Galileo 錐形束CT 影像放大率的臨床校正

施生根，閆澍，解放軍第306醫院、全軍口腔中心

近年來，計算機技術的飛速發展帶動了口腔醫療設備的全面更新換代和醫療技術的巨大變革，數字化口腔醫療設備也隨之逐步普及。錐形束CT機的問世預示著口腔醫學已進入三維數字化時代，計算機輔助設計和製造將逐漸取代傳統手工方法;目前，CAD/CAM 技術、數字化印模、3D 列印、快速成型等已越來越多的應用於口腔醫療領域，特別是CBCT 所得圖像數據及CAD 軟體與快速成型技術相結合將逐步成為研究的趨勢及熱點。CBCT 影像數據是建立牙頜組織數字化模型的基礎，其數據的準確性關係到研究結果的準確和臨床療效的優劣。雖然CBCT 影像數據在頜面部的一般診斷分析中已足夠精確，但是當其作為一種精準的臨床和科學研究工具時，則需要更為準確的結果。數字化技術常用於顱頜面的精確測量，其中包括骨密度、骨缺損量以及將傳統的線性二維測量轉變為三維測量;藉助錐形束CT 影像數據可以進行三維有限元建模以用於口腔生物力學分析。目前，三維數字化模型數據的採集方法主要分為2 類:容積成像技術(CT、CBCT)和表面獲取技術(激光掃描)，兩種技術相結合可以更加準確的將口腔軟硬組織信息轉化成數字化信息，其中通過CT、CBCT技術採集的影像數據是建立牙頜硬組織數字化模型的基礎上，若數據不準確，其計算結果、結論的可靠性將大打折扣。Baumgaertel 等用CBCT 對覆牙合、覆蓋、上下頜尖牙及磨牙間寬度、牙弓長度等進行測量時發現，CBCT 測量值比用遊標卡尺在頭骨上的實際測量值偏小CBCT 技術屬於容積成像技術，存在容積效應誤差: 當物體處於兩個切面斷層面的交界區時，則會在2 個斷層面上同時顯示該物體的圖像，從而導致物體在CBCT 圖像上變大。Sun 等對CBCT 不同像素影像上測量的11 個豬上頜牙槽骨不同高度和厚度的精確性進行分析時發現，用0． 4 mm 像素圖像測量的牙槽骨高度和厚度均比實際值大。Periago 等使用CBCT 和Dolphin3D軟體對23 具乾燥頭顱標本進行測量，並作線性投影測量分析，發現大多數測量結果均與實際測量值存在統計學差異，其中60% 測量值的差異＞ 1 mm，10% ＜ 2 mm。

解放軍306醫院口腔中心研究了Galileo 錐形束CT 影像的放大率Magnification of liner measurement。方法: 使用數控機床加工實驗模具在有機玻板平面製備72 條標準凹槽，充填氧化鋅水門汀形成阻射線。定義與掃描視野冠、矢狀面平行的線為X、Y 軸向線，與水平面垂直者為Z 軸向線。觀測平面內兩個軸線垂直相交形成4 個象限，各象限內含兩個方向的軸向線各9 條。模具置於CBCT 掃描視野(FOV)中，使觀測平面與FOV 中心水平面一致，兩平面中心重合后，記為H平面;使觀測平面與FOV 中心水平面垂直、冠狀面平行，兩平面中心重合后，記為C 平面;H、C 平面分別掃描5 次。定義Ｒ 值為阻射線中心偏離FOV 中心的距離。影像三維重建后，測量各阻射線影像的長度6 次，計算其放大率。結果: X、Y、Z 軸向線放大率的最大值為3． 4%、3． 3%、3． 3%;對稱分佈的阻射線的放大率差異不顯著(P ＞ 0． 05);不同平面間，同名阻射線間相比:遠離中心平面的影像放大率大於近中心平面(P ＜ 0． 05);同一平面內，不同線段止點間相比:遠離平面中心點的阻射線影像放大率大於接近平面中心點(P ＜ 0． 05);X 軸向放大率明顯大於Y、Z 軸向(P ＜ 0． 05)，而Y 與Z 軸向的放大率較為接近(P ＞ 0． 05);放大率與Ｒ 值顯著正相關(P ＜ 0． 05)。結論: 錐形束CT 影像較實體放大，放大率與被測物體偏離FOV 中心的距離顯著正相關。

