锥形束CT重建评价髁突骨性增龄性变化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.19.015

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (19): 3044-3055.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.19.015

• 骨与关节图像与影像 bone and joint imaging • 上一篇下一篇

锥形束CT重建评价髁突骨性增龄性变化

李欣¹，唐静²，李泽奎¹，李洪发¹，梁猛³，张娟¹

¹天津医科大学口腔医院，天津市 300070；²北京市瑞泰口腔医院，北京市 100107；³天津医科大学医学影像学院，天津市 300203

出版日期:2017-07-08 发布日期:2017-08-10
通讯作者: 张娟，博士，副主任医师，天津医科大学口腔医院，天津市 300070
作者简介:李欣，女，1990年生，天津市人，汉族，天津医科大学在读硕士，主要从事颞下颌关节病学临床与基础研究。
基金资助:
天津医科大学口腔医学院教学研究基金(kqjg201504)；天津市应用基础与前沿技术研究计划(15JCYBJC55100)

Age-related changes in condyle evaluated by cone-beam CT reconstruction

Li Xin¹, Tang Jing², Li Ze-kui¹, Li Hong-fa¹, Liang Meng³, Zhang Juan¹

¹Hospital of Stomatology, Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China; ²Rytime Dental Hospital, Beijing 100107, China; ³School of Medical Imaging, Tianjin Medical University, Tianjin 300203, China

Online:2017-07-08 Published:2017-08-10
Contact: Zhang Juan, M.D., Associate chief physician, Hospital of Stomatology, Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China
About author:Li Xin, Studying for master’s degree, Hospital of Stomatology, Tianjin Medical University, Tianjin 300070, China
Supported by:
the Teaching Research Foundation of Stomatological School of Tianjin Medical University, No. kqjg201504; the Basic Application and High-Tech Research Program of Tianjin, No. 15JCBYJC55100

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

颞下颌关节紊乱病：是一类病因尚未完全清楚而又有相同或相似临床症状的一组疾病的总称，一般都有颞下颌关节区及(或)咀嚼肌肌痛，下颌运动异常和伴有功能障碍以及关节弹响、破碎音及杂音等症状。

锥形束CT：锥形束CT检查常会发现髁突结构及形态的改变，包括骨皮质增厚、骨皮质模糊不连续、皮质下小囊样缺损、髁突磨平变短等，这些改变与颞下颌关节骨关节病密切相关。

摘要

背景：锥形束CT能够发现髁突结构及形态的异常改变，包括骨皮质增厚、骨密度异常等，这些改变与颞下颌关节骨关节病密切相关。如何甄别骨关节病的影像学改变是正确诊断和治疗的前提。对于一般人群颞下颌关节各年龄段的髁突生理性改变以及性别差异，目前尚缺乏临床资料研究。

目的：采用锥形束CT观察不同性别及年龄人群髁突骨性增龄性变化。

方法：收集883例无颞下颌关节症状患者的锥形束CT资料，按年龄(7-8，9-10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26-27，28-29，30-35，36-40，41-45岁)分为22组，采用examvision软件测量髁突表面各点骨密度，并进行统计学分析。

结果与结论：随年龄增长，对象髁突最前点、顶点骨密度增高达高峰期，后进入稳定期，40岁后呈下降趋势；髁突最后点骨密度增高，达到高峰后下降，30岁后保持稳定。男女各年龄段髁突最前点、顶点骨密度均大于最后点。各年龄段女性髁突各点骨密度均大于男性。结果证实，髁突骨密度具有一定的增龄性变化规律。髁突功能面骨密度大于非功能面。男性髁突发育迟于女性。实验为颞下颌关节骨性疾病的诊断提供了参考。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0002-5393-0186(张娟)

关键词: 骨科植入物, 口腔组织构建, 髁突, 骨密度, 锥形束CT, 增龄性改变, 骨关节病, 性别差异, 颞下颌关节紊乱病, 亨斯菲尔德单位

Abstract:

BACKGROUND: Cone-beam CT (CBCT) can show abnormal structures and shape of condyle, including thickened cortical bone and abnormal bone mineral density (BMD), which are closely associated with temporomandibular osteoarthrosis. How to identify the imaging changes of osteoarthrosis is a foundation to make correct diagnosis and treatment. However, there is still a lack of study on physiological changes of condyle in people with different ages and sexes.

