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对含肌瓣生物工程骨的影像评估在严重下颌骨缺损重建中的应用摘要这项研究旨在证实对含蒂肌瓣生物工程骨的全面影像评估在严重下颌骨缺损重建中作用非凡。现对10只实验兔作下颌骨手术缺损处理（20mm15mm）。咬肌可以耐受用充填物充填手术缺损，这些充填物包括硫酸钙/羟磷灰石水门汀、BMP-7和兔间充质细胞（rMSCs）。分别于手术当天及术后4、8、12周做影像评估。12周时兔子皆以死亡，此时行CBCT平扫及micro-CT平扫。临床中可发现，一层清晰的骨组织层会贴附于手术缺损边界部位。还可在手术缺损区检测出零散的阻射区域。和对照组相比，实验组预估阻射率为46.6%15，平均阻射区域数量占63.4%20。而正常下颌骨骨组织阻射率为35%25。Micro-CT显示，阻射区骨小梁较周围正常骨含有更致密的骨小梁。这些发现说明，矿化组织沉积速率快，含肌瓣再生骨的改建效果佳。这项研究的手术模型拥有潜在的临床应用价值，而对骨再生的影像评估也已广泛被接纳。这项研究的发现证实，局部肌瓣作为一种生物反应器，对诱导颌面部骨缺损的再生有非常重要的作用。对含肌瓣生物工程骨的影像评估在严重下颌骨缺损重建中的应用简介因创伤、感染或手术切除导致的骨缺失会遗留大的、骨源性的、分段的、难以重建的颌面骨缺损。骨缺损区不充足的血管再生是骨移植重建失败的主要原因。对于下颌骨手术缺损的处理，前人已研究出很多策略。其中，血管化自生骨移植被视为最为可靠地骨重建方法。但这种方法也有局限性。如果患者曾进行过放疗或患有周围血管性疾病，则不可用自生骨移植，因为这会抑制血液输送到手术区域。血管化骨移植的成功率和病情严重性息息相关。应用生物材料、生物活性分子和自体干细胞完成的骨生物再生研究已久，且成功率忽高忽低。也有很多研究目的在于诱导血管生成和动脉形成，这对于骨再生非常重要。对VEGF（血管内皮生长因子）、血管生成蛋白和缺氧诱导因子-1在促进手术缺损部位再生的研究也有被报道过。现已研究出越来愈多的手术技术，旨在克服手术缺损部位需要在充足血液供应下利用局部骨骼肌瓣诱导骨生成的局限性。肌肉有促进骨生成的倾向，其原因在于肌肉在诸如骨生成替代物和BMP等成骨刺激下拥有固有的成骨潜能。在临床实践中，X线平片是骨生成影像评估最为常用的方法。然而，这种方法仅提供三维结构中的二维，导致近远中面融合，混淆对骨生成的分析。另一方面，客观的影像评估和全面评分系统的应用对于评估生物再生骨来说过于强制化。骨再生的影像评估需要全面记录骨生成动力学和生物支架降解率。据研究证实，CBCT是生物工程骨3D影像评估最为有效的方法之一。和传统CT平扫相比，CBCT最大的优势在于辐射量小。Micro-CT是一项复杂的放射技术，能够极为准确地在三维结构上反映骨结构，形态准确性极高。这种方法可以制作出高分辨率的影像片，精确显示骨结构。这项研究选取实验兔，在其严重下颌骨缺损部位的相应咬肌肌瓣上注射磷酸钙/羟磷灰石水门汀、BMP-7和rMSCs，以备作骨重建的影像评估。肌肉组织引导下的骨再生需要在口外侧斜位做三次监测：分别于术后4、8、12周。CBCT和micro-CT评估于术后12周进行。这篇文章提出了对骨再生过程评估的全面方案，并强调了三维X线检查、再生骨组织微观结构评估的重要性。材料和方法1. 手术过程兔骨髓吸引，rMSCs离析、培养、表征描述、评估均已由我们团队执行。研究应用到的水门汀混有含60%硫酸钙、40%羟磷灰石的粉剂和含水和碘苯六醇（镇静剂）的液剂。这项实验应用到10只新西兰兔子，重量约3.54.0kg。