錐形束CT測量牙槽骨高度準(zhǔn)確性和可靠性研究

1、錐形束CT測量牙槽骨高度準(zhǔn)確性和可靠性研究     錐形束CT 測量牙槽骨高度準(zhǔn)確性和可靠性研究#馮馭馳1，許天民2*基金項(xiàng)目：2008 年高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（200800010106）作者簡介：馮馭馳，（1975-），男，副主任醫(yī)師，主要研究方向：口腔正畸學(xué)。通信聯(lián)系人：許天民，（1963-），男，教授，主要研究方向：口腔正畸學(xué)。 E-mail:  45 也會產(chǎn)生不應(yīng)有的牙槽骨高度喪失1。因此牙槽骨的健康狀況是正畸醫(yī)師應(yīng)該密切關(guān)注的問題， 有必要在正畸治療前、治療中、治療后準(zhǔn)確評價牙槽骨的高度。以往對牙槽骨高度的研究多是

2、通過在二維X 線片（根尖片、咬合翼片、全口曲斷片）上進(jìn)行測量，由于存在影像重疊、拍攝角度誤差、圖像存在放大或縮小的變形等問題，使得牙槽骨高度的測量不是很準(zhǔn)確。錐形束CT (cone beam computed tomography, CBCT)近年越50 來越多地用于牙周狀況的檢查，但有關(guān)CBCT 測量牙槽骨高度準(zhǔn)確性的證據(jù)還不夠充分。本研究對個人類濕顱標(biāo)本進(jìn)行CBCT 影像測量和實(shí)際標(biāo)本測量，以評價CBCT 測量牙槽骨高度的準(zhǔn)確性和可靠性。1 資料和方法1.1 研究對象55 個人類濕顱標(biāo)本(乙醇浸泡保存)。濕顱標(biāo)本選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：1、成人顱骨標(biāo)本；2、上下頜骨完整；3、單頜至少顆牙齒。1.2

3、研究方法1.2.1 CBCT 掃描將濕顱標(biāo)本類似于活體拍攝擺位，進(jìn)行CBCT 掃描，見圖1。60 （1）CBCT 設(shè)備：NewTom VG (Aperio Services, Italy)（2）掃描參數(shù)如下：掃描范圍：視野（FOV）設(shè)定為128 HiRes。曝光時間：設(shè)定為4.5s（脈沖式曝光）。電壓：設(shè)定為110kv。65 電流：由設(shè)備自動生成。在正式掃描前，設(shè)備對標(biāo)本進(jìn)行預(yù)透視，根據(jù)標(biāo)本的體積和密度，自動生成電流值，而且在不同掃描時相電流值不斷調(diào)整。所有標(biāo)本掃描最大電流值為19.88mA，最小電流值為4.84mA。毫安秒（mAs）：每個標(biāo)本掃描可計(jì)算平均mAs。8 個標(biāo)本掃描的平均 mAs

4、 范圍是36.88mAs 107.33mAs。70 放射劑量：8 個標(biāo)本掃描的放射劑量范圍是5.43 - 13.21mGy。在以上的掃描條件下，獲得圖像的最小體素（voxel）為0.125mm。圖1 濕顱標(biāo)本的CBCT 掃描 75 1.2.2 CBCT 圖像處理及測量使用系統(tǒng)自帶的軟件進(jìn)行圖像處理和測量。（1） 掃描生成原始數(shù)據(jù)（raw data），形成的圖像見圖2。圖2 raw data 圖像80（2） 經(jīng)初級重建（primary reconstruction）后生成容積數(shù)據(jù)（volumetric data），形成的圖像在三個互相垂直的平面中同時顯示，并可以隨意選擇或漸變?nèi)齻€方向中

5、的各個層面的圖像。此時生成的圖像包含一個標(biāo)本上所有牙齒的影像，不利于細(xì)致觀察和測量某一局部細(xì)微結(jié)構(gòu)，見圖3。85圖3 volumetric data 圖像在初級重建過程中，圖像顯示的灰階設(shè)定方法如下：掃描生成的原始數(shù)據(jù)圖像灰度最黑處定義為0%，最亮處定義為100%。從3%到43%的灰度范圍平均分成肉眼可分辨的16 個90 灰階?；叶鹊陀?%的組織結(jié)構(gòu)均以無差別的黑影顯示；灰度高于43%的組織結(jié)構(gòu)均以無差別的白影顯示；灰度介于3%和43%之間的組織結(jié)構(gòu)按16 個灰階加以顯示。此種灰階的設(shè)定方式，有利于顯示牙槽骨的結(jié)構(gòu)。 （3） 經(jīng)研究重建(study reconstruction)后生

