缺牙区松质骨密度的定量CT法测量

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.36.007

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (36): 5775-5780.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.36.007

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缺牙区松质骨密度的定量CT法测量

黄英1，张慧1，蔡跃1，曾凡刚2，郭玲1

1西南医科大学附属口腔医院修复科，四川省泸州市 646000；2西南医科大学附属口腔医院放射科，四川省泸州市 646000

收稿日期:2017-09-16 出版日期:2017-12-28 发布日期:2018-01-04
通讯作者: 郭玲，博士，副教授，西南医科大学附属口腔医院修复科，四川省泸州市 646000
作者简介:黄英，女，1990年生，四川省人，汉族，西南医科大学在读硕士，医师，主要从事口腔修复学与种植学研究。
基金资助:
四川省科技厅项目(2017JY0111)；四川省卫计委项目(16PJ174)

Bone mineral density of cancellous bone in edentulous areas: quantitative CT measurement

Huang Ying1, Zhang Hui1, Cai Yue1, Zeng Fan-gang2, Guo Ling1

1Department of Prosthodontics, 2Department of Radiology, Hospital of Stomatology Affiliated to Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China

Received:2017-09-16 Online:2017-12-28 Published:2018-01-04
Contact: Guo Ling, M.D., Associate professor, Department of Prosthodontics, Hospital of Stomatology Affiliated to Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China
About author:Huang Ying, Studying for master’s degree, Physician, Department of Prosthodontics, Hospital of Stomatology Affiliated to Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China
Supported by:
a grant from the Science and Technology Department of Sichuan Province, No. 2017JY0111; the Project of Sichuan Provincial Health and Family Planning Commission, No. 16PJ174

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
定量CT：即定量X射线计算机体层摄影技术，区别于传统CT的特点是体模的运用，校正CT值漂移，从而准确地测量出单位体积内的骨矿物质含量，弥补了CT值只能代表相对骨密度的缺点。
定量CT测量体积密度：定量CT可分别测量任何部位骨小梁和皮质骨单位体积内的骨矿含量，即体积密度，单位以“mg/cm3”表示。测量时，除计算机软件设定感兴趣区外，还需外加一个标准体模，以校准机器的漂移，并将CT值换算成骨密度值。

摘要
背景：运用定量CT的原理可以准确地测得单位体积内骨密度。牙齿缺失后，牙槽骨愈合过程中存在一定程度的骨吸收，种植前准确评估拟种植区松质骨密度尤为重要。
目的：测量牙齿缺失后缺牙区松质骨密度的变化及探讨不同性别、年龄、颌骨区域松质骨密度有无差异。
方法：运用定量CT的原理校正锥形束CT扫描所得的锥形束CT值。对90例患者进行锥形束CT扫描后，得到患者缺牙区与对照区(同颌对侧同名牙区)各自骨密度(mg/cm3)。
结果与结论：①患者缺牙后缺牙区松质骨骨密度降低(P < 0.001)；②缺牙区松质骨密度、对照区正常松质骨密度以及缺牙后松质骨密度的减少量与性别无关；③缺牙区松质骨密度及缺牙后松质骨密度的减少量与年龄无关，而对照区正常松质骨密度随年龄增大而减小(P < 0.05)；④上下颌骨不同区域松质骨密度下颌后牙区>下颌前牙区>上颌前牙区>上颌后牙区(P < 0.05)；⑤结果证实，实验采用定量CT法成功测量缺牙区松质骨密度变化。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0003-3392-435X(黄英)

关键词: 组织构建, 组织工程, 定量CT, 锥形束CT, 颌骨, 缺牙区, 骨矿物质密度, 松质骨, 种植术, 修复, 骨吸收

Abstract:

