CBCT測(cè)量骨小梁孔隙率評(píng)價(jià)骨小梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究

朱芳芳，蔣 勇,2*

(（1.安徽醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，安徽醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，安徽 合肥，230032；2.安徽醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院口腔科，安徽 合肥，230022)

頜骨骨質(zhì)的評(píng)估有助于診斷口腔疾病、擬定治療計(jì)劃、評(píng)估療效及預(yù)后[1]。骨質(zhì)評(píng)估包括骨骼礦物質(zhì)的密度（bone mineral density，BMD）和骨小梁結(jié)構(gòu)特性[2]。骨密度是指單位體積骨組織中礦物質(zhì)的含量，與骨強(qiáng)度直接相關(guān)，臨床上常用錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）測(cè)量的灰度值[3]（Hounsfield units，HU) 表示骨密度，但是灰度值不能體現(xiàn)出骨小梁微觀結(jié)構(gòu)的差異[4]。

骨小梁是密質(zhì)骨延伸到松質(zhì)骨的部分，呈多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，造血細(xì)胞和結(jié)締組織組成骨髓填充其間的空隙，骨小梁的三維結(jié)構(gòu)直接影響骨愈合及骨強(qiáng)度[5]。吳慧釗[6]等研究表明，與非骨質(zhì)疏松患者相比，骨質(zhì)疏松患者骨小梁排列稀疏，骨小梁連接水平低，孔隙率增大，骨脆性增加。目前評(píng)價(jià)骨小梁結(jié)構(gòu)常用顯微CT(Micro-CT)，但是顯微CT放射劑量大，僅限于評(píng)估小的骨樣本，不能掃描臨床患者[7]。近年來(lái)，學(xué)者分別用錐形術(shù)CT和顯微CT對(duì)人體頜骨樣本進(jìn)行體外掃描，定量測(cè)量骨形態(tài)，結(jié)果顯示兩者測(cè)量的三維結(jié)構(gòu)參數(shù)具有相關(guān)性[8]，表明CBCT在評(píng)估頜骨骨小梁微結(jié)構(gòu)方面具有實(shí)際應(yīng)用的可能性。

因此，本研究與軟件公司合作研發(fā)CBCT輔助工具測(cè)量骨小梁孔隙率，旨在評(píng)價(jià)骨小梁孔隙率作為骨小梁結(jié)構(gòu)的替代參數(shù)的可行性，為臨床上評(píng)價(jià)骨質(zhì)提供骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，現(xiàn)將詳細(xì)的研究成果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 病例收集

選自2019.10～2020.10安徽省口腔醫(yī)院種植患者術(shù)前拍攝的CBCT資料200例，男105例，女95例，年齡18～70歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：牙列缺損的擬種植患者，無(wú)大面積頜骨缺失或嚴(yán)重系統(tǒng)性疾病。共231個(gè)牙缺失位點(diǎn)，其中上前牙60個(gè)，上后牙58個(gè)，下前牙48個(gè)，下后牙65個(gè)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)

CBCT SS-X9010DPro-3DE掃描機(jī)（合肥美亞光電技術(shù)股份有限公司），參數(shù)如下：視野480mmx480mmx320mm（普通模式），體素0.26mm（普通模式），掃描時(shí)間20s，射線管電壓90kV，射線管電流10mA。

1.3 觀測(cè)位置選取及數(shù)據(jù)測(cè)量

CBCT資料收集完成后，打開(kāi)CT圖像，界面分為冠狀面窗口、矢狀面窗口、水平面窗口和三維重建窗口，水平面窗口將十字觀察軸定位于的缺牙中心，一條觀察線與同側(cè)牙弓水平長(zhǎng)軸保持平行，矢狀面窗口上將垂直觀察軸平行于鄰牙長(zhǎng)軸，在矢狀面窗口，取牙槽嵴頂下大小為4mm*8mm（面積32mm2±0.5mm2）的矩形為感興趣區(qū)(region of inte rest,ROI)。在牙槽骨高度或?qū)挾炔粔虻娜毖绤^(qū)，根據(jù)臨床種植原則相對(duì)調(diào)整范圍。利用與軟件公司合作研發(fā)的CBCT插件測(cè)量該區(qū)域的骨小梁孔隙率及平均骨密度（圖1）。

表1 骨小梁三維結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖1 測(cè)量缺牙區(qū)冠狀面骨小梁孔隙率值、骨密度值

