锥形束CT与口内扫描仪在模拟骨缺损体积分析中的准确性比较：一项关于皮质骨壁缺失影响的体外研究

《Scientific Reports》：Volumetric analysis of simulated bone defects: a comparative study using cone beam computed tomography and intraoral scanners

本研究针对骨缺损体积测量中锥形束CT（CBCT）与口内扫描仪（IOS）的准确性比较问题，研究人员开展了模拟骨缺损体积测量的对比研究。结果表明，在单侧皮质骨壁缺损情况下，CBCT与IOS均能准确测量；而在双侧皮质骨壁缺失时，IOS显示出显著优于CBCT的准确性，为临床提供了一种无辐射的骨缺损监测新方法。

　　

在口腔颌面放射学领域，准确评估骨缺损体积对治疗计划制定和预后监测至关重要。传统上，锥形束计算机断层扫描（CBCT）一直是三维成像的金标准，但其在测量复杂骨缺损时的准确性受到质疑，特别是当缺损涉及皮质骨壁缺失时。骨溶解性缺损由于部分或全部皮质骨壁的缺失，形成开放的几何形态，缺乏清晰的解剖边界，这使得标准的分割方法难以准确界定缺损边缘，可能导致体积估算不精确。

为了解决这一问题，亚历山大大学和艾因夏姆斯大学的研究团队开展了一项创新的体外研究，比较CBCT与新兴的口内扫描仪（IOS）在测量模拟骨缺损体积方面的准确性和可靠性。该研究特别关注了皮质骨壁缺失数量对测量精度的影响，研究成果发表在《Scientific Reports》期刊上。

研究采用牛肋骨块模拟人牙槽骨，制备了42个标准化的骨缺损模型。这些缺损被平均分为两组：Group I为单侧皮质骨板穿孔（对侧骨板保持完整），Group II为双侧皮质骨板穿孔的贯通性缺损。所有缺损均标准化为20毫米长、10毫米宽、6毫米深。

研究采用了三种方法进行体积测量：基于Archimedes原理的物理测量作为金标准、CBCT分割测量和IOS测量。硅胶印模材料被用于制作缺损复制品，通过测量其质量并除以材料密度计算体积。CBCT扫描使用i-CAT设备，参数设置为：120 kVp、18.54 mAs、0.25毫米体素。DICOM数据导入Mimics软件（版本21.0）进行手动分割和体积计算。IOS测量则使用Omnicam口内扫描仪扫描硅胶复制品，生成STL文件后导入3D Slicer软件（版本5.8.1）进行体积分析。

样本制备与分组

新鲜牛肋骨来自当地屠宰场，去除软组织后切割成42个6-7毫米厚的小块，随机分为Group I和Group II，每组21个样本。Group I缺损为单侧皮质骨板穿孔，Group II为双侧皮质骨板穿孔的贯通性缺损。

物理体积测量（金标准）

使用硅基印模材料（Silaxil）制作每个缺损的精确复制品，通过测量复制品质量并除以材料密度计算体积，基于Archimedes原理。

CBCT扫描与分割

使用i-CAT CBCT设备扫描样本，参数为120 kVp、18.54 mAs、0.25毫米体素。DICOM数据导入Mimics软件，应用-1024至1972 HU的阈值范围，手动分割缺损边界并生成3D模型计算体积。

IOS扫描与分析

使用Omnicam口内扫描仪扫描硅胶复制品，STL文件导入3D Slicer软件，利用Segmentation Statistics工具自动计算体积。

统计分析与可靠性评估

使用SPSS 23.0进行统计分析，显著性水平设为p<0.05。采用Wilcoxon-Signed秩检验比较不同方法与金标准的差异，通过ICC评估观察者间和观察者内可靠性。

Group I缺损的体积分析

Wilcoxon Signed-Rank检验显示，IOS测量值与金标准无显著差异（p=0.88），CBCT分割测量值与金标准也无显著差异（p=0.26）。

Group II缺损的体积分析

IOS测量值与金标准无显著差异（p=0.88），但CBCT分割测量值与金标准存在显著差异（p=0.001）。

IOS、CBCT与金标准的一致性

ICC分析显示，IOS与金标准之间存在极好的一致性（ICC=0.97-0.99），CBCT与金标准之间存在良好一致性（ICC=0.89-0.92）。

观察者间和观察者内可靠性

Mimics软件分割缺损显示良好的观察者间一致性（ICC=0.87）和极好的观察者内一致性（ICC=0.92）。

Bland-Altman图分析

IOS测量的Bland-Altman图显示与金标准有良好一致性，平均差异小（Group I为17.38mm3，Group II为-6.38mm3）。CBCT分割测量显示较大偏差，Group I平均差异为-24.78mm3，Group II为159.04mm3，表明CBCT在双侧皮质骨壁缺失时有明显高估倾向。

研究结论表明，CBCT基于体积测量的准确性受缺损周围皮质骨壁完整性的显著影响。当仅有一侧皮质骨壁缺失时，CBCT能提供准确测量；但当双侧皮质骨壁缺失时，由于缺乏明确的结构边界，CBCT分割容易产生高估。相比之下，IOS在两种缺损类型中均表现出高准确性，且测量时间显著短于CBCT方法（平均2分钟/缺损 vs 30分钟/缺损）。

该研究的创新性在于首次系统评估了皮质骨壁缺失数量对CBCT和IOS体积测量准确性的影响。研究结果对临床实践具有重要指导意义：在监测骨缺损愈合过程时，特别是对于复杂缺损病例，IOS可作为CBCT的可靠无辐射替代方案。此外，IOS的高效性使其更适合需要频繁随访的临床情况。

然而，研究也存在一定局限性：体外环境无法完全模拟临床条件（如唾液、血液影响）；Archimedes原理的准确性受材料特性影响；手动分割方法存在操作者依赖性。未来研究可探索半自动CBCT分割、深度学习算法集成以及不同分割方法的效率比较。

总之，这项研究为骨缺损体积监测提供了重要见解，特别是在皮质骨壁完整性不同的情况下，IOS展现出作为CBCT可行替代方案的潜力，为无辐射骨愈合监测开辟了新途径。