每只兔子在术前的午后时分均经皮注射芬太尼（止痛药），术前30分钟肌肉注射芬太尼柠檬酸盐和氟阿尼酮，随后静脉注射咪达唑仑。兔子均接受气管内插管，并给予笑气和氧气。氧饱和度随着手术的进行而调节。在右下颌下皮肤处作一2cm的切口以暴露下颌角，切口向后延伸至最后一颗磨牙，长约35mm；然后在第一个切口后侧作第二个切口，长约10mm，沿下颌升支走形。这样就形成了一面积为20mm15mm的手术缺损区域。下颌骨的上部边界保持完整。为了保持下颌骨的稳定性，需要在缺损下界放置钛板、钛钉。深层的咬肌需要切开，以便暴露下颌骨升支。水门汀及混合物注射到咬肌肌瓣中。10分钟后，一旦材料凝固，将预先准备好的含有三百五十万细胞的rMSCs悬浮液注射到水门汀部位。手术区域分层缝合，每天都要进行清洁、消毒，要将实验兔的术后感染率和疼痛指数最小化。术后用软食喂养实验兔34天。术后皮下注射止痛药美洛昔康（NSAID）和预防性抗生素。完全恢复后，将小兔转移到普通笼子中并给予生理盐水以防脱水。每天监测兔子的活动水平以及手术切口处的出血量和感染率。术后三个月用过量的戊巴比妥钠处死兔子。分离下颌骨并检测手术部位。对样本进行全面的影像评估和组织学评估。2. 平扫影像评估斜位口外片实验兔存活时，用口外斜位片分别于手术当天及术后4、8、12周进行影像评估。咬合射线投放在下颌支手术区域。X射线管放在片子的30厘米外,且垂直于照片。X射线管在对侧颌下区被控制。将X线机器的电压调整到70kV，电流调整到10mA，持续0.32s。骨形成的数量评估要应用到验证评分系统。为了评估模式、射线密度和人造手术缺损区再生矿化组织(骨)的数量，射线分为三组：前、中、后三组。骨形成的程度高低要依据CQS和QS评分系统来判定。CQS评分系统可显示出三个数据中的最低的一个。QS评分系统计算方法为取三个数据的平均数。3. CBCTCBCT机调整到以下模式：6cm FOV扫描、120kV、20分钟、0.3mm像素/体素。数据储存在光盘里，以备评估有代表性的再生骨组织。再生骨组织脱钙和未脱钙部分的组织学评估在肌组织的引导下可确认骨生成。4. 对骨量和骨密度的评估再生骨的骨量在连续的1.6mm射线部分投照下由冠状CBCT平扫计算而得。将阻射阴影表面区域的厚度和数量相乘即得再生骨的骨量，单位是立方米。将所有样本的均数和标准差计算出来以作统计分析。骨密度的均数和标准差的单位是“HU”。5. Micro-CT分析通过micro-CT系统执行。对没有做处理的一半下颌骨平扫作为对照。接下来的micro-CT设置应为：X线电压100kV，电流167A，综合时间120ms，体素分辨率17m，360旋转。捕获和改建的影像会通过阈值算法被分割成若干份。应用阈值将再生骨或周围软组织的水门汀分割成若干份，这个过程首先基于主观上的匹配，其次是为了高效利用双相磷酸钙水门汀的客观全局阈值。为了确定矢状位micro-CT影像的FOV，以下参考点将被应用：前位点（最后一颗磨牙后面5mm），后位点（下颌角）。考虑三维空间分析，采用BV，通过BV/TV的比率计算骨量所占比例，利用Image J软件计算CV。这是通过调整软件的比例尺，将影像调整到8bit灰度，然后选择图像区域。图像采用二进制格式，通过计算选择区域的像素（m）选取最佳的一张。新生阻射钙化组织和周围骨组织的界面可以被检测出。骨小梁的厚度（TbTh）、骨小梁的间隔（TbSp）、骨小梁的数目（TbN）及骨密度水平均可通过直接测量方法计算出来。结果利用小鼠作的此项研究过程不会引起特殊的不良反应。临床中，在肌肉组织和移植骨之间会形成一薄层再生硬组织。