齒槽嵴裂缺損體積測(cè)量方法的進(jìn)展

陳樹秀 王永前 尹寧北

【提要】 齒槽嵴裂是常見的先天性畸形，自體骨移植修復(fù)是目前常用的治療方法。齒槽嵴裂缺損體積測(cè)量對(duì)于齒槽嵴裂修復(fù)的術(shù)前精確規(guī)劃、術(shù)后效果評(píng)價(jià)具有重要意義。隨著影像學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、3D打印技術(shù)的發(fā)展，齒槽嵴裂體積測(cè)量從最初的人為評(píng)估，到后來的二維影像、三維影像，直至目前采用的3D模型，其測(cè)量結(jié)果更加精準(zhǔn)、快速和實(shí)體模型化，為臨床提供了有效的幫助。

齒槽嵴裂是一種常見的先天性畸形，可單獨(dú)出現(xiàn)或合并其他的先天性疾病，約75%的唇腭裂患者伴有齒槽嵴裂[1]。自體骨移植修復(fù)是齒槽嵴裂治療的金標(biāo)準(zhǔn)，也是唇腭裂畸形序列治療中的重要步驟之一。術(shù)前、術(shù)后齒槽嵴裂缺損體積的測(cè)量對(duì)術(shù)前精確規(guī)劃、術(shù)后效果評(píng)價(jià)具有重要意義。其缺損體積的測(cè)量從最早的人為估計(jì)到目前的3D打印模型，不斷地變得更精確、更快速。本文就齒槽嵴裂缺損的體積測(cè)量的方法進(jìn)行綜述，以期為臨床實(shí)踐和相關(guān)研究提供幫助。

1 齒槽嵴裂的臨床表現(xiàn)及分型

齒槽嵴裂的主要臨床表現(xiàn)包括①齒槽嵴骨質(zhì)缺損、牙弓不連續(xù)；②裂隙處牙異位萌出、牙阻萌、牙頜功能紊亂；③口鼻瘺；④鼻基底塌陷。齒槽嵴裂主要分為單側(cè)裂和雙側(cè)裂，前者更為常見。按照裂隙程度，齒槽嵴裂又可以分為完全性、不完全性和隱性齒槽嵴裂。

2 齒槽嵴裂的修復(fù)方法

1972年，Boyne等[2]首次報(bào)道自體骨移植修復(fù)齒槽嵴裂，目前該方法仍是臨床治療的主流方法，也是唇腭裂序列治療的重要步驟之一。最佳手術(shù)時(shí)間為9～11歲[3]，患者上頜尖牙尚未萌出，尖牙牙根已形成1/2～2/3。齒槽植骨有利于裂隙周圍牙齒萌出及顱面部正常發(fā)育。錯(cuò)過這一時(shí)期的青少年患者也可行相同的手術(shù)治療。

骨移植材料包括自體骨、同種異體骨、異種骨及人工骨等，以自體骨移植的應(yīng)用最為廣泛。常見供區(qū)部位為髂骨、脛骨、下頜骨、肋骨及顱骨。供區(qū)選擇需考慮可采取骨量、術(shù)后疼痛程度、并發(fā)癥發(fā)生率、操作習(xí)慣、住院時(shí)間、手術(shù)費(fèi)及手術(shù)時(shí)間等[4]。 目前，自體髂骨移植的使用最為廣泛（87%）[5]。自體髂骨移植具有以下優(yōu)勢(shì)：①取骨方法簡(jiǎn)單、手術(shù)時(shí)間短；②取骨量大；③髂骨松質(zhì)骨富含成骨細(xì)胞，可促進(jìn)移植區(qū)域成骨；④術(shù)后疼痛程度輕、恢復(fù)快。近年來，各種細(xì)胞因子也被聯(lián)合應(yīng)用于植骨手術(shù)中，如重組人骨形成蛋白（BMP）[6]、富血小板血漿（PRP）[7]及富血小板纖維蛋白（PRF）[8]等，效果較好。自體骨移植修復(fù)齒槽嵴裂具有重要意義：①恢復(fù)上頜牙弓的連續(xù)性，增加上頜骨穩(wěn)定性；②為裂隙處尖牙萌出、正畸移動(dòng)及義齒種植提供骨性基礎(chǔ)；③消除口鼻瘺和鼻腔反流，改善發(fā)音，促進(jìn)口腔衛(wèi)生及牙周健康；④抬高鼻基底，改善外形，為鼻唇繼發(fā)畸形的修復(fù)提供支持；⑤減少對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的干擾。

