吸烟者与非吸烟者种植体周围骨小梁全景X线影像组学特征的纵向比较研究

《Diagnostics》：Comparative Radiomics Analysis of Trabecular Bone Surrounding Dental Implants on Panoramic Radiographs in Smokers and Non-Smokers

　　

摘要专业翻译 背景/目的：吸烟与不良的牙种植体预后相关，但吸烟相关的种植体周围骨小梁早期影像学变化特征仍未得到充分表征。本研究评估了主动吸烟者与非吸烟者种植体周围骨小梁在全景X线片上影像组学特征的纵向变化。方法：这项回顾性研究纳入47例患者和110个种植体位点，每组各55个种植体位点。分析种植体植入后0–7天（T0）、4–6周（T1）和10–14周（T2）获取的全景X线片。提取了28个一阶灰度共生矩阵（GLCM）和灰度游程矩阵（GLRLM）特征；组内相关系数（ICC）≥ 0.75的特征纳入混合重复测量分析。结果：26个特征达到信度阈值。经对26个组×时间交互作用检验进行Benjamini–Hochberg错误发现率（BH-FDR）校正后，GLCM对比度（Contrast；校正后p = 0.010）和GLRLM短游程优势（SRE；校正后p = 0.033）仍存在显著交互作用。熵（Entropy）的交互作用在校正后不再具有统计学显著性（校正后p = 0.075）。吸烟者Contrast随时间增加，而非吸烟者保持相对稳定；吸烟者SRE下降，而非吸烟者SRE上升。结论：吸烟状态与早期种植体周围X线影像纹理轨迹的分歧性变化相关，尤其是Contrast和SRE。这些发现表明存在定量影像学差异，而非骨结合受损的直接证据，有待前瞻性验证。

论文解读

一、研究背景与问题

吸烟是牙种植体失败、种植体存活率降低以及种植体周围边缘骨丢失增加的重要可调控危险因素。既往研究表明，吸烟暴露的强度与持续时间可能影响种植体相关预后，较高吸烟水平与种植体失败率和种植体周围边缘骨丢失增加相关。此外，患者相关因素如年龄和性别也可能影响骨反应。然而，现有文献主要基于横断面设计和分形维数（fractal dimension）/空隙度（lacunarity）测量方法，关于同一种植位点在术后早期阶段根据吸烟状态如何纵向变化，使用标准化一阶和矩阵影像组学特征进行评估的证据仍然有限。因此，研究人员开展了这项研究，旨在比较主动吸烟者与无规律吸烟史个体从术后即刻到术后第三个月期间，种植体周围骨小梁在全景X线片上的一阶、灰度共生矩阵（GLCM）和灰度游程矩阵（GLRLM）影像组学特征的纵向变化。

二、研究设计与主要结论

研究人员开展了一项回顾性、观察性、比较性研究，纳入47例患者（21例吸烟者、26例非吸烟者）和110个种植体位点（每组各55个），对种植体周围骨小梁区域进行影像组学分析。研究得出以下主要结论：吸烟状态与早期种植体周围X线影像纹理轨迹的分歧性变化相关，这种分歧在GLCM对比度（Contrast）和GLRLM短游程优势（SRE）上最为明显，两项特征经BH-FDR校正后仍具有统计学显著性，表明吸烟者与非吸烟者之间存在不同的早期种植体周围影像纹理轨迹。这些发现将既往关于吸烟与种植体周围骨选择性影像学差异的研究拓展至纵向影像组学框架，但应将这些特征解释为早期骨改建差异的定量影像学标志物，而非生物学损伤的直接测量指标。

三、主要关键技术方法

本研究采用的关键技术方法包括：使用Hyperion X5全景X线成像系统（MyRay公司，意大利）以标准化曝光参数（80 kVp、8 mA）获取DICOM格式全景X线片，分别在术后0–7天（T0）、4–6周（T1）和10–14周（T2）三个时间点采集；使用3D Slicer 5.6.1软件在种植体根尖三分之一周围手动分割连续感兴趣区（ROI），避开金属伪影、皮质骨、下颌管、上颌窦底等结构；通过SlicerRadiomics扩展模块和PyRadiomics 3.1.0提取一阶、GLCM和GLRLM共28个影像组学特征，采用固定箱宽（binWidth = 25）进行灰度离散化并启用force2D = True选项；通过组内相关系数（ICC）评估观察者内信度，ICC ≥ 0.75的特征纳入后续分析；采用2×3混合设计重复测量方差分析评估组效应、时间效应及组×时间交互作用，并使用Benjamini–Hochberg错误发现率（BH-FDR）校正多重检验。