BACKGROUND: The bone mineral density (BMD) in unit volume can be accurately measured with the theory of quantitative CT. After tooth loss, bone resorption certainly exists in the alveolar bone healing. Therefore, it is important to accurately evaluate the BMD of cancellous bone in the plantation area before implantation.
OBJECTIVE: To evaluate the changes in BMD of alveolar cancellous bone after the loss of tooth, and explore whether the BMD shows the differences in different genders, ages and dental sites.
METHODS: Corrected voxel values were obtained from the cone-beam CT with the theory of quantitative CT. Ninety patients underwent cone-beam CT, and their BMD (mg/cm3) in dentulous areas and control areas (homonymous region of the same jaw) was obtained.
RESULTS AND CONCLUSION: The BMD of alveolar cancellous bone reduced after the loss of tooth (P < 0.001). The BMD reduction of the edentulous cancellous bone, normal cancellous bone and the cancellous bone after tooth loss had no correlation with gender. The BMD reduction of the edentulous cancellous bone and the cance llous bone after tooth loss was not associated with age (P > 0.05), while the BMD of the control area decreased with increasing age (P < 0.05). The order of the BMD of cancellous bone was as follows: mandibular posterior region > mandibular anterior region > maxillary anterior region > maxillary posterior region. To conclude, quantitative CT is a available method for detecting the changes in the BMD of alveolar cancellous bone after tooth loss.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Tissue Engineering, Bone Density, Mandible, Maxilla

中图分类号:

R318

黄英，张慧，蔡跃，曾凡刚，郭玲. 缺牙区松质骨密度的定量CT法测量[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(36): 5775-5780.

Huang Ying1, Zhang Hui1, Cai Yue1, Zeng Fan-gang2, Guo Ling1. Bone mineral density of cancellous bone in edentulous areas: quantitative CT measurement[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(36): 5775-5780.

图/表（结果） 1

2.1 受试者数量分析纳入对象90例均进入结果分析。

2.2 受试者基线分析见表1。

2.3 缺牙区与对照区骨密度比较对各样本溶液浓度和对应的锥形束CT值进行直线相关分析，相关系数r =0.947，P < 0.05，认为样本溶液浓度与锥形束CT值之间存在线性相关关系。行回归分析直线模型拟合，决定系数R =0.897，表明拟合模型的意义较大。进一步对模型进行方差分析显示，F =69.708，P < 0.05，表明此模型有意义，即液体浓度对锥形束CT值是有影响的。回归系数t 检验结果： t=1.953，P < 0.05，即液体浓度与锥形束CT值之间存在直线关系，直线回归方程为y=91.233+1.953x(图4)，将患者缺牙区与对照区锥形束CT值(HU)代入以上直线回归方程，分别得到其对应的骨密度(mg/cm³)。将缺牙区与对照区骨密度进行配对样本t 检验，相关系数r =0.889，相关系数假设检验的P < 0.001，故缺牙区与对照区骨密度相关性有显著性意义。配对t 检验结果：P < 0.001，差异有显著性意义，可认为缺牙区与对照区松质骨骨密度有差异，即缺牙后缺牙区松质骨骨密度降低。

2.4 不同性别松质骨密度比较采用两独立样本t 检验分析法比较男女性缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)的差异，结果显示差异无显著性意义(P > 0.05)，提示不同性别间缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)无显著差异(表2)。

2.5 不同年龄段松质骨密度比较由于男女不同性别间缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)无显著性意义，故进行年龄分段时未对性别进行分组。将患者分为3个年龄阶段，并运用方差分析比较不同年龄段间缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)的差异。其中缺牙区骨密度和骨密度差值(缺牙区-对照区)差异无显著性意义(P > 0.05)，提示3个年龄段间缺牙区骨密度和骨密度差值(缺牙区-对照区)均无差异。而不同年龄段间对照区骨密度差异(P < 0.05；表3)。再将不同年龄组分别进行两样本t 检验显示差异有显著性意义(P < 0.05)，提示≤40岁组对照区骨密度最大，41-60岁组其次，> 60岁组对照区松质骨密度最小。

2.6 上下颌不同区域松质骨密度比较上下颌不同区域缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)的比较，将缺失牙位分为4个区域，分别是上颌前牙区、上颌后牙区、下颌前牙区及下颌后牙区，运用方差分析比较各区域之间的差异，其中缺牙区松质骨骨密度和骨密度差值(缺牙区-对照区)差异无显著性意义(P > 0.05)，提示上下颌骨不同区域缺牙区松质骨密度相差不大，上下颌骨不同区域缺牙区与对照区骨密度差值的差异也不明显。而颌骨不同区域对照区骨密度差异有显著性意义(P < 0.001，表4)，再分别进行t 检验两两比较差异均有显著性意义(P < 0.05)，可以认为对照区松质骨密度在颌骨不同区域存在显著差异，且下颌后牙区>下颌前牙区>上颌前牙区>上颌后牙区。

