缺牙区松质骨密度的定量CT（QCT）骨密度测量体模软件检测方法测量

牙齿缺失患者锥形束CT扫描
	锥形束CT扫描		求得骨密度与锥形束		c=>	得到患者颌骨缺牙区、对
			CT值之间的关系式			照区松质骨密度及其差值
	牙齿缺失患者颌骨密度锥形				分别比较缺牙区、对照区松质骨
	束CT扫描并获得CBCT值				密度及其差值与年龄、性别、颌
					骨区域的关系

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。

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。

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

中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:2095-4344 (2017)36-05775-06 稿件接受：2017-09-16

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。

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

主题词：

组织工程；骨密度；下颌骨；上颌骨 基金资助：

锥形束 CT(cone-beam computed tomography , CBCT)，即锥形射线计算机化断层摄影技术，对比传统的 螺旋CT，具有辐射剂量较低、扫描速度快、图像重建操作 简单和轴向位图像更加清晰等优势^[1]。近年来，锥形束CT 己被广泛运用于口腔种植术前及术后评估，尤其是术前对 种植位点牙槽骨质量的测量及评估。通过锥形束CT值能够 评价种植区域骨质量^[2-3]，但锥形束CT值只是骨密度的相对 值，并不能代实际骨密度^[3]。

定量CT(quantitative computed tomography，QCT)， 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，从而准确地测量出感兴趣 区域(region of interest, ROI)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^[4]。同时，由于定 量CT可分开测量皮质骨与松质骨的骨矿物质密度(bone mineral density，BMD)，成为超越骨密度测量的金标准- 双能 X 射线吸收法(dual-energy X-rayabsorptiometry， DXA)的一大优势^[5]。

种植体周围的骨质情况影响着种植体的稳定性，术前 评估拟种植区的骨质情况尤为重要。牙齿缺失后，牙槽骨 愈合过程中存在一定程度的骨吸收，表现为牙槽骨高度和 宽度的减少，但松质骨密度的变化未见具体报道。实验利 用定量CT的方法，对锥形束CT灰度值进行校正，准确地 测量牙齿缺失后缺牙区松质骨密度的变化，以及探讨不同 性别、不同年龄阶段、上下颂牙槽骨不同区域松质骨密度 是否存在差异，为临床种植术修复提供参考。

[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 腔颂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。

隹：①年龄多18岁，上颂/下颂单颗牙非游离缺 失，且同颂对侧同名牙健康；②缺牙时间大于3个月，小于 6个月。

孩;餘标：/:①患有颂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等对颂骨骨松质的分 级冋，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 cmx8.0 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),即缺失牙的同颂对照同 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3<±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f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f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f检验。运用方差 分析比较上下颂不同区域缺牙区、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 〇=0.05。

2 结果 Results

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f检验结果： M.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f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f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f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f检验显示差异有显著性意义(P< 0.05)， 提示彡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颂不同区域 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，分别是上颂前牙区、上 颂后牙区、下颂前牙区及下颂后牙区，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)，提示上下颂 骨不同区域缺牙区松质骨密度相差不大，上下颂骨不同区域 缺牙区与对照区骨密度差值的差异也不明显。而颂骨不同区 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f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颂骨不同区域存在显著差异，且下 颂后牙区>下颂前牙区>上颂前牙区>上颂后牙区。

I.   讨论 Discussion

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], 有学者己证实锥形束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]。图1测量K2HP4液体体模锥形束CT值

Figure 1 The cone-beam CT values of the K2HP4 body models

图注：测量不同浓度液体体模相同横截面上的平均锥形束CT值。

图3测量对照区近中松质骨的锥形束CT值

Figure 3 Cone-beam CT values of the proximal cancellous bone

in the control area

图注：图A为在矢状面上调整，使冠状面通过对照区近中牙槽嵴顶且 与近中邻牙长轴平行；B为冠状面上，在对照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测量缺牙区近中松质骨的锥形束CT值

Figure 2 Cone-beam CT values of the proximal cancellous bone in the edentulous area

