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Tomografia Computerizzata Cone Beam

24 Settembre 2013 by

 

Tomografia Computerizzata Cone Beam

 

 Dott. Pasquale Venuti

Dott. Ernani Venuti

Dott. Augusto Venuti

 

 

 

Introduzione

Tomografia ComputerizzataUn volta ottenute le informazioni tridimensionali della parte del corpo in esame, è possibile effettuare tagli in tutte e tre le dimensioni dello spazio per visualizzarne la parte interna. Da qui il nome di “tomos” che in greco significa appunto taglio e “grafia” che significa disegno, immagine. I raggi X, emessi dal tubo radiogeno, attraversano la parte del corpo in esame e vanno a colpire dei sensori digitali (detti detettori). I detettori sono composti da un sensore digitale sulla cui superficie c’è un materiale scintillante (es. lo ioduro di cesio), capace cioè di emettere luce quando investito dai raggi X. I fotoni (luce) che si generano, allorché i raggi X colpiscono il materiale scintillante, vengono catturati dal sensore digitale, simile a quelli presenti nella macchine fotografiche digitali (CCD, CMOS, silicio amorfo, ecc.). Il sensore, eccitato dalla luce, converte il segnale ottico (i fotoni) in segnale elettrico. I sensori sono quindi dei trasduttori di segnale. Il segnale elettrico viene convogliato ad un computer che trasformerà il segnale elettrico in numeri che, tramite l’applicazione di algoritmi matematici, sarà capace di mostrarci sul monitor l’oggetto analizzato in 3 dimensioni dando un valore di grigio ad ogni numero. I numeri assegnati possono avere differenti scale. Una della scale, ad es. quella usata da alcuni computer e  monitor, è quella che va da 0 a 256. Allo 0 corrisponde il colore nero, e viene assegnato lo zero quando i raggi X arrivano a quella specifica parte del sensore senza essere attenuati, ad es. passando attraverso l’aria. Il valore 256, che corrisponde al bianco, viene assegnato, invece, quando in un punto del sensore non arrivano raggi X, in quanto essi sono stati completamente attenuati (bloccati) da una sostanza densa quali ad es. l’osso. L’osso, poiché contiene il calcio, che è un metallo e quindi è capace di bloccare i raggi X, apparirà perciò di colore bianco (in quanto in quella zona il valore numerico assegnato sarà di 256).  

Quindi i numeri da 0 a 256 indicano la quantità di attenuazione subita dai raggi X durante il loro percorso attraverso la parte del corpo esaminata. Danno perciò una indicazione della densità.

Qui sotto è mostrato un sensore digitale (CCD) che ha catturato un fascio di raggi X e che converte per mezzo di un computer le informazioni in scala di grigio sul monitor.

 

 

 

Mentre le tradizionali radiografie in due dimensioni vengono rappresentati sul monitor del computer come una puzzle di pixel, cioè tanti piccoli quadrati ognuno con un valore di grigio, la radiografia tridimensionale (la tomografia) permette la visualizzazione della parte del corpo in esame sul monitor come composta da tanti cubi, detti voxel, cioè un cubo con uno specifico valore di grigio.

 

 

Più il voxel è piccolo, più l’immagine sarà precisa e dettagliata.

Più il voxel è grande, più l’immagine apparirà quadrettata ed imprecisa.

Nell’immagine qui sotto lo stesso oggetto viene rappresentato con un voxel piccolissimo (tanto da apparire come nella realtà) ed un voxel più grande, più grossolano.

 

 

Esistono oggi, soprattutto nel settore maxillo-facciale e dentale, due grandi categorie di tomografi computerizzati:

–         la T.C. cone beam

–         la T.C. fan beam: la classica T.A.C. spirale

La T.C.

line-height: 150%;”> è composta da una sorgente radiogena che emette un fascio di forma conica (perciò “cone beam”). Con una sola rotazione di 360 gradi permette di eseguire una ricostruzione della parte del corpo in esame in 3 dimensioni. L’algoritmo matematico per la elaborazione dei dati ottenuti da un fascio radiogeno conico fu elaborato agli inizi degli anni ’80 dal gruppo di Feldkamp.

 
La TAC spirale (Fan Beam) è composta da una sorgente di raggi X, che emette una fascio con uno spessore sottile che ha la forma di una fettina (perciò “fan”) il quale ruota intorno al paziente disegnando una spirale, e tanti “detettori” digitali che ricevono questo fascio. In questo modo vengono catturate tante “fettine” della parte del corpo in esame. Queste fettine verranno poi accoppiate una sopra all’altra per dare la ricostruzione dell’oggetto in tre dimensioni. L’accoppiamento avviene secondo l’asse intorno a cui avviene il movimento spirale. Ecco perché è dente Tomografia Assiale. La sorgente di raggi X (il tubo radiogeno) si muove in modo rotatorio spirale intorno al paziente, da qui il nome di T.C. spirale. L’algoritmo per la ricostruzione fu elaborato da sir Hounsfield negli anni’70, che gli valse il premio nobel. Qui sotto è mostrata una TAC spirale.
 