四、研究结果

4.1 人口学与临床特征

研究共纳入47例患者和110个种植体，吸烟组与非吸烟组各55个种植体位点。吸烟组中，4例患者贡献1个种植体，10例贡献2个，1例贡献3个，4例贡献4个，2例贡献6个；非吸烟组中，11例贡献1个，6例贡献2个，4例贡献3个，5例贡献4个。两组在年龄、性别分布和种植体位置方面无统计学显著差异（p > 0.05）。

4.2 观察者内信度

对22个种植体位点（占总样本的20%）的全部66张全景X线片进行重新分割以评估观察者内信度。28个影像组学特征中，26个特征的ICC ≥ 0.75；偏度（Skewness，ICC = 0.74）和峰度（Kurtosis，ICC = 0.73）低于预设信度阈值，因此被排除在后续分析之外。

4.3 影像组学特征的纵向变化

26个达到ICC ≥ 0.75阈值的特征均纳入混合重复测量方差分析。校正前，熵（Entropy，p = 0.009）、GLCM对比度（Contrast，p < 0.001）和GLRLM短游程优势（SRE，p = 0.002）显示出显著的组×时间交互作用。经BH-FDR校正后，仅Contrast（校正后p = 0.010）和SRE（校正后p = 0.033）仍具有统计学显著性，Entropy不再显著（校正后p = 0.075）。Contrast在吸烟者中从T0的28.4逐渐增加至T2的34.8，而非吸烟者中无显著纵向变化；SRE在非吸烟者中略有增加，在吸烟者中则下降。Mauchly检验显示Contrast违反球面性假设（χ²(2) = 7.84，p = 0.020），因此采用Greenhouse-Geisser校正结果（ε = 0.88）。

4.4 事后比较

对Contrast和SRE分别进行9组配对比较，并在各比较族内应用BH-FDR校正。Contrast方面，吸烟者从T0起持续显著增加（T0–T2：pFDR = 0.0045），非吸烟者各时间点间均无显著变化；组间差异在T1（pFDR = 0.0120）和T2（pFDR = 0.0045）显著，T0不显著（pFDR = 0.0570）。SRE方面，吸烟者随时间下降（T0–T2：pFDR = 0.0045），非吸烟者随时间上升（T0–T2：pFDR = 0.0180）；组间差异在T1（pFDR = 0.0150）和T2（pFDR = 0.0045）显著，T0不显著（pFDR = 0.0579）。

五、讨论与结论

讨论部分指出，本研究最直接可比较的文献是Sevimay等人关于种植体周围分形分析的研究，该研究同样发现吸烟者种植体周围各区域分形维数较低、空隙度较高。本研究将既往横断面发现拓展至纵向维度，表明吸烟相关差异不仅是静态的组间特征，还涉及早期愈合过程中的分歧性纹理轨迹。既往全景X线片研究结果并不完全一致，部分研究仅在特定感兴趣区或特定指标中发现差异，这与本研究中仅Contrast和SRE两项特征在校正后保持显著的模式一致。从生物学角度，吸烟对全身骨代谢的不良影响以及尼古丁暴露对骨结合的负面作用为组间不同的早期骨改建反应提供了合理背景。GLCM Contrast反映相邻像素间的局部灰度差异，SRE反映短而均匀的灰度游程的相对权重；本研究观察到Contrast在吸烟者中增加约23%而在非吸烟者中下降约5%，SRE则呈相反方向变化，提示吸烟不仅与基线影像表型相关，还与愈合过程中纹理重组的方式相关。然而，由于Contrast和SRE并不直接测量骨小梁厚度、骨矿物质密度或骨-种植体接触，将这些变化标记为"骨吸收"或"骨结合受损"超出了本研究数据所能支持的证据范围。研究局限性包括：回顾性单中心设计、缺乏详细吸烟暴露数据（每日吸烟量、吸烟时长、包年数）、纳入不同种植体系统且未分析种植体尺寸和表面特征、部分患者贡献多个种植体、全景X线片为二维成像且对投照几何敏感、3个月随访无法评估长期临床结局。

研究结论：主动吸烟与种植体周围早期阶段全景X线片影像组学纹理特征的不同时间轨迹相关。这种分歧在GLCM对比度（校正后p = 0.010）和GLRLM短游程优势（校正后p = 0.033）上最为明显，两项特征经BH-FDR校正后仍具有统计学显著性，表明吸烟者与非吸烟者之间存在不同的早期种植体周围影像纹理轨迹。这些发现将既往关于吸烟与种植体周围骨选择性影像学差异的研究拓展至纵向影像组学框架。然而，这些特征应被解释为早期骨改建差异的定量影像学标志物，而非生物学损伤的直接测量指标。需要将这些特征与长期临床结局相关联的前瞻性研究，以确定其是否具有预后价值。