在钛板周围会围绕一些纤维组织。大多数病例中，过度生长的骨组织会生长在螺钉的近中面。仍存在注射水门汀的非降解肌纤维之间会发现白橡皮团区域。1.X线平扫评估“口外斜位片”手术当天水门汀注射部位会出现高密度影，但一个月后，高密度影则会完全消失。这是由于水门汀中液相镇静物碘苯六醇的快速吸收导致。这中影像表现被认为是放射分析的基础。两个月后影像表现则为在接近缺损边界的部位出现零散的阻射区，将手术缺损的间隙桥接起来。阻射区和透射区均在缺损的中心部位。三个月后，缺损中心出现不均匀的阻射团块，且由中心向外扩展。相对均匀的较致密的阻射团块出现在手术缺损的近中端。据记载可知，手术缺损部位可以完全恢复，间隙得以全部桥接。缺损区域的阻射组织平均可占到46.6%15%。2.CBCT在评估骨量和骨密度中的应用CBCT评估和3D影像图片评估均可反映出咬肌内侧人造缺损不均匀的钙化组织。低钙化区在肌肉组织内侧可以得到保护。多数病例显示，缺损区域近中侧钙化阻射区的再生组织和周围的正常骨组织之间没有明确的界限。评估确定肌瓣内阻射组织的骨量比缺损区域骨组织大很多。在4个病例中，钙化组织骨量平均为35%15%。然而实际上，周围阻射区域比中心区域大很多。在另外六只兔子试验中，再生骨骨量平均为302mm3120mm3，而缺损区骨量平均占63.85%25%。缺损边界致密骨阻射区域占35%25%，比对照非实验组高很多。3.micro-CT分析再生组织和周围本体骨组织的界限是无法辨清的。缺损区域的再生骨组织分布在周围本体骨的近中及远中向。再生组织表面粗糙。注射水门汀中剩余的羟磷灰石晶体则会显著增加表面粗糙度。冠状横断面显示，再生组织含有小梁结构，且近远中向的厚度比对照非实验组大很多。ROD再生骨组织的BV/TV为36.2%14%。然而，形成周围ROD的新生骨平均骨量为237.8mm350.9mm3，是ROD骨的五倍，残存的水门汀占到15.9%10%。再生骨和本体骨之间的区域的平均骨量为28.8mm3，是非处理组的两倍。对于同一部位来说，新生骨组织的平均TbN是对照组的两倍。TbTh和TbSp非别为63.3%4.6%和73%7.6%。DA和对照组相近，骨密度为85%50.新生成的骨比ROD骨量更多，且骨小梁厚度更薄，密度更高。此外，矢状micro-CT 2D分析显示65.4%14%的ROD存在再生钙化组织。讨论这项研究目的在于验证肌瓣和注射水门汀、BMP-7和rMSC对于诱导骨再生起着不可或缺的作用。肌瓣为骨生物重建提供血液支持，并成为骨再生的生物发生器。通常情况下，含肌瓣的实验组比对侧对照组可生成更多的骨组织。但骨缺损区域并不难完全重建再生，因为实验过程中很难讲水门汀注射在缺损的中心部位。时下评估骨组织最为常用的工具为X线。X线即便存在很多缺陷，但在这项研究中，依旧在兔子存活期间提供了对新生骨有价值的评估图像。Cook评分系统与定量评分系统QS结合应用，提供对手术缺损区新生骨骨量的综合测量。在这个试验模型中，水门汀可促进骨再生。和2D影像相比，CBCT能够对新生骨提供更为准确的信息。在这项研究中，新生组织阻射团块在颊舌向占据很大的空间。ROD的新生骨骨量平均为35%15%。这个结果原因在于注射水门汀和缺损区含蒂肌瓣的存在。Micro-CT是新生钙化组织和周围本体骨组织之间分界区有力的研究工具。新生骨量估测占缺损区域的36.2%。ROD外侧的新生骨骨量平均为237.8mm350.9mm3，是ROD内侧的五倍。实验样本中残存水门汀量不尽相同，平均值为15.9%1%。这是由于硫酸钙成分沉积所致。骨小梁厚度变薄、数量增加，说明发生了快速沉积和活跃的重建过程