即刻种植修复前骨密度影像学评估方法的研究进展

    即刻种植修复的疗效受到众多因素的影响。随着技术的进步、种植体结构的完善，种植体骨结合的能力逐渐得到改善，但仍存在治疗效果不佳的情况。骨密度在即刻种植修复治疗中尤为重要，尤其对于无牙颌患者，是术前治疗计划制定、种植体选择、术式选择、修复负荷时机等方面的决定性因素。
    一方面，骨皮质较薄，骨质过于疏松的骨不利于骨结合，这种情况以上颌骨多见；另一方面，骨密度过高的骨存在血管化不足的问题，不利于种植体植入后骨结合，这种情况在下颌骨多见。同时，这种骨在植入过程中产热更多，造成周围骨损伤。
    种植体的稳定性与骨密度密切相关，种植体的初始稳定性是保证种植修复远期疗效的关键因素，在即刻种植修复中这一点尤为显著，初始稳定性欠佳可能导致骨结合不良使种植体植入失败。因此，在对种植治疗进行决策时应当结合骨密度数据。回顾过去的研究，有多种测量手段用于评估骨密度。双能X射线吸收法（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）是定量测量骨密度的金标准，具有辐射剂量低、扫描速度快、非重复性和非侵入性的优点。
    曲面体层放射线片能用于测量骨密度，但其对骨结构的评估较为主观，难以得到客观准确的数据。微型计算机体层成像（micro-computed tomography，Micro-CT）被推荐用作评估骨形态和骨小梁微结构的金标准。
    多层计算机体层成像（multi-slice computed tomography，MSCT）被广泛用于测定骨密度，其提供的亨氏单位（hounsfield unit，HU）可以直接转化用来测量骨密度值。锥形束计算机体层成像（cone beam computed tomography，CBCT）已广泛用于辅助口腔科的检查和诊断，具有便于临床医生使用、设备体积相对较小、成本相对较低、辐射剂量相对小等优点。
    研究表明利用CBCT测得的骨密度数据有较高的准确性。即刻种植修复，尤其无牙颌种植即刻固定修复是当前解决患者缺牙后功能及美学重建的有效方法。种植体初始稳定性是无牙颌即刻种植修复成功实施的首要条件，它不但有赖于种植区骨量、种植体形态数目、手术技巧，还与骨的密度密切相关。
    因此，术前对无牙颌种植术区骨密度的评估对完善种植修复方案、达到与患者有效沟通以及预案准备有重要价值。本文旨在总结归纳利用影像学方法得到的骨密度数据并预测种植治疗疗效方面的研究，为临床决策提供参考。
    1.利用影像学检查判断骨密度
    1.1双能X射线吸收法
    双能X射线吸收法（dual-energy X-ray absorptiometry，DXA）是诊断骨质疏松症和预测骨折风险的金标准，国际临床骨密度测量学会（The International Society for Clinical Densitometry，ISCD）推荐腰椎和全身无头部为首选测量位置。骨密度（bone mineral density，BMD）是在DXA扫描的基础上计算的，结果用与相应健康人口骨密度数据库比较后得出的T分数（T-score）和Z分数（Z-score）表示。
    根据WHO给出的标准：正常骨密度：T-score≥-1，骨质减少：-1>T-score>-2.5，骨质疏松：T-score≤-2.5。骨小梁评分（trabecular bone score，TBS）是一种灰度纹理测量方法，可以从DXA图像中提取，用于评判骨小梁的结构，它的测量不受测量区域大小或形状的限制，可应用于小的或不规则的骨表面。
    DXA测量的股骨颈及腰椎部分的骨密度与CBCT测得的上颌结节及上颌切牙部位灰度值密切相关，上颌结节灰度值<298可区分骨质疏松和正常人，准确率为66%~67%，提示需要进一步进行DXA分析。但是，通过DXA测量的骨密度在口腔种植修复治疗过程中存在局限性，包括不能直接测量受体骨部位的骨结构，其测量数据可能受到骨块大小、伪影、定位错误等影响产生偏倚。
    1.2曲面体层放射线片
    曲面体层放射线片在口腔领域已有广泛应用，可以用于初步筛选骨质疏松患者，以便在治疗前提供最初的治疗方案。不同植骨区对应不同的骨密度，Misch等推荐按照骨密度较低的一侧进行骨密度的评估，根据宏观骨密度分类（D1、D2、D3、D4）做出治疗计划，通常上颌骨前部为D3型骨，上颌骨后部为D4型骨，下颌骨前部为D2型骨，下颌骨后部为D3型骨。
    Chugh等提出了使用导联阶梯楔状铅板测量曲面体层放射线片中的骨密度，将曲面体层放射线片中特定位置的图像与既定标准HU值的阶梯图像进行对比，阶梯A、B、C分别与D4、D3、D2类型骨有显著的对应关系（P≤0.05），可根据骨小梁及皮质骨厚度的比值对骨密度进行分类。
