锥形束CT在牙槽外科定量测量中精准性及应用的研究进展

2021-4-30 17:04  来源:口腔医学
作者:刘晓华 王恩博 阅读量:9736

    随着医学影像学技术和计算机技术的飞速发展,锥形束计算机断层扫描技术(cone-beam computed tomography,CBCT)极大推动了口腔诊疗工作的精准化水平。较传统的牙片和曲面断层片相比,在牙槽外科诊疗中锥形束CT凭借其较高精确度测量,日益发挥着重要的作用。

    当前,医学发展进入了精准医学的时代,精准医学整合了现代科技手段与传统医学,以个体化医疗为基础,对某一疾病进行精确分类、评估,以实现个性化精准治疗。由于CBCT具有多维测量功能,为口腔医学牙槽外科在相关领域中进行“个性化定制”,从而实现口腔精准医学治疗提供了可能。

    随着CBCT临床应用的普及,口腔临床医生越来越希望能够借助这一先进的技术进行精确治疗方案的制定和实施,在科研方面也希望CBCT能够提供更精确的科研数据,以减小研究误差。当前不少研究尝试使用CBCT进行精确测量,本文就此对CBCT在口腔牙槽外科领域定量测量精准性及其应用的研究进展进行综述和探讨。

    1.CBCT影像学测量的精准性

    1.1争议

    对于CBCT影像长度与真实长度之差异的探究,国内外学者对此仍有不少争议。CBCT的尺寸测量可达到0.1mm的精确度,这与多层计算机断层扫描(MSCT)的水平相当。通常认为临床应用中CBCT影像学颅颌面的测量数据与实际测量数据并无差异,能准确真实地显示解剖结构的情况。

    Luangchana对2种CBCT系统进行研究,显示CBCT的线性测量数据足够精确,Ganguly对CBCT的几何精确性的研究显示在软组织存在的情况下CBCT对下颌骨的线性测量是准确的。但另有学者认为CBCT的放大率有差异性,认为CBCT低估了真实情况。

    通过对人类颅骨CBCT扫描并三维重建牙列,可测量牙弓、牙体等数据,将结果与数字卡尺测得的标准相比较,Baumgaertel发现CBCT测量值略小于实际测量值。Tarazona结果显示CBCT测量值的误差在大于100mm的距离和低密度区域具有统计学意义,Flores-Mir发现CBCT缩小了牙体长度达4%。

    Waltrick对下颌骨进行线距测量结果显示60.2%测量值偏小,但测量误差均小于1mm。San通过石膏模型对比CBCT研究了100例患者的牙颌,显示CBCT所构建3D模型的测量数据尽管在临床可接受的范围内,但显示出低估下牙弓测量的趋势。Wikner研究2种CBCT及MSCT线性测量的精确性,结果显示不同CT之间的测量数据无显著性差异,而CBCT与卡尺的配对分析有显著性差异,影像数据测量值较卡尺测量值低,但影像学测量仍有较高的可靠性。因此,CBCT作为术前三维设计的诊断工具时应考虑相邻解剖结构的2mm安全边界,因为在临床实践中CBCT图像线性测量的准确性很可能降低。

    然而,还有一部分学者认为CBCT测量值较实际测量值大,与根尖片、曲面断层片相比而言CBCT的测量误差已经较小,但其仍高估了牙根间距及釉牙骨质界宽度,这种误差可能会导致在进行牙槽外科操作时使邻近牙齿的牙根受到损伤。Park研究了CBCT定量测量牙齿及颌骨标志点的可靠性,发现不同标志点的尺寸和形状存在不同的差异,多数标志点被拉伸延长,其中两边颊侧结构比中线处结构显示出更大的误差,而牙齿标志点的测量比骨骼标志点的测量准确。

    García-Sanz等对下颌髁突进行CBCT测量,与实际物理测量相比较发现当测量距离较小时CBCT趋于高估实际值。Dings认为CBCT图像在评估离体标本颌骨厚度时,高估了解剖真实值,当应用CBCT进行外科术前方案设计时应注意这种对骨厚度的高估。

    还有学者用线性模型研究显示CBCT影像放大率与被测量物体偏离扫描视野中心的距离呈正相关,且在冠状面、矢状面和水平面的影像均有一定程度的放大;同时Demiriz的数据显示CBCT测量与实体牙测量的差异牙体长度为0.13mm、牙冠宽度为0.28mm,CBCT的测量数值大于实际测量数值,且有统计学差异,其研究结果支持了之前的研究结果,并强调了CBCT显示的结构影像可能比实体大的观点。

