应用Micro CT颌骨骨小梁微细解剖学分析

应用Micro CT颌骨骨小梁微细解剖学分析目的探讨高分辨率的Micro CT在骨形态三维结构的技术特长。

方法共10例下颌骨标本被分为髁状突组和下颌骨体部组，20个volume of interests被图像分析软件建立，每组各10个。

计算每个像元大小的每个参数的平均值和标准差，并反复用ANOV A检验不同参数的值之间是否存在统计学意义（P＜0.05）。

结果在所有重建像元大小中，下颌骨体部组的骨体积与骨体积分数与18 μm像元组相比较有显著意义（P＜0.05）。

在髁状突组中，比36 μm大的像元大小有意义（P＜0.05），但像元大小在36 μm时并未发现显著差异（P＞0.05）。

骨小梁厚度及数量在下颌骨体部组和髁状突组都有显著意义（P＜0.05）。

结论Micro CT 是一种快速、准确、不损伤标本内部结构有效的评价方法。

[Abstract] Objective The purpose of this study morphological parameters of the three dimensional microstructure for mandibular trabecular bone which were measured with Micro CT. Methods A total of 10 patients with mandibular condyle specimen were divided into two types of trabecular bones，condyle and mandibular body. Ten volume of interests were created in each group and the total of twenty were measured. The mean value and standard deviation of each parameter in each reconstruction pixel size were calculated. Repeated ANOV A test was used to determine whether significant differences in the values from each parameter existed among the regions(P＜0.05) and the following results were drawn. Results The bone volume andbone volume fraction values from the mandibular body group when compared to 18μm pixel groupwere significant at all reconstruction pixel size.In condyle group，all pixel sizes greater than 36 um were significant(P＜0.05)，but no differences were noted from pixel size at 36μm(P＞0.05). The trabecular thickness and trabecular number from both condyle and mandibular body group were significant at all reconstruction pixel sizes(P＜0.05). Conclusion Several parameters of Micro CT have shown that it is effective aproach for evaluation without intrinsic structure damage.[Keywords] Micro CT;Jaw;Bone Mineral density;3D reconstruction描述颌骨骨小梁微观结构的参数主要有骨体积（BV），骨体积分数（BV/TV），骨表面积（BS），结构模型指数（SMI），骨小梁厚度（Tb.Th），骨小梁数量（Tb.N）和骨小梁分离度（Tb.Sp）等，这些参数大多基于二维方法检测计算，存在着诸多缺陷，逐渐被三维方法取代[1]。

像元，概念上类似二维空间的最小单位—像素，是组成数字化影像的最小单元，在三维空间亦可称为体素，像元大小决定了数字影像的空间分辨率和信息量，像元越小，空间分辨率越高。

本研究通过对下颌骨组织标本的Micro CT（micro computer tomography）扫描分析，评价Micro CT在骨形态三维结构方面的技术特长，为骨形态计量研究提供更为精确和完善的技术方法，并预测扫描下颌骨标本时所能使用的最大像元值。

1材料与方法1.1标本材料总共取10例下颌骨标本，标本来源于韩国延世大学齿科大学人体解剖学实验室，所有标本为双侧完整的下颌骨标本，牙槽骨严重吸收和牙齿具有根尖病变及骨小梁病理性变化的2个样本被筛除。

按部位标本分为两组：1组：Condyle 组（骨小梁结构均匀）；2组：Mandibular body组（骨小梁结构不均匀）。

总共20个volume of interests（VOI）被图像分析软件建立，每组各10个。

1.2实验主要所用的仪器设备（表1）1.3方法Micro CT 扫描及测量：标本经Micro CT（Skyscan1072，Skyscan，Belgium）对下颌骨标本进行扫描，扫描电压70 kV，电流114 μA，扫描层厚10 μm，扫描时间3 400 ms，收集到的图像信息经图像重建软件（Mimics、Geomagic、UG等逆向工程软件）处理形成三维图像。

所有标本用Micro CT扫描并重建三维结构。

扫描像元间隔18 μm，在重建像元大小为18、36、54、72、90、108 μm下，依次进行三维重建。

在18～108μm的像元大小范围内，6个形态学参数被测量，并且每个值都和像元大小为18μm时所测得的值做比较。

数据由帧接收器数字化后传输到安装有图像处理软件的计算机中，影像数据被Micro CT重建为三维影像，并用Micro CT Analyzer进行分析。

本实验研究不改变骨小梁形态学参数值的最大像元值。

1.4统计学处理所有数据通过SPSS12.0软件（SPSS Inc，Chicago，Illinois，USA）进行分析，评价不同指数平均值及标准差与像元大小为18μm所测得的值做比较时的差异有无统计学意义。