图注：图A为在矢状面上调整，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；B为冠状面上，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。

2 000

1 500

D

§ 1000

I—

〇

500

〇

0

-500

II.  200       400       600       800       1 000

液体浓度(mg/cm³)

图4样本溶液浓度与锥形束CT(CBCT)值直线回归模型拟合 Figure 4 Linear regression fitting of the liquid concentration and cone-beam CT values

表1受试者基本信息

Table 1 Basic information of the participants

项目	男性	女性	合并
n	49	41	90
年龄(x±s，岁）	42±14	49±12	45±13
缺牙区骨密度	352.89±86.11	296.26±92.75	320.64±80.62
(x±s， mg/cm3)
对照区骨密度	385.49±77.24	363.81±76.56	379.52±73.27
(x±s， mg/cm3)

表2不同性别缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(对照区-缺 牙区)的比较     （i士s, mg/cm³)

Table 2 Comparison of cancellous bone mineral density between the edentulous area and control area and their difference value of different sexes

性别	n	缺牙区骨密度	对照区骨密度	骨密度差值
				(对照区-缺牙区）
男性	49	352.89±86.11	385.49±77.24	73.61±15.43
女性	41	296.26±92.75	363.81±76.56	46.34±16.75

表注：两组不同性别骨密度比较差异无显著性意义(P> 0.05)。

表3不同年龄段缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(对照区- 缺牙区)的比较    （士s, mg/cm³)

Table 3 Comparison of cancellous bone mineral density between the edentulous area and control area and their difference value at different ages

年龄(岁）	n	缺牙区骨密度	对照区骨密度	骨密度差值 (对照区-缺牙区）
彡40	29	307.60±75.86	406.77±64.98	69.87±19.48
41 -60	47	343.25±84.01	383.20±58.52	56.77±24.98
> 60	14	309.73±46.52	354.96±80.32	63.20±28.52

表注：不同年龄组对照区骨密度两两比较，差异有显著性意义(P< 0.05)。

表4上下颌不同区域缺牙区、对照区松质骨密度及骨密度差值(对照 区-缺牙区)的比较     （士s, mg/cm³)

Table 4 Comparison of cancellus bone mineral density between the edentulous area and control area and their difference value at different dental sites

牙位	n	缺牙区骨密度	对照区骨密度	骨密度差值 (对照区-缺牙区)
上颂前牙区	15	295.24±50.04	348.58±77.45	73.61±35.43
上颂后牙区	28	280.55±63.15	328.17±72.68	46.34±29.75
下颂前牙区	13	250.97±74.11	366.87±97.00	55.87±32.23
下颂后牙区	34	379.56±73.73	450.83±89.83	71.26±52.68

表注：颔骨不同区域对照区骨密度两两比较差异有显著性意义(P< 0.05)

定量CT对于颂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在颂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(Ca5〇H(P〇4))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]。

颂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。

上下颂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颂骨各区域松质骨密度下 颂后牙区> 下颂前牙区 > 上颂前牙区 > 上颂后牙区，造成这 种差异的原因可能来自两方面：一方面是由于颂骨的生理 结构不同，上颂骨为支架骨，其生长发育过程中气化形成 上颂窦，同时造成骨小梁排列疏松，尤其是最靠近上颂窦 的上颂后牙区域。另一方面是生物力学原因，下颂骨是面 部骨中唯一可活动者，其在咀嚼过程中所承受的咬合力大 于上颂骨，长期在较大的力学刺激下，导致下颂骨发育过 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]。已有学者通过对颂骨密度进行定量测量， 并得出了形似结论：不同部位颂骨松质骨密度不同。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：上颂后牙区的平均骨密度大于下颂后牙区， 并认为颂骨密度与牙位相关。Fanuscu等^[32]应用显微CT 测量老年男性干燥离体颂骨的骨密度发现，下颂的松质骨 密度CT值范围为51-529 HU，上颂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，由于上颂后牙区骨密度相对 较低，种植失败率相对较高。故对于颂骨的不同区域种植， 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。

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