彭 敏，費 偉

四川省人民醫(yī)院 口腔科 (成都 610072)

·論 著·

CBCT成像技術(shù)在種植位點臨床骨質(zhì)評價中的應(yīng)用*

彭 敏，費 偉

四川省人民醫(yī)院 口腔科 (成都 610072)

目的 檢驗錐形束CT(CBCT)成像的灰度值和多層螺旋CT(MSCT)的CT值(HU)間的相關(guān)性，以及患者植牙區(qū)的CBCT灰度值和臨床骨質(zhì)主觀評價的相關(guān)性。方法 制作不同濃度的磷酸氫二鉀(K2HPO4)放射標(biāo)本和羥磷灰石(HA)放射標(biāo)本，分別用CBCT和MSCT成像，檢驗樣本的CBCT灰度值和HU值之間的相關(guān)性。152名擬行后牙種植的患者進(jìn)行術(shù)前CBCT掃描，測量植牙區(qū)骨質(zhì)的CBCT灰度值，并與術(shù)中醫(yī)師對骨質(zhì)的主觀評價比較。結(jié)果 CBCT灰度值和HU值間有強相關(guān)性。植牙區(qū)骨質(zhì)的CBCT灰度值隨骨質(zhì)類型呈下降趨勢，4型骨質(zhì)的平均CBCT灰度值為：1類312，2類214，3類76，4類-454。結(jié)論 CBCT灰度值可用于評價骨質(zhì)密度，并為種植區(qū)的骨質(zhì)預(yù)測提供參考。

骨質(zhì)；錐形束CT；HU值

對口腔種植區(qū)骨質(zhì)進(jìn)行定性和定量評價是種植術(shù)前準(zhǔn)備的重要組成部分。骨質(zhì)包括植入?yún)^(qū)牙槽嵴的高度、寬度和該區(qū)皮質(zhì)骨的厚度和松質(zhì)骨(骨小梁)的數(shù)量及整體礦化度，是影響術(shù)后種植體骨整合的重要因素。Lekholm和Zarb將骨質(zhì)分為4類：1類主要為皮質(zhì)骨，2類為厚層皮質(zhì)骨環(huán)繞致密骨小梁(松質(zhì)骨)，3類為薄層皮質(zhì)骨環(huán)繞致密骨小梁(松質(zhì)骨)，4類為薄層皮質(zhì)骨環(huán)繞低密度骨小梁。通常第四類骨的種植成功率較低，提示在該類骨區(qū)進(jìn)行種植時需考慮用外科手段對骨質(zhì)加以改進(jìn)[1]。

錐形束CT(CBCT)作為口腔種植術(shù)前診斷工具，可提供頜骨的多層面三維圖像信息，臨床醫(yī)師可據(jù)此觀察頜面部重要解剖結(jié)構(gòu)，如上頜竇和神經(jīng)管的位置和大小，定性觀察種植區(qū)皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的致密度及構(gòu)成。與傳統(tǒng)的根尖周片和全景片相比，CBCT圖像無扭曲和放大，故CBCT還可用于對術(shù)區(qū)骨質(zhì)進(jìn)行定量評價：精確測量牙槽嵴的線性高度和寬度[2-4]及非線性區(qū)域的灰度值。

在醫(yī)療CT掃描中的灰度值被稱為HU值，反映各組織對X線的吸收系數(shù)(如水的HU值為0)。 目前不同CBCT制造商和軟件商都將CBCT灰度值測量單位定為HU，然而其并非真正意義上的HU值。有研究將CBCT灰度值和CT的HU值進(jìn)行比較，結(jié)果顯示CBCT的灰度值比CT的HU值高[5-6]。這給臨床上的CBCT的灰度值比較帶來困難。文獻(xiàn)尚無CBCT灰度值應(yīng)用于臨床骨質(zhì)評價的相關(guān)報道。

因此，本研究旨在檢驗CBCT灰度值用于定量評價口腔種植位點骨質(zhì)情況的實用性：檢驗CBCT灰度值與骨密度HU值之間的相關(guān)性，以及種植位點的CBCT灰度值與術(shù)中骨質(zhì)主觀評價間的關(guān)聯(lián)性。

1 材料與方法

1.1 放射標(biāo)本制備

標(biāo)本一采用磷酸氫二鉀(K2HPO4)溶液制作[7]。K2HPO4與羥基磷灰石(HA)的分子量接近(分別為15.58和15.86)，兩種物質(zhì)的光子衰減相似。用濃度50～1 000 mg/mL的K2HPO4模擬松質(zhì)骨和密質(zhì)骨，用20%的甲醇水溶液模擬脂肪組織。K2HPO4溶液與甲醇溶液分別裝入15 mL的聚丙烯試管內(nèi)，穩(wěn)定置于泡沫聚苯乙烯墊上。一個空的試管用于檢測空氣樣本(圖1A)。 另一放射標(biāo)本為圓柱形羥基磷灰石(HA)-樹脂復(fù)合物。圓柱形羥基磷灰石的濃度分別為100、200、400和800 mg/mL(圖1B)。

