腓骨解剖检查:骨整合植入物安装的数字成像研究

背景

带血管蒂游离腓骨皮瓣是颌骨重建的常用方法。腓骨CT扫描图像用于颌骨重建数字规划。为了充分描述腓骨的解剖结构，对腓骨进行了影像学研究。本研究的目的是利用患者的CT图像来检查腓骨的解剖结构。

方法

本研究采用20例患者腓骨CT扫描图像。分析结果显示，宽度中腓骨前缘至后缘最大。形状型分析显示，三角形型在腓骨头附近最为突出，不规则型在外踝附近最为突出。

结果

与种植体安装长轴相关的高度和宽度的结果显示，中部的宽度最大。可利用骨体积长度在外踝附近的长度大于腓骨头附近的长度。结果表明，男性和女性腓骨的大小有显著差异。

结论

目前的研究提供了一个基于腓骨解剖的CT扫描分析。为腓骨游离瓣重建中骨整合植入物的最佳位置提供了重要信息。

自Taylor等人以来，游离血管化腓骨皮瓣(FVFF)已被广泛采用。11975年用这种方法重建胫骨。FVFF也用于颌面部，因为重建解剖牙弓、口腔功能和面部美观优于髂骨和肩胛骨移植[2-5］．近年来，在FVFFs中使用骨整合植入物也变得普遍[6-8]，从而改善咀嚼、言语和吞咽功能的结果[9，10］．对于颌骨重建，腓骨是通过从外踝向上测量从供骨部位采集的。腓骨的切开点一般在外踝上方8-10厘米[11］．

成功的FVFF需要了解腓骨解剖学。因此，已发表了许多关于测量尸体腓骨的报告[12-15］．在腓骨中使用骨整合种植体通常包括修剪锋利的前缘(前缘)，然后沿着从腓骨前缘到后缘的轴线安装规则直径(4.3 mm φ)或窄直径种植体(3.5 mm φ)。从临床角度来看，分析参考这些过程的腓骨形状是极其重要的。虽然有报道将解剖学因素考虑到骨整合植入物的安装，但信息有限。

在进行骨整合种植体安装时，可以在术前CT图像上测量骨整合种植体长轴直径的位置尺寸，以便选择合适尺寸的种植体。因此，了解通过CT图像评估的腓骨尺寸对于种植体治疗很重要。当全数字衍生的3D结构和全引导手术被用于高级颌骨重建手术时，这一切变得更加重要。

本研究的目的是探讨腓骨的解剖特征，以期为植骨治疗提供参考。利用下颌FVFF重建患者的术前CT数据，研究种植体安装部位的解剖特征(根据部位和性别的差异)，以及用于安装种植体的可用骨容量。

病人

该研究得到了阿尔伯塔大学健康研究伦理委员会的批准(批准日期为2013年2月1日，项目# Pro00036132)。在本研究中，20名成年患者(10名男性[平均:48.0;范围:22-72]，10位女性[平均:64.2;范围:57-77])。20例患者在FVFF重建前在阿尔伯塔大学医院接受术前CT成像。

CT扫描

患者使用SOMATOM Definition Flash医疗CT系统(Siemens, Oakville, Canada)成像。成像在120 kV管电压、90 mA管电流、1 mm层厚、0.66 mm像素尺寸下进行。

测量的图像处理

首先，将DICOM数据导入Mimics 13.1 (Materialise, Leuven, Belgium)，并使用CT阈值对腓骨进行建模(Min, 226;最大，3071)骨骼数据(模拟默认CT值)。模型导出为STL数据。接下来，使用Geomagic qualit2013 (Geomagic, Morrisville, NC, USA)在屏幕上查看来自STL文件的3D腓骨图像。最后，创建截面进行观察，并在每个截面上进行如下所述的测量。

测量

横截面

腓骨头尖为A点，外踝尖为g点。将这两点之间的长度分成6等分段，从腓骨头尖开始的分界点分别记为B、C、D、E、F(图1)．然后在B、C、D、E和F点分别创建垂直于腓骨轴的横截面，这些截面被标记为B、C、D、E和F。Geomagic qualitic 2013用于定义这些截面并产生如下所述的测量值。

