CN102940503B - 一种用于口腔ct系统的测量颌骨密度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置及方法，涉及医疗器械技术领域，该装置包括口腔CT系统、头部固定机构、定标体模和显示及测量装置；头部固定机构包括托体和支撑杆；定标体模包括至少3个定标模块，定标模块为圆柱体塑料容器，容器内装有骨组织等效物质的水溶液，且每个定标模块内的水溶液中骨组织等效物质的浓度不同显示及测量装置与口腔CT系统连接。本发明利用定量CT原理，测量颌骨密度，可用做CT扫描时的受检者的头部固定机构，为病患进行扫描时提供头部的支撑和固定，实现定标体模与患者一同成像，实现骨密度的定量测量。本发明能有效提高种植牙等手术的成功率，为口腔CT成像提供更多信息。

Description

一种用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体是一种用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置及方法。

背景技术

在进行种植牙手术前，医生需要对种植部位的颌骨密度进行评估，才能正确判断是否可以手术，以及选择手术方式。目前医生主要通过X光片来判断颌骨密度是稀疏还是较硬，但这极大依赖于医生本人的经验，对于经验不足的医生来说，很容易进行误判，致使手术失败。

口腔X射线计算机体层摄影系统(口腔CT)是当今口腔头颅影像设备中最有前途和实用性的设备，口腔CT的应用给口腔及头颅部临床领域中的诊断和治疗带来了革命性的变化。近年来在临床中的应用越来越广泛。在口腔诊断影像设备中，口腔CT较X光片以及常规CT具有诸多优点。

因此，一种在口腔CT下可测量颌骨密度的装置，将会为医生进行种植牙手术带来极大方便。

牙齿是人类咀嚼食物的重要器官，并且很大程度影响着外貌笑容的美观。当人们发生缺牙等问题时，常进行种植牙手术将缺牙的部位以人工的方式种植上新的牙齿。种植牙指的是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式。它包括下部的支持种植体(dental implant)和上部的牙修复体(dental prosthesis，implant-supported)两部分。它采用人工材料(如金属、陶瓷等)制成种植体(一般类似牙根形态)，经手术方法植入组织内(通常是上下颌)并获得骨组织牢固的固位支持，通过特殊的装置和方式连接支持上部的牙修复体。种植牙可以获得与天然牙功能、结构以及美观效果十分相似的修复效果，已经成为越来越多缺牙患者的首选修复方式。

但种植牙前需做多方面的评估，例如牙床空间、颌骨硬度，牙龈情况等等，才能正确地制定手术方案。其中，颌骨硬度是影响手术成功率的一个重要因素，牙种植术前的种植区骨密度评估是取得牙种植术成功的关键步骤。对于骨质密度正常与骨质密度疏松或较硬的病患，医生在制定手术方案时会根据具体情况有所调整。

如何得知骨质密度的高低，目前常用的方法是医生根据病患术前拍摄的牙部X光片，通过观察颌骨部位的高度，来推测骨密度的高低，对于经验不足的医生，容易造成判断上的误差；而且，X光片是二维成像，颌骨部位的亮度还叠加了口腔中其它组织的影响，所以颌骨的亮度不能准确反映骨密度的高低，造成较大的误差，影响手术成功率。

中国专利【CN201752440U】<植牙用钻孔参考杆>提出一种利用参考杆帮助医生判断颌骨密度的方法。该参考杆分为三个部分，分别代表不同的颌骨密度，从上到下为稀疏，正常，密质，将参考杆放入患者缺失的牙的位置接受X平片成像，医生根据参考杆判断颌骨密度属于什么范围。这种测量方法较单纯通过平片判断骨密度有所提高，它为医生提供了密度参照物，可以减少判断上的误差。但是，这种方法是二维成像，受到口腔中其它组织的叠加影响，没有进行定量分析。

为了避免X平片这种二维成像方式对于骨密度测量的影响，口腔部位需要进行三维的影像学检查技术，以便对颌骨部位进行定量分析，减小误差，提高准确率。CT是计算机断层摄影术(computed tomography，CT)的简称，它从多个角度拍摄X线片，采集被拍摄物体的三维信息，全面观察其内部结构，从而获得物体内部的所有信息。与X线平片相比，CT可以得到真正的断面图像，具有较高的密度分辨率，并且能够准确地测量各组织的X射线吸收衰减值，不受骨体积大小的影响，进行定量分析。

文章<应用螺旋CT及Simplant软件测量种植区颌骨骨密度>(李风波，俞立英，蔡意达，解春。应用螺旋CT及Simplant软件测量种植区颌骨骨密度，上海口腔医学，2009年2月，第18卷，第1期，52-55)中提到，将人体进行螺旋CT扫描，利用颌骨位置的CT值大小来判断骨密度的高低。这种方法利用三维图像进行测量，避免了二维图像的误差，可以直接对骨组织进行定量分析。但是，CT值的大小并不能反映颌骨密度的实际值。