3 齒槽嵴裂缺損體積測(cè)量的意義

3.1 術(shù)前測(cè)量

修復(fù)前必須對(duì)骨缺損的形狀和體積進(jìn)行評(píng)估，選擇最適合的手術(shù)方案，以期獲得最佳的手術(shù)效果，并降低并發(fā)癥發(fā)生率、減少住院時(shí)間及治療成本。尤其是對(duì)骨缺損體積的準(zhǔn)確評(píng)估十分重要，取骨過多可導(dǎo)致術(shù)區(qū)疼痛、供區(qū)骨及神經(jīng)損傷、切口過長(zhǎng)等問題，取骨過少則導(dǎo)致修復(fù)效果欠佳[9]。

3.2 術(shù)后測(cè)量

移植后的效果評(píng)價(jià)，尤其是移植后的成骨量，是后續(xù)的正畸治療等的必要基礎(chǔ)。術(shù)前、術(shù)后測(cè)量的體積差，可以反映成骨情況、吸收率等，是評(píng)價(jià)植骨成骨的重要標(biāo)準(zhǔn)。齒槽嵴裂缺損體積測(cè)量的方法，從最初的人為估計(jì)直至目前的3D模型，隨著影像采集設(shè)備的不斷發(fā)展，測(cè)量結(jié)果日趨精確，為臨床提供了很好的幫助。

4 齒槽嵴裂缺損體積測(cè)量方法的進(jìn)展

4.1 二維影像

當(dāng)體積測(cè)量從最初的人為評(píng)估進(jìn)步為二維影像評(píng)估時(shí)，通過采用X線片（根尖周片、咬合片和曲面斷層片等），可對(duì)牙槽嵴裂骨質(zhì)缺損體積進(jìn)行評(píng)估。其中，Bergland等[3]提出的“牙槽突裂植骨術(shù)效果的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”使用最為廣泛，目前仍有采用此方法作為術(shù)后效果評(píng)價(jià)手段的，該標(biāo)準(zhǔn)將牙槽骨高度分為Ⅰ級(jí)（約正常高度）、Ⅱ級(jí)（至少達(dá)正常高度的3/4）、Ⅲ級(jí)（小于正常高度的3/4）以及Ⅳ級(jí)（失?。?。此標(biāo)準(zhǔn)的局限性在于尖牙必須萌發(fā)，混合牙列期則無法評(píng)估，骨厚度方面也不能評(píng)估。Witherow等[10]提出的Chelsea score分析標(biāo)準(zhǔn)，將齒槽植骨量及位置相結(jié)合，更全面地反映了植骨區(qū)成骨情況，并在尖牙萌出前也可應(yīng)用，彌補(bǔ)了Bergland分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不足。

然而，二維X線片在評(píng)估齒槽嵴裂時(shí)存在許多局限，包括圖像的放大和畸變、相鄰結(jié)構(gòu)的重疊、可識(shí)別標(biāo)志少及位置難以識(shí)別等。例如，裂隙旁的骨質(zhì)與牙根的唇、腭側(cè)牙槽骨重疊，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確判斷骨質(zhì)缺損邊界，使得體積測(cè)量不準(zhǔn)確。與CT相比，X線片評(píng)估齒槽嵴裂填充程度存在17%～25%的高估[11－13]，二維評(píng)估結(jié)果無法滿足臨床應(yīng)用的需求。

4.2 三維影像

CT圖像解剖結(jié)構(gòu)定位準(zhǔn)確，邊界清晰，并可重建立體三維圖像。目前，CT已逐漸代替X線平片而用于評(píng)估齒槽裂骨缺損體積及手術(shù)效果，但存在成本及暴露輻射增加等問題。

