锥形束CT在口腔种植领域的临床应用

张庆

国家食品药品监督管理总局 医疗器械技术审评中心，北京 100081

引言

上世纪90年代后期，锥形束CT扫描成像技术被意大利工程师Mozzo等[1]应用于口腔医学领域。经过近20年的发展，该项成像技术已日臻成熟，因其具有放射剂量低、空间分辨率高、三维成像精度高等突出的优势，近年来在口腔医学各领域得到广泛的应用和较高的关注。口腔颌面部锥形束计算机体层摄影设备（Dental Cone Beam Computed Tomography，CBCT）是一种通过X射线锥形束计算机体层摄影的扫描方式，以重建的三维影像（轴位、冠状位、矢状位）以及三维立体影像的方式显示口腔颌面部乃至整个头颅的正常组织和病变组织结构的X射线影像设备[2]。CBCT可以组合通过曲面体层摄影的扫描方式生成曲面体层影像、显示口腔正常组织和病变组织结构的X射线摄影设备，也可以组合头影测量摄影（获得头颅正侧位和/或手腕部的二维影像）的设备[3]。目前，许多公司已经开发出了不同视野的口腔CBCT，可以满足口腔颌面部不同范围检查的需要,在种植、颌面外科、牙体牙髓诊断、关节病诊断等口腔医学各领域得到广泛的应用[4]。特别是在口腔种植领域，CBCT能提供精确的三维影像，可以很好的显示颌骨的骨质、骨量及下颌神经管、上颌窦等组织结构，是种植医师必不可少的工具。目前口腔CBCT技术和应用仍处于快速发展中，与口腔种植应用相关的骨密度测量、数字化种植导板设计等新概念受到临床医生的广泛关注。本文首先介绍CBCT的成像原理、数字化口腔，进而介绍种植相关的新技术、新应用，最后列出CBCT存在的不足之处。

1 CBCT成像原理

CBCT成像原理是将可产生锥形束X射线的X射线管头和影像接收器（平板探测器或影像增强器）相向固定在C型悬臂上，围绕被检查者做环形二维投照，通常经过一次扫描就可获得不同角度的二维投射图像，后处理生成高分辨率的三维图像。最终的三维图像质量取决于成像条件，包括扫描视野范围、采集图像帧数、影像接收器像素、曝光条件[管电压、管电流、曝光时间、曝光模式（连续/脉冲）]、各种影像接收器端生成的数据信息、重建体素尺寸、重建视野、体素矩阵、灰阶；重建过程包括重建算法和重建时间。

在进行CBCT摄影时，应根据入组试验人群的年龄、组织厚度等选择适宜的曝光参数，遵循正当化原则（即考虑医务人员和受试者所受的辐射危害后，认为辐射的受益大于风险）以及辐射防护的最优化原则（亦称ALARP原则，即最低合理可行原则）而获得必要的诊断信息（使用合理可达到的最低辐射剂量）。例如，管电流的减少不会影响对于骨测量的诊断图像质量。基于单个诊断需求对毫安设置进行明智的优化，可以在不影响诊断决策的情况下显著减少剂量[5]。

CBCT与传统CT的最大区别在于：CBCT用三维锥形束X线扫描，获得上百个不同的图像，重建后直接得到三维图像，图像金属伪影较轻，而传统CT用二维扇形束扫描，重建后形成二维图像数据，伪影较重。

一般情况下，CBCT扫描视野分为小视野（小于9 cm）、中视野（9～15 cm之间）以及大视野（大于15 cm）。扫描视野尺寸取决于影像接收器的尺寸。为了尽可能地扩大成像视野，一种方法是通过两次扫描获得的数据，即通过“垂直”方向上的“拼接”相邻区域的数据集，叠加后提供大的视野。拼接方法的缺点是对重叠区域两次成像，从而使得辐射剂量倍增。另一种增加视野的方法是将影像接收器和准直光束不对称地布置在旋转轴一侧。

一般情况下，小视野一次仅能够扫描到部分上颌（含牙列）或部分下颌（含牙列）或颞下颌关节部，中视野一次能够同时扫描到上下颌部（含牙列），大视野一次能够同时扫描到上下颌部（含牙列）、颞下颌关节部、头颅颌面部其他部位。

大多数CBCT使用平板探测器记录投射的X射线光子，并将信号发送到电脑。平板探测器成像受其构成元器件（闪烁体、光电二极管，读出电路等）的影响，不同的像素对于辐射光能量存在不一致性反应。CBCT探测器的原始图像同时表现了暗场图像和增益图像以及像素坏点。要补偿这些对原始图像造成的影响，原始图像需定期进行系统的偏移和增益校准，以提升数据的准确性[6]。

