比較微米級電腦斷層掃描與牙科用錐狀電腦斷層掃瞄評估人造假骨
結構型態之差異
Comparison of the Micro-Computed Tomography and Dental
Cone-Beam Computed Tomography: An Artificial Foam Bone Study
何榮庭 Jung-Ting Ho1, 許瑞廷 Jui-Ting Hsu 1*, 黃恆立 Heng-Li Huang 1, 陳遠謙 Yuan-Chien Chen 2 , 吳杰 Jay Wu2
1中國醫藥大學 牙醫系 School of Dentistry, China Medical University
2中國醫藥大學 生物醫學影像暨放射科學學系 Department of Biomedical Imaging and Radiological Science, China Medical University
一、中文摘要
實 驗 室 中 ， 微 米 級 電 腦 斷 層 掃 描 (micro-computed tomography, Micro-CT) 已被視 為 分 析 骨 小 樑 結 構 型 態 的 標 準 指 標 ， 然 而 Micro-CT 受限於只能掃描小體積的骨樣本，無法 使用於臨床手術中。牙科用錐狀電腦斷層掃描 (cone-beam computed tomography, CBCT)近年來
具有更高的解析度，部分文獻指出CBCT 已能量 測到骨小樑結構，但文獻中並沒有探討CBCT 量 測骨小樑結構的精準度。因此本研究使用 CBCT 與Micro-CT 量測人造假骨骨小樑結構型態，比較 兩者分析結果的差異，並以Micro-CT 分析結果為 標準指標，評估 CBCT 量測人造假骨骨小樑結構 的精準度。實驗結果顯示，雖然CBCT 和 Micro-CT 量測到的骨小樑結構數值會有差異，不過兩種儀 器的分析結果間仍呈現高度的正相關。 關鍵字：微米級電腦斷層掃描、牙科用錐狀電腦 斷層掃描、人造假骨 Abstract
Micro-computed tomography (Micro-CT) has been confirmed as a gold standard approach to evaluate the trabecular bone structure. However, the Micro-CT can only performed on small animal or human biopsy. Recently, the dental computed tomography (or so-called cone-beam computed tomography, CBCT) has been widely used in clinical trial due to the high resolution and low-dosage. In previous studies, some investigators reported that CBCT has enough ability to measure the trabecular bone structure. However, the reliability of CBCT in the measurement of the trabecular bone structure is still unclear. The aim of present study is to compare the measurement of the trabecular bone structure by Micro-CT and CBCT. Taking Micro-CT result as a gold standard, we evaluate the reliability of CBCT analyzing artificial foam bone structure. From the experimental results, significant difference between the trabecular bone structure measured by CBCT and Micro-CT was
found. However, high positive correlation coefficient between these two approaches has been observed.
Keywords: Micro-computed tomography, dental cone-beam computed tomography, artificial foam bone 二、前言 一般而言，齒槽骨中海綿骨的骨小樑直徑約 為100~200μm，而目前 Micro-CT 的解析度可達到 7~35μm。在先前許多研究裡[1-3]，作者皆指出 Micro-CT 具有足夠的能力清晰地呈現出骨小樑外 觀。因此目前在實驗室中，Micro-CT 已經被視為 分析骨小樑結構的標準指標(gold standard)。然而 Micro-CT 可以掃描的範圍較小，只能使用於體外 的小型標本，無法使用於牙科臨床診斷。近年來， 牙 科 用 錐 狀 電 腦 斷 層 掃 瞄(dental cone-beam computed tomography, CBCT)越來越普及於各牙 科醫療單位。