    曲面体层放射线片可作为一种经济可靠的诊断工具，利用骨膜内缘结构排除未确诊患者的骨质疏松或骨质减少的准确率可高达96%，但是在颈椎等部位曲面体层放射线片中存在大量的伪影，影响数据的准确性，目前不能得到有关骨松质内骨量减少的定量分析。
    1.3根尖放射线片
    曲面体层放射线片及根尖放射线片均可进行分形维数分析（fractal dimension analysis，FA），分形维数（fractal dimension，FD）可用于评估骨密度，也可用于评估根尖周组织病变和骨结合状况，高FD值（范围1.340~2.659）可用于评价较好的种植体初始稳定性。在CBCT、曲面体层放射线片、根尖放射线片三者中，利用根尖放射线片评估FD最准确。
Oliverira等研究发现根尖放射线片可以通过灰度变化来评价骨质量，平均灰度值（P=0.035）、灰度值的标准差（P<0.001）和熵值（P<0.001）之间存在差异，其与Lekholm和Zarb骨密度分类的相关性优于曲面体层放射线片。也有研究认为根尖放射线片存在图像重叠、模糊、一定程度的扭曲等局限性，在骨密度定量分析方面没有显著的临床价值，Fu等研究表明根尖放射线片获取的骨质量数据与立体显微镜及Micro-CT检查在无论上颌骨或下颌骨获得的结果相关性较差。
    1.4利用CBCT判断骨密度
    Micro-CT是评估骨微观结构的金标准。在利用计算机体层成像测量骨密度的应用中，最关键的骨微结构参数（bone microstructure parameters，TBMPs）包括每组织体积骨量（bone volume/tissue volume，BV/TV），骨小梁厚度（thickness of trabecular bone，Tb.Th），骨小梁数量（number of trabecular bone，Tb.N）及骨小梁疏密度（sparse density of trabecular，Tb.Sp）。
    Micro-CT的分辨率小到只有几微米，在扫描大尺寸对象时需要进行体素重建，在骨密度研究中通常用于离体标本、模型、小动物的扫描，Kim等发现除Tb.N为110/110μm、MIL1/MIL3为110μm以上、体素尺寸大于110μm的图像和任意体素尺寸组合的-Euler/Vol图像外，大体素尺寸图像的分析结果均与理想结果（r2=0.55~0.99）相关，但这一方法不适用于对颌骨的扫描。
    在很长的一段时间内，MSCT被作为测量骨密度的临床标准，Parsa等研究发现MSCT的HU值与Micro-CT的BV/TV值相关性良好（r=0.91），Micro-CT与MSCT在评价骨量分数及骨密度方面有较强的一致性，但是其较高的辐射剂量限制了其在临床的应用。与Micro-CT、MSCT不同，CBCT现已被广泛应用于口腔医学的临床实践。
    有大量研究已经证明，通过CBCT测量的BV/TV可以用于评估上颌骨小梁微结构。同时，Tasi等通过测量骨小梁微结构参数，指出拥有更高分辨率的CBCT可以提供更准确的骨小梁显微参数结果。
    同时，利用CBCT可鉴别骨质疏松等低骨密度的受体骨，其测量数据主要为计算机体层成像下颌骨指数上[computer tomography mandibular index（Superior），CTI（S）]、计算机体层成像下颌骨指数下[computer tomography mandibular index（Inferior），CTI（I）]、计算机体层成像心理指数（computer tomography mental index，CTMI）、计算机体层成像皮质指数（computerized tomography cortical index，CTCI），与DXA获得的参考骨密度数据密切相关。
    根据以往的研究，25mm层厚的CBCT可以获得最佳的准确率，在CBCT上测得的颏孔区下颌骨皮质宽度（mandibular cortex width，MCW）低于3mm可被认为是预测低骨密度的一个阈值，也是转诊患者进行密度测量评估的一个临界值。
    虽然CBCT的体素灰度值与实际存在偏差，但存在显著的线性关系。在临床实践中，CBCT的灰度值有待进一步校准。视野大小、扫描对象的位置及不同的CBCT系统类型会影响对骨小梁微观结构的临床评价。Klintström等通过对CBCT9种不同成像方式和不同影像学参数（电流，电压，旋转度，体素大小，成像面积和旋转时间）与Micro-CT得到的骨微结构参数进行对比，表明其结果相关性系数均大于0.9，说明影像学参数改变对骨量和骨小梁厚度等用于预测骨密度的数据没有影响，可用于骨密度的测量。