中国专利【CN201263682Y】<定量CT(QCT)测量人体骨密度等效体模>中，提出一种定量CT(QCT)测量人体骨密度的等效体模。该等效体模是一系列对比液。将该等效体模与人体同步扫描，在得到的图像中，根据测量体模获得的密度与CT值的转换关系，将得到的CT值转换为骨密度。该方法只介绍了等效体模，没有说明具体的测量方法。

口腔CT(CBCT)是一种较新的影像学检查手段，在过去的10年时间有了飞速的发展，其对颅面部骨骼良好的成像效果，使其越来越多地被应用于口腔颅面各种疾病的诊断和治疗计划的制定，CBCT很适合用于颅面部的成像，它能够提供高分辨率的影像，且对于骨的成像特别好。与普通CT相比，它有扫描时间短、照射剂量低、成像精度高、应用方便等优点。

现有的骨密度测量方法中还没有专门应用于颌骨密度测量的方法。目前为止，在颌骨密度测量中主要挪用人体其它部位的测量方法，这些方法在准确度、成像方式、影像清晰度、辐射剂量以及操作简易度等方面有各自的优缺点和局限性，针对以上方面，将现有三种骨密度测量方法进行对比分析，三种技术分别是X光片直接观察法、X光片下使用参考杆法以及螺旋CT定量分析法，颌骨密度测量技术优缺点分析见表1，

表1 颌骨密度测量技术优缺点分析

由表1可知，X交片直接观察法的劣势在于采用二维平面成像，骨组织部位成像受到其它部位叠加影响，不能进行测量骨密度的定量分析，密度大小需要依赖医生主观判断，对于经验不足的医生，易导致测量结果误差大；X光片下使用参考杆法的劣势在于采用二维平面成像，骨组织部位成像受到其它部位叠加影响，虽然采用参考杆可以减少医生主观因素造成的误差，但没有进行定量分析，得不到具体的骨密度值，另外由于人的牙齿上经常存在金属物质，金属物质CT值很大，叠加在测量区域上，对于测量结果有相当大的影响；螺旋CT定量分析法不同于前面两种方法，采用螺旋扫描三维重建成像，不受其它部位叠加信息影响，测量准确度有较大提升，但该方法用CT值来表示骨密度的大小，并不能完全反映真实的骨密度，而且该方法使得病患受到的辐射剂量大大增加。根据以上分析得知，现有方法中主要存在三个问题，第一，由于最常用的X光片为二维平面成像，由于人体其它组织及金属物质等叠加影响，造成无法对骨密度进行定量分析；第二，三维成像方式下，CT值不能直接反映实际骨密度的大小；第三，常规CT扫描造成病患接受较多的辐射剂量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置及方法，对颌骨密度进行定量分析测量，为医生提供测量区域的颌骨密度，增加口腔CT可提供信息。

本发明的技术方案是：

一种用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置，包括口腔CT系统、头部固定机构、定标体模和显示及测量装置；

所述头部固定机构用于固定和支撑受检者的头部，该机构包括托体和支撑杆；支撑杆一端与口腔CT系统的机架或滑动机架连接，另一端与托体连接；

所述定标体模包括至少3个定标模块，且均固定在托体上，并置于CT成像视野范围内；

所述定标模块为圆柱体塑料容器，容器内装有骨组织等效物质的水溶液，且每个定标模块内的水溶液中骨组织等效物质的浓度不同；

所述显示及测量装置与口腔CT系统连接，用于显示受检者经口腔CT系统扫描后的待测颌骨的三维图像和定标体模的三维图像，并且确定各定标模块内的骨组织等效物质的浓度与该浓度下CT图像中的CT值之间的线性关系，根据该线性关系得出受检者的待测颌骨密度。

所述骨组织等效物质是有效原子序数为16.62±2.00的物质，16.62为骨矿物质Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂有效原子序数；物质的CT值由物质的质量衰减系数决定，而物质的质量衰减系数只与入射射线能量和有效原子序数有关，所以本发明在选择骨组织等效物质时以物质的有效原子序数为标准。

所述定标模块中的骨组织等效物质的含量分布在0～300mg/cm³范围内，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在0～100mg/cm³，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在100～200mg/cm³，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在200～300mg/cm³，且各定标模块中骨组织等效物质的含量顺序增大。