CBCT成像质量主要包括两项指标，空间分辨率和密度分辨率。空间分辨率用于表征设备对于细微空间结构的分辨能力，而密度分辨率用于表征设备对于轻微密度差异的分辨能力。用于区分不同放射性密度的组织。口腔科需要对牙周膜、根管等细微结构做出诊断，对空间分辨率的要求较高，因而具有高空间分辨率的CBCT更受口腔医生的欢迎。

尽管有研究表明，CBCT的灰度值与螺旋CT扫描的CT值具有强相关性，但目前建议采用相关行业标准[7]的方法或者更加合适的方法进行评价口腔CBCT的骨密度。

2 数字化口腔

数字化口腔医学已成为当代口腔医学的发展趋势之一，数字化软件和硬件技术在口腔医学诊疗中的应用极大地突破了传统诊疗模式所存在的局限，促使口腔疾病的诊断和治疗朝向更加精准、高效、自动的方向发展。口腔种植技术作为口腔医学技术的重要分支，如今已成为修复牙列缺损及牙列缺失的最有效临床方法之一。近年来，口腔种植技术发展迅猛、不断成熟，这与数字化技术在口腔种植修复中日趋广泛的应用紧密相关[8]。

数字化口腔即采用数字化的技术，治疗口腔。数字化技术在口腔正畸、口腔修复（包括种植）和口腔颌面外科的应用中占比较大。口腔修复是最早引入数字化技术的学科，世界上第一台义齿修复CAD/CAM系统临床应用（1987年）至今已有近30年的时间，是数字化方面传统的优势学科。数字化口腔颌面外科在近年来手术设计、导航与机器人技术方面大量的成功应用，成为口腔数字化领域先方向。口腔正畸与数字化技术结合的最为紧密，得益于CBCT技术、光学印模技术的发展，为口腔正畸带来了从二维到三维诊断的飞跃。

与螺旋CT相比，口腔CBCT采用高分辨率探测器，影像的空间分辨率比全身CT更高，且患者剂量也显著低于全身CT。这些优点使它在口腔临床中应用的越来越广泛，推动了数字化口腔的发展。数字化种植修复治疗流程包括数字化种植术前诊断、数字化种植手术设计、数字化种植印模和CAD/CAM种植修复。CBCT的应用能更准确清晰地对种植术前进行评估。通过计算机辅助设计软件，虚拟放入种植体，完成种植手术的设计，并运用快速成型技术打印出种植外科导板，实现了种植手术的精确化和微创化。数字化印模结合CAD/CAM则可完成种植印模和种植修复体的制作, 实现了种植修复的精确化和个性化[9]。

数字化导板摒弃了传统压膜式手术导板无法明确种植区三维颌骨空间结构的缺点，利用CAD/CAM制作的口腔种植导板可以在术前准确获取信息，在降低种植手术风险的同时，也减少了手术创伤及术后并发症的发生。此外，数字化导板为种植后的修复设计及制作创造了有利条件。数字化种植导板的出现使种植手术得以有效、安全地进行，大大提高了口腔种植的成功率及后期的修复精度[10]。

然而在数字化种植修复治疗中，种植外科导板的精确性和数字化印模的精确性尚需进一步提高，以便真正实现“精准医疗”和“以修复为导向”的种植修复治疗[9]。

影响数字化种植外科导板精确性的因素还包括外科导板的支持方式（牙、牙-黏膜、黏膜、骨支持式）)、外科导板导航系统、固位钉的分布、牙槽骨情况等[11-13]。

由于现阶段种植手术导板技术仍存在定位偏差、术后并发症等诸多局限，有越来越多的医生、学者开始尝试将手术导航系统运用到口腔种植手术当中，以期实现更为精准、灵活、方便的种植手术[14-17]。

3 CBCT成像在口腔种植学中的应用

CBCT可以判断牙体与牙周骨组织的关系，如观察根周与根尖周病损，种植区邻牙的破折、根尖周病、牙周病损；通过CBCT影像，种植医师也可了解牙根与重要解剖标志的关系，如切牙与切牙孔、上颌磨牙与上颌窦、下颌后牙与下牙槽神经管及埋伏牙、阻生齿与重要解剖结构的关系，前牙唇颊侧骨板的量与质；还可通过CBCT检查失牙区牙槽骨的质、量与重要解剖结构关系。在种植领域，CBCT已经变成了种植医师很难离开的工具。

种植区术前评估需要对种植体及重要解剖结构如下牙槽神经管、鼻底、上颌窦准确评估。而CBCT能为口腔种植提供精确的三维影像，可以很好的显示颌骨的骨质、骨量及下颌神经管、上颌窦等组织结构。

