Tomografia computerizzata cone beam

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Procedura diagnostica CBCT image 02.png
Immagine realizzata tramite tecnologia CBCT
Classificazione e risorse esterne
MeSH D054894

La tomografia computerizzata cone beam o a fascio conico (CBCT) è una tecnica di imaging biomedico in cui una tomografia computerizzata viene realizzata mediate dei raggi x a forma di cono.[1]

La CT cone beam è diventata sempre più importante nella pianificazione del trattamento e nella diagnosi nell'implantologia ed in particolare è indispensabile nelle tecniche di implantologia computer assistita. Questa tecnologia sta trovando sempre più impiego anche in altri campi dell'odontoiatria, come ad esempio l'endodonzia e l'ortodonzia. Vi sono dei primi accenni per l'utilizzo in campo osteoarticolare e veterinario.

Durante una scansione cone beam, lo scanner ruota attorno alla testa del paziente, ottenendo fino a quasi 600 immagini distinte. Il software di scansione raccoglie i dati e ricostruisce le immagini, producendo un volume digitale composto da voxel di dimensione isotropica dei dati anatomici del paziente, che possono poi essere manipolati e visualizzati con software appropriati.[2]

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Prototipo del primo dispositivo che usava la tecnologia della tomografia computerizzata realizzato da Sir Godfrey Hounsfield

L'introduzione delle radiografie panoramiche all'inizio degli anni 1960 e la loro rapida diffusione nei decenni seguenti, ha permesso ai clinici di avere in una singola immagine tutte le strutture maxillofacciali. Questa tecnica diagnostica rimase per molti anni il gold standard per la radiologia odontoiatrica. Nel 1967 Sir Godfrey Hounsfield, un ingegnere della EMI, realizzò il primo prototipo di tomografo computerizzato, che gli varrà il premio Nobel per la Medicina nel 1979. I lavori di Hounsfield si concretizzarono nel 1972 quando il primo tomografo assiale computerizzato (TAC) venne immesso nel mercato. Nel decennio seguente si assistette ad un progressivo miglioramento di tale tecnologia, con l'introduzione di sistemi definiti di “seconda generazione” (nel 1975), di “terza generazione” e di ”quarta generazione” (entrambi nel 1976). Nel 1978 alla Mayo Clinic venne installato il primo scanner tomografico 3D volumetrico con tecnica Dynamic Spatial Reconstructor.[3]

Nel frattempo altri gruppi di ricerca si stavano concentrando sullo sviluppo di sistemi simili ma sostanzialmente dotati di un fascio radiante di forma conica, invece che uno a pennello come nei tomografi TC.

Questa nuova tecnologia prenderà il nome di Cone Beam Computed Tomography – CBCT. I primi problemi che i ricercatori si trovarono a risolvere erano relativi all'ottenimento di una soddisfacente risoluzione di contrasto e spaziale, obbiettivi che in una tecnologia così giovane non erano ancora stati raggiunti. Il primo tomografo CBCT introdotto nella pratica clinica fu sviluppato per l'angiografia dalla Mayo Clinic nel 1982.[4] Questo primo sistema consisteva in un arco a C, dotato di un intensificatore di immagine, utilizzabile nelle procedure angiografiche. Nel 1992 iniziarono i primi esperimenti nell'introduzione della CBCT come simulatore per la pianificazione della radioterapia.[5] Successivamente un sistema CBCT, installato dentro un gantry, fu sviluppato presso la divisione francese della General Electric Medical Systems. Questo sistema era pensato per lo studio vascolare e vantava un sistema software per la sottrazione digitale delle immagini.[6] Più tardi due ricercatori, Jaffy e Siewerdsen, del dipartimento di radioterapia del “William Beaumont Hospital” (MichiganUSA), svilupparono un sistema CBCT per la guida dei trattamenti radioterapici basato su un rilevatore flat panel realizzato con silicio amorfo (a-Si:H).[7]

Prime scansioni assiali realizzate con tecnica CBCT presso QR di Verona.

Nonostante che la tecnologia cone beam CT stesse progredendo velocemente e fosse impiegata in sempre più numerosi ambiti clinici, il suo vero potenziale era ancora ampiamente sottovalutato. Verso metà degli anni 90, dei ricercatori appartenenti ai Dipartimenti di Fisica Medica e di Radiologia dell'Policlinico Universitario G.B Rossi di Verona, iniziarono a proporre l'utilizzo della CBCT in ambito dento-maxillo-facciale.[8]

Le loro ricerche furono pubblicate nel 1998 e culminarono con l'immissione nel mercato un prodotto dedicato. L'applicazione di questa tecnologia nel campo dento-maxillo-facciale ebbe fin da subito un ottimo riscontro. Se confrontata con i tradizionali scanner tomografici TAC, la relativa economicità e ingombro dell'apparecchiatura CBCT, la crescente disponibilità di detettori flat panel sempre più efficienti, una dose minore di radiazioni somministrate al paziente e l'alta risoluzione spaziale ottenibile, furono le principali motivazioni dietro questo successo.[9]

Nel 2000, l'apparecchiatura veronese fu la prima Cone Bean CT approvata dalla statunitense Food and Drug Administration (FDA) per l'uso in odontoiatria. A partire dall'anno successivo tali apparecchi furono introdotti nel mercato statunitense diventandone presto uno standard di riferimento. Nel maggio del 2000, la American Academy of Oral and Maxillofacial Radiology pubblicò una relazione sui criteri di selezione delle metodiche radiologiche utili nello studio preliminare dei pazienti deputati ad implantologia dentale, nella quale si raccomandava l’utilizzo di metodiche che offrano informazioni anatomiche acquisite sui tre piani spaziali. Tali raccomandazioni sono state ribadite, nel 2012, in un documento di revisione, edito dalla stessa società, in cui si pone sempre maggior interesse verso la CBCT per la diagnosi in odontoiatria e come strumento indispensabile nella pianificazione pre-implantologica.[10]