 
Le differenze principali tra le i due tipi di Tomografia Computerizzata sono riassunti nella seguente tabella:
 
 
T.C. spirale fan beam
 
T.C. cone beam
 
 
Compie più rotazioni intorno al paziente. Ciò comporta una maggiore irradiazione e un tempo maggiore di esposizione con conseguente maggiore rischio che il paziente possa muoversi e alterare l’immagine risultante
 
 
 
Compie una sola rotazione intorno al paziente. Ciò comporta una minore irradiazione ed una maggiore velocità dell’esame con minori rischi che il paziente possa muoversi causando artefatti nell’immagine finale
 
 
L’irradiazione è 10 volte maggiore a parità di volume studiato, sia perché il milliamperaggio è maggiore sia perché a parità di volume la macchina dovrà compiere più rotazioni
 
 
 
L’irradiazione è circa 10 volte minore a parità di volume studiato
 
 
La precisione dell’immagine dipende dall’inclinazione del paziente rispetto al gantry in quanto le fette devono poi essere accoppiate tra di loro
 
 
 
La precisione è indipendente dal posizionamento del paziente, in quanto acquisisce il volume, e non fettine da accoppiare. Ciò assicura una maggiore precisione, soprattutto nella chirurgia impiantare computer-guidata
 
 
Il voxel (e quindi la precisione dell’immagine) ha un lato di 250 micron
 
 
 
Il voxel (e quindi la precisione dell’immagine) ha un lato di 76 micron
 
 
Gli algoritmi di ricostruzione non sono ottimizzati per le applicazioni dentali e maxillofacciali, pertanto l’immagine è più frequentemente gravata da artefatti (scattering e beam hardening)
 
 
 
Gli algoritmi di ricostruzione dell’immagine sono stati ottimizzati per le applicazioni diagnostiche dentali e maxillo-facciali, pertanto l’immagine è meno frequentemente gravata da arfetatti (scattering e beam hardening).
 
 
La T.C. spirale permette una migliore visualizzazione dei tessuti molli. Ciò è di scarsa utilità nella diagnostica maxiloffaciale e dentale, tranne che nelle patologie del seno mascellare.
 
 
 
La T.C. cone beam non permette una buona lettura dei tessuti molli, come nella patologie del seno mascellare
 
 
I voxel nei tomografi cone beam, cioè quei cubi di cui è composta l’immagine radiologica tridimensionale, hanno una lato di 76 micron, mentre nelle T.C. spirali hanno un lato di 250 micron. Ciò significa che il voxel della T.C. cone beam ha un volume inferiore e, quindi, la stessa immagine sarà composta da più voxel. Pertanto l’immagine sarà più dettagliata rispetto all’immagine ottenuta da una spirale. Qui sotto è mostrato come la densità dei voxel (cioè il numero di voxel per unità di volume esaminata) influenzi la qualità dell’immagine.
 
 
I tagli infatti nella TAC spirale (fan beam) hanno uno spessore minimo di 250 micron (0,25mm) che è il lato del voxel, mentre nelle T.C. cone beam hanno uno spessore fino a 76 micron (0,076mm) che è il lato del voxel. Non è possibile ovviamente effettuare un taglio inferiore al lato del voxel.
 
 
 
 
Irradiazione e sicurezza
 
I raggi X, come tutte le radiazioni ionizzanti (es. radiazioni gamma) hanno la capacità di danneggiare gli organi delle persone esposte. I raggi X causano danni al DNA e quindi sono agenti mutageni e pertanto potenzialmente cancerogeni. Ovviamente i danni sono proporzionali alla quantità di raggi per unità di tempo e a alle capacità di riparazione del DNA dei nostri enzimi.
In radiologia vale pertanto il principio A.L.A.R.A. (As Low As Reasonably Achievable), ovverossia erogare la quantità di radiazioni più bassa possibile compatibilmente con le necessità diagnostiche.
Pertanto i Tomografi Cone Beam rappresentano attualmente il gold standard per la diagnostica volumetrica dentale e maxillofacciale, sia alla luce della minore dose radiogena assorbita sia alla luce della accuratezza dell’immagine. Nella tabella sottostante, tratta dal lavoro di Ludlow e coll. (2005), vengono mostrate le dosi effettive (misurate in Sievert) di differenti indagini radiologiche e della radiazione ambientale annuale.
 
 microSievert (μSv)
Ortopantomografia 6
Radiografia endorale 1
Radiografia torace 80
T.C. spirale massiccio facciale 2000
T.C. Cone beam massiccio facciale 50-100
T.C. Cone beam parziale del massiccio facciale 15-40
Radiazioni da sorgenti naturali in un anno 3.0
Ludlow et al. 15th Congress ff the ICDMFR, Cape Town, ZA, 2005
 
E’ perciò evidente che la T.C. cone beam del massiccio facciale permette di ottenere una dose assorbita 10-20 volte inferiore di quella ottenibile con una T.A.C. spirale.
E’ inoltre da sottolineare che la T.C. cone beam presente nel nostro studio (Kodak 9000 3D, Carestream International) consente di ottenere anche volumi parziali della mascella e della mandibola, con conseguente ulteriore riduzione della dose assorbita. Ciò non è possibile con la TAC spirale.
 

 

 

 

 

 

 

 
In ortodonzia è utile soprattutto per due motivi:
–         visualizzare i denti inclusi, difficili da visualizzare con le immagini bidimensionali, quali la ortopantomografia
–         visualizzare l’inclinazione dei denti nei tre piani dello spazio ai fini della pianificazione del movimento

 

 

 

 

 

 

Endodonzia
 
 
In endodonzia l’utilità della Tomografia Cone Beam è molteplice, in quanto permette di riconoscere l’anatomia canalare in maniera dettagliata, altrimenti impossibile con una tradizionale radiografia endorale bidimensionale. Inoltre permette una precisa valutazione della stato osseo pariapicale.
Nel caso seguente è evidente come dalla Radiografia endorale non sia possibile valutare correttamente l’estensione del riassorbimento radicolare.

 

 

 

 

 

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