基于1.5T磁共振成像的无辐射牙槽骨体积分数评估新方法及其在口腔种植学中的价值

《IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology》：Assessing Alveolar Bone Volume Fraction in Dental Implantology Using 1.5 Tesla Magnetic Resonance Imaging: An Ex Vivo Cross-Sectional Study

本研究针对牙科种植术前需评估牙槽骨质量但传统CT存在辐射暴露的问题，探讨了1.5T磁共振成像（MRI）这一无辐射技术用于测量牙槽骨体积分数（%BV）的准确性。研究人员通过对21例离体牙槽骨标本进行微CT（micro-CT）、14T MRI和1.5T MRI扫描对比，发现1.5T MRI与micro-CT测量结果呈显著正相关（r=0.70, p<0.0001），证实了1.5T MRI在临床常用场强下能够有效评估骨密度，为无辐射口腔成像提供了新方向。

　　

在口腔种植领域，成功植入人工牙根的关键在于对牙槽骨质量的精确评估。牙槽骨作为支撑牙齿的重要结构，其骨密度和骨体积分数直接影响种植体的初始稳定性和长期存活率。传统评估主要依赖锥形束CT（CBCT）和微计算机断层扫描（micro-CT），后者虽为金标准，但因辐射剂量高仅限于离体研究或小动物实验，无法用于临床患者。如何实现无辐射、精准的骨质量评估，成为口腔医学面临的重要挑战。

在此背景下，磁共振成像（MRI）展现出独特优势。不同于CT依赖矿物含量成像，MRI通过检测组织内氢原子（如水、脂肪）信号来反映骨髓含量。由于牙槽骨中骨矿物与骨髓含量大致互补，测量骨髓分数即可间接推算骨体积分数。此前研究多在超高场强（如14T、15T）MRI设备进行，虽与micro-CT结果高度一致，但这些设备无法用于人体。临床普及的1.5T MRI能否胜任这一任务，尚缺乏系统验证。

发表于《IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology》的研究论文《Assessing Alveolar Bone Volume Fraction in Dental Implantology Using 1.5 Tesla Magnetic Resonance Imaging: An Ex Vivo Cross-Sectional Study》由Jingting Yao、Shidong Xu、Isabela G. G. Choi、Otavio Henrique Pinhata-Baptista和Jerome L. Ackerman合作完成，旨在评估1.5T MRI在测量牙槽骨体积分数方面的准确性，并以micro-CT和14T MRI作为参照标准。该研究通过离体实验证实，1.5T MRI能够有效评估骨密度，为无辐射口腔成像技术的临床应用提供了重要依据。

研究方法主要包括以下几个方面：研究采用21例从部分缺牙患者后牙槽嵴获取的骨活检标本（直径约3mm，长度5-8mm），这些标本先前已进行过CBCT、micro-CT和14T MRI扫描。1.5T MRI使用定制螺线管射频线圈，采用自旋回波序列获取二维图像，关键参数包括重复时间1.5秒、回波时间24.47ms、视野70×70mm2、层厚2.49mm，空间分辨率为274×274μm2。为校准信号强度，研究人员将骨标本与100%牛骨髓样本共同扫描，并通过MATLAB软件手动绘制感兴趣区域，利用公式%BV = [1 - (B-N)/(M-N)] × 100%计算骨体积分数（其中B、M、N分别为骨、骨髓和背景噪声区的平均信号强度）。

结果

1. 图像特征与信号校准

在1.5T MR图像中，噪声区域呈低信号（暗），纯骨髓区域呈高信号（亮），而牙槽骨区域的信号强度取决于其骨矿与骨髓含量比例。研究通过将100%骨髓信号设为0%骨含量，零信号（扣除噪声后）设为100%骨含量，建立了信号强度与骨体积分数之间的线性关系。

2. 扫描参数优化

通过比较不同激励次数（NEX=4,8,32）的图像发现，尽管信噪比随NEX增加而提高，但NEX=4时获得的%BV估计值与更高NEX结果一致，且三次扫描的标准偏差仅为1.0%，远低于回归分析的均方根误差，证明NEX=4（扫描时间25分钟）已能满足测量需求。

3. 方法学比较

1.5T MRI与micro-CT的%BV值呈显著正相关（r=0.70, p<0.0001），均方根误差为0.15；1.5T MRI与14T MRI同样高度相关（r=0.75, p<0.0001），均方根误差0.13。作为参照，micro-CT与14T MRI之间的相关性更强（r=0.93, p<0.0001），验证了超高场强MRI的准确性。

4. 重复性与重现性

同一研究者间隔两周重新绘制感兴趣区域，骨体积分数变异小于2%，表明手动区域选择具有高重复性。对三个标本在不同日期重新扫描（包含重新定位、线圈调谐等变量）后，%BV测量的均方根误差为0.12，证明方法具有良好重现性。

讨论与结论

研究团队客观分析了1.5T MRI方法的局限性。与能直接分辨骨小梁结构的micro-CT（体素大小8.34μm）和14T MRI（体素大小20μm）不同，1.5T MRI的空间分辨率（274μm×274μm×2.49mm）不足以直接显示骨小梁，只能通过平均灰度强度间接估算骨体积分数，这种方法更容易受部分容积效应和磁敏感伪影影响。此外，手动绘制感兴趣区域引入主观性，射频线圈填充因子（约0.1%）远低于超高场强MRI专用线圈，以及离体实验使用的牛骨髓参考标准在临床不可行等，都是需要改进的方面。

尽管如此，1.5T MRI展现出作为临床骨密度评估工具的潜力。其约15%的估计误差在临床决策中可接受，因为种植成功更依赖于区分骨密度是否达标而非精确数值。MRI的无辐射特性特别适合需要重复扫描的儿童、孕妇等敏感人群。未来技术改进方向包括开发专用口内射频线圈、采用并行接收技术、优化脉冲序列以及减少牙科金属植入物伪影等。

该研究首次系统验证了临床常用1.5T MRI在评估牙槽骨体积分数方面的准确性，为无辐射口腔成像技术的发展奠定了基础。随着专用牙科MRI设备的商业化，这一技术有望成为传统CT的重要替代方案，在保障患者安全的同时提高种植治疗成功率。