6、成研究數(shù)據(jù)（study data），在此過程中通過縮小關(guān)注范圍，使形成的圖像僅包含所關(guān)注的某一顆或某幾顆牙齒；通過調(diào)整三維坐95 標(biāo)軸的方向，使顯示的三個垂直平面分別為牙齒的頰舌向切面、近遠(yuǎn)中向切面和橫切面，以便于進(jìn)行線距測量，見圖4。Study data 還可以進(jìn)行3D 重建，見圖5。研究重建過程中的灰階設(shè)定方法同初級重建過程。圖4 study data 圖像100圖5 3D 重建圖像（4）線距測量：105 a 測量標(biāo)志點(diǎn)如下：T 切牙切緣中點(diǎn)，尖牙牙尖點(diǎn)，雙頰牙頰尖點(diǎn)和舌尖點(diǎn)，磨牙近中頰尖點(diǎn)、遠(yuǎn)中頰尖點(diǎn)、近中舌尖點(diǎn)和遠(yuǎn)中舌尖點(diǎn)。CEJ 釉牙骨質(zhì)界BM 牙槽嵴頂110 b 測量項(xiàng)目為：T-C

7、EJ T 至CEJ 的距離。T-BM T 至BM 的距離。 CEJ-BM CEJ 至BM 的距離。測量在牙齒的頰舌向切面上進(jìn)行，唇頰側(cè)和舌腭側(cè)分別測量。測量三次取平均值，見圖115 6。圖6 CBCT 圖像測量1.2.3 濕顱標(biāo)本解剖及測量120 在濕顱標(biāo)本牙齦及牙槽粘膜上做溝內(nèi)切口和垂直松弛切口，翻粘骨膜瓣，暴露牙槽嵴頂。比照CBCT 圖像上的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)線距測量，測量三次取平均值。測量工具為兩腳規(guī)和數(shù)顯游標(biāo)卡尺。1.2.4 可重復(fù)性檢驗(yàn)間隔1 周，選擇一定數(shù)量的測量位點(diǎn)，重復(fù)CBCT 圖像測量和濕顱標(biāo)本測量。以檢驗(yàn)125 測量的可重復(fù)性。1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理測量數(shù)據(jù)采用Spss1

8、6.0 軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。由于CBCT 線距測量時在線段兩端各有1/2 最小體素被忽略，因此要將測量值加1 倍最小體素值（0.125mm）以校正這種測量系統(tǒng)誤差，將校正后的數(shù)值做為CBCT 圖像測量值2。對CBCT 圖像測量值和濕顱標(biāo)本直接測130 量值進(jìn)行配對t 檢驗(yàn)。分別對兩種測量方法進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（IntraclassCorrelation Coefficient， ICC）。2 結(jié)果2.1 標(biāo)本基本情況8 個人類濕顱標(biāo)本上除第三磨牙外，共計(jì)200 顆牙齒（由于第三磨牙的形態(tài)和萌出情況135 存在較大變異，不便于測量，故排除在測量之外），牙位分布見表1。測量的數(shù)據(jù)共

9、計(jì)1542 對。 表1 標(biāo)本上各牙位的牙齒數(shù)目牙位 上頜 下頜 合計(jì)中切牙 16 11 27側(cè)切牙 16 14 30145 尖牙 15 16 31第一雙尖牙 13 16 29第二雙尖牙 13 13 26第一磨牙 13 15 28第二磨牙 14 15 29150 合計(jì) 100 100 2002.2 對T-CEJ 的測量結(jié)果（單位mm）1、 CBCT 圖像測量值 7.190±2.257；標(biāo)本測量值 7.230 ±2.359。2、 兩者差值 -0.041±0.608；兩者差值絕對值 0.555±0.250。155 3、 兩者差值的95%可信區(qū)間 -0