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引言

材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计影像学实验。

1.2 时间及地点于2014年4月至2016年10月在西南医科大学附属口腔医院放射科、西南医科大学口腔医学院口腔颌面修复与重建实验室完成。

1.3 对象收集2014年4月至2016年10月间在西南医科大学附属口腔医院就诊并于放射科拍摄锥形束CT的成年人90例，其中女性41例，男性49例。年龄19-77岁，平均年龄(45±13)岁。

纳入标准：①年龄≥18岁，上颌/下颌单颗牙非游离缺失，且同颌对侧同名牙健康；②缺牙时间大于3个月，小于6个月。

排除标准：①患有颌骨病变或有外伤骨折史；②患有骨质疏松症；③服用糖皮质激素及各种影响骨正常代谢的药物(如甲状腺激素、抗癫痫药物及肝素等)。

试验经与患者沟通并签订知情同意书。试验过程均符合《赫尔辛基宣言》等相关伦理原则、道德标准及相关法律法规等。

1.4 材料试验中等效骨体模选取磷酸氢二钾(K₂HP₄) (上海国药试剂集团)。根据Naitoh等对颌骨骨松质的分级^[5]，制备了0，50，150，250，350，450，550，650，750，850 mg/cm³等一系列浓度梯度的标准K₂HP₄溶液。将配置好的溶液分别置于15 mL塑料离心管中，密封备用。

1.5 方法

1.5.1 样本溶液锥形束CT值的测量各浓度的K₂HP₄溶液经锥形束CT(韩国怡友pax-uni3D 锥形束CT，89 kVp，8.0 mA，360°扫描，成像范围8.0 cm×8.0 cm)扫描后，所得图像保存格式为Dicom，然后运用Ez3D plus软件进行三维重建。重建层厚设置为1 mm，层间距设置为2 mm。从样本溶液离心管扫描所得横截面图像中，每隔两张选取一张，即每一浓度样本溶液选取10张横截面图像以备数据测量分析。在每一横截面上测量并记录感兴趣区域的平均锥形束CT值(图1)。取10张横截面图像所测得的锥形束CT值的平均值作为该溶液样本的锥形束CT值。

1.5.2 患者图像获取与测量患者经锥形束CT扫描，所得数据以Dicom格式保存图像，使用Ez3D plus进行重建。重建窗口显示界面分为4个小窗口，分别为冠状面图像、矢状面图像、轴面图像和三维重建立体图像。每1个显示小窗口中，交叉的两条直线各自代表另两个观察层面的定位。首先在轴面上将交叉点中心定于缺牙区，在矢状面上调整，使冠状面通过缺牙区近中牙槽嵴顶且与近中邻牙长轴平行，在冠状面栏中，在缺牙区牙槽骨松质骨中选取感兴趣区域并测得其平均锥形束CT值(图2)；在矢状面栏中调整，使冠状轴通过缺牙区远中牙槽嵴顶且与远中邻牙长轴平行，以同样的方法测得同样面积感兴趣区域平均锥形束CT值，以同样方法测得对照区(图3)，即缺失牙的同颌对照同名牙的近远中松质骨感兴趣区域的平均锥形束CT值。取近远中锥形束CT平均值作为该区域的锥形束CT值，过1周后对所有数据进行第2次测量，取两次测量数据的平均值当做最终结果。

