錐形束CT在種植體周圍骨小梁結構臨床研究中的應用

孫皖蘇，陳青峰，張亨國，潘濤，孫衛革，蔣勇

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

在口腔種植領域，頜骨骨質對種植體周圍骨的重建及種植體預后起著至關重要的作用。眾所周知成功率及種植修復遠期效果主要取決于骨-種植體界面成功的骨結合。現今大多數口腔種植研究者主要集中在骨質(牙槽骨高度和寬度)精確測量、骨密度測量、解剖學標志以及模擬手術[1-2]。然而骨質評估主要由骨礦物質的密度及骨小梁結構兩方面決定。骨小梁的微結構是骨質重要參數之一[3]。計算三維骨參數及骨結構指數根據美國骨與礦物質代謝學會的推薦規范。尺寸單位毫米(mm),根據Parfittis系統命名參數：骨小梁體積百分數(BV/TV)，骨小梁模式因素(Tb.Pf)，結構模型指數(SMI)，骨小梁厚度(Tb.Th)，骨小梁數(Tb.N)，骨小梁間隙(Tb.Sp)(表1)。

表1 骨小梁三維形態參數

顯微CT(Micro-CT)是骨小梁結構評估的金標準，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，評估骨小梁結構。研究數據表明CBCT評估頜骨骨小梁結構可行[5]。

1 資料與方法

1.1一般資料此次研究病例取自安徽醫科大學第一附屬醫院口腔種植科，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。

入選標準：(1)患者年齡超過18周歲，無糖尿病，甲狀腺疾病，骨質疏松癥等嚴重疾病，無抽煙史；(2)患者種植后即刻拍攝CBCT掃描片。患者種植術后3個月復診，行二期手術后一周安裝種植體上部結構進行全冠修復(種植體上部結構采用黏接固位)。術后6個月復診拍攝CBCT掃描片；(3)患者缺牙區骨量滿足種植體植入要求，均無需植入骨粉。種植手術由相同的種植醫生和修復醫生完成。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。

排除標準：(1)種植體植入手術時伴局部或全身感染性疾病；(2)骨質疏松癥；(3)腎臟疾病或鈣代謝紊亂；(4)頜骨良、惡性疾病；(5)頜骨外傷或近期外科手術；(6)近期或長期服用二膦酸鹽類藥物；(7)曾經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，合肥美亞光電技術有限公司)掃描記錄影像學圖像。患者編號1～20，手術后即刻圖像編號Ⅰ，術后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，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導入圖像 使用Xnconvert軟件將CBCT圖像轉化成BMP圖像格式后導入松質骨分析軟件CTAn (Version 1.13，SkyScan，Belgium)。

1.3.2種植體周圍骨感興趣區域(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構。

1.3.4種植體周圍骨小梁結構分析 進入“custom processing”界面，種植體區域需向外擴張6個像素，避開掃描時緊貼金屬的骨質，減少高密度金屬偽影影響。種植體區域擴張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形圖像即為ROI橫斷面(本研究對應圖片資料見圖2)。最后通過三維分析程序計算感興趣集(VOI)區域的骨小梁微結構參數，代表相應的種植體周圍骨形成情況。

2 結果

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

表2 時間變化前后種植體周圍骨小梁參數

注：圖A、C分別為同一患者種植手術后即刻、種植術后6個月，圓環柱狀感興趣區域橫截面；B、D分別為此橫截面圓環形感興趣區域內骨小梁二值化圖

圖2種植體周圍骨小梁感興趣區域橫截面圖

具體見表2。

3 討論

種植體周圍骨對種植體初期穩定性起著至關重要的作用，同樣也是種植體成功率的影響因素之一[6]。因此種植體手術后，追蹤不同時期種植體周圍骨小梁結構變化為判斷種植體初期穩定提供另一依據。目前大多數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。但是以上參數將骨小梁視為無孔的均勻結構，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是分析骨小梁結構的金標準[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后即刻與術后半年骨小梁變化，得出骨小梁結構的變化趨勢，為臨床醫生判斷植入種植體的預后效果提供數據支持。術后6個月相對于術后即刻，BV/TV、Tb.Th、Tb.N數值增加，說明在VOI內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，骨小梁數目呈增長趨勢。Tb.Pf、SMI數值減少，說明在VOI內孤立未連接的骨小梁數量呈減少趨勢，骨小梁三維立體結構向板狀結構變化，骨小梁趨向連接緊密。

骨小梁網狀結構是復雜的三維立體結構，其有多種組成方式[9]。評估骨強度的骨小梁參數是Tb.Pf、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp，骨密度與骨強度并不總是呈正相關[9]。例如，低密度骨可能伴隨低數值Tb.Th與Tb.N，高數值Tb.Sp[10]。研究指出當BV/TV值升高，骨小梁形態呈板狀(低SMI值)，當BV/TV值降低，骨小梁形態呈棒狀(高SMI值)。密質骨可以Tb.N 和 Tb.Th數值低伴連接緊密的骨小梁，松質骨可以Tb.N 和 Tb.Th數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值與Micro-CT測量出的骨小梁參數值相比偏小或偏大。出現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Micro-CT體素10 μm的 27倍，由于體素(CT容積數據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，導致測量出偏小的骨小梁數量[11]。高體素圖像同樣會導致部分容積效應的增加，測量出的Tb.Th數值不精確[12]，高體素、低分辨率圖像同樣會導致以上誤差。第二，信噪比對圖像描繪精細解剖結構成像起著重要作用，足夠高的信噪比可以補償低空間分辨率帶來的影響[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致軟組織干擾后續數據分析，閾值的高值選擇過大導致牙體、根管治療充填材料，密質骨干擾后續分析。由于較小的骨小梁在二值化圖像中沒有顯現，導致CBCT圖像通過灰度值分析薄骨小梁區域時出現較大的測量誤差，如Tb.Sp數值偏大。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后6個月與術后即刻骨小梁進行對比，術后6個月種植體周圍骨結構變化趨于穩定。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據誤差考慮。

綜上所述，CBCT可應用于臨床分析種植體周圍骨小梁結構變化。種植體周圍骨小梁經過6個月時間，骨小梁體積增長，數目、厚度增加，骨小梁之間的連接更加緊密，骨小梁形態趨向板狀結構，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定性及種植修復遠期效果提供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展。在即刻種植修復遠期效果的觀察中，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)