1.2 放射樣本掃描

每個放射樣本均采用CBCT和多層螺旋CT(MSCT)掃描。CBCT按種植常規(guī)要求設(shè)置，掃描參數(shù)為120 kvp，15 ma，6英寸FOV。MSCT掃描參數(shù)為130 kv，90 ma，1.5 TI，-4.0 GT。

1.3 樣本的CBCT灰度值和HU值檢測

將樣本的CBCT和MSCT掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像分析軟件，顯示軸向截面圖像，用軟件分析工具生成三角形測試區(qū)，記錄該三角形3個頂點的CBCT灰度值或HU值并計算平均值。每個測試點測量3次。

1.4 患者CBCT掃描和分析

所有擬行后牙種植患者接受術(shù)前CBCT掃描和術(shù)后即刻CBCT掃描。CBCT掃描參數(shù)同前。將術(shù)前掃描圖像導(dǎo)入觀測軟件，生成種植位點三維圖像。應(yīng)用虛擬種植體進(jìn)行模擬種植，獲取種植體位置和規(guī)格并進(jìn)行標(biāo)記。測量并記錄標(biāo)記區(qū)域中部三角形各頂點CBCT灰度值并計算平均值。根據(jù)該虛擬種植體制作種植外科導(dǎo)板，在種植手術(shù)中應(yīng)用，使測量位點與實際種植位點匹配(圖2)。

圖1 不同濃度放射樣本

注：A為K2HPO4溶液放射樣本；B為HA放射樣本

圖2 患者CBCT掃描和分析

注：患者，女，48歲，D區(qū)6缺失半年。A為種植位點術(shù)前虛擬種植;B為在種植體標(biāo)記區(qū)域測量3點CBCT灰度值并計算平均值;C為種植術(shù)后像

1.5 主觀手術(shù)分析

種植手術(shù)由兩名種植外科醫(yī)師完成，并依據(jù)Lekholm和Zarb分類法對種植位點骨質(zhì)進(jìn)行評價分類。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。Pearson相關(guān)系數(shù)檢驗用于放射樣本的CBCT灰度值與HU值之間的相關(guān)性分析。非參數(shù)Mann-Whitney檢驗用于比較不同主觀骨質(zhì)分類間的CBCT灰度值的差異。檢驗水準(zhǔn)α設(shè)定為0.05。

2 結(jié)果

2.1 樣本CBCT灰度值與其MSCT的HU 值的關(guān)聯(lián)性

兩種放射樣本的MSCT掃描都顯示出較廣的HU值范圍?？諝鈽颖镜腗SCT掃描HU值為-1 003±13，水為7±4。K2HPO4溶液樣本的HU值范圍為73±10(50 mg/mL)至1 129±16(1 000 mg/mL)。HA樣本的HU值范圍為182±3(100 mg/mL)至1 140±4(800 mg/mL)。兩種樣本均涵蓋了松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的衰減情況。

與MSCT類似，K2HPO4溶液樣本的CBCT圖像也顯示出較廣范圍的灰度值。對于6英寸FOV(標(biāo)準(zhǔn)種植視野)，空氣的CBCT灰度值為-1 002±47，與參考HU值接近。水的CBCT灰度值為-98±53，低于其HU值。同理，試驗中各濃度K2HPO4溶液的CBCT灰度值均與相應(yīng)HU值存在差異。盡管CBCT灰度值與HU值存在數(shù)值上的差異，但統(tǒng)計分析顯示兩者間有強相關(guān)性。對HA樣本的CBCT和MSCT圖像及統(tǒng)計分析結(jié)果也表明了這種相關(guān)性。樣本的總相關(guān)系數(shù)為P=0.991(<0.001), CBCT灰度值為315±12.8(M±SD)，MSCT的HU值為346±13.5(M±SD)(圖3)。

2.2 CBCT灰度值與主觀骨質(zhì)密度評價

152個后牙植入位點中，1類骨質(zhì)6個，2類骨質(zhì)95個，3類骨質(zhì)48個，4類骨質(zhì)3個。植入點的CBCT灰度值范圍從-460至642。4種骨質(zhì)類型的CBCT平均灰度值分別為1類312，2類214，3類76，4類-454。CBCT平均灰度值隨骨質(zhì)類型呈下降趨勢，1類骨質(zhì)最高，4類骨質(zhì)最低(表1)。

對2類和3類骨質(zhì)位點間差異的分析結(jié)果表明，兩類骨的平均灰度值間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。2類骨位點的CBCT灰度值高于3類骨，2類骨的平均灰度值(214)約為3類骨(76)的3倍。

圖3 兩種溶液CBCT灰度值和MSCT的HU值之間的相關(guān)性

表1 4種骨質(zhì)類型的CBCT灰度值分布

注:*P<0.05，差異有統(tǒng)計學(xué)意義

3 討論

術(shù)前對骨質(zhì)的評價是種植診療計劃的重要組成部分。CBCT圖像廣泛用于植入點的術(shù)前評估并提供骨質(zhì)的相關(guān)信息。本試驗表明，盡管樣本CBCT灰度值與其MSCT的HU值之間存在數(shù)值差異，但兩者之間具有強相關(guān)性。這證實了將CBCT灰度值應(yīng)用于臨床種植位點骨質(zhì)或骨密度評價的有效性[8-9]。