將CBCT原始DCM圖像格式轉(zhuǎn)化成BMP標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，使用骨小梁微結(jié)構(gòu)分析軟件CTAn (Version 1.13，SkyScan，Belgium)測(cè)量相同感興趣區(qū)域中骨小梁數(shù)目（trabecular number，Tb.N），骨小梁間隙（trabecular separation/spacing，Tb.Sp），骨小梁厚度（trabecular thickness，Tb.Th），骨小梁體積百分?jǐn)?shù)（bone volume fraction，BV/TV）（表1）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 缺牙區(qū)骨小梁孔隙率與骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性分析

骨小梁孔隙率與BV/TV成負(fù)相關(guān)（r=-0.761，P=0.013＜0.05）；與Tb.Sp成正相關(guān)（r=0.856，P=0.008＜0.05）,而骨小梁孔隙率與Tb.Th、Tb.N之間無(wú)顯著相關(guān)。數(shù)據(jù)顯示骨小梁孔隙率越大，BV/TV越小，Tb.Sp越大，因此CBCT掃描圖像的骨小梁孔隙率參數(shù)在一定程度上可以反映出骨小梁三維結(jié)構(gòu)（表2）。

表2 缺牙區(qū)骨小梁孔隙率與骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性

2.2 不同缺牙部位骨密度、骨小梁孔隙率比較

根據(jù)牙缺失位點(diǎn)所在區(qū)域分為四組進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：上頜前牙區(qū)(13-23牙位)、下頜前牙區(qū)(33-43牙位)、上頜后牙區(qū)(14-17、24-27牙位)、下頜后牙區(qū)(34-37、44-47牙位)。本組共納入231個(gè)缺牙位點(diǎn)，所有位點(diǎn)骨密度值范圍為246.635HU～1041.953HU，下頜前牙區(qū)（788.810±254.881）H U ＞上頜前牙區(qū)（691.296±154.991）H U ＞下頜后牙區(qū)（667.952±172.025）H U ＞上頜后牙區(qū)（555.709±191.405）HU。其中，上頜前牙區(qū)與下頜后牙區(qū)骨密度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其他區(qū)兩兩間骨密度差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表3）。

所有位點(diǎn)的骨小梁孔隙率值范圍為0.1245 %～20.5120 %，上頜后牙區(qū)（4.1693 ± 6.0950）% ＞下頜后牙區(qū)（1.8071 ± 2.2037）% ＞上頜前牙區(qū)（1.4079 ± 2.0512）% ＞下頜前牙區(qū)（1.3309±2.4318）%。其中，上頜后牙區(qū)與其他三區(qū)之間骨小梁孔隙率差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05，表3）。

2.3 不同年齡段骨密度、骨小梁孔隙率比較

各年齡段平均骨密度無(wú)顯著性差異（P=0.580＞0.05），平均骨密度在40-49歲階段較高，在60-70歲階段最低（圖2）。而不同年齡段平均骨小梁孔隙率差異較大，30-49歲階段平均骨小梁孔隙率較小，與18-29歲和50-70歲階段較大的平均骨小梁孔隙率有顯著性差異（P=0.032＜0.05，圖3）。

表3 不同缺牙部位骨密度、骨小梁孔隙率比較

圖2 不同年齡段平均骨密度的變化折線圖

表4 骨小梁孔隙率與骨密度相關(guān)性分析

表5 不同骨質(zhì)分類的平均骨小梁孔隙率比較

圖3 不同年齡段平均骨小梁孔隙率的變化折線圖

2.4 骨小梁孔隙率與骨密度相關(guān)關(guān)系分析

缺牙區(qū)骨小梁孔隙率與骨密度之間無(wú)相關(guān)性（P＞0.05，表4）。Norton和Gamble[9]依據(jù)Lekholm和Zarb[10]四類頜骨質(zhì)量分類法，結(jié)合Simplant軟件測(cè)量骨密度，得出I～Ⅳ骨的骨密度值范圍，即Ⅳ類骨為0HU～500 HU，Ⅱ/Ⅲ類骨為500HU～850 HU，I類骨大于850 HU，本研究在此基本上分析各類骨間孔隙率差異，數(shù)據(jù)顯示骨小梁孔隙率均值Ⅳ類骨（1.9359±2.1855）%＞Ⅱ/Ⅲ類骨（1.7030±4.6605）%＞I類骨（1.5307±4.0950）%，不同骨質(zhì)類型的骨小梁孔隙率均值無(wú)顯著性差異（P＞0.05，表5）。