采用所述的用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置测量颌骨密度的方法，包括以下步骤：

步骤1：受检者将头部固定在托体上；

步骤2：口腔CT系统对待测颌骨和定标体模进行扫描并成像，获得具有待测颌骨和定标体模的三维图像，通过显示和测量装置进行三维显示；

步骤3：操作人员在获得的三维图像中选取任意带有定标体模的截面，在该截面上顺序手动圈选每个定标模块区域，计算体模区域中每个定标模块CT值的平均值；然后选择待测区域所在的截面，在该截面上手动圈选待测区域，计算该CT值的平均值；

步骤4：采用最小二乘法将每个定标模块的CT值平均值及其相应的骨组织等效物质的浓度线性回归，得到CT值与骨组织等效物质的浓度的线性关系；

步骤5：根据步骤4得出的CT值与骨组织等效物质的浓度的线性关系和待测颌骨的CT值平均值，得到待测颌骨的骨密度，完成测量。

有益效果：

本装置利用定量CT原理，测量颌骨密度，可用做CT扫描时的受检者的头部固定机构，为病患进行扫描时提供头部的支撑和固定，实现定标体模与患者一同成像；每个定标模块内灌注不同浓度的骨组织等效物质的水溶液，将图像中的待测区域的CT值转化为骨矿物质含量，实现骨密度的定量测量，实现CT值向实际骨密度值的关系转化，最终得出测量结果；本发明能有效提高种植牙等手术的成功率，为口腔CT成像提供更多信息。本装置及方法用于口腔CT成像系统下，实现三维成像，解决了二维平面成像中不能进行定量分析的问题，成像与测量一同完成，简单方便。另外，所采用的CT与传统扇形扫CT相比，具有如下优点：a.射线量极低；b.应用范围极其广泛；d.口腔科应用更加方便；e.在轴向位有更清晰的图像；f.可作为口腔常规检查手段；g.使用操作简单；h.购买费用相对低廉；j.维护费用低廉。需要说明的是，本发明的直接目的并不是获得诊断结果或健康状况，而只是从受检者身体获取作为中间结果的信息或生理参数，即测量颌骨密度。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式头部固定示意图；

图2是本发明的具体实施方式用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置结构示意图；

图3是本发明的具体实施方式用于口腔CT系统的测量颌骨密度的方法流程图；

图4是本发明的具体实施方式口腔CT系统扫描后三维图像中的待测颌骨的截面和定标体模的截面；

其中，1、2、3、4：四个定标模块，5：托体，6：受检者头部 7：颌骨 8：待测部位区域，9：回转机构，10：支撑杆，11：滑动机架，12：滑道，13：机架，14：显示及测量装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施做详细说明。

本发明的用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置，如图2所示，包括口腔CT系统、头部固定机构、定标体模和显示及测量装置14；

头部固定机构用于固定和支撑受检者头部7，该机构包括托体5和支撑杆10；受检者头部7固定如图1所示；

如图2所示，支撑杆10一端与口腔CT系统的滑动机架11连接，另一端与托体5下端连接；

定标体模包括至少3个定标模块，且均固定在托体5上，并置于CT成像视野范围内；定标模块为圆柱体塑料容器，容器内装有骨组织等效物质的水溶液，且每个定标模块内的水溶液中骨组织等效物质的浓度不同；

骨组织等效物质是有效原子序数为16.62±2.00的物质，16.62为骨矿物质Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂有效原子序数；

物质的CT值由物质的质量衰减系数决定，而物质的质量衰减系数只与入射射线能量和有效原子序数有关，所以在选择骨组织等效物质时以物质的有效原子序数为标准。

各定标模块中的骨组织等效物质的含量分布在0～300mg/cm³范围内，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在0～100mg/cm³，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在100～200mg/cm³，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在200～300mg/cm³，且各定标模块中骨组织等效物质的含量顺序增大。

显示及测量装置14与口腔CT系统连接，用于显示受检者经口腔CT系统扫描后的待测颌骨的三维图像和定标体模的三维图像，并且确定各定标模块内的骨组织等效物质的浓度与该浓度下CT图像中的CT值之间的线性关系，根据该线性关系得出受检者的待测颌骨密度。

实施例1

如图1所示，本实施例中，定标模块为4个，各定标模块中的骨组织等效物质选择与骨矿物质Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂的原子序16.62相近的原子序为15.83的K₂HPO₄作为骨组织等效物质，配制K₂HPO₄浓度分别为0mg/cm³，100mg/cm³，200mg/cm³，300mg/cm³的K₂HPO₄水溶液，并分别封灌于四个定标模块1、2、3、4，本实施方式中使用的是符合上述条件的液态定标模块，在其他特定实施条件下也可以采用固态定标模块。

