，分別為1.201、0.990。隨著三維重建像元值逐漸增大， Condyle組和MB組骨小梁數目指數都隨之逐漸變小。Condyle組和MB組骨小梁密度指數差異有統計學意義（P＜0.05）。在所有重建體素大小中，骨小梁數量（Tb.N）在下頜骨體部組和髁狀突組都有統計學意義（P＜0.05）。見表3、圖1。

圖 1 下頜骨骨小梁微細結構橫斷面三維影像

3 討論

利用組織切片顯微鏡觀察頜骨解剖形態需要花費大量的時間和人財物力，雖然能反映組織解剖結構，但在標本制作與組織切片的制備過程中有可能損傷組織或是標本變形等導致測量試驗結果不準確，而且無法保證所取切面測量位點的準確性。

既往很多研究表明，頜骨骨小梁的結構變化對骨強度起著至關重要的作用[2-3]。因此對于骨小梁微結構的深入研究成為種植術前掌握頜骨微細解剖結構，這對于提高種植術成功率也具有重要意義。

Müller等[4]利用圓柱形髂骨樣本進行了研究，先用Micro CT對樣本進行檢測， 然后用甲基丙烯酸甲酯包埋樣本， 用不脫鈣骨切片的方法獲取圖像， 三維成像后比較兩者在骨小梁厚度（Tb.Th） 和骨小梁分離度（Tb.Sp） 方面的差別。

Legrand[5]、Bevill[6]、金光春等[7]提出骨解剖結構與Micro CT變數（Variable）間有密切聯貫。這與本研究的Micro CT參數中Tb.Th、Tb.N有統計學意義符合。提供骨小梁厚度的定量測量結果，Micro CT測量直接以像元無偏測試骨小梁真實厚度，所得的參數遠優于二維結構參數，如骨小梁直接容積與骨小梁表面參數，這兩種指標獨立于骨小梁厚度，是真實的骨小梁結構，也是建立在一般二維切片基礎上的傳統組織形態測量所無法解決的。但Micro CT卻無法完成二維切片骨吸收、骨重建等多種動態參數的測量[8-9]。

表2 兩組標本形態學參數Tb.Th的平均值、標準差和P值

表3 兩組標本形態學參數Tb.N的平均值、標準差和P值

Micro CT是利用X線成像原理，對樣品進行高分辨率非破壞性3D成像的實驗設備。成像原理、基本結構和操作流程均與臨床使用的CT非常相似，但是分辨率遠遠高于臨床螺旋CT，并且得到的是真正的容積圖像。由于Micro CT的高分辨率3D圖像、不破壞樣品以及能夠基于容積圖像數據進行有限元材料力學分析的特點，在骨科學、矯形外科學、口腔科學、材料科學、疾病機制研究和新藥開發領域得到了廣泛應用[10]。

通過Micro CT三維重建并結合解剖明確頜骨相關微細解剖結構特點，將會為臨床提供有價值的解剖學依據與參考值，從而更有效的避免牙種植術后并發癥發生，對于牙種植技術的臨床應用具有重要的指導意義和實用價值。綜合分析說明Micro CT是一種快速、準確、組織內部結構無破壞的高效的評價方法，可以很好的應用于口腔基礎研究和臨床。

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