種植位點的CBCT圖像灰度值顯示范圍從-460至642?；趯煞N放射樣本的分析，這些值位于HU值和骨密度的線性相關(guān)區(qū)域內(nèi)，因此這些CBCT灰度值的差異能夠反映種植位點骨礦化度的差異。結(jié)果表明2類骨的CBCT平均灰度值約3倍于3類骨，但這兩類骨的CBCT灰度值范圍部分重疊，使得僅憑CBCT灰度值難以將它們區(qū)分開。事實上，將臨床醫(yī)生對骨質(zhì)進(jìn)行的主觀評價與骨的客觀組織形態(tài)學(xué)評估進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)醫(yī)師也不能準(zhǔn)確劃分臨床2類骨與3類骨。但從臨床角度看，對2、3類骨質(zhì)的區(qū)分并不會改變臨床診療方案，相對而言，對3類和4類骨質(zhì)的區(qū)分臨床意義更大。此外，CBCT掃描的作用也不局限于對骨質(zhì)密度進(jìn)行定量描述，還包括對骨的體積大小進(jìn)行線性測量[9]和確定種植體規(guī)格等。

未來更大樣本量的試驗，應(yīng)著重于觀測骨密度差異對種植效果的影響，包括種植初期穩(wěn)定性和預(yù)后成功率，使CBCT灰度值對于植入點骨質(zhì)的評價更具臨床價值。

[1] Martinez H, Davarpanah M, Missika P. Optimal implant stabilization in low density bone [J]. Clin Oral Implants Res, 2001, 12(5):423-432.

[2] Angelopoulos C, Aghaloo T. Imaging technology in implant diagnosis [J]. Dent Clin North Am, 2011,55(1):141-158.

[3] 李旻， 張志宏， 劉紅紅,等. 錐形束CT對牙齒種植位點線距測量精度的實驗研究[J].中華放射學(xué)雜志， 2016，22(1)：52-56.

[4] 楊藝強， 劉琪， 莊東鵬,等.數(shù)字化根尖片、曲面斷層片、CBCT測量牙齒長度準(zhǔn)確性的比較研究[J].臨床放射學(xué)雜志 ，2014，33(9)：1434-1437.

[5] Aranyarachkul P, Caruso J, Gantes B,etal. Bone density assessments of dental implant sites: 2. Quantitative cone-beam computerized tomography [J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2005, 20(3):416-424.

[6] Lee S, Gantes B, Riggs M. Bone density assessments of dental implant sites: 3. Bone quality evaluation during osteotomy and implant placement[J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2007,22(2):208-212.

[7] Sanada S，Kawahara K,Yamamoto T,etal. New tissue substitutes representing cortical bone and adipose tissue in quantitative radiology [J]. Phys Med Biol, 1999,44(6): 107-112.

[8] Mah P, Reeves T E, Mc David W D. Deriving Hounsfield units using grey levels in cone beam computed tomography [J].Dentomaxillofac Radiol, 2010,39(6):323-335.

[9] Nomura Y, Watanabe H, Honda E,etal. Reliability of voxel values from cone-beam computed tomography for dental use in evaluating bone mineral density [J]. Clin Oral Implants Res, 2010,21(5):558-562.

The Application of CBCT in the Clinical Evaluation of Bone Quality in the Dental Implant Site

PengMin,FeiWei.

DepartmentofStomatology,SichuanProvincialPeople′sHospital,Chengdu610072,China

Objective To investigate the correlation between the gray values of the dental Cone Beam Computed Tomography (CBCT) and the Hounsfield units of multi slice spiral CT (MSCT) and explore the CBCT gray values of the dental implant site and the subjective evaluation of clinical bone quality. Methods The radioactive samples of different concentrations of both dipotassium hydrogen phosphate (K2HPO4) and calcium hydroxyapatite (HA) were imaged by both CBCT and MSCT respectively to evaluate the correlation between the gray values of CBCT and HU of MSCT. 152 patients who were to undergo posterior dental implant were scanned by CBCT before the operation, and the gray values of the bone in the dental implant site were measured and compared with the dentist′s subjective evaluation of the bone quality. Results The gray values of CBCT were highly correlated with HU of MSCT. There was a decreasing trend in the gray values of CBCT in the dental implant sites in accordance with the bone types, and the mean gray values of the four bone types were 312 (Type 1), 214 (Type 2), 76 (Type 3), and -454 (type 4) respectively. Conclusion The gray values of CBCT can be applied to evaluate the bone density and provide valuable references for predicting the bone quality in the potential dental implant site.

Bone quality； Cone Beam Computed Tomography (CBCT)； Hounsfield Units

http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1705.R.20161027.1709.066.html

10.3969/j.issn.1674-2257.2016.06.007

四川省衛(wèi)生廳資助項目(No：140099)

R783.6

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