由于牙齿及颌骨本身的密度大因而它们在CT图像中的CT值的动态范围大，所以，本实施方式中，各定标体模中的混合物的K₂HPO₄浓度选择跨度较大，以便得到准确的测量结果。

采用所述的用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置测量颌骨密度的方法，流程如图3所示，包括以下步骤：

步骤1：受检者将头部固定在托体上；

步骤2：口腔CT系统对待测颌骨和定标体模进行扫描并成像，获得具有待测颌骨和定标体模的三维图像，通过显示和测量装置进行三维显示；

步骤3：操作人员在获得的三维图像中选取任意带有定标体模的截面，在该截面上顺序手动圈选每个模块区域，计算中每个定标模块CT值的平均值；然后选择待测区域所在的截面，在该截面上手动圈选待测区域，计算该CT值的平均值；

口腔CT系统扫描后三维图像中的待测颌骨的截面和定标体模的截面如图4所示，计算定标模块1、2、3、4的CT值平均值H₁、H₂、H₃、H₄，计算待测颌骨CT值平均值H₈；

步骤4：采用最小二乘法将每个定标模块的CT值平均值及其相应的骨组织等效物质的浓度线性回归，得到CT值与骨组织等效物质的浓度的线性关系，即求出下式中的k和ε，公式表示如下：

H＝k×C_b+ε               (1)

其中，H表示CT值，k表示拟合系数，C_b表示待测颌骨密度，ε表示偏移量；

每个定标模块内的骨组织等效物质的浓度是已知的，本实施例中，4个定标模块中的K₂HPO₄浓度分别为0mg/cm³，100mg/cm³，200mg/cm³，300mg/cm³；

步骤5：根据步骤4得出的CT值与骨组织等效物质的浓度的线性关系和待测颌骨的CT值平均值，将H₈代入公式(1)中，再根据公式(2)，得到待测部位的骨密度，完成测量，显示并打印测量结果及诊断报告。

$C_b=\frac{H-\mathrm{\&epsiv;}}{k}---\left(2\right)$

实施例2

本实施例中，定标模块为3个，各定标模块中的骨组织等效物质选择与骨矿物质Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂的原子序16.62相近的原子序为15.83的K₂HPO₄作为骨组织等效物质，配制K₂HPO₄浓度分别为50mg/cm³，150mg/cm³，250mg/cm³的K₂HPO₄水溶液，并分别封灌于四个定标模块1、2、3，本实施方式中使用的是符合上述条件的液态定标模块，在其他特定实施条件下也可以采用固态定标模块。

采用所述的用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置测量颌骨密度的方法与实施例1相同。

Claims (4)

1.一种用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置，包括口腔CT系统、定标体模、头部固定机构和显示及测量装置，所述头部固定机构包括托体和支撑杆；支撑杆一端与口腔CT系统的机架或滑动机架连接，另一端与托体连接；所述显示及测量装置与口腔CT系统连接；其特征在于： 

所述定标体模包括至少3个定标模块，且均固定在托体内，并置于CT成像视野范围内；

所述定标模块为圆柱体塑料容器，容器内装有骨组织等效物质的水溶液，且每个定标模块内的水溶液中骨组织等效物质的浓度不同。

2.根据权利要求1所述的用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置，其特征在于：所述骨组织等效物质是有效原子序数为16.62 ± 2.00的物质，16.62为骨矿物质Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂有效原子序数。

3.根据权利要求1所述的用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置，其特征在于：所述定标模块中的骨组织等效物质的含量分布在0~300mg/cm³范围内，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在0~100 mg/cm³，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在100~200 mg/cm³，至少有一个定标模块中骨组织等效物质的含量在200~300 mg/cm³，且各定标模块中骨组织等效物质的含量顺序增大。

4.采用权利要求1所述的用于口腔CT系统的测量颌骨密度的装置测量颌骨密度的方法，包括：

步骤1：受检者将头部固定在托体上；

步骤2：口腔CT系统对待测颌骨和定标体模进行扫描并成像，获得具有待测颌骨和定标体模的三维图像，通过显示和测量装置进行三维显示；其特征在于：还包括：

步骤3：操作人员在获得的三维图像中选取任意带有定标体模的截面，在该截面上顺序手动圈选每个定标模块区域，计算体模区域中每个定标模块CT值的平均值；然后选择待测区域所在的截面，在该截面上手动圈选待测区域，计算该CT值的平均值；

步骤4：采用最小二乘法将每个定标模块的CT值平均值及其相应的骨组织等效物质的浓度线性回归，得到CT值与骨组织等效物质的浓度的线性关系；

步骤5：根据步骤4得出的CT值与骨组织等效物质的浓度的线性关系和待测颌骨的CT值平均值，得到待测颌骨的骨密度，完成测量。