錐狀電腦斷層掃瞄量測鬆質骨骨量的可信度評估:以微米級電腦斷層
掃描組織型態分析
The reliability of cone-beam CT to evaluate cancellous bone quantity:
a histomorphometric analysis by Micro-CT
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
近 年 來 ， 牙 科 用 錐 狀 電 腦 斷 層 掃 描 (cone-beam computed tomography, CBCT)已普遍 使用於植牙手術術前評估，醫師常使用鬆質骨區 域 CBCT 影像的平均灰階亮度值(grayscale)作為 評估骨量的依據。實驗室中，微米級電腦斷層掃 描(micro-computed tomography, Micro-CT) 已被 視為分析鬆質骨組織型態的標準指標。本篇探討 鬆質骨 CBCT 影像平均灰階亮度值與 Micro-CT 影 像組織型態分析結果的關聯性，評估 CBCT 分析 結果的可信度。 關鍵字：牙科用錐狀電腦斷層掃描、微米級電腦 斷層掃描、鬆質骨骨量。 Abstract
Dental cone-beam computed tomography (CBCT) has been widely used in pre-operative dental implant planning recently. In the clinical practice, dentists used average gray scale within the cancellous bone area as the basis for assessment of bone quantity. In the laboratory practice, micro-computed tomography (Micro-CT) has been taken as the “gold standard” for cancellous bone histomorphometric analysis. The aim of this study is to assess the reliability of CBCT evaluating cancellous bone quantity by comparison the gray scale value from CBCT and histomorphometric analysis result from Micro-CT.
Keywords: Dental cone-beam computed tomography, micro-computed tomography, cancellous bone quantity.
二、前言 牙科用錐狀電腦斷層掃瞄(dental cone-beam computed tomography, CBCT)相較於傳統 CT 有以 下優點：低放射劑量、掃描時間短、收費低…等， 目前已越來越普及於各牙科醫療單位。臨床中， CBCT 常使用於口腔外科手術規劃、牙根斷裂診 斷、植牙手術術前評估等牙科診療。在植牙手術 術前評估，醫師多半會使用欲植牙區鬆質骨的 CBCT 影像評估骨量，以鬆質骨區域的影像平均 灰階亮度值(grayscale)做為評估指標，並無詳細討 論鬆質骨的微觀型態。 微 米 級 電 腦 斷 層 掃 描 (micro-computed tomography, Micro-CT) 解析度約為 7~35μm，相 較於鬆質骨骨小樑結構直徑約為 100~250μm，許 多學者指出[1~3]Micro-CT 有足夠能力清晰呈現 出鬆質骨骨小樑結構，目前在實驗室中，Micro-CT 已被視為分析鬆質骨組織型態的標準指標[4]。 本篇探討鬆質骨 CBCT 影像的平均灰階亮度 值與 Micro-CT 影像組織型態分析結果的關聯性， 評估使用 CBCT 分析鬆質骨骨量的可信度。 三、材料與方法 3.1 實驗樣本準備 本篇使用八隻雄性健康 Sprague-Dawley rat， 於四個月大犧牲並取出其第五腰椎作為樣本。 3.2 CBCT與Micro-CT影像擷取
CBCT 選用 Asahi AZ3000(AZ 3000, Asahi Roentgen Ind. Co., Japan, 圖 1.(a) )，掃描設定為： 85kV, 3mA, 解析度 100μm，CBCT 影像使用影像 分析軟體 ImageJ 1.45s (Rasband, W.S., ImageJ, US National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA) 進行分析。
Micro-CT 部 分 ， 本 篇 使 用 SkyScan 1076 Micro-CT (SkyScan 1076, SkyScan, Aartselaar, Belgium, 圖 1.(b) ) 擷取所需的樣本影像，掃描設 定為：49kV, 200μA, 500ms, 解析度為 18.27μm， Micro-CT 影 像 使 用 影 像 分 析 軟 體 CTAn 1.13 (Skyscan)進行分析。 3.3各項影像評估參數分析與統計 CBCT 影像，受限於解析度不足，本篇假設 樣本皮質骨厚度為 0.5mm，先圈選出樣本完整結 構，接續使用 image J ”erode”功能，除去皮質骨區 域(圖 1.(c))，並紀錄鬆質骨平均 grayscale 值。 Micro-CT 影像，由於影像解析度較高，本篇 使用手動圈選方式，儘量將樣本鬆質骨完整分析 (圖 1.(d))，記錄各項骨小樑結構參數分析結果。 本篇選用的各項參數定義如表 1.。
圖 1. As Micro-CT 樣本 表 1 實驗結 篇使用統計 Northampto Micro-CT 分 示(r value) 四、結果與 實驗結 以往文 大體跟骨 (DXA) 分 析 density,BM 分析結果 BV/TV 分析 彈性模數呈 (2012)與 M CBCT 分析 並於手術中 分析，學者 BV/TV 分析 大鼠骨 150μm，本 CBCT 與 M 度，在實驗 度相關，Tb 然而，受 制，本篇只使 後續大量樣 sahi AZ3000 (b), 樣本 CB 本 Micro-CT 3 . 本篇選用的 結果以平均值 計軟體 Origin on, MA, U 分析結果關聯 ，探討是否有 與討論 結果見表 2.與 文獻中，Mittr ，以 dual e 析 其 骨 礦 D)，並比較 ，學者指出 析結果能有高 呈現中度相關 Monje A et a 析欲植牙區鬆 中取出一相對 者指出 CBCT 析結果呈現高 骨小樑直徑相 本篇嘗試探討 Micro-CT 分析 驗結果中發現 b.Th.分析結 受限於人體樣 使用八隻大鼠 樣本的分析仍 CBCT (a), S BCT 3D 影像 3D 影像與斷 的各項分析 值、標準差紀 nPro (Versio SA) 分 析 數 聯性以 Pear 有統計差異( 與圖 2.。 ra E et al. (2 energy X-ray 物 質 密 度 較 Micro-CT 骨 出 DXA BMD 高度相關，且 關。Gonza´le al. (2013)於植 鬆質骨的平均 對應位置樣本 T grayscale 高度相關(表 相較於人類較 討在較小的 析結果是否仍 現，除了 BV 結果也能呈現 樣本取得不易 鼠第五腰椎作 仍有待努力 Skyscan 107 像與斷面圖 斷面圖 (d). 參數定義 紀錄如表 2. on 8, Origin 數 據 ， CBCT rson 相關係數 (p value <0.0 008)曾使用人 y absorptiom 度 (Bone min 骨小樑結構參 D 與 Micro 且兩者均與樣 z -Garcı´a R 植牙手術前使 均 grayscale 值 本，以 Micro 值與 Micro 表 3.)。 較小，約在 的骨小樑直徑 仍有一定的相 /TV 項目能有 現高度相關。 易與研究經費 作為實驗樣 。 76 (c), 。本 nLab, T 與 係數表 05)。 用人類 metry neral 構參數 o-CT 與樣本 R et al. 前使用 值， o-CT o-CT 80~ 徑時， 的相關 能有高 。 經費限 樣本， 圖 2 關係 五、 BV/ 提供 六、 (