OBJECTIVE: To investigate the age-related changes of condyle using CBCT in poplulations with different ages and sexes.

METHODS: CBCT data of 883 patients without temporomandibular osteoarthrosis were collected, and then divided into 22 groups by age (7-8, 9-10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26-27, 28-29, 30-35, 36-40, 41-45), and the BMD of each point at the surface of condyle was measured using examvision software and analyzed statistically.

RESULTS AND CONCLUSION: As age increases, the BMD of the anterior point and apex was increased and reached a peak, then kept on a stable stage, while showed a decreased tendency after 40 years old. The BMD of the posterior point was increased until a peak and then decreased, and became stable after 30 years old. The BMD of the anterior point and apex both was higher than that of the posterior point in male and female patients. The BMD of each point in females all was higher than that in males. Our results suggest that there are age-related changes in condyle BMD. The BMD on the functional surface is higher than that on the nonfunctional surface. Besides, the condyle development of in males is later than that in females, and all above findings provide reference for the diagnosis of temporomandibular osteoarthrosis.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Tissue Engineering, Temporomandibular Joint, Bone Density

中图分类号:

R318

李欣，唐静，李泽奎，李洪发，梁猛，张娟. 锥形束CT重建评价髁突骨性增龄性变化[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(19): 3044-3055.

Li Xin, Tang Jing, Li Ze-kui, Li Hong-fa, Liang Meng, Zhang Juan. Age-related changes in condyle evaluated by cone-beam CT reconstruction[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(19): 3044-3055.

图/表（结果） 3

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引言

口腔临床中，常常遇到因颞下颌关节弹响及疼痛症状就诊的患者，且已有较长病史，锥形束CT(cone beam computed tomography，CBCT)检查常会发现髁突结构及形态的改变，包括骨皮质增厚、骨皮质模糊不连续、皮质下小囊样缺损、髁突磨平变短等，这些改变与颞下颌关节骨关节病(temporomandibular joint osteoarthrosis，TMJ-OA)密切相关^[1-2]。错牙合畸形与颞下颌关节紊乱病有密切关系^[3-4]，如正畸前未发现已存在的颞下颌关节问题，正畸治疗过程中可能会出现颞下颌关节异常改变，包括髁突骨质异常吸收、骨密度降低等而导致治疗失败^[5-6]。伴随着人类社会的老龄化，骨质疏松症呈明显上升的趋势，其主要表现就是骨密度的降低。有研究表明，骨质疏松症患者下颌骨密度也有相应的下降，在一定程度上，下颌骨的骨密度可以反映出全身骨骼状况^[7-8]。

锥形束CT作为20世纪90年代新兴的一项影像技术，较口腔其他的检查手段有其独特的优势，扫描时间短，射线剂量低，成像精度高等，目前已逐渐发展为口腔检查的常规手段。徐子卿等^[9]针对面部软组织，口腔颌面部解剖标志点之间，颞下颌关节、牙槽骨和牙齿结构的锥形束CT线距测量是否准确与可靠进行了一系列的评价及分析，并表明锥形束CT较传统影像学检查方法更为可靠。傅开元等^[10]对颞下颌关节紊乱病患者48例行锥形束CT检查后发现，除了髁突表面磨平的影像显示不清外，其他各种类型的病变，锥形束CT影像均能清晰的显现。若硬组织是观察对象时，就非常适合采用锥形束CT检查。锥形束CT观察骨质改变时，观察者和被观察者之间有较高的一致性，重复性高，结果可靠。

双能X射线吸收骨密度测定仪目前被认为是骨密度检测的金标准，然而由于口腔狭窄，髁突位置的特殊，解剖形态不规则，测量骨密度的仪器均无法使用。在临床上，螺旋CT被用来测量骨松质的密度已经被广泛应用于诊断骨质异常疾病，因锥形束CT测量精确度更高，在颌骨密度测量方面应用更为广泛。许多研究已将锥形束CT用于颞下颌关节骨关节病等颞下颌关节紊乱病的诊断^[11-12]，如研究颞下颌关节骨质退行性变与年龄的关系，以及颞下颌关节骨关节病髁突形态改变的锥形束CT表现，具有重要的临床意义。但对于一般人群颞下颌关节各年龄段的生理性改变以及性别差异，目前尚缺乏临床研究。