2结果Condyle组和MB组指数差异均有统计学意义（P＜0.05）。

Condyle组和MB组骨小梁厚度指数在18 μm层像元值最小，分别为0.240、0.280。

108 μm层像元值最大，分别为0.411、0.373。

随着三维重建像元值逐渐增大，Condyle组和MB组骨小梁厚度指数都随之逐渐变大。

Condyle组和MB 组指数差异有统计学意义（P＜0.05）。

Condyle组和MB组骨小梁密度指数差异均有统计学意义（P＜0.05）。

见表2。

Condyle组和MB组骨小梁厚度结构参数值在108 μm层像元值最小，分别为0.741、0.555。

18 μm层像元值最大，分别为1.201、0.990。

随着三维重建像元值逐渐增大，Condyle组和MB组骨小梁数目指数都随之逐渐变小。

Condyle 组和MB组骨小梁密度指数差异有统计学意义（P＜0.05）。

在所有重建体素大小中，骨小梁数量（Tb.N）在下颌骨体部组和髁状突组都有统计学意义（P＜0.05）。

见表3、图1。

A 下颌骨横断面；B三维重建影像3讨论利用组织切片显微镜观察颌骨解剖形态需要花费大量的时间和人财物力，虽然能反映组织解剖结构，但在标本制作与组织切片的制备过程中有可能损伤组织或是标本变形等导致测量试验结果不准确，而且无法保证所取切面测量位点的准确性。

既往很多研究表明，颌骨骨小梁的结构变化对骨强度起着至关重要的作用[2-3]。

因此对于骨小梁微结构的深入研究成为种植术前掌握颌骨微细解剖结构，这对于提高种植术成功率也具有重要意义。

Müller等[4]利用圆柱形髂骨样本进行了研究，先用Micro CT对样本进行检测，然后用甲基丙烯酸甲酯包埋样本，用不脱钙骨切片的方法获取图像，三维成像后比较两者在骨小梁厚度（Tb.Th）和骨小梁分离度（Tb.Sp）方面的差别。

Legrand[5]、Bevill[6]、金光春等[7]提出骨解剖结构与Micro CT变数（Variable）间有密切联贯。

这与本研究的Micro CT参数中Tb.Th、Tb.N有统计学意义符合。

提供骨小梁厚度的定量测量结果，Micro CT测量直接以像元无偏测试骨小梁真实厚度，所得的参数远优于二维结构参数，如骨小梁直接容积与骨小梁表面参数，这两种指标独立于骨小梁厚度，是真实的骨小梁结构，也是建立在一般二维切片基础上的传统组织形态测量所无法解决的。

但Micro CT却无法完成二维切片骨吸收、骨重建等多种动态参数的测量[8-9]。

Micro CT是利用X线成像原理，对样品进行高分辨率非破坏性3D成像的实验设备。

成像原理、基本结构和操作流程均与临床使用的CT非常相似，但是分辨率远远高于临床螺旋CT，并且得到的是真正的容积图像。

由于Micro CT的高分辨率3D图像、不破坏样品以及能够基于容积图像数据进行有限元材料力学分析的特点，在骨科学、矫形外科学、口腔科学、材料科学、疾病机制研究和新药开发领域得到了广泛应用[10]。

通过Micro CT三维重建并结合解剖明确颌骨相关微细解剖结构特点，将会为临床提供有价值的解剖学依据与参考值，从而更有效的避免牙种植术后并发症发生，对于牙种植技术的临床应用具有重要的指导意义和实用价值。

综合分析说明Micro CT是一种快速、准确、组织内部结构无破坏的高效的评价方法，可以很好的应用于口腔基础研究和临床。

[参考文献][1] Goldstein SA, Goulet R, Mccubbrey D. Measurement and significance of three dimensional architecture to the mechanical integrity of trabecular bone[J]. Calcif Tissue Int，1993, 53:127-133.[2] Kozai Y,Kawamata R, Sakurai T,et al. Influence of preodnisolone-induced ost Eoporosis on bone mass and bone quality of the mandible in rats[J].Dento Maxillofac Radiol, 2009, 38(1):34-41.[3] Ruijven LJ, Giesen EB, Mulder L.The effect of bone loss on rod-like and plate like trabeculaein the cancellous bone of the mandibular condyle[J]. Bone,2005, 36(6):1078-1085.[4] Müller R,Campenhout HV, Damme BV, et al.Morphometric analysis of human bone biopsies: A quantitative structural comparison of histological sections and microcomputed tomography[J].Bone,1998, 23 (1):59-66.[5] Legrand E,Chappard D, Pascaretti C, et al.Trabecular bonemicroarchitecture bone mineral de-Nsity and vertebral fractures in male osteoporosis[J]. J Bone Miner Res,2000,16(7):1374-1375.[6] Bevill G, Easley SK, Keaveny TM. Side artifact errors in yield strength and elastic modulu for human trabecular bone and their dependence on bone volume fraction and anatomic site[J]. Biomech, 2007, 40(15):3381-3388.[7] 金光春，张晓燕，姜玲，等.应用显微CT技术测量颌骨骨小梁解剖结构及其准确性评价[J].吉林大学学报医学版，2011，37（5）：833-837.[8] Moon HS, Won YY, Kim KD. The three-dimensional microsturctur of the trabe- cular bone in the mandible[J]. Surg Radil Anat, 2004, 26:466-473.[9] Limbert G, yan Lierde C, Muraru OL, et al.Trabecular bone strains around a dental implant and associated micromotions Micro-CT based three-dimensional finite element study[J]. J Biomech,2010, 43(7):1251-1261.[10] 姜玲，金东春，金光春，等.MicroCT在口腔种植研究领域中的应用[J].中华临床医师杂志，2009，11（3）：71-75.。