由於 CBCT 有低放射劑量與高解析 度(75~500μm)的優點，目前臨床中 CBCT 常使用 於齒顎矯正、顳顎關節型態判斷、植牙手術術前 評估等其他部分。其中在植牙手術中，CBCT 對 於手術前齒槽骨骨頭品質的判斷有相當大的幫助。 但目前CBCT 分析齒槽骨的方法，主要以灰階亮 度值轉換成骨質密度的方式[4,5]，評估該區域齒 槽骨的骨量，並不特別針對骨小樑結構品質去做 評估。 因此，在本研究計畫中，我們嘗試探討CBCT 量測骨小樑結構的能力。我們選用四種不同孔隙 程度的人造假骨作為研究樣本，並以Micro-CT 分 析值為標準指標(gold standard)，評估 CBCT 量測 骨小樑結構的精準度，期盼未來能直接在臨床使 用牙科用CBCT 評估植牙區域齒槽骨的骨小樑結 構。 三、材料與方法 研究計畫流程圖如圖1.所示。
3.1 人造假 受限於 質好壞，因 Vashon, WA 來進行實驗 0.20 和 0.32 有骨小樑結 來模擬四種 圖2. 本研究 3.2 微米級 Micro 1076(SkySc 圖 3.)，解析 影像軟體 CTAn(CTA 小樑結構參 圖3. 微米 3.3牙科用錐 CBCT AZ3000(AZ Japan)( 圖 後使用影像 圖1. 研 假骨試片 於屍體骨不易 因此本研究選 A, USA)生產 驗。我們選用 2 (g/cm3) (m 結構但不同孔 種不同骨質密 究選用之人造 1 級電腦斷層掃 -CT 掃描部 can 1076, Sk 析度設定於 ：Nrecon (N An v.1.6.0, Sk 參數。 米級電腦斷 錐狀電腦斷層 T 掃 描 部 分 Z 3000, A 4.)，解析度 像軟體： Ima 研究流程圖。 易取得，且無 選用 Sawbo 產的不同孔洞 用四種密度分 models 1522-孔洞性的人造 密度的齒槽骨 造假骨(由左至 11, 12) 掃描影像擷取 部分，本研究 kyScan, Aar 於 35μm。掃描 NRecon v.1. kyscan)，重組 斷層掃瞄機 ( 斷層掃描影像 分 ， 本 研 Asahi Roen 度設定於 10 age j (Rasban 無法精確控制 ones (Sawbo 洞性之人造假 分別為0.12, 09, 10, 11, 1 造假骨(圖 2 骨。 至右：1522-09 取 究使用 Sky tselaar, Belg 描完成後續使 4.4, Skysca 組影像並分析 Skyscan 107 像擷取 究 使 用 A ntgen Ind. 00μm。掃描完 nd, W.S., Ima 制骨 ones, 造假骨 0.16, 12)具 2.)， 9, 10, yScan gium, 續使用 an)、 分析骨 76) Asahi Co., 描完成 ageJ, US USA 骨小 圖 3.4 樑結 (BV num 別參 四、 掃描 觀圖 有不 圖5 模型 C National In A)之外掛程式 小樑結構參數 圖4.牙科用錐 選用的骨小 後續影像分 結構參數有 V/TV)、Trabe mber (Tb.N.) 參數的定義與 表1. 本研 結果與討論 從圖 5.中 描後建立的人 圖綜合比較 不錯的呈現骨 5. (左)Micro 型；(中)1522 CBCT 建立的 nstitutes of 式Bone j，重 數。 錐狀電腦斷層 AZ300 小樑結構參數 分析部分，本 以下四項： ecular thickn ；Trabecular 與說明見表 研究選用的骨 論 ，我們可看到 人造假骨(15 ，可發現兩種 骨小樑立體結 -CT 建立的 2-09 人造假骨 的1522-09 人 Health, Bet 重組影像並 層掃描影像機 00) 數 本研究選用的 ：Percent B ness (Tb.Th.) r separation ( 1.。 骨小樑結構參 到 Micro-CT 522-09)立體模 種電腦斷層掃 結構能力。 1522-09 人造 骨樣本外觀 人造假骨立體 thesda, MD, 分析樣本之 機 (Asahi 的分析骨小 one volume ；Trabecular (Tb.Sp.)。各 參數 T 與 CBCT 模型，與外 掃描機都具 造假骨立體 ；(右)dental 體模型。 , 之 小 e r 各 T 外 具 l
圖 6.至 分析後，所 四項骨小樑 析結果出現 CBCT 分析 然而，雖然 不高，但四種 析值皆呈現 歸方程式， 實驗室中M 在 Mi 人造假骨的 式，在 BV (r2=0.9795) 圖6. Micro Tb.Th 擁有最大的 四種人造假 值，呈現高 圖7. Micro 至圖 9.為 M 所得的四項骨 樑結構參數中 現不小的差異 析值高於Mic 然 CBCT 對於 種參數於C 現高度正相關 轉換臨床中 Micro-CT 理 icro-CT 與 C 的BV/TV 結果 V/TV 的部分 (圖 6.)。 o-CT 與 CBC h.骨小樑結構 的 Tb.Th.，相 假骨於Micro 高度相關性。 o-CT 與 CBC Micro-CT 與 C 骨小樑結構參 中，Micro-CT 異。特別是在 cro-CT 分析 於判定骨小樑 BCT 和 Mic 關，因此我們 中 CBCT 所得 理論上的準確 CBCT 評估四 果顯示，此兩 分，呈現極 CT 所得 BV/ 構參數中，人 相較於 1522 o-CT 和 CBC 。(r2=0.9479) CT 所得 Tb CBCT 掃描影 參數關聯表 T 與 CBCT 的 在BV/TV 項 析值達三倍左 樑結構的準確 cro-CT 所得的 們可以利用其 得的分析值 確分析值。 