本世紀(jì)初，錐形束 CT（Cone beam computed tomography，CBCT）被用于口腔頜面部圖像采集，CBVT比CT輻射量低、花費(fèi)少，被越來越多的醫(yī)學(xué)中心用于齒槽嵴裂缺損的體積測(cè)量。Katsumata等[14]認(rèn)為，CBCT的主要問題是對(duì)比度低，灰度值和Hounsfield單位易失真，骨與非骨結(jié)構(gòu)界限不清。因此，在比較不同研究的CBCT測(cè)量結(jié)果時(shí)，要注意結(jié)果可能因以下參數(shù)的不同而有差異[15]：①圖像采集參數(shù)（如CBCT設(shè)備、KV和mA設(shè)置、曝光時(shí)間等）；②圖像重建參數(shù)、視野、定義區(qū)間、定義閾值及切割方法（切片厚度及層數(shù)等）。但也有報(bào)道認(rèn)為CT與CBCT都是齒槽嵴裂體積測(cè)量準(zhǔn)確有效的手段。

CT及CBCT應(yīng)用以來，齒槽嵴裂缺損體積測(cè)量出現(xiàn)了許多新的方法及標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量精度不斷增加。

2007年，F(xiàn)eichtinger等[16]提出了新的計(jì)算方法——層分法。利用高分辨率T進(jìn)行掃描，平均每次檢查輻射劑量為7.88 mSv。將掃描數(shù)據(jù)保存為DICOM文件，導(dǎo)入軟件工作站進(jìn)行軸向分層（層厚1.5 mm），手工描繪出每層裂隙邊緣，計(jì)算每層裂隙面積。這種計(jì)算方法極大地提高了準(zhǔn)確性，缺點(diǎn)是人工描繪裂隙邊界，準(zhǔn)確性受限，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。

2012年，Quereshy等[17]應(yīng)用CBCT進(jìn)行掃描，精確測(cè)量裂隙處高度、寬度及長(zhǎng)度，并以此計(jì)算裂隙缺損量。由于齒槽嵴裂邊界不規(guī)則等特點(diǎn)，這種方法的準(zhǔn)確性存在一定的問題。

2013年，Nagashima等[18]首次提出應(yīng)用鏡像法測(cè)量齒槽嵴裂缺損體積及術(shù)后成骨量。他們將CT掃描數(shù)據(jù)儲(chǔ)存為DICOM文件，合成鏡像反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，形成三維可視模型。根據(jù)特定解剖位置進(jìn)行重疊融合，標(biāo)記出未重疊部分，即為術(shù)前齒槽嵴裂缺損體積。將術(shù)后6個(gè)月的CT數(shù)據(jù)合成模型與術(shù)前模型進(jìn)行重疊融合，未重疊部分即為手術(shù)成骨量。該方法不需人工標(biāo)記裂隙邊緣，提高了準(zhǔn)確性，重復(fù)性強(qiáng)。然而，這種方法只適用于單側(cè)齒槽嵴裂。此外，受限于術(shù)后患者顱骨發(fā)育程度的影響，此方法僅適用于術(shù)后1年以內(nèi)的測(cè)量。

2015年，Linderup等[19]提出了一種新的層分法，明確了齒槽嵴裂邊界的劃定。將軸向?qū)臃趾蟮膱D像按以下原則界定邊緣：①頰/腭側(cè)，對(duì)側(cè)牙槽骨的輪廓用作模板，確定患側(cè)牙槽骨缺損的邊緣；②中央/遠(yuǎn)端，骨和裂隙之間的界限界定了中間和遠(yuǎn)端邊緣；③上界/下勢(shì)，即人工劃分的上下層。該層分法邊界標(biāo)識(shí)進(jìn)一步精確，人為偏移降低。2017年，F(xiàn)eng等[20]也提出了一種類似方法，提高齒槽嵴裂邊界標(biāo)識(shí)的準(zhǔn)確性，利用計(jì)算機(jī)輔助軟件，進(jìn)行齒槽嵴裂體積的精確測(cè)量。

2017年，Chen等[21]提出了差減法，利用CT進(jìn)行掃描，將數(shù)據(jù)保存為DICOM文件，導(dǎo)入Mimics軟件，選取齒槽嵴裂區(qū)域進(jìn)行三維重建，形成原始模型。復(fù)制原始模型形成新模型，并更換顏色以作標(biāo)志，新模型進(jìn)行分層，每層分別將牙槽裂斷端直線相連，形成層面積，再將每層面積三維重建，形成新的填充后模型。將新的填充后模型與原始模型體積相減，可得出齒槽嵴裂缺損體積。這種方法測(cè)量齒槽嵴裂術(shù)前缺損體積較為準(zhǔn)確，且計(jì)算時(shí)間短（平均時(shí)間60.60±11.67 min）。但是，該方法依然存在齒槽嵴裂邊緣界定不準(zhǔn)確的問題。