因此，及时进行颞下颌关节锥形束CT检查以及把握健康人群髁突的骨性增龄性变化，正确区分生理性与病理性影像学改变具有重要临床意义。试验旨在利用锥形束CT图像，定量地描述髁突表面骨密度以及髁突的三维方向的增龄性变化，通过研究颞下颌关节正常的增龄性变化，区分颞下颌关节的生理性与病理性的不同，以期为临床诊断提供参考。

先前有利用X射线方法测量正常人群腰椎、股骨等部位骨密度增龄性及性别差异的研究^[13-14]，而由于髁突功能复杂，解剖形态不规则，至今国内外关于髁突骨密度的研究很少。试验创新之处在于，采用锥形束CT对不同性别及年龄组无症状人群的颞下颌关节进行髁突表面骨密度测量，通过研究不同性别、不同年龄的正常人髁突骨密度值，可以阐明髁突的生理性变化，以更好的区分生理性改变与病理性和功能性改变的不同，探讨髁突的骨性增龄性变化，对于颞下颌关节骨质改变相关疾病的诊断有重要临床意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 回顾性、影像学试验。

1.2 时间及地点 于2011年11月至2014年9月在天津医科大学口腔医院放射科完成。

1.3 对象 选取2011年11月至2014年9月在天津医科大学口腔医院放射科行锥形束CT检查无颞下颌关节症状的受试者，收集双侧颞下颌关节的锥形束CT影像学资料。按年龄分为22组，患者年龄及性别信息见表1。

纳入标准：①开口度及开口型基本正常；②无明显牙颌畸形；③开闭口、前伸及侧方运动均无弹响及杂音；④触诊双侧咀嚼肌无压痛；⑤无TMD及正畸治疗病史；⑥患者均知情同意。

排除标准：①有明显错牙合畸形；②开闭口、前伸及侧方运动存在弹响或杂音；③触诊咀嚼肌存在压痛；④有TMD及正畸治疗病史；⑤风湿或类风湿、骨质疏松及骨关节病患者。

1.4 方法

1.4.1 扫描设备与参数设置采用KaVo3D exam型锥形束CT在牙尖交错位进行扫描。扫描参数：层厚2 mm， 160 mm×130 mm，体素0.25 mm³；扫描条件：120 kV，5 mA；曝光时间：7 s。

1.4.2 锥形束CT图像重建及校正使用eXamvision软件进行三维重建，在轴位，正中矢状线通过鼻尖-鼻中隔-枕骨大孔中点，两侧髁突基本对称(图1A，B)。

1.4.3 确定测量断面锥形束CT影像重建完成后，对髁突长轴的水平角和垂直角加以矫正，获得矫正冠状位和矫正矢状位。具体矫正方法是：①矫正矢状位：在轴位，于髁突横截面积最大的层面，过横轴的中点做该轴的垂线所获得的图像；②矫正冠状位：在轴位，于髁突横截面积最大的层面，过长轴的中点做该轴的平行线所获得的图像(图1C)。

1.4.4 在确定的测量断面上进行髁突表面骨密度测量矫正矢状位，获取层厚2 mm断层影像，采用2 mm×2 mm的矩形，沿髁突骨皮质向内分别测量包含髁突最前点A和顶点S，以及最后点B在内的骨密度平均值，3次测量后取骨密度平均值，单位为亨斯菲尔德单位(Hounsfield units，Hu)，0为水的密度(图2)。

1.5 主要观察指标 男、女患者髁突各点骨密度随年龄变化趋势；髁突表面各点骨密度值性别差异。

1.6 统计学分析 采用3次多项式拟合，得出男女患者各点骨密度值随年龄的变化趋势。计量资料用x(_)±s表示，采用SPSS 17.0软件对各组数据进行统计学分析，数据均符合正态分布，不同性别之间髁突各点的差异比较，采用独立样本t 检验，检验水准α=0.05。