10、.041±1.960.608mm，（-1.233, 1.151）。4、 對CBCT 圖像測量值與標(biāo)本測量值進(jìn)行配對t 檢驗(yàn) t = -1.514， > 0.05 ，兩者無顯著性差異。5、 以標(biāo)本測量值為因變量Y，以CBCT 圖像測量值為自變量X，做線性回歸，回歸方程為Y=1.010X-0.031。 Pearson 相關(guān)系數(shù)R=0.966（< 0.05），R Square=0.934。160 6、 以兩者差值為縱坐標(biāo)Y，以兩者算術(shù)平均值為橫坐標(biāo)X，做Bland-Altman 圖，見圖7a。圖7a T-CEJ 測量的Bland-Altman 圖165 2.3 對 T-BM 的

11、測量結(jié)果（單位mm）1、 CBCT 圖像測量值 11.517 ± 2.967；標(biāo)本測量值 11.785 ± 2.971。 2、 兩者差值 -0.268 ± 0.741；兩者差值絕對值 0.696 ± 0.367。3、 兩者差值的95%可信區(qū)間 -0.268±1.960.741，（-1.721, 1.184）。4、 對CBCT 圖像測量值與標(biāo)本測量值進(jìn)行配對t 檢驗(yàn) t = -8.184， < 0.05， 兩者有170 顯著性差異。5、 以標(biāo)本測量值為因變量Y，以CBCT 圖像測量值為自變量X，做線性回歸，回歸方程為Y=0.970

12、X+0.611。 Pearson 相關(guān)系數(shù)R=0.969（< 0.05），R Square=0.939。6、 以兩者差值為縱坐標(biāo)Y，以兩者均值為橫坐標(biāo)X，做Bland-Altman 圖，見圖7b。175 圖7b T-BM 測量的Bland-Altman 圖2.4 對CEJ-BM 的測量結(jié)果（單位mm）1、 CBCT 圖像測量值 4.735 ± 2.178； 標(biāo)本測量值 4.942 ± 2.217。2、 兩者差值 -0.208 ± 0.466；兩者差值絕對值 0.421 ± 0.289。180 3、 兩者差值的95%可信區(qū)間 -0.208±

13、1.960.466，（-1.121, 0.705）。4、 配對t 檢驗(yàn) t = -10.089 ， < 0.05 ，兩者有顯著性差異。5、 以標(biāo)本測量值為因變量Y，以CBCT 圖像測量值為自變量X，做線性回歸，回歸方程為Y=0.995X+0.231。 Pearson 相關(guān)系數(shù)R=0.978（< 0.05），R Square=0.956。6、 以兩者差值為縱坐標(biāo)Y，以兩者均值為橫坐標(biāo)X，做Bland-Altman 圖，見圖7c。 圖7c CEJ-BM 測量的Bland-Altman 圖2.5 CBCT 圖像測量及標(biāo)本測量的一致性檢驗(yàn)190 重復(fù)測量在6 個濕顱標(biāo)本及其CBC

14、T 圖像上完成，涉及24 顆牙齒，牙位分布包括切牙、尖牙、雙尖牙、磨牙。測量項(xiàng)目包括T-CEJ、T-BM、 CEJ-BM 各70 項(xiàng)。分別對CBCT 圖像測量和標(biāo)本測量的一致性進(jìn)行評估，計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)ICC。結(jié)果見表2。表2 重復(fù)測量的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)ICC195 測量項(xiàng)目 CBCT 圖像測量 標(biāo)本測量T-CEJ 0.969 0.983T-BM 0.974 0.986CEJ-BM 0.968 0.963200 3 討論3.1 牙槽骨高度的測量方法牙槽骨高度是評價牙周狀況的重要指標(biāo)之一，一向被牙周醫(yī)生所關(guān)注。隨著近年來接受正畸治療的牙周病患者不斷增多，以及有關(guān)正畸導(dǎo)致牙周破壞研究的不斷深入3，牙槽