    VanDessel等利用7台不同CBCT对6个有牙下颌骨标本进行了扫描，表明大多数不同厂家生产的CBCT机器可以定量评估牙槽骨质量，具有接近micro-CT的准确性和可靠性。较多研究对矫正CBCT的灰度值进行了尝试，Sennerby等使用新型的图像矫正方法，如骨密度检查（bone density examination，BDE）等，可从重建图像中提取更加准确的HU值。
    Zhang等开发了一个计算框架，利用从4DCT数据集对高质量的日常4DCBCT图像进行数字合成，从而有效减少伪影并增强软组织的显像。
    2.利用影像学骨密度数据决策即刻种植修复的可选因素
    骨密度可影响种植体植入时的植入扭矩值（insert torque，IT）。在种植术后，正常的愈合过程有耐受阈值区间，大约为50~150μm。种植体的稳定性差可能使种植体的微动超过阈值，导致种植的失败。骨密度更高的受体骨拥有更高的IT，IT越大，种植体初始稳定性越好。
    了解IT值适应范围有助于临床对种植治疗术前规划及修复因素进行决策，有研究表明，过高的IT可产生较高的应力和应变，可能造成种植体周围的骨损伤。较小的IT值能减少周围骨损伤，中短期内产生较好的边缘骨水平，例如IT<20N/cm时也可获得98%的成功率。
临床上，可使用曲面体层放射线片和CBCT进行骨密度测定来预测种植体植入的初始稳定性。从曲面体层放射线片和CBCT上测得的骨密度数据和骨结构数据呈正相关，与种植体稳定性数据也呈正相关。Bidez等利用三维有限元应力分析得出D4型骨和D3型骨在力作用下会出现种植治疗失败。
    Arsan等发现曲面体层放射线片测得的植入部位的灰度值（grey level value，GV）、FD、连接小梁数（connectivity，Co）和连接小梁密度（connectivity density，CoD）与IT相关（P<0.047）,GV与植入稳定性商（implant stability quotient，ISQ）相关（P<0.029），可用于预测种植体的初始稳定性，这与先前Suer等的研究结论相似。
    在术前CBCT扫描三维重建中，种植体周围骨测得的HU值与ISQ、平均IT值和种植手术时获得的峰值IT值有良好的相关性。HU测量可用于预测3D重建中种植体的稳定性，这一特征可集成到治疗计划软件中。
    3.小结
    非侵入性的骨密度评估方法在诊断、预后和决策可选因素时起到决定性的作用，在无牙颌种植即刻功能重建中尤其重要，即刻修复或临时即刻修复为患者和口腔医生提供了许多优势。这种即刻固定的临时修复体避免了活动义齿带来的弊端，并为无牙颌患者提供心理上的抚慰。即刻种植体可以促进骨愈合，并在最终修复前改善软组织的适应性和轮廓。
    过去临床医生通常单纯依赖Lekholm和Zarb提出的骨的宏观结构分类来评估骨质量，但存在主观性强、缺乏客观评价标准的缺点。Misch利用CT，以HU为基础，客观地将骨密度分为5种类型（D1：>1250HU，D2：850~1250HU，D3：350~850HU，D4：150~350HU，D5：<150HU），并且距离牙槽嵴顶7~10mm的骨密度对治疗计划的选择起到关键作用。
    当前有大量研究用于证实放射线及CBCT与骨密度相关参数存在线性关系，结合主观的骨分类标准，可用于大致预测种植术后种植体的骨结合效果及稳定性，但准确详细的骨密度分级分类方法及其与种植初始稳定性相关的临床研究尚不充分。
    在利用明确详细的骨密度参数用于临床决策种植治疗的可选因素，以控制种植体植入后即刻修复种植体的微动在允许的范围内，最大程度减少骨损伤，从而达到长期的功能稳定等方面有待进一步的研究。利用放射线影像及CT数据，口腔临床医生如果能早期识别骨密度过低甚至骨质疏松的患者，并将其转至专科临床治疗，将有一定的临床价值，但需要注意的是，不同CBCT系统产生的数据在骨密度分级分类中是否产生影响需要进一步的验证。
    人工智能（artificial intelligence，AI）技术和放射组学在医疗领域已经有了初步的发展，例如利用影像学数据集进行肥胖、肿瘤相关疾病的诊断、分类及治疗评价。在未来的口腔种植学领域，AI技术和放射组学将得到进一步的发展，利用简便的影像学测量方式获取较准确的骨密度定量数据能帮助骨密度数据集的建立。利用AI技术获取最佳种植方案，并协助数字化种植导板的制作等可为未来口腔种植医疗提供广阔的前景。