    CBCT影像测量时出现的误差,其中一部分数据偏高而另一部分数据偏低,尽管一些测量结果显示了统计学上的显著差异,但这并不表示CBCT技术的准确性较低。事实上,CBCT可以作为临床辅助工具提供信息,临床医生可以将这些数据与临床数据结合起来,获得更高的准确性。而导致CBCT精确性差异的原因可能与CBCT成像技术、测量条件等有关。

    1.2影响CBCT图像测量精准性的因素

    1.2.1扫描参数

    体素、扫描层厚度、投照单位数等是由CBCT系统本身设定的扫描参数,会影响测量精确性,所造成的误差属于系统误差。提高CBCT图像精确度需要减小体素,然而体素的减小将会增大射线辐射量。通常越大的体素确实降低了图像质量,但其线性测量仍是精确的,一般情况下0.3mm的体素是在图像质量和低辐射量之间一种良好的折中。也有学者的研究表明体素分辨率的提高并不会导致CBCT测量准确性的提高。

    另外,扫描层厚度也与图像精确性明显相关,其厚度越大,产生的阶梯状伪影越明显,则数据误差越大,而局部灰度值模式的调整可以提高CBCT在大视野和大体素参数下牙槽骨高度测量的准确性和可靠性。

    1.2.2患者因素

    患者的软组织射线衰减作用、患者运动和姿势均可导致空间分辨率降低,进而影响CBCT图像线距测量的精确度及3D硬组织模型的准确性。在CBCT检查时,患者头部位置容易偏离理想位置,头部位置对三维模型分割的准确性有影响,但通常不超出临床相关水平。CBCT图像的测量受下颌骨位置改变的影响,随着下颌平面与CBCT扫描台之间角度的增加,垂直方向测量值增大。当扫描的角度不是0°角时,基于软件的下颌平面校正可以作为改善CBCT垂直测量精度的方法,有研究也支持了这一观点,认为头部位置对CBCT垂直测量有显著影响,是由位置延伸导致的。当然,在进行CBCT检查时,患者头部位置的微小变化并不影响图像线性测量的准确性。

    1.2.3伪影

    常见伪影包括金属伪影、位置伪影、射线束硬化伪影以及部分容积效应和噪声产生的伪影等,这些可降低CBCT的成像质量。金属等高原子序数、高密度材料伪影会影响乃至破坏其周围组织的图像质量,多见于患者口内有修复体、托槽、种植体等情况,对这一现象可通过金属制品还原算法有效提高图像质量,而低曝光设置也可以减小伪影并获得较高质量的牙齿图像。位置伪影是因为被测物太过接近投照范围边缘而导致的光环状伪影,放射束硬化伪影是由放射线本质决定的。部分容积效应对CBCT的精准性也有影响,例如牙齿和周围空气交界,体素反映的是牙釉质和空气的真实值之间的平均值。

    1.2.4测量者因素

    不同测量者之间可能存在一定的差异,尤其是对于微小解剖结构测量的技术敏感性较大,对承载测量系统的电脑、鼠标灵敏度等硬件的要求也更高,而对测量者的操控也要求稳定、精准。有研究显示在相同条件下用CBCT测量牙槽骨位点的数值,同一测量医生的不同次测量结果一致性较好,而不同测量医生的测量结果存在较大的差异。因此测量人员应进行专业的培训,掌握一定的技巧,具备足够的影像学和颌面外科经验,才能确保测量的准确性和可靠性。CBCT的测量误差是由多种因素共同作用导致的,机器及测量软件本身的误差难以完全避免,有望日后随着影像学技术和计算机技术的发展使其得到不断改进。

    2.CBCT在牙槽外科中的应用

    2.1CBCT定位拔除埋伏阻生牙

    阻生牙尤其是阻生第三磨牙在临床上十分常见,而阻生牙拔除术在牙槽外科手术中属于难度大的一类。在牙槽外科术前,CBCT能从多个角度清晰显示埋伏牙的形态、位置,以及临床医师关心的其与下牙槽神经的关系,CBCT能精准量化阻生牙颊、舌骨板的厚度,分析出拔牙阻力薄弱区,从而有利于术前精确设计手术径路,避免伤及邻牙,保护下牙槽神经。在这些测量操作中CBCT的精确性将对外科手术的设计和实施产生一定的影响。