Baciut等[18]认为基于CBCT的术前规划可以显著提高鼻窦诊断率和手术信心。具体是在术前种植计划里对13名病人分别进行了曲面体层扫描和CBCT扫描，包括进行治疗选择、种植体放置时间、窦形态、置信度、并发症预测和移植物体积评估。研究发现在大多数病例中，基于曲面体层或CBCT的治疗类型是一致的。如果发现有任何差异，这是由于在曲面体层片上高估了骨骼的数量和质量。鼻窦形态学评估显示，CBCT上鼻窦粘膜肥大的检出率明显较高。最吸引人的是在使用CBCT时手术信心的显著提高和对并发症的显著更好的预测。

王虎等[19]认为CBCT可帮助术者在上颌窦外提升术中准确地控制提升高度，有效地保证窦底黏膜的完整性；为避免种植术中的意外上颌窦出血，需在术前对上颌窦侧壁骨壁血管的走形分布及大小予以确认，一般在曲面断层片上无法显示，而CBCT只需1次X射线照射，即可获取从各个角度观察的上颌窦侧壁骨壁血管信息，可清楚确认血管的形状、分布及大小。

Kei等[20]通过CBCT获得的骨密度值客观地评估骨质量，并确定骨密度与牙种植体初稳定性之间的关系。CBCT评价骨质量与种植体的初稳定性高度相关。因此，他们认为CBCT对术前密度值的估计可以帮助临床医生预测种植体的稳定性。

蒋析等[21]评价计算机辅助设计制造、牙支持式种植外科手术导板在下颌后牙游离缺失伴垂直骨量不足患者中应用的可行性、精确度及临床效果。结论是对于下颌后牙游离缺失伴重度垂直骨量不足的种植修复疑难病例，计算机辅助、手术导板引导下种植术创伤相对小，缩短了疗程，避免了复杂植骨手术或高风险神经游离术，技术上可行。

陈建荣等[22]通过CBCT自带观测软件进行影像分析，通过选择各个层面中去除金属伪影图像，清晰地反映种植体周围骨质密度和骨量，对种植术后种植体骨结合情况做出准确的诊断。CBCT对种植体与颌骨骨结合的评判较数字曲面体层片更接近临床表现。种植术后种植体和骨组织间的结合情况可以通过CBCT与临床口腔检查情况结合起来，进行评估种植手术的成功与否及对上部结构的修复具有重要的指导意义。

赵璟阳等[23]研究应用数字化导板进行种植手术与无导板辅助进行种植相比,可提高种植体植入的精确度,有效减小种植体顶部、根尖部和角度偏差。Nickenig等[24]发现，应用种植手术导板进行种植，种植体实际位置与术前设计位置的平均角度偏差为4.2°，与单纯在图像设计指导下进行种植手术的10.9°相比，精确度差异有统计学意义，与赵璟阳等[23]的研究结果一致。

赵娜等[25]认为CBCT扫描得到的是三维影像，克服了传统二维影像的图像失真问题，且不受投照角度和影像重叠的影响，特别是对一些多生牙、埋伏牙、种植修复、口腔正畸的诊断治疗，CBCT更具优越性，发挥着不可替代的作用。因CBCT能准确测量牙齿的长度和宽度、根管长度、根管弯曲度、颌骨的线距、正畸头影定点测量，所以正确应用CBCT对临床实践、科研和教学具有指导意义。

4 CBCT的不足及展望

CBCT和传统CT一样，成像过程易受到金属等高密度物质的影响，对口腔种植前的临床诊断和种植后的疗效评估带来很大的干扰。相对于传统CT，CBCT虽然空间分辨率较高、剂量更小，但同时也伴随着图像噪声大、密度分辨率低的问题，对牙龈等软组织的分辨能力较弱。口腔CBCT仍存在着金属伪影降低图像质量、软组织分辨率低等问题，未来口腔CBCT技术的发展趋势应当是在尽量减少现有弊端的同时，增强同其他牙颌面软硬组织三维重建数据（如面部软组织形貌、口内扫描数据、颞颌关节运动数据等）的融合功能，实现更加直观全面的口腔颌面部数据信息重现。此外，如前所述，CBCT的图像灰度值和骨密度之前的对应关系还不明确，对于骨密度评估带来一定的困扰。这些都是未来要解决的方向。

相对于其他科室而言，口腔科是最容易民营化的行业。目前我国约有近10万家口腔私人医疗诊所，诊所的扩大及中国患者的需求是CBCT主要的增长点。虽然CBCT企业竞争壁垒比较强，短期内市场格局大幅度变动，期望不大，但是口腔数字化和系统开放性趋势基本不可逆，器械厂商也需要从“设备制造商”到“设备解决方案提供商”方向转变。