彭 敏，费 伟

四川省人民医院 口腔科 (成都 610072)

·论 著·

CBCT成像技术在种植位点临床骨质评价中的应用*

彭 敏，费 伟

四川省人民医院 口腔科 (成都 610072)

目的 检验锥形束CT(CBCT)成像的灰度值和多层螺旋CT(MSCT)的CT值(HU)间的相关性，以及患者植牙区的CBCT灰度值和临床骨质主观评价的相关性。方法 制作不同浓度的磷酸氢二钾(K2HPO4)放射标本和羟磷灰石(HA)放射标本，分别用CBCT和MSCT成像，检验样本的CBCT灰度值和HU值之间的相关性。152名拟行后牙种植的患者进行术前CBCT扫描，测量植牙区骨质的CBCT灰度值，并与术中医师对骨质的主观评价比较。结果 CBCT灰度值和HU值间有强相关性。植牙区骨质的CBCT灰度值随骨质类型呈下降趋势，4型骨质的平均CBCT灰度值为：1类312，2类214，3类76，4类-454。结论 CBCT灰度值可用于评价骨质密度，并为种植区的骨质预测提供参考。

骨质；锥形束CT；HU值

对口腔种植区骨质进行定性和定量评价是种植术前准备的重要组成部分。骨质包括植入区牙槽嵴的高度、宽度和该区皮质骨的厚度和松质骨(骨小梁)的数量及整体矿化度，是影响术后种植体骨整合的重要因素。Lekholm和Zarb将骨质分为4类：1类主要为皮质骨，2类为厚层皮质骨环绕致密骨小梁(松质骨)，3类为薄层皮质骨环绕致密骨小梁(松质骨)，4类为薄层皮质骨环绕低密度骨小梁。通常第四类骨的种植成功率较低，提示在该类骨区进行种植时需考虑用外科手段对骨质加以改进[1]。

锥形束CT(CBCT)作为口腔种植术前诊断工具，可提供颌骨的多层面三维图像信息，临床医师可据此观察颌面部重要解剖结构，如上颌窦和神经管的位置和大小，定性观察种植区皮质骨和松质骨的致密度及构成。与传统的根尖周片和全景片相比，CBCT图像无扭曲和放大，故CBCT还可用于对术区骨质进行定量评价：精确测量牙槽嵴的线性高度和宽度[2-4]及非线性区域的灰度值。

在医疗CT扫描中的灰度值被称为HU值，反映各组织对X线的吸收系数(如水的HU值为0)。 目前不同CBCT制造商和软件商都将CBCT灰度值测量单位定为HU，然而其并非真正意义上的HU值。有研究将CBCT灰度值和CT的HU值进行比较，结果显示CBCT的灰度值比CT的HU值高[5-6]。这给临床上的CBCT的灰度值比较带来困难。文献尚无CBCT灰度值应用于临床骨质评价的相关报道。

因此，本研究旨在检验CBCT灰度值用于定量评价口腔种植位点骨质情况的实用性：检验CBCT灰度值与骨密度HU值之间的相关性，以及种植位点的CBCT灰度值与术中骨质主观评价间的关联性。

1 材料与方法

1.1 放射标本制备

标本一采用磷酸氢二钾(K2HPO4)溶液制作[7]。K2HPO4与羟基磷灰石(HA)的分子量接近(分别为15.58和15.86)，两种物质的光子衰减相似。用浓度50～1 000 mg/mL的K2HPO4模拟松质骨和密质骨，用20%的甲醇水溶液模拟脂肪组织。K2HPO4溶液与甲醇溶液分别装入15 mL的聚丙烯试管内，稳定置于泡沫聚苯乙烯垫上。一个空的试管用于检测空气样本(图1A)。 另一放射标本为圆柱形羟基磷灰石(HA)-树脂复合物。圆柱形羟基磷灰石的浓度分别为100、200、400和800 mg/mL(图1B)。

1.2 放射样本扫描

每个放射样本均采用CBCT和多层螺旋CT(MSCT)扫描。CBCT按种植常规要求设置，扫描参数为120 kvp，15 ma，6英寸FOV。MSCT扫描参数为130 kv，90 ma，1.5 TI，-4.0 GT。

1.3 样本的CBCT灰度值和HU值检测

将样本的CBCT和MSCT扫描数据导入图像分析软件，显示轴向截面图像，用软件分析工具生成三角形测试区，记录该三角形3个顶点的CBCT灰度值或HU值并计算平均值。每个测试点测量3次。

1.4 患者CBCT扫描和分析

所有拟行后牙种植患者接受术前CBCT扫描和术后即刻CBCT扫描。CBCT扫描参数同前。将术前扫描图像导入观测软件，生成种植位点三维图像。应用虚拟种植体进行模拟种植，获取种植体位置和规格并进行标记。测量并记录标记区域中部三角形各顶点CBCT灰度值并计算平均值。根据该虚拟种植体制作种植外科导板，在种植手术中应用，使测量位点与实际种植位点匹配(图2)。