研究採用Galileo 錐形束CT 獲取自製模具影像，並對其中的線距進行了測量，結果顯示:X、Y、Z 軸向線影像放大率的最大值分別為3． 4%、3． 3%、3． 3%，最小值分別為－ 0． 4%、－ 0． 6%、－ 0． 4%，平均值分別為1． 2%、1． 1% 、1． 1%。表明X、Y、Z 3 個軸向的阻射線影像均存在放大現象，且X 軸向的放大率明顯大於Y、Z 軸向的放大率，而Y 軸向與Z 軸向的放大率較為接近。與以下因素有關:①掃描參數不同，因為圖像的精確性與掃描層厚明顯相關，層厚越大，梯狀偽影越明顯，數據誤差也就越大，本研究採用Galileo 錐形束CT，掃描層厚為0． 30 mm，明顯低於後者的0． 50 mm;②上頜牙槽突的傾斜角度對數據測量的影響;③實物本身外形的影響，本研究中72 條長10． 0 mm、深0． 3 mm的凹槽由數控機床加工而成，所形成的阻射線均為規整線段，且起止點均有統一標準，而種植體外形則不規整，實物測量時可能出現誤差。研究結果還顯示，U40 與D40、U20 與D20、A40 與P40、A20 與P20 平面內呈對稱性分佈的阻射線影像放大率的差異均不顯著(P ＞ 0． 05)，同一平面4 個象限內呈對稱性分佈的阻射線影像放大率差異也不顯著(P ＞ 0． 05);表明在CBCT 掃描視野內對稱性空間部位的影像放大率差異不顯著。同名阻射線的影像放大率平面間比較:40 平面(U40、D40、A40、P40) ＞ 20 平面(U20、D20、A20、P20) ＞ 中心平面(H、C)，兩兩間差異均有統計學意義(P ＜ 0． 05);線段止點間比較:遠離平面中心點的阻射線影像放大率顯著大於接近平面中心點者(P ＜ 0． 05)。該結果表明，偏離水平面、正中矢狀面、冠狀面不同距離對阻射線放大率的影響較為顯著，同時也說明CBCT 掃描視野中央區域放大率較小，外側區域放大率則較大。這一特點可能和FDK 演算法有關，FDK 演算法僅在中心平面是精確重建，而偏離中心平面時則是近似重建;另外由於錐形束CT 的X 線管的焦點為面光源，呈錐形放射，根據光學的幾何投照原理，當光線垂直照射物體時，其影像放大誤差主要受光源與被測物體之間距離的影響，距離越近，放大越明顯。研究中的影像放大率與阻射線的Ｒ 值呈顯著正相關，當Ｒ≤30． 4 mm 時，放大率幾乎為0 甚至為負值，且Ｒ 值為11． 2、22． 9、26． 9、30． 4 mm，各組的阻射線放大率兩兩相比，差異均不顯著(P ＞ 0． 05); 當Ｒ ＞ 30． 4 mm 時，放大率為正值，且組間阻射線的放大率差異顯著(P ＜ 0． 05)，Ｒ 值越大放大率越大。這也證明了在CBCT 掃描視野中可能存在區域劃分，中央區域放大率較小，外側區域放大率較大。依據影像放大率與阻射線Ｒ 值的關係，還獲得了以Ｒ 值估計影像線性放大率M 的方程，藉助於該方程可反推出實際值的大小:實際值= CBCT 測量值/(1 + M)，從而為三維有限元建模、生物力學分析、CAD/CAM 技術、3D 列印以及臨床設計提供更加真實的解剖學數據。綜上所述，錐形束CT 影像較實體有放大，其放大率與被測物體偏離FOV 中心的距離顯著正相關，但利用方程和Ｒ 值所估算的被測物影像實際值逼近真實值的程度如何，尚待進一步研究。