15、骨高度也越來越被正畸醫(yī)生所關(guān)注。如何準(zhǔn)確測量牙槽骨的高度是亟待解決的問題。205 最簡便易行的方法是根據(jù)牙周探診深度結(jié)合生物學(xué)寬度的概念推測出牙槽骨的高度，但這樣得出的結(jié)果十分不準(zhǔn)確。原因如下：1、測量工具不精密；2、探診力量和方向難以統(tǒng)一；3、生物學(xué)寬度有一定的解剖變異。牙周翻瓣手術(shù)過程中在直視下辨別牙槽嵴頂?shù)奈恢谩⑦M(jìn)而測量牙槽骨高度可以保證測量準(zhǔn)確性，但由于其有創(chuàng)性不能對每個患者每個部位都進(jìn)行這樣的測量。210 二維的放射性檢查（根尖片或咬合翼片）避免了有創(chuàng)性的操作，但存在如下問題：1 拍 攝角度不恒定、圖像存在一定的變形；2 由于解剖結(jié)構(gòu)的重疊，不能準(zhǔn)確辨識牙根唇側(cè)或舌側(cè)的牙槽

16、嵴頂位置4。隨著CT 的出現(xiàn)， 可以三維地顯示牙齒、牙槽骨的解剖結(jié)構(gòu)，避免了圖像變形、解剖結(jié)構(gòu)重疊等問題，使得牙槽骨高度的測量趨于準(zhǔn)確。但是CT 檢查存在成本高、放射劑量大215 等缺點(diǎn)5,6。20 世紀(jì)90 年代牙科專用的錐形束CT（CBCT）面世。與傳統(tǒng)的CT 不同，CBCT 采用錐形射線和板狀探測器，從而減少曝光時間，降低輻射劑量7。尤其是近幾年CBCT 開始采用最優(yōu)化原則（as low as reasonably achievable, ALARA）8，僅對感興趣區(qū)進(jìn)行掃描，從而進(jìn)一步減少輻射劑量。隨之而來的是密度分辨率的下降，導(dǎo)致圖像質(zhì)量不如傳統(tǒng)CT。因此，220 在CBCT 圖像上

17、測量牙槽骨高度是否準(zhǔn)確存在疑問。3.2 本研究與以往研究相比有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢1、采用的實(shí)驗(yàn)材料是人的濕顱標(biāo)本。不僅有牙齒、牙槽骨等硬組織，而且有皮膚、皮下組織、肌肉、筋膜等軟組織，更加接近于活體狀況。軟組織在放射性檢查中具有一定的衰減系數(shù)，可以影響穿過硬組織的射線，進(jìn)而影響最終圖像質(zhì)量9。在掃描圖像初級重建過程225 中，要進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是保證圖像清晰準(zhǔn)確的一個重要步驟，可以最大限度地減小重建的不準(zhǔn)確性和成像的系統(tǒng)誤差。CBCT 設(shè)備的校準(zhǔn)常規(guī)使用與人活體密度接近的特定樣品進(jìn)行，因此這種校準(zhǔn)對類似于活體的濕顱標(biāo)本更加有效，以往研究者使用干顱標(biāo)本10,11，在圖像重建時校準(zhǔn)存在一定差異。2、本研究

18、使用的CBCT 設(shè)備為臨床常規(guī)使用的設(shè)備，掃描條件的設(shè)定也與臨床實(shí)際相230 同。而沒有采用科研專用的設(shè)備和特殊的掃描條件11,12。這樣得出的結(jié)論更加貼近臨床，可以直接應(yīng)用。掃描前設(shè)備對標(biāo)本進(jìn)行預(yù)透視，根據(jù)標(biāo)本的體積和密度自動確定電流值，8 個濕顱標(biāo)本掃描的電流值最大為19.88mA，最小為4.84mA。 mAs 值最大為107.33，最小為36.88。放射劑量的范圍為5.43-13.21mGy，符合最優(yōu)化原則（as low as reasonably achievable,ALARA）。235 3.3 CBCT 圖像測量的準(zhǔn)確性本研究以濕顱標(biāo)本的實(shí)際測量值為近似真值，通過比較CBCT 圖像

19、測量值與其差異來考察CBCT 圖像測量的準(zhǔn)確性。兩種方法測量牙尖點(diǎn)到釉牙骨質(zhì)界距離（T-CEJ）經(jīng)配對t 檢驗(yàn)顯示無顯著性差異，而兩種方法測量牙尖點(diǎn)到牙槽嵴頂距離（T-BM）和釉牙骨質(zhì)界到牙槽嵴頂距離（CEJ-BM）經(jīng)配對t 檢驗(yàn)顯示有顯著性差異。T-CEJ、T-BM 、CEJ-BM 三項(xiàng)測240 量指標(biāo)CBCT 測量值與標(biāo)本測量值的差值平均值均為負(fù)數(shù)，表明，CBCT 測量值略小于標(biāo)本測量值，原因應(yīng)該是CBCT 圖像存在邊緣缺損。CBCT 圖像測量T-CEJ 時，需要辨識釉牙骨質(zhì)界的位置。牙釉質(zhì)與牙骨質(zhì)的羥基磷灰石的含量差別較大，在CBCT 圖像上有較大的反差，辨識相對容易。牙釉質(zhì)的無機(jī)物含量