实验中的所有锥形束CT拍摄均由专业放射技师在相同的扫描条件下拍摄。所有溶液配制及溶液、松质骨感兴趣区域的测量均由同一名研究生完成。

1.6 主要观察指标各样本溶液浓度和对应的锥形束CT值，并求得二者的关系式；患者缺牙区与对照区锥形束CT值，并转化为骨密度；患者缺牙区与对照区骨密度差值。

1.7 统计学分析采用SPSS 17.0统计学软件进行数据分析。对K₂HP₄溶液的锥形束CT值和其对应的浓度进行相关性分析，进一步建立直线回归模式。将患者缺牙区及自身对照区的锥形束CT值代入线性关系，得到各自的骨矿物质密度(单位mg/cm³)，数据结果以x(_)±s表示，符合正态分布。缺牙区与对照区骨密度进行配对样本t 检验。男女性缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)采用两独立样本t 检验比较。运用方差分析比较不同年龄段间缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)的差异，不同年龄组分别进行两两比较t 检验。运用方差分析比较上下颌不同区域缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(缺牙区-对照区)各区域之间的差异。检验水准α=0.05。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

种植术前判断拟种植区骨密度至关重要。种植术前应该对种植区骨体积和质量进行评估，其中骨密度作为影响种植体的成功率的关键因素之一^[7]，术前必须进行正确的分析判断，以便于对于骨密度相对较低的情况下，术中采取一定的技巧，如骨挤压术等，提高种植体的初期稳定性，从而提高种植体存活率。随着种植技术及锥形束CT的普及，锥形束CT对骨质的判断也成为近年来一大研究热点，有学者研究认为锥形束CT值与骨密度存在明显相关性^[8]，有学者已证实锥形束CT值与双能X射线吸收法所测得的骨密度值存在线性相关关系^[9-10]。但也学者们认为锥形束CT对组织密度的测量并不可靠^[11-12]，锥形束CT值只是相对骨密度值，并不能够准确的代表真实骨密度值，锥形束CT机型号、扫描参数及定位等均可影响锥形束CT值^[13-14]。

定量CT对于颌骨松质骨密度测量具有绝对优势。骨密度的测量方法随技术的发展逐渐增多，包括二维和三维的测量方法，如单、双光子吸收法、双能X射线吸收法及定量CT等，其中定量CT和双能X射线吸收法相对运用较多^[3，14]。

双能X射线吸收法作为公认的诊断骨质疏松症的金标准而广受推崇，但双能X射线吸收法是二维方向的骨密度测量，不能将松质骨与密质骨区分开，反映的是测量区域的松质骨与密质骨骨密度总和^[15-16]。而定量CT可分别测量松质骨与密质骨骨密度，是真正的三维测量。所以相对而言，定量CT在颌骨松质骨密度测量上更优于双能X射线吸收法。定量CT中体模的作用在于校正CT值漂移，将CT值(HU)转换为骨密度值(mg/cm³)。此外，不同型号CT、不同扫描参数对CT值的影响也可以通过相同体模进行校正，从而使骨密度值更具有可比较性和实用性^[17-18]。定量CT骨密度测量的标准体模主要有两种，分别是羟磷灰石(Ca₅OH(PO₄))固体体模、磷酸氢二钾(K₂HP₄)液体体模^[19]。由于磷酸氢二钾水溶性较好，制作工艺相对简单，所以实验采用磷酸氢二钾溶液作为等效骨体模，运用定量CT的基本思路，对锥形束CT扫描结果进行骨密度分析。

牙齿缺失后存在一定的骨吸收，在种植术前、术中以及术后可以采取相应的措施，以提高种植体的存活率。有研究认为，牙齿缺失后3个月内牙槽骨吸收量占初始两年内牙槽骨吸收总量的70%-80%^[20-21]。拔牙后半年骨吸收导致牙槽骨高度减少约1.2 mm，宽度减少约4.4 mm^[22]。实验结果表明，缺牙后缺牙区松质骨密度也相应降低。牙齿缺失后，牙槽窝愈合过程中，破骨细胞与成骨细胞相互协调，共同完成骨组织的修复再生与重建。破骨细胞和成骨细胞的生长、分化受局部生长因子及骨髓微环境的调控，同时也有神经系统信号的参与^[23]。缺牙后牙槽窝内新骨形成，骨小梁逐渐融合，新生层板状骨密度逐渐增高，但缺牙区新生骨最终还是无法达到原有骨质水平，即存在一定的骨量丢失，表现为牙槽嵴高度、宽度的减少，以及骨密度的降低^[24-25]。牙齿拔出后，为了预防牙槽骨吸收导致的种植骨量不足、松质骨密度降低的情况，临床上可采取拔牙同期行牙槽嵴位点保存术及引导组织再生术等，保持牙槽骨的质和量，有利于后期种植体的植入。另外，即刻种植也可作为预防牙槽骨愈合过程中骨吸收的方法，但一定要严格把握适应证与禁忌证^[26]。

