За рубежом
advertisement
61 ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ТРАБЕКУЛЯРНОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ КОСТНОЙ ТКАНИ ДЛЯ ДЕНТАЛЬНЫХ ИМПЛАНТАТОВ: ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР N. Ibrahim, A. Parsa, B. Hassan, P. van der Stelt, D. Wismeijer, перевела врач-стоматолог, врач-рентгенолог Блохина Н. И., редактор — врач-рентгенолог, к. м. н. Ярулина З. И., материал предоставлен журналом Dentomaxillofacial Radiology Согласно некоторым исследованиям рентгенологический контроль качества костной ткани перед установкой дентальных имплантатов помогает снизить процент осложнений в дальнейшем. Свойства костной ткани определяются ее количеством, плотностью, структурой и клетками. Современные возможности визуализации трабекулярной структуры широко варьируют по своей эффективности, особенно в клинических условиях. Большинство методов являются очень дорогостоящими и требуют сканирования, сопряженного с высокой лучевой нагрузкой на пациента, поэтому они имеют ограничения в применении. Данная статья представляет литературный обзор, посвященный методам диагностики микроструктуры костной ткани перед дентальной имплантацией, среди которых конусно-лучевая КТ рекомендуется как метод выбора в оценке качества костной ткани альвеолярного отростка. Введение Термин «качество костной ткани» широко используется в литературе для описания различных костных характеристик, но его толкование значительно различается в зависимости от контекста. Среди неотъемлемых факторов, влияющих на качество костной ткани, — костная трабекула, которая является важной анатомической и функциональной единицей губчатой кости [1–4]. Кортикальная кость помогает достичь первичной стабильности имплантата, но роль губчатой кости также очень велика. По сравнению с кортикальной губчатая кость обладает более высокой способностью к регенерации [5] и контактирует на большей площади с поверхностью имплантата [6]. Соответственно, она оказывает существенное влияние на процессы заживления и остеоинтеграции [7]. Прочностные характеристики костной ткани играют значительную роль в успехе имплантации. Для улучшения прогноза стабильности поведения кости после установки имплантатов необходимо оценивать как плотность костной ткани, так и параметры трабекулярной микроструктуры [8], так как данные измерения не всегда совпадают. Например, высокая плотность костной ткани не всегда соответствует высоким значениям трабекулярной структуры, таким как количество костных балок (Tb.N), и толщины костных трабекул (Tb.Th) [9]. Таким образом, в настоящее время определение только плотности костной ткани не является залогом успешно проведенной имплантации [10]. Точная клиническая оценка костной структуры и механических свойств необходима при планировании дентальной имплантации и разработке резьбы имплантата [11]. Задача может быть решена путем выполне- ния двухмерных рентгенологических исследований (например, внутриротовая окклюзионная рентгенография) с вычислением фрактальных размеров трабекулярной структуры костной ткани [12]. При использовании трехмерных методов диагностики (например, периферическая количественная компьютерная томография высокого разрешения (HR-pQCT)) изображения высокого разрешения анализируются с использованием специального программного обеспечения (например, КТ «Анализатор» (CTAn), Skyscan, «Контих», Бельгия). Компьютерные методы обработки данных, такие как методы конечных элементов [13, 14], также были использованы при анализе трехмерных изображений, имитируя поверхность имплантата и прилежащей к нему костной ткани [11]. В настоящее время, по данным литературы, в исследованиях по дентальной имплантации наибольший акцент делают на изучении плотностных характеристик костной ткани [15–18]. Нами был проведен поиск статей, касающихся методов визуализации микроструктуры костной ткани, в электронной базе данных PubMed по ключевым словам: свойства костной ткани, визуализация, трабекулярная микроструктура, конусно-лучевая компьютерная томография, дентальный имплантат. Рентгенография Наиболее часто использующимися в стоматологии методиками являются внутриротовая контактная или периапикальная рентгенография (ПA) и ортопантомография (ОПТГ). Периапикальная рентгенография, обладая высоким разрешением и четкостью изображения, позволяет получить ценную информацию о количестве и рисунке трабекул, является важной для исследования костной структуры [19, 20]. По данным изображениям оценивают тип костной ткани. Среди множества классификаций костной ткани, Lekholm and Zarb, Trisiand and Rao, Misch, первая является широко распространенной в оценке костной ткани при планировании имплантации [22–25]. Для упрощения классификации по ПА-рентгенограммам в 1996 году был предложен индекс визуализации [23]. Он различал образцы костной ткани в зависимости от межбалочных пространств (маленькие или большие) и характера расположения костных балок (редко или плотно) [22–27]. Однако эти субъективные подходы остаются лишь частично подтвержденными [22]. С другой стороны, для оценки трабекулярной структуры также использовалась ортопантомография [28,29]. Однако для данного метода характерна нечеткость изображения в результате вращательного принципа выполнения