20、高達(dá)97%，對X 線的阻射能力強(qiáng)，不容易因?yàn)檫吘壗M織過薄而使圖像損失，見圖8a。因此CBCT245 定位釉牙骨質(zhì)界時與實(shí)際標(biāo)本差異不大，CBCT 圖像測量與標(biāo)本測量T-CEJ 的差值平均值為-0.041mm，接近于0。 圖8a 釉牙骨質(zhì)界容易辨識250 CBCT 圖像測量T-BM 、CEJ-BM 時，需要辨識牙槽嵴頂?shù)奈恢茫葱枰直嫜拦琴|(zhì)和牙槽骨的分界。由于兩者羥基磷灰石的含量接近，CBCT 圖像上反差相對小，辨識相對困難。牙槽骨的羥基磷灰石含量為50-60%，對X 線的阻射能力相對較弱，在牙槽嵴頂處容易出現(xiàn)CBCT 圖像的損失。另外，在后牙區(qū)牙槽嵴頂邊緣較厚，給測量定點(diǎn)帶來一定的

21、誤差。見圖8b。由于以上原因，CBCT 在定位牙槽嵴頂位置時與實(shí)際標(biāo)本檢查存在一定的差異。雖然差255 異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但從臨床實(shí)際出發(fā)，差異較?。–BCT 圖像測量與標(biāo)本測量T-BM 的差值平均值為-0.268mm，CBCT 圖像測量與標(biāo)本測量CEJ-BM 的差值平均值為-0.208mm），可 以接受，即差異的臨床意義不大。因此仍然可以用CBCT 圖像測量牙槽骨高度。260 圖8b 后牙牙槽嵴頂寬不易準(zhǔn)確定位分別對T-CEJ、T-BM 、CEJ-BM 的兩種測量值做相關(guān)分析，pearson 相關(guān)系數(shù)分別為0.966、0.969、0.978。以標(biāo)本測量值為因變量Y，以CBCT 圖像測

22、量值為自變量X，分別做線性回歸分析，得出回歸方程，分別是Y=1.010X-0.031、Y=0.970X+0.611、Y=0.995X+0.231265 （所有檢驗(yàn) 均小于 0.05）。相關(guān)和回歸分析的結(jié)果表明CBCT 圖像測量值與標(biāo)本測量值之間存在較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，用CBCT 圖像測量值可以可靠地計(jì)算出標(biāo)本測量值。 Bland-Altman 圖，為CBCT 測量值與標(biāo)本測量值差值的散點(diǎn)圖，中間實(shí)線的縱坐標(biāo)為均值，上下兩條虛線的縱坐標(biāo)為正負(fù)1.96 倍標(biāo)準(zhǔn)差，大部分散點(diǎn)分布在兩條虛線之間，說明兩種測量方法的差值比較靠近均值，差異可控。270 3.4 測量的可靠性本研究選擇部分位點(diǎn)重復(fù)測量

23、，以對CBCT 圖像測量和標(biāo)本測量的可重復(fù)性進(jìn)行考察。所有的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）均達(dá)到0.96 以上。說明無論是CBCT 圖像測量還是標(biāo)本測量，無論是涉及釉牙骨質(zhì)界的測量還是涉及牙槽嵴頂?shù)臏y量均具有較好的可重復(fù)性，測量數(shù)據(jù)可靠性較高。275 4 結(jié)論在CBCT 圖像上測量牙槽骨高度，雖然與標(biāo)本實(shí)際測量存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但差值較小，從臨床實(shí)際意義出發(fā)可以接受；如果需要，可以根據(jù)CBCT 測量值和線性回歸方程進(jìn)一步準(zhǔn)確地計(jì)算牙槽骨高度。而且CBCT 圖像測量的可靠性較高。致謝280 北京大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)外科； 北京大學(xué)第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)室李雪迎老師。參考文獻(xiàn) (References)1 Rungch

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