3 討論

目前，臨床上廣泛運(yùn)用CBCT來(lái)評(píng)估骨質(zhì)量，但主要集中在骨密度方面。骨小梁微結(jié)構(gòu)作為骨強(qiáng)度和骨折風(fēng)險(xiǎn)的強(qiáng)大決定因素，也應(yīng)該被重視。Mohajerani［11］等回顧性分析1094例種植體早期失敗的影響因素，發(fā)現(xiàn)種植體在高密度骨質(zhì)的群集失敗可能與骨小梁三維結(jié)構(gòu)相關(guān)。因此，本研究引入骨小梁孔隙率作為評(píng)價(jià)骨小梁三維結(jié)構(gòu)的替代參數(shù)，在幫助臨床醫(yī)生對(duì)骨質(zhì)量進(jìn)行分類時(shí)，會(huì)更加靈活和準(zhǔn)確。

在本研究中，為了驗(yàn)證骨小梁孔隙率是否能夠在一定程度上反映骨小梁三維結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)收集擬種植患者術(shù)前拍攝的CBCT資料200例，共231個(gè)牙缺失牙位，通過(guò)CBCT軟件計(jì)算骨小梁孔隙率和CTAn軟件計(jì)算骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)（BV/TV、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp）的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析骨小梁孔隙率與各參數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果顯示，骨小梁孔隙率與BV/TV之間存在負(fù)相關(guān)，與Tb.Sp之間存在正相關(guān)，與Tb.Th、Tb.N之間無(wú)顯著相關(guān)。這些相關(guān)性其他研究者也有類似報(bào)道，Kim JE［12］等學(xué)者發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松時(shí)，BV/TV、Tb.N和 Tb.Th數(shù)值減少，Tb.Sp數(shù)值增加，并解釋Tb.Sp數(shù)值可理解為孔隙率，與本研究結(jié)果基本相符合。綜上，CBCT圖像測(cè)量的骨小梁孔隙率參數(shù)在一定程度上可以反映出骨小梁三維結(jié)構(gòu)。

在此基礎(chǔ)上，本研究對(duì)不同缺牙部位骨密度、骨小梁孔隙率進(jìn)行比較，得出骨密度：下頜前牙區(qū)＞上頜前牙區(qū)＞下頜后牙區(qū)＞上頜后牙區(qū)，骨小梁孔隙率則正好相反：下頜前牙區(qū)＜上頜前牙區(qū)＜下頜后牙區(qū)＜上頜后牙區(qū)。這與Turkyilmaz［13］的研究結(jié)果相似，研究者使用CBCT測(cè)量372個(gè)牙缺失位點(diǎn)的骨密度，發(fā)現(xiàn)下頜前牙區(qū)平均骨密度最高（994.9HU），上頜前牙區(qū)（715.8HU）、下頜后牙區(qū)（674.3HU）次之、上頜后牙區(qū)（455.1HU）最低。張曉燕［14］通過(guò)顯微CT掃描和三維重建對(duì)39具離體頜骨標(biāo)本分析骨小梁顯微結(jié)構(gòu)特征，測(cè)量骨小梁的比例,數(shù)據(jù)表明下頜骨小梁比例普遍高于上頜，上頜前牙區(qū)骨小梁比例高于后牙區(qū)，在下頜，骨小梁比例從前牙區(qū)到后牙區(qū)先減小后增大，在前磨牙區(qū)最低。該結(jié)果較本實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的偏差，可能與地域差異、不同的生活習(xí)慣、掃描和測(cè)量方法差異有關(guān)。研究報(bào)道[15]，上、下頜骨單元分別為力的分布、力的吸收在一定程度上解釋了上下頜骨骨小梁孔隙率值和骨密度值的差異。至于上下前牙區(qū)較大的骨密度和較小的骨小梁孔隙率，可能與前牙區(qū)牙齒的解剖和功能相關(guān)，前牙主要負(fù)責(zé)食物的切割，受力方向以側(cè)向力為主，所以需要高密度、小孔隙的骨質(zhì)支持。后牙相對(duì)應(yīng)的骨密度較低、骨小梁孔隙率較大，因?yàn)榍澳パ篮湍パ滥パ乐饕惺艽怪本捉懒Α?/p>