图1 不同浓度放射样本

注：A为K2HPO4溶液放射样本；B为HA放射样本

图2 患者CBCT扫描和分析

注：患者，女，48岁，D区6缺失半年。A为种植位点术前虚拟种植;B为在种植体标记区域测量3点CBCT灰度值并计算平均值;C为种植术后像

1.5 主观手术分析

种植手术由两名种植外科医师完成，并依据Lekholm和Zarb分类法对种植位点骨质进行评价分类。

1.6 统计学方法

采用SPSS 17.0软件进行统计分析。Pearson相关系数检验用于放射样本的CBCT灰度值与HU值之间的相关性分析。非参数Mann-Whitney检验用于比较不同主观骨质分类间的CBCT灰度值的差异。检验水准α设定为0.05。

2 结果

2.1 样本CBCT灰度值与其MSCT的HU 值的关联性

两种放射样本的MSCT扫描都显示出较广的HU值范围。空气样本的MSCT扫描HU值为-1 003±13，水为7±4。K2HPO4溶液样本的HU值范围为73±10(50 mg/mL)至1 129±16(1 000 mg/mL)。HA样本的HU值范围为182±3(100 mg/mL)至1 140±4(800 mg/mL)。两种样本均涵盖了松质骨和皮质骨的衰减情况。

与MSCT类似，K2HPO4溶液样本的CBCT图像也显示出较广范围的灰度值。对于6英寸FOV(标准种植视野)，空气的CBCT灰度值为-1 002±47，与参考HU值接近。水的CBCT灰度值为-98±53，低于其HU值。同理，试验中各浓度K2HPO4溶液的CBCT灰度值均与相应HU值存在差异。尽管CBCT灰度值与HU值存在数值上的差异，但统计分析显示两者间有强相关性。对HA样本的CBCT和MSCT图像及统计分析结果也表明了这种相关性。样本的总相关系数为P=0.991(<0.001), CBCT灰度值为315±12.8(M±SD)，MSCT的HU值为346±13.5(M±SD)(图3)。

2.2 CBCT灰度值与主观骨质密度评价

152个后牙植入位点中，1类骨质6个，2类骨质95个，3类骨质48个，4类骨质3个。植入点的CBCT灰度值范围从-460至642。4种骨质类型的CBCT平均灰度值分别为1类312，2类214，3类76，4类-454。CBCT平均灰度值随骨质类型呈下降趋势，1类骨质最高，4类骨质最低(表1)。

对2类和3类骨质位点间差异的分析结果表明，两类骨的平均灰度值间的差异具有统计学意义。2类骨位点的CBCT灰度值高于3类骨，2类骨的平均灰度值(214)约为3类骨(76)的3倍。

图3 两种溶液CBCT灰度值和MSCT的HU值之间的相关性

表1 4种骨质类型的CBCT灰度值分布

注:*P<0.05，差异有统计学意义

3 讨论

术前对骨质的评价是种植诊疗计划的重要组成部分。CBCT图像广泛用于植入点的术前评估并提供骨质的相关信息。本试验表明，尽管样本CBCT灰度值与其MSCT的HU值之间存在数值差异，但两者之间具有强相关性。这证实了将CBCT灰度值应用于临床种植位点骨质或骨密度评价的有效性[8-9]。

种植位点的CBCT图像灰度值显示范围从-460至642。基于对两种放射样本的分析，这些值位于HU值和骨密度的线性相关区域内，因此这些CBCT灰度值的差异能够反映种植位点骨矿化度的差异。结果表明2类骨的CBCT平均灰度值约3倍于3类骨，但这两类骨的CBCT灰度值范围部分重叠，使得仅凭CBCT灰度值难以将它们区分开。事实上，将临床医生对骨质进行的主观评价与骨的客观组织形态学评估进行对比，发现医师也不能准确划分临床2类骨与3类骨。但从临床角度看，对2、3类骨质的区分并不会改变临床诊疗方案，相对而言，对3类和4类骨质的区分临床意义更大。此外，CBCT扫描的作用也不局限于对骨质密度进行定量描述，还包括对骨的体积大小进行线性测量[9]和确定种植体规格等。

未来更大样本量的试验，应着重于观测骨密度差异对种植效果的影响，包括种植初期稳定性和预后成功率，使CBCT灰度值对于植入点骨质的评价更具临床价值。

[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， 张志宏， 刘红红,等. 锥形束CT对牙齿种植位点线距测量精度的实验研究[J].中华放射学杂志， 2016，22(1)：52-56.

[4] 杨艺强， 刘琪， 庄东鹏,等.数字化根尖片、曲面断层片、CBCT测量牙齿长度准确性的比较研究[J].临床放射学杂志 ，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

四川省卫生厅资助项目(No：140099)

R783.6

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