颌骨松质骨密度与性别无关，而在一定范围内，骨密度随年龄的增大而减小。实验分析发现，缺牙区松质骨密度、对照区正常松质骨密度以及缺牙后松质骨密度的减少量与性别无明显相关性。不同年龄阶段缺牙区松质骨密度及缺牙后松质骨密度的减少量无明显差异，而不同年龄阶段对照区正常松质骨密度差异显著，≤40岁组对照区骨密度最大，40-60岁组其次，>60岁组对照区松质骨密度最小。有研究报道，骨量在30-40岁达到高峰，骨代谢达到平衡，而女性从绝经期前后开始，男性大约从65岁开始出现骨量丢失^[27-28]。女性一生中骨量丢失为30%-50%，绝经后每年丢失为2%-3%，而男性骨丢失量个体差异较大，一生中丢失约30%。在65-80岁期间，骨量丢失缓慢，总丢失量约占骨量峰值的50%，骨质疏松，脆性增加，骨折发生率显著提高，与本次实验究测得随年龄的增加，正常区域(对照区)牙槽骨松质骨密度降低的结果相符。所以对于绝经后妇女，以及60岁以上男性，种植术前通过锥形束CT评估拟种植区松质骨密度至关重要。

上下颌骨各区域松质骨密度存在差异，种植术前应仔细评估。实验研究分析得出上下颌骨各区域松质骨密度下颌后牙区>下颌前牙区>上颌前牙区>上颌后牙区，造成这种差异的原因可能来自两方面：一方面是由于颌骨的生理结构不同，上颌骨为支架骨，其生长发育过程中气化形成上颌窦，同时造成骨小梁排列疏松，尤其是最靠近上颌窦的上颌后牙区域。另一方面是生物力学原因，下颌骨是面部骨中唯一可活动者，其在咀嚼过程中所承受的咬合力大于上颌骨，长期在较大的力学刺激下，导致下颌骨发育过程中所形成的骨小梁更加粗大，且排列更加致密，同样后牙区尤甚^[29-30]。已有学者通过对颌骨密度进行定量测量，并得出了形似结论：不同部位颌骨松质骨密度不同。Norton等^[31]对32例患者、不同区域的139个种植位点的松质骨密度研究得出：上颌后牙区的平均骨密度大于下颌后牙区，并认为颌骨密度与牙位相关。Fanuscu等^[32]应用显微ＣＴ测量老年男性干燥离体颌骨的骨密度发现，下颌的松质骨密度CT值范围为51-529 HU，上颌的骨松质骨密度值范围为186-389 HU，与实验结果基本一致，但实验通过定量CT的原理对CT值进行校正，能更加准确的表示骨密度。Turkyilmaz等^[33]也研究证明，由于上颌后牙区骨密度相对较低，种植失败率相对较高。故对于颌骨的不同区域种植，应该制定不同的种植方案，为种植成功提供保障。

在种植术前，不仅需要判断骨量是否充足，同时还需要判断松质骨密度。对于拟种植区骨密度较低的患者，术中可采取骨挤压、植骨等方法提高骨密度，尽量选择直径大且长的种植体，以增大种植体的初期稳定性，同时可适当给予更多骨结合时间，延迟上部修复，以提高种植成功率。

实验也存在一定的局限性。由于病例数量较少，实验无法将可能影响松质骨密度减少量的因素(如缺牙时间、缺失牙是否采取修复方式等)都加以区分后再进行分组比较，我们将进一步研究，将其他可能的影响因素纳入研究范围，并排除可能的干扰因素，使实验更具有代表性和说服力。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

缺牙区松质骨密度的定量CT法测量

Bone mineral density of cancellous bone in edentulous areas: quantitative CT measurement

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