2017年，Janssen等[22]提出將鏡像法和層分法結(jié)合起來，即將三維虛擬模型及其鏡像版分別賦予不同顏色，然后進(jìn)行疊加形成新的虛擬三維模型。對(duì)新模型進(jìn)行層分，忽略齒槽嵴裂裂隙外多余體積，齒槽嵴裂裂隙處（顏色）不重合的部分面積即為齒槽嵴裂缺損面積，進(jìn)而計(jì)算出齒槽嵴裂缺損體積。同樣的方法可以計(jì)算術(shù)前、術(shù)后齒槽嵴裂成骨量。這種測(cè)量法重復(fù)性高、人為偏移縮小，進(jìn)一步增加了齒槽嵴裂計(jì)算的準(zhǔn)確性。然而，如果術(shù)前、術(shù)后CT檢查的時(shí)間間隔太長(zhǎng)，準(zhǔn)確疊加的困難增加，因此CT檢查時(shí)間差應(yīng)小于1年；另外，術(shù)后遷移或萌發(fā)的牙齒會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成影響。

4.3 三維模型

近年來，3D打印被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，齒槽嵴裂體積測(cè)量技術(shù)也獲得了新的進(jìn)展。1∶1打印的顱骨模型可以更好地了解患者解剖，并在模型上進(jìn)行手術(shù)模擬操作、測(cè)量齒槽嵴裂缺損體積等。

2016年，Kasaven等[23]將CT掃描得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件，獲得可視化虛擬三維模型，進(jìn)行分層，描繪齒槽嵴裂邊界，最后將各層重建，形成齒槽嵴裂的虛擬三維模型。再導(dǎo)入CatalystEx 4.2構(gòu)建一個(gè)可被3D打印機(jī)識(shí)別的文件。打印出1∶1齒槽嵴裂缺損模型后，用micro-CT掃描處理獲得的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助軟件計(jì)算體積。將3D打印測(cè)量結(jié)果與計(jì)算機(jī)輔助軟件測(cè)量結(jié)果相比較，未發(fā)現(xiàn)顯著差異。3D軟件可作為臨床實(shí)踐中的一個(gè)有效輔助手段。但是，3D打印費(fèi)用高、耗時(shí)較長(zhǎng)（約5 h）等缺點(diǎn)限制了它的臨床應(yīng)用。

2017年，Du等[24]將CT掃描數(shù)據(jù)經(jīng)處理后導(dǎo)入3D打印機(jī)，打印出1∶1齒槽嵴裂缺損模型，利用模擬材料填充齒槽嵴裂缺損，以排水法測(cè)量齒槽嵴裂缺損體積。其結(jié)果與計(jì)算機(jī)輔助軟件測(cè)量結(jié)果無顯著差異,進(jìn)一步證實(shí)了3D打印技術(shù)在齒槽嵴裂術(shù)前診斷中的重要價(jià)值。

3D打印的缺點(diǎn)主要是機(jī)器及打印費(fèi)用昂貴、打印時(shí)間長(zhǎng)。隨著3D技術(shù)的發(fā)展和普及，費(fèi)用和時(shí)間將進(jìn)一步下降，而優(yōu)點(diǎn)將更為顯現(xiàn)。目前的3D打印設(shè)備可以一次進(jìn)行7～12個(gè)患者齒槽缺損區(qū)域模型的打印，每個(gè)患者平均體積測(cè)量時(shí)間縮短為25 min，比計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量更加高效，對(duì)臨床有積極的指導(dǎo)作用。

5 總結(jié)

齒槽嵴裂缺損體積測(cè)量方法由人為評(píng)估至目前的3D模型應(yīng)用，其準(zhǔn)確性、真實(shí)性及可重復(fù)性不斷提高，但還存在一定的缺陷及不足，進(jìn)一步發(fā)展需要重視以下幾點(diǎn)：①3D模型化是重要的發(fā)展方向，值得進(jìn)一步投入與研究；②影像采集、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展將使測(cè)量更加精準(zhǔn)；③今后的研究需聚焦于降低顱面部發(fā)育、牙齒萌發(fā)、遷移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。