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讨论

研究髁突骨质的生理性增龄性改变规律具有重要意义。随着锥形束CT的临床应用，对于青少年颞下颌关节骨关节病以及正畸过程中出现颞下颌关节异常的病例越发引起临床医生的关注^[15-16]。临床医生应熟知髁突骨质的生理性增龄性改变规律，才能正确甄别不同年龄、不同性别患者锥形束CT图像的髁突骨质改变是正常发育抑或骨关节病，从而做出正确诊断和治疗。先前有研究通过利用锥形束CT观察髁突形态的变化^[17-18]，为颞下颌关节骨关节病诊断提供参考，但关于髁突骨密度的研究较少。

骨密度是反映骨量的重要指标，通过测定骨密度能了解骨矿物质含量变化，并及时对相关疾病作出诊断及治疗^[19]。颞下颌关节形成、发育、成熟以及成熟后，髁突的软硬组织随年龄，负荷会发生改建，且改建是终身伴随的^[20-21]。目前，关于骨密度的定义有面积骨密度和体积骨密度两种。面积骨密度定义不甚严谨，因为面积骨密度是指单位面积内的骨矿物质含量，测量时被测骨骼的厚度并未得到校正。因此用体积骨密度表达骨骼的密度更为可观真实^[22]。试验采用锥形束CT观察髁突的骨密度，测量数据时，均采用矫正矢状位，选用层厚2 mm，面积2 mm×2 mm矩形进行测量，即所获得的数据满足体积骨密度的测量要求。

试验通过锥形束CT来测定髁突表面的骨密度，采取髁突最前点，顶点及最后点研究髁突表面骨密度的原因为：①髁突最前点、顶点和最后点定点明确，易于定位，有良好的稳定性和重复性，有助于降低实验误差；②关于髁突位置的研究，通常采用关节最前点，顶点及最后点与其上关节窝之间的最短距离分别作为关节前间隙，上间隙，后间隙的值，以期获得髁突的正常位置，遂采用这3点来研究髁突表面骨密度有一定的研究意义^[23]。③髁突最前点、顶点和最后点分别位于髁突前斜面，横嵴以及后斜面，分别代表髁突功能面，压力面以及非功能面，因此选取这3点研究髁突骨密度具有代表性。④有研究表明骨建常见于颞下颌关节表面^[24]。在髁突表面和整个髁突形状上的局部变化反映了对功能性刺激适应性反应的相互关系。根据骨密度的影响因素选取具有代表性的这3点进行比较分析，具有一定的临床意义。

试验对883例无颞下颌关节症状患者行锥形束CT髁突骨密度测量，男女患者各部位髁突骨密度变化曲线图显示，随着年龄的增长，骨密度不断升高，后基本保持稳定，后开始呈现下降的趋势。髁突顶点、最前点的骨密度变化规律与先前研究的骨量增龄性变化基本一致：增长期(出生至20岁)→缓慢增长期(20-30岁)→相对稳定期(30-40岁)→丢失前期(40-49岁)^[25-26]。生理状态下，骨密度随年龄增长而增加，骨骺钙化后，骨密度仍持续增加，约30岁前骨量达到高峰，后骨密度维持一段稳定的时期开始降低^[27-28]。大量实验表明：骨量一般会在30岁前达到高峰，随着年龄的增加，骨量慢慢降低，表现为骨皮质变薄^[29-30]。此外，女性骨量到达各期的年龄范围均比男性小，这可能与女性发育比男性发育较早有关。雷杰等^[31]对健康青少年及年轻成人髁突骨皮质的锥形束CT研究结果表明，骨皮质在髁突的周围开始形成的时间，男性13-14岁，女性12-13岁；骨皮质完全形成的时间，男性23岁，女性22岁，男性比女性晚1年。