Grazie alle sue peculiarità, la CBCT è diventata una scelta naturale per l'imaging dento-maxillo-facciale. Queste stesse caratteristiche stanno introducendo tale tecnologia anche in altri settori. Già negli ultimi anni alcuni studi propongono la CBCT negli ambulatori di otorinolaringoiatria per lo studio dei seni mascellari e temporali. In un futuro già annunciato, l'integrazione della CBCT con sistemi di chirurgia guidata con le immagini sarà utilizzata per interventi di chirurgi endoscopica funzionale dei seni paranasali per il trattamento delle patologie disventilatorie naso-sinusali, sinusopatie acute complicate, sinusiti ricorrenti o rinosinusiti croniche con o senza poliposi naso-sinusale.

Ulteriori apparecchiature di imaging 3D basate su CBCT e nuove applicazioni cliniche sono in fase di sviluppo.[11] Notevole interesse suscita l'uso della Cone Beam nello studio dell'orecchio interno e nel post-operatorio degli interventi di impianto cocleare, in quanto si possono sfruttare i vantaggi della poca dose radiante e della bassa suscettibilità agli artefatti metallici dell'impianto stesso, a cui la TAC è particolarmente sensile.[12][13][14] Non si può tralasciare lo sviluppo che può avere nella radiologia veterinaria.[15][16]

Principi tecnici[modifica | modifica wikitesto]

Principio di funzionamento di una CBCT

La Cone Beam Computed Tomography (CBCT) è una tecnologia di imaging radiologico che impiega una sorgente a raggi-X, di forma conica o piramidale (da qui il nome “cone beam”), che compie un unico giro completo di 360° gradi intorno all'oggetto da esaminare. I raggi che lo hanno quindi attraversato vengono poi acquisiti da un detettore (solitamente realizzato con tecnologia allo stato solido) posto dietro l'oggetto e quindi seguirà un processo di analisi e ricostruzione dei dati, al fine di ottenere una serie di immagini diagnosticamente valide su qualsiasi piano di osservazione. La sorgente può emettere una radiazione continua durante la scansione, oppure pulsata, come avviene nella maggior parte dei casi al fine di limitare la dose somministrata al paziente.

La particolarità di avere un fascio conico, invece che a “spazzola” come nei tomografi TC, permette ad ogni esposizione di coprire l'intero campo di vista (Field of view o FOV) e quindi in un unico giro acquisire una serie immagini bidimensionali complete della parte anatomica in esame, nelle diverse proiezioni. Questa serie di immagini prende il nome di projection data. Il numero di immagini, o frame rate, è variabile e dipende dalle scelte dell'operatore e dalle caratteristiche del sistema: più immagini vengono acquisite, più si avrà una miglior qualità del risultato finale a scapito, tuttavia, di una maggior esposizione del paziente alle radiazioni ionizzanti. La serie di proiezioni acquisite verranno poi elaborate da un software che produrrà un set tridimensionale che servirà da base per successive rielaborazioni che porteranno alle ricostruzioni nei tre piani ortogonali (assiale, sagittale, coronale). Il risultato finale è un'immagine tridimensionale, composta da una serie di voxel la cui dimensione è corrispondente alla risoluzione spaziale ed è intrinsecamente correlata con la dimensione dei pixel del detettore. Solitamente la risoluzione è nell'ordine dei 0,09-0,4 mm. e questo determina la dimensione del voxel che generalmente assume la caratteristica di essere isotropico e questo permette di poter ricostruire l'immagine su ulteriori piani o realizzare modelli grafici tridimensionali.

Generazione del fascio a raggi X[modifica | modifica wikitesto]

Una apparecchiatura CBCT utilizzata in ambito dento-maxillo-facciale.

La sorgente di raggi X in un sistema CBCT è costituita da un tubo radiogeno in grado di compiere un giro di 360° intorno alla parte anatomica di interesse. Caratteristica peculiare del fascio prodotto è la sua forma: conica o piramidale, in grado di prendere istantaneamente tutta la parte anatomica di interesse in una proiezione. Intuitivamente si può pensare che l'erogazione del fascio sia continua per tutto il percorso di 360° dell'esposizione. Tuttavia, per ragioni squisitamente legate alla riduzione di dose al paziente, l'erogazione avviene in maniera pulsata. In questo modo la durata dell'esposizione è inferiore alla durata totale della scansione.

Al 2015, la grande maggioranza dei modelli in commercio utilizza una tensione di 110 KV per alimentare il tubo radiogeno. Rispetto ai primi modelli sono invece diminuiti notevolmente i mA (milliAmpere) e i secondi di esposizione reale, quantificabili tra i 2 e i 7 secondi per i modelli più attenti alla dose somministrata al paziente.

La cone beam CT per l'uso in implantologia[modifica | modifica wikitesto]

Una scansione a fascio conico sull'arcata dentale offre preziose informazioni per quanto riguarda la valutazione e la progettazione degli impianti chirurgici. L'American Academy of Oral and Maxillofacial Radiology suggerisce la cone beam CT come il metodo d'elezione per la valutazione pre-chirurgica dei siti implantari.[17]

La cone beam CT per l'uso in ortodonzia[modifica | modifica wikitesto]

Con la sua resa tridimensionale la cone beam offre una visione non distorta della dentatura che può essere utilizzata per visualizzare accuratamente i denti non erotti, il preciso orientamento delle radici e le strutture anomale che una tradizionale radiografia bidimensionale non è in grado di dare.[18]

Alcuni esempi di elaborazione delle immagini:

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Technical Description of CBCT from University of