腓骨长度

测量腓骨的全长，从腓骨头尖(A点)到外踝尖(G点)(图1)．为确认C、D、E段为植骨区，从腓骨全长计算其到外踝尖的距离。

从腓骨边缘到它们相对表面的宽度

为了获得整个腓骨的概况，根据Matsuura所使用的测量系统，测量B、C、D、E和F处腓骨横截面的长度[13］．如图所示2线,被定义为一个点,内侧嵴被定义为b点,和外侧边界被定义为c点。一个垂直的线从a点到c,和十字路口的扩展与后部被定义为d。同样,一条垂直的线从c点线a - b,和十字路口的扩展与内侧方面被定义为e。一个垂直的线从点a - c b线,其延伸与横向的交点定义为点f。测量a-d, c-e, b-f的距离。

横截面形状

借鉴Matsuura等人的方法[13]，植骨区C、D、E处的截面形状分为三角形、四边形和不规则三种(图3.)．

与种植体安装长轴相关的高度和宽度

借鉴Frodel等人的方法[14]，参照种植体安装的长轴测量C、D、E段的高度和宽度(图4)．

用于骨整合种植体安装的可用骨容量长度

测量了C、D、E段标准种植体(4.3 mm φ)和窄种植体(3.5 mm φ)的植入长度。如图所示5，确定种植体两侧(外侧和内侧)约1mm骨缘的尺寸，并将前缘调整到确定的骨位。

统计分析

使用SPSS (IBM, Armonk, NY, USA)进行统计分析。对于所有数据，Bonferroni检验用于比较每个部分或每个测量地点与Student之间的差异t-test用于检验性别差异。

腓骨的长度

表格1显示测量结果的腓骨长度从腓骨头的顶点(A)外踝的顶点(G),以及计算长度的顶点外踝的每个部分B, C, D, E, f意味着腓骨长度,在男性患者387.4±23.7毫米和361.5±12.3毫米在女性患者中,大大延长了男性患者比女性患者。

调查的每个部分的位置显示,长度从外踝的顶端部分F E、D、C和B分别为64.6±3.9毫米,129.1±7.9毫米,193.7±11.8毫米,258.3±15.8毫米和322.3±19.7毫米,分别在男性患者和60.3±2.0毫米,120.5±4.1毫米,180.8±6.1毫米,241.0±8.2毫米和301.0±10.2毫米,分别在女性患者。FVFF使用大约20cm长的区域，从距踝约9cm开始。因此，结果证实了男性和女性患者的C、D、E段都属于潜在的骨收获区。

从腓骨边缘到其相对表面的宽度

数字6示B、C、D、E、f节段从边缘(前缘、内侧嵴、外侧缘)到相对面(后面、内侧面、外侧面)宽度的比较结果。在C、D、E节段，男女患者的a - D均明显长于B - f和C - E节段。在B段，男女患者的a-d均明显长于B - f，但与c-e无明显差异。E段b-f在男性和女性患者中均最长。这些结果表明，C、D和E段(植骨区)的a-d较其他宽度最长。

B、C、D、E、F各部位男性患者与女性患者比较，男性患者各部位的值均显著高于女性患者(P < 0.01)。

横截面形状

数字7在C、D和e部分，男性患者的形状为三角形的占65%，四边形的占20%，不规则的占15%;D段60%为三角形，35%为四边形，5%为不规则;在e段，三角形占35%，四边形占5%，不规则占60%。在女性患者中，三角形占70%，四边形占30%，不规则占0%;D段45%为三角形，50%为四边形，5%为不规则;15%的患者呈三角形，35%的患者呈四边形，50%的患者呈不规则。这些结果表明，无论是男性还是女性患者，C段(朝向腓骨头)通常呈三角形。D区在男性和女性患者中都趋向于三角形和四边形。E段(外踝方向)往往不规则。

与种植体安装长轴相关的高度和宽度

在C、D和E段测量腓骨高度和宽度，因为它们与种植体安装的长轴相关。比较每个切片的高度，男性患者没有显著差异，女性患者在C段的值明显大于E段(图8)．对每个切片的宽度进行比较，显示男性和女性患者在D切片的值明显大于C和E切片的值(图9)．比较男女患者各节段高度和宽度，男性各节段均显著大于女性(P < 0.01)。