结果表明，随年龄增长，男性和女性髁突各点骨密度表现出相似的趋势，髁突最前点与顶点在12岁左右时有“交叉”，“交叉”前髁突最前点的骨密度低于顶点，12岁后顶点的骨密度均低于最前点。在髁突行使功能时，髁突前斜面附着有翼外肌，前斜面沿着关节窝后斜面发生滑动而产生功能性的生理刺激，导致最前点及顶点骨密度的增加^[32]。伴随着年龄的增长，咀嚼力增大，翼外肌的力量加强，会刺激骨密度的增加；伴随着张口度的增大，髁突运动由最初的髁突前斜面与关节结节后斜面相对逐渐变为髁突横嵴(包含顶点在内)与关节结节的顶部相对，对髁突顶点的压力加大，且髁突顶点对应的关节盘最薄，对压力的缓冲能力最弱^[33-34]，这些均会在一定程度上抑制骨密度的升高。最终造成髁突最前点的骨密度高于顶点的骨密度。

髁突改建的主要原因是下颌行使功能所产生的生物机械压力。软骨增殖层细胞受到功能性的应力后增殖活跃，促进骨改建^[35-36]。因此，髁突运动产生的负荷影响其生长发育以及改建，而骨密度改变与骨力学性能的改变密切相关^{[27, 37]}。咀嚼运动过程中，肌肉对骨骼产生的功能性拉力和张力，均能防止骨矿物质丢失^[38]。髁突前斜面是颞下颌关节的功能斜面，附着的翼外肌下头是开颌肌群，运动时的机械压力直接促进髁突骨量的增加，同时，肌肉收缩对骨骼的拉力间接刺激骨量的增加。Nickel等^[39]认为，由于颞下颌关节负荷的变化，髁突不断改建。提示髁突与关节受力的大小和方向有关。王世平等^[40]通过对39例髁突的骨密度进行测量，同样证实，髁突顶部骨密度值高于髁突颈部两侧的骨密度值。髁突最前点，顶点均位于功能面上，因此较髁突非功能面上的最后点的骨密度高。髁突最后点位于非功能面上，缺乏功能刺激，其骨密度的增加主要依赖于髁突形成时软骨的增殖骨化，并可能与髁突软骨的活性有关。

试验髁突表面各点骨密度值性别差异比较表明，男性患者各年龄段的髁突最前点，顶点及最后点的骨密度均低于女性，且30-45岁男女骨密度差异具有显著性意义，这可能是男性和女性生活习惯不同造成的，主要是酗酒与吸烟。一项有关生活方式调查的研究表明，男性酗酒、吸烟人数的比例和程度要显著大于女性^[41]。有研究表明酗酒、吸烟对骨代谢的不利作用^[42]。此外，与女性相比，男性骨骼大小发育的增量大于骨矿物质含量的增量，从而导致中国男性人群比女性有相对较低的骨密度。

试验存在一定的局限性，试验虽然纳入800余例影像学样本，但分入各组内，样本量则较少，一定程度上削弱了各组结果的代表性。但试验纳入标准较严格，所选样本在一定程度上客观地反映不同性别及年龄人群髁突骨性增龄性变化。另一方面，试验对于髁突骨密度测量的仅是一个层面，要说明前、后斜面和顶部的空间区域，应测量多个层面。但试验定点明确，有良好的稳定性和重复性，降低实验误差，因此测量的是包含典型标志点的典型层面的骨密度值，一定程度上减小了误差。试验可作为一项先导性实验，对于将来的研究有一定的指导意义。以后的研究中仍需进一步加大样本量^[43]，集中于立体空间区域的骨密度值测量，进行更加深入的研究。

综上所述，髁突软硬组织随年龄，负荷会发生改建，髁突功能面骨密度大于非功能面。髁突表面骨密度与年龄性别均有一定的相关性，男性骨密度低于女性，且男性髁突的发育迟于女性。试验创新性地采用锥形束CT对不同性别及年龄组无症状人群的颞下颌关节进行髁突表面骨密度测量，通过研究不同性别，年龄的正常人髁突骨密度值，阐明髁突的生理性变化，探讨了髁突的骨性增龄性变化，对于颞下颌关节骨质改变相关疾病的诊断有重要临床意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

锥形束CT重建评价髁突骨性增龄性变化

Age-related changes in condyle evaluated by cone-beam CT reconstruction

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