исследования, вследствие чего структуры X-Ray Art № 4 (01), апрель 2014 62 вне фокусного слоя получаются размытыми. Пространственные искажения, увеличение изображения и недостаточная визуализация структур являются повсеместно наблюдаемыми недостатками ортопантомограмм. Кроме того, меньшее пространственное разрешение отрицательно влияет на их способность дифференцировать тонкую структуру костной ткани. Поэтому их эффективность в оценке архитектоники кости меньше, чем на ПА-рентгенограммах [27]. Неоспорим тот факт, что использование дентальных рентгенограмм для оценки трабекулярной микроструктуры является быстрым, относительно безопасным и удобным методом в стоматологии. Несмотря на то что по двухмерным изображениям никогда нельзя будет оценить толщину костной ткани, дентальная рентгенография до сих пор широко используется во многих странах для планирования дентальной имплантации из-за своей доступности и низкой стоимости [32]. Сложные формы и трабекулярная структура кости могут быть подсчитаны путем анализа фрактальных измерений (FD) на двухмерных изображениях, КР и ОПТГ [30]. Современные исследования показывают сопоставимые результаты параметров трабекулярной микроструктуры (пористость, связность и анизотропия) по данным двухмерного и трехмерного FD-анализа [33]. FD-анализы и подсчет трабекулярных структур требуют сложной пошаговой системы выполнения [25]. В последнее время применение FD упростилось благодаря использованию персональных компьютеров и простому программному обеспечению Jawa (Oracle, ЛосАнджелес, Калифорния). Однако общая воспроизводимость результатов техник остается спорным вопросом и требует дальнейшего исследования [34]. Магнитно-резонансная томография (МРТ) МРТ — неинвазивный метод лучевой диагностики без лучевой нагрузки, где основными компонентами системы являются сильное магнитное поле, передача радиоволн и распознавание радиочастотных сигналов от возбужденных протонов водорода. Костная ткань содержит костный мозг, в котором имеются свободные протоны водорода, излучающие мощные MR-сигналы. Сигналы от жира и воды в ткани костного мозга представлены негативным изображением. Так как трабекулярная структура не может быть дифференцирована напрямую с помощью МРТ, то используют метод инверсии изображения [37, 38]. Данный вид обработки изображения был предложен для улучшения диагностики заживления и регенерации костной ткани [39]. Несмотря на повышение качества визуализации трабекулярной структуры, на качество полученных MR-изображений сильно влияет сила магнитного поля, последовательность импульсов, время эхо-сигнала и соотношение «сигнал – шум». Кроме того, на измерения влияют выбранные пороговые значения, обработка изображения, комплексный анализ и интерпретация изображений [39–41]. Поэтому применение данного вида исследования в стоматологии ограничено. X-Ray Art № 4 (01), апрель 2014 Компьютерная томография (КТ) Метод КТ интенсивно разрабатывался для диагностики костной микроструктуры. Для выполнения структурного анализа костной ткани требуется использование сканеров с разрешением не менее 300 µm смежных изотропных пикселей [42]. Системы КТ с высоким разрешением, использующиеся в большинстве случаев для оценки трабекулярной микроструктуры в исследованиях с дентальными имплантатами, рассмотрены ниже. Мультидетекторная КТ (МДКТ) Последнее поколение мультидетекторных систем КТ (MДКТ) увеличило разрешение до 150–300 µm по плоскости и до 300–500 µm по толщине среза. Такие параметры трабекулярной микроструктуры, как Tb.N., Tb.Th., и трабекулярное разделение (Tb.Sp.) были измерены с помощью МДКТ и сравнены с количественной компьютерной томографией HR-pQCT [42]. Хотя разрешение все еще ниже размеров костных трабекул (50–200 µm), измерения от обоих методов обладают высокой корреляцией. В исследовании на костной ткани человека параметры трабекулярной микроструктуры были сравнены между MДКT, микро-КТ и моделированием конечных элементов по микро-КТ [44]. Согласно исследованию оценка трабекулярной структуры костной ткани с использованием MДКT в целом выполнима, хотя все еще ограничена пространственным разрешением. Эти исследования были проведены в режиме высокого разрешения, которые обычно не проводятся в практике в качестве скрининговых методов [42, 43]. Следовательно, хотя MДКT широко применяется в исследованиях по дентальным имплантатам, его использование в ежедневной практике стоматолога ограничено измерением только плотностных характеристик. Периферическая количественная компьютерная томография высокого разрешения Данный метод используется для визуализации трабекулярной микроструктуры с пространственным разрешением 82 µm. Известно, что измерения параметров микроструктуры одинаковы с таковыми, полученными при использовании микро-КТ (размер воксела 25 µm) [48]. Технология обладает более высоким пространственным разрешением, чем MДКT, однако сканирующая область ограничена периферией скелета (например, запястьем и большой берцовой костью) и ее применение на сегодняшний день ограничено [43]. В отличие от MРТ, оценка микроструктуры с использованием КТ высокого разрешения позволяет дифференцировать трабекулярную структуру при первичном изображении. Однако такой тип исследования сопровождается высокой лучевой нагрузкой на пациента, что является противопоказанием для его проведения. Кроме того, на результаты также оказывает влияние выбранный порог, анализ изображения и техники его обработки [49]. Поэтому ее применение в исследованиях по планированию дентальной имплантации остается ограниченным. 