用于骨整合种植体安装的可用骨容量长度

表格2显示安装常规(4.3 mm φ)和狭窄(3.5 mm φ)种植体时可用骨体积长度的测量结果。对于常规种植体，男性患者C、D、E段长度分别为12.9±2.2 mm、13.4±1.7 mm、14.5±1.5 mm;女性患者C、D、E段长度分别为10.8±2.0 mm、10.9±1.1 mm、12.0±1.1 mm。对于较窄的种植体，男性患者C、D、E段长度分别为14.1±2.1 mm、14.3±1.6 mm、14.8±1.5 mm，女性患者C、D、E段长度分别为12.0±2.0 mm、11.9±1.1 mm、12.5±1.1 mm。

在每个切片中这些长度的比较表明，在常规直径种植体(4.3 mm φ)中，男性和女性患者在E段的可用骨体积长度明显大于C段(图10a).然而，对于直径较窄的种植体(3.5 mm φ)，种植体间隙的长度在切片之间没有显著差异(图10b)。

男性和女性患者常规种植体(4.3 mm φ)和狭窄种植体(3.5 mm φ)的可用骨体积长度比较，男性患者的可用骨体积长度均显著大于女性患者(P < 0.01)。

FVFF与骨整合植入物的安装现在是颌骨重建的常规手术，研究表明成功率高，功能恢复良好[6-10］．为了改善腓骨植入的治疗效果，外科医生必须在手术前了解腓骨的形状特征。

本研究涉及基于病人腓骨的医学CT成像数据的形状测量。基于CT数据的测量的优点是，可以轻松地以非破坏性的方式观察感兴趣的截面，并且可以进行一系列的测量。在腓骨横切面上建立了四个研究参数。在通过基于成像的过程检查这些测量时，尚不清楚该系统与尸体物理测量相关的尺寸精度如何。该系统的维度保真度是正在进行的一项研究的主题。关于成像研究的担忧涉及诸如医疗CT所拍摄图像中的特定像素大小、部分体积效应或其他因素等问题。但是，由于测量值是在相同条件下获得的，因此认为可以进行比较。对不同部位、不同性别患者之间的差异进行统计学分析，探讨腓骨形态特征。种植体安装的术前规划包括在CT图像上测量可用骨体积和选择适当大小的种植体。因此，评估了用于骨整合种植体安装的可用骨体积的长度。

腓骨长度

FVFF在距外踝约9厘米处的约20厘米长区域内进行[11］．计算外踝B、C、D、E、F四段的位置，男性E段位于129.1±7.9 mm，女性为120.5±4.1 mm; C段位于258.3±15.8 mm，女性为241.0±8.2 mm。因此，我们将C、D、E段的位置定义为骨瓣区域的一部分，并对C、D、E段进行详细的研究。

从腓骨边缘到它们相对表面的宽度

种植体的长度是影响种植体稳定性的重要因素[16］．因此，外科医生在将种植体植入腓骨时，需要为种植体长度选择一个有足够骨容量的区域。腓骨内骨整合种植体的安装通常是沿着从前缘到后缘的轴线进行，将前缘作为肺泡嵴的近似值。腓骨有三个边缘(前缘、内侧嵴、外侧缘)，根据腓骨相对于血管蒂的方位，可以用作肺泡嵴。特别值得关注的是，从前缘沿轴向安装种植体时，使用长种植体的可能性是否比从其他边缘安装种植体时更大。在B、C、D、E和f段，这三个边距到相对面之间的宽度进行了比较。测量结果表明，在C、D和E段，A - D明显长于其他宽度。这一趋势在B段不如C段、D段和e段明显。在F段，B - F明显长于其他宽度。这些结果表明，在考虑种植体稳定性时，骨瓣重建中使用的包含C、D和E段的区域提供了一个合适的安装轴，因为从前边界到后表面的距离比其他地方要大。

横截面形状

解剖学教材[17]将腓骨体描述为一个三角形圆柱，并指出腓骨横截面有4个尖端:前边界、外侧边界、骨间边界和内侧嵴。为了在本研究中进行更现实的评价，Matsuura等的评价方法[13]，并将C、D和E分为三种类型:三角形、四边形和不规则。在制定下颌骨腓骨移植和植入腓骨的治疗计划时，了解每个部位的形状趋势是有价值的。在本研究中，C段往往是三角形，E段往往是不规则的。换句话说，研究表明，靠近腓骨头的部分通常是三角形的，而靠近外踝的部分往往是不规则的。此外，与四边形和不规则形状相比，三角形形状在前边界有更锐角。在植入植入物时，三角形更好地接受选择性骨嵴切除术。修整骨嵴的原因是为了创造一个足够宽度的骨平台来容纳种植体。