四種不同孔隙 兩種影像評估 極高度的正相 /TV 相關性比 人造假骨152 2-12 則是最小 CT 中所得的分 ) (圖 7.) .Th.相關性比 描影像 。在 的分 項目， 左右。 準確度 得的分 其回 值，於 孔隙度 評估方 相關 比較 22-09 最小。 的分析 比較 擁有 合我 CBC (r2=0 圖 假骨 1522 四種 Tb.S 圖 論上 但目 因為 影像 響 到 1522 Tb.N.骨小 有最大的Tb. 我們外觀的推 CT 中所得的 0.9533) (圖 8. Micro-CT Tb.Sp.骨小 骨 1522-09 擁 2-12 的 Tb.S 種人造假骨於 Sp.呈現高度 9. Micro-CT 然而，本實 上，CBCT 與 目前我們只能 為 CBCT 的解 像二元化過程 到 最 終 的 分 2-12 人造假 樑結構參數 N.，相較於 推測。四種人 的 Tb.N.，一 8.) T 與 CBCT 所 小樑結構參數 擁有最大的 p.則最小，亦 於 Micro-CT 度相關性。(r2 T 與 CBCT 所 實驗中仍有一 Micro-CT 的 能得到正相關 解析度有限或 程中，改變了 分 析 結 果 。 另 假骨，廠商在 數中，人造假 於1522-09 則 人造假骨於M 一樣呈現高度 所得Tb.N.相 數中，我們可 的 Tb.Sp.，相 亦符合我們外 T 和 CBCT 2=0.8867) (圖 所得Tb.Sp.相 一些問題需要 的分析結果應 關的趨勢，推 或放射劑量 了過多的影像 另 一 影 響 因 在人造假骨中 假骨 1522-09 則是最小，符 Micro-CT 和 度相關性。 相關性比較 可看到人造 相較之下， 外觀的推測。 T 中所得的 圖 9.) 相關性比較 要克服。理 應該要相同， 推測應該是 不足，導致 像外觀，影 因 素 為 型 號 中額外加入 9 符 和 造 的 理 是 致 影 號 入
e-glass fiber 材料，此材料在 CBCT 中表現較緻密， 導致 1522-12 骨小樑影像產生放大的作用，造成 一些誤差。在後續的研究計畫中，我們希望能夠 取得更合理且接近的分析值，並且加大實驗樣本 數，達到統計上可信的分析結果。 五、結論 本研究率先使用牙科用電腦斷層掃描(CBCT) 來評估四種人造假骨骨小樑結構參數的能力。雖 然 牙 科 用 CBCT 量測到的絕對數值會和實際 (Micro-CT 量測值)有差異，但兩者間呈現高度的 正相關，此資訊可提供牙科醫師對於了解齒槽骨 骨小樑結構的參考依據。 六、致謝 本 研 究 感 謝 國 科 會 大 專 生 專 題 計 畫(NSC
101-2815-C-039-029-B)經費補助。
七、參考文獻[1] Fanuscu, M.I., Chang, T.L., Three-dimensional morphometric analysis of human cadaver bone: microstructural data from maxilla and mandible. Clin. Oral Impl. Res. 2004, 15: 213-8
[2] Cha, J.Y., Lim, J.K., Song, J.W., Sato, D., Kenmotsu, M., Inoue, T., Park, Y.C., Influence of the length of the loading period after placement of orthodontic mini-implants on changes in bone histomorphology: microcomputed tomographic and histologic analysis. Int J Oral Maxillofac Implants. 2009, 24:842-9.
[3] Mittra, E., Rubin, C., Gruber, B., Qin, Y.X., Evaluation of trabecular mechanical and microstructural properties in human calcaneal bone of advanced age using mechanical testing, microCT, and DXA. J Biomech. 2008, 41: 368-75.
[4] de Oliveira, R.C., Leles, C.R., Normanha, L.M., Lindh, C. and Ribeiro-Rotta, R.F., Assessments of trabecular bone density at implant sites on CT images. Oral Surg Oral Med Oral Pathol
Oral Radiol Endod. 2008, 105: 231-8.
[5] Aranyarachkul, P., Caruso, J., Gantes, B., Schulz, E., Riggs, M., Dus, I., Yamada, J.M. and Crigger, M., Bone density assessments of dental implant sites: quantitative cone-beam computerized tomography. Int J Oral