    2.2CBCT测量定位下颌神经管

    下颌神经管的精准定位在牙槽外科许多的临床操作当中极具指导意义,如第三磨牙拔除术、种植体植入术、根尖外科手术等。据报道,与第三磨牙拔除相关的下牙槽神经损伤的风险可达6.3%,这多是由于下颌阻生第三磨牙牙根接近下颌神经管而术前医生缺乏对二者三维空间位置关系的全面预判而导致的。而下颌神经管解剖位置的变异更是增加了牙槽外科操作时的风险,尤其对颊舌向位置变异的下颌神经管,常规曲面断层片不能显示,CBCT则可提供明确的影像显示神经管是偏颊侧还是偏舌侧以及是否有弯曲情况,也可以显示出下颌管是否存在分支的情况,术者可很好地避免其在术中损伤。

    实际上随着CBCT的应用,人们发现下颌双神经管的变异并不少见,但常规X线片难以发现,而CBCT对其的辨识极具价值。因此,应用CBCT精确分析下颌磨牙与下颌神经管的关系,可最大程度上避免神经损伤问题的发生。Gerlach认为由CBCT测得的下颌神经管直径较实际值小,评估下颌神经管位置时应考虑偏差,建议其直径应该扩大0.74mm,以防牙槽外科手术操作时损伤下牙槽神经。

    2.3CBCT模拟种植牙

    近年来,CBCT已成为口腔种植临床诊疗的首选影像学检查方式,提高了种植成功率,它可精确评估术区牙槽骨的高度、宽度以及邻近重要解剖结构,为种植牙设计提供参考,并且这一过程可制作精密的种植导板来辅助完成。CBCT除了可对种植区颌骨解剖形态进行精确评估,还可通过灰度值对颌骨骨密度进行测量分类,而骨密度与种植体植入扭矩高度相关,对骨密度正确的评估有助于种植体的选择和种植体植入的操控。近来研究显示植入区颌骨密度CBCTHU值与种植体稳定性存在显著相关性,用CBCT预测种植体早期稳定性是可行的。

    CBCT也被用于术后评价神经损伤、种植体周围感染等。Repesa评估植入种植体影像测量的准确性,显示在CBCT图像上获得的样品的测量值偏大,扩大的尺寸在0.1006~0.368mm之间,尽管扩大尺寸是为0.1mm级别的,但在临床实践中计划植入物时必须考虑到这一点,其推荐0.5mm的安全区。通常受金属修复体、种植体伪影的影响,在种植体植入区的测量比在相邻种植体之间区域更准确,不过测量值的差异小于1mm是临床可接受的。

    2.4CBCT诊疗颌骨病损

    CBCT与曲面断层片相比能以多维旋转方式清晰显示颌骨病变的大小、形态以及对周围邻近组织的侵犯程度。与MSCT相比CBCT的骨密度分辨率低,但CBCT空间分辨率高,能准确反映颌骨病损与牙根、下牙槽神经管、上颌窦等结构的关系。Li认为CBCT是诊断和治疗颌骨病损例如成釉细胞瘤等一种高效可靠的影像学技术,通常在多数情况下X线平片很难确定颌骨病损边缘对牙齿及其相邻解剖结构的侵袭程度,而CBCT则可较好展现这些解剖关系,在其指导下实施的外科治疗可取得良好的预后。

    3.小结与展望

    综上所述,尽管CBCT三维重建的图像存在一定的失真,其线距测量存在些许误差,但不可否认的是CBCT是目前辅助口腔牙槽外科及其相关领域临床诊疗与科学研究最精准可靠的影像学手段。虽然其测量数据与真实值可能有一些差异,但是均在临床可接受的范围内,在邻近重要解剖结构操作时预留校正的空间可更好地规避意外损伤。

 

总之,目前在临床应用中CBCT的精确度已经能够满足临床定量测量的需求,可为牙槽外科进行“量身定制”式的医疗提供有力的支持,在未来能够让口腔医疗的决策、方案实施更适合每一位不同患者。而在科学研究领域由于CBCT精确度问题产生的研究误差,是否对研究结果有影响还需更多的研究来证实。相信随着医学影像学技术的进一步改进与发展,CBCT的测量将会更加精准,在口腔医学领域将拥有更大的应用前景。

编辑: 陆美凤

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