高度和宽度与种植体长轴安装有关

参照种植体安装长轴测量C、D、E段腓骨高度和宽度。女性患者身高C段与E段差异有统计学意义(P < 0.05)，其他各段差异无统计学意义(P < 0.05)。而在宽度方面，D段腓骨明显宽于其他段(P < 0.01)。因此，在腓骨植入物的位置上没有明显的高度差异，腓骨的中心部分趋于更宽。在选择腓骨供体部位时，这可能是有用的信息。

用于骨整合种植体安装的可用骨体积长度

当植入腓骨时，外科医生需要考虑可用于植入的骨容量的特点。为了进行更真实的测量，假设安装常规(4.3 mm φ)或狭窄(3.5 mm φ)的骨整合种植体。当将种植体植入腓骨时，准备部位包括修整腓骨肺泡嵴，以确保有足够的宽度来安装骨整合种植体。在本研究中，测量区域的修剪部分被排除在外，在种植体两侧(外侧和内侧)留下1mm的边缘。

本研究的测量是使用患者CT图像进行的，这增加了部分体积效应或诊断CT成像中使用的特定像素大小造成测量误差的可能性。测量误差可能很小，因为容易发生误差的前边界部分被排除在测量区域之外。另外，由于在规划种植体治疗时，通常使用CT成像来选择合适的种植体进行安装，因此我们认为本研究显示的数值具有临床意义。在假设安装了常规的种植体(4.3 mm φ)的情况下，对每个切片的数值进行比较，结果显示，对于男性和女性患者，E段的数值都大于c段。这表明，靠近外踝的位置比靠近腓骨头的位置允许安装更长的种植体。在比较骨与种植体长轴的尺寸时，男性患者在不同部位没有发现骨高度差异，而女性患者在腓骨头附近的高度明显高于外踝附近的高度。这些结果归因于形状的差异;在靠近腓骨头的位置，前缘倾向于呈三角形和锐角，而不是四边形或不规则的，因此靠近腓骨头的位置在植入物安装前需要对骨嵴进行更多的修整。

性别差异

本研究中所有的测量结果显示，男性患者的尺寸大于女性患者。因此，在安装骨整合种植体时，需要考虑两性之间可用骨容量的差异。

在本研究中，使用患者CT图像对腓骨进行解剖研究。本研究为FVFF重建中骨整合种植体的最佳安装位置提供了有价值的信息。

FVFF:

游离带血管的腓骨瓣

我们感谢阿尔伯塔大学土木与环境工程系的Samer Adeeb博士和Alexandra Trovato提供测量建议。我们也感谢医学重建科学研究所(iRSM)、阿尔伯塔卫生服务机构/盟约卫生机构/阿尔伯塔大学对这项研究的支持。本研究部分得到日本科学促进会(JSPS)的科学研究资助(C) (No. 24592848 to Y.I.)的支持。

作者及隶属关系

1. 日本牙科大学东京生命牙科学院，发育与再生牙科系，东京千代田区藤岛1-9-20，日本东京，102-8159

   Ide义明

2. 东京牙科大学解剖系，东京千代田区三崎町2-9-18，日本，东京，101-0061

   Satoru Matsunaga

3. 加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿市，T6G 2B7，医学和牙科学院，外科，耳鼻咽开云体育国际喉头颈外科，1E4 WMC, 8440-112街，阿尔伯塔省，埃德蒙顿

   杰弗里·哈里斯，丹尼尔·奥康奈尔，哈迪·赛卡利和约翰·沃尔夫哈特

4. 加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿市，T5R 4H5, 1640 -87大道，1W-02，阿尔伯塔省卫生服务/圣约卫生/阿尔伯塔大学医学重建科学研究所

   杰弗里·哈里斯，丹尼尔·奥康奈尔，哈迪·赛卡利和约翰·沃尔夫哈特

相应的作者

对应到Ide义明．

相互竞争的利益

作者宣称他们之间没有利益冲突。

作者的贡献

YI、SM、JH、DOC、HS和JW都是本研究的构想者。SM、HS和JW创造了批准伦理。YI和JW负责详细的研究构想。YI收集和分析数据，并撰写手稿。所有作者都阅读了手稿并批准了最终手稿。

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