此外，本研究發(fā)現(xiàn)不同年齡階段缺牙區(qū)骨密度有所波動(dòng)，60-70年齡段平均骨密度（552.12HU）最低，40-49歲階段（675.27HU）最高，年齡組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。但是各年齡段平均骨小梁孔隙率有明顯變化，30-49歲階段平均骨小梁孔隙率（＜1.5%）較小，與18-29歲和50-70歲階段較大的平均骨小梁孔隙率(＞3%)有顯著性差異（P=0.032＜0.05）。黃英[16]等使用CBCT測(cè)量90例患者擬種植區(qū)的松質(zhì)骨骨密度，結(jié)果顯示BMD與年齡無(wú)關(guān)，與本研究平均骨密度結(jié)果基本一致。Sugiura T[17]等報(bào)道骨質(zhì)在30-40歲達(dá)到高峰，骨代謝基本穩(wěn)定，65-80歲，骨質(zhì)疏松，孔隙增大，脆性增加，骨折發(fā)生率顯著提高。與本研究測(cè)得30-39歲階段平均骨小梁孔隙率（1.1018%）最低，60-70歲平均骨小梁孔隙率（3.46%）最高相符。本研究表明即使CBCT圖像測(cè)量的骨密度無(wú)明顯差異，但是骨松質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)還是有所差異。因此骨小梁孔隙率可為臨床上評(píng)價(jià)骨質(zhì)提供骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，這較單獨(dú)評(píng)估骨密度更能多維度反映骨質(zhì)。

本研究為了驗(yàn)證骨密度與骨小梁孔隙率間的關(guān)系，采用Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果表明兩者之間無(wú)顯著關(guān)系（P=0.264＞0.05）。相關(guān)研究［18］報(bào)道，骨密度與骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)（Tb.N、Tb.Pf、Tb.Th、Tb.Sp等）并不一直保持正相關(guān)關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)Lekholm和 Zarb［10］Ⅰ～ Ⅳ類頜骨質(zhì)量分類法，數(shù)據(jù)顯示骨小梁孔隙率均值Ⅳ類骨＞Ⅱ/Ⅲ類骨＞Ⅰ類骨，不同骨質(zhì)類型的骨小梁孔隙率均值無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。Van Dessel J［19］等對(duì)116個(gè)人體頜骨標(biāo)本分析骨小梁顯微結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)HU分類松質(zhì)骨密度，研究結(jié)果顯示BV/TV：D1(32.29%)＞D2(27.46%)＞D 3(18.4%)＞D4(9.83%)，Tb.Sp：D4(1.2 mm)＞D3(0.82 mm)＞D2(0.68 mm)＞D1(0.59 mm) 。Tb.sp與本研究的骨小梁孔隙率變化趨勢(shì)一致，BV/TV與孔隙率變化趨勢(shì)相反，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果中骨小梁孔隙率與BV/TV成負(fù)相關(guān)。臨床醫(yī)生可測(cè)量骨小梁孔隙率作為骨質(zhì)分類的補(bǔ)充，充分評(píng)估術(shù)區(qū)頜骨質(zhì)量，獲得更好的療效。

綜上所述，CBCT測(cè)量的骨小梁孔隙率和骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性表明，應(yīng)用CBCT測(cè)量骨小梁孔隙率作為評(píng)價(jià)骨小梁結(jié)構(gòu)的替代參數(shù)具有可行性。不同牙齒位置、年齡、骨質(zhì)分類的骨小梁孔隙率均有所差異，臨床醫(yī)生對(duì)骨質(zhì)量進(jìn)行分類時(shí)，輔以骨小梁孔隙率進(jìn)行骨微結(jié)構(gòu)分析是一種有用的骨質(zhì)量評(píng)估方法，會(huì)更加靈活和準(zhǔn)確，以獲得更好的臨床效果。本研究也存在以下不足：第一，CBCT體素0.26mm，骨小梁厚度一般為0.1mm～0.4mm，由于體素相差較大，CBCT圖像不一定能識(shí)別到較細(xì)小的骨小梁結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)會(huì)有偏差，如Tb.Sp數(shù)值偏大，Tb.N數(shù)值偏小。第二，本實(shí)驗(yàn)未考慮到不同CBCT機(jī)品牌對(duì)測(cè)量骨小梁孔隙率的影響［20］。第三，本實(shí)驗(yàn)論證出骨小梁孔隙率能在一定程度上代表骨小梁結(jié)構(gòu)，但是并沒(méi)有得出骨小梁孔隙率的最佳取值區(qū)間，考慮到患者的可變性高，后期還需要增加樣本量明確取值區(qū)間。因此，進(jìn)一步探究骨小梁孔隙率是如何影響頜骨質(zhì)量，應(yīng)該成為未來(lái)研究的主題。