63 Микро-КТ Двухмерный гистоморфометрический анализ не так давно считался золотым стандартом для оценки размера, формы, связанности и ориентации костных трабекул. Так как метод является затратным и длительным, в настоящее время для оценки трабекулярной микроструктуры используется микро-КТ [43, 50]. Данный неинвазивный метод с высоким разрешением (почти 10 µm) отображает трабекулярную архитектонику в разных шкалах серого в соответствии с ее минеральным составом. Было отмечено, что параметры костной ткани по данным микро-КТ схожи с традиционными двухмерными гистоморфометрическими значениями [35, 36]. Так как метод позволяет сканировать с высоким разрешением, в 2004 году было предложено считать микро-КТ золотым стандартом визуализации ex vivo для исследований костной ткани для дентальной имплантации [50]. Однако для изучения трабекулярной микроструктуры костной ткани для дентальной имплантации в исследованиях были использованы образцы челюстей малых размеров [6, 9, 18, 51]. Конусно-лучевая КТ (КЛКТ) Метод конусно-лучевой компьютерной томографии был разработан в 1990-х. В 2001 году он был предложен для трехмерной диагностики. С тех пор КЛКТ заменила как одно-, так и мультисрезовые КТ для планирования дентальной имплантации [52]. Спрос на исследования КЛКТ перед планированием установки имплантатов значительно возрос благодаря доступности оборудования, быстрому времени сканирования и постпроцессорной обработки изображений с высоким разрешением, относительно низкой дозе лучевого обследования и стоимости исследования [53, 57]. Хотя метод широко применяется в исследованиях, в литературе мало встречается исследований на предмет его использования для измерения параметров трабекулярной костной микроструктуры в местах установки дентальных имплантатов. Вероятнее всего, это объясняется тем, что предыдущие поколения оборудования КЛКТ обладали недостаточным разрешением для отображения микроструктуры. Применение КЛКТ в оценке костной ткани все еще ограничивается лишь оценкой плотностных характеристик кости [45, 47]. Однако в одном источнике метод был описан как перспективный способ оценки трабекулярной структуры костной ткани [57]. Были также успешно оценены параметры кости (Tb.Th., Tb.N. и Tb.Sp.) на примере суставного мыщелка нижней челюсти с разрешением 125 µm с дальнейшей обработкой изображения. При КЛКТ-исследовании на визуализацию малых анатомических структур сильно влияет поле обзора (FOV) и выбор установок сканера [59]. Дифференцировка трабекулярной микроструктуры по большей части определяется выбранным размером воксела, отношением «сигнал – шум» и артефактами изображения [60]. В КЛКТ физико-технические параметры: размер воксела, толщина среза, пространственная и контрастная разрешающая способность различны в зависимости от оборудования, поля обзора и настроек сканера [59, 60]. Помимо этого, несколько артефактов изобра- жения, характерных для технологии КЛКТ, могли бы повлиять на эффективное разрешение системы, которое оказалось бы меньше номинального разрешения, выраженное через один размер воксела. Ранее было отмечено, что точность трехмерных измерений анизотропных трабекулярных структур может быть улучшена проведением исследований in vivo, а не in vitro [4, 8]. В этом отношении использование КЛКТ могло бы быть оправданным. Так как необходимость в оценке имплантационного ложа перед операцией резко возросла, КЛКТ следует признать как неинвазивный метод диагностики для оценки микроструктуры костной ткани. Muller et al [61] описали, что КТ-сканер с разрешением до 60 µm может предоставлять морфометрическую информацию, схожую с данными, полученными при 10 µm. При использовании самого последнего оборудования КЛКТ трабекулярная структура была дифференцирована при поле обзора 4 x 4 см с номинальным разрешением в 80 µm. Полученное изображение было сравнено с изображениями от MДКT и микро-КТ (рис. 1). Таким образом, метод КЛКТ является перспективным в оценке трабекулярной микроструктуры костной ткани. Однако необходимо его тщательное исследование перед применением в клинической практике. Заключение Несмотря на стремительное развитие современных технологий в области визуализации костной структуры, их ежедневное клиническое применение остается ограниченным из-за технических особенностей, стоимости и сложности в эксплуатации. Данный обзор рекомендует проведение дополнительных исследований для подтверждения использования КЛКТ как метода визуализации трабекулярной микроструктуры при планировании дентальной имплантации. Однако требуется последующее изучение влияния размера поля обзора, установок сканера и артефактов изображения на визуализацию трабекулярной микроструктуры костной ткани. а Рис. 1 b с Сагиттальная проекция трабекулярной структуры на уровне язычного отверстия: (а) мультидетекторная КТ 650 µm, (b) КЛКТ 80 µm, (с) микро-КТ 35 µm Полный список литературы, использованной в этой статье, можно посмотреть на сайте: www.dmfr.birjournals.org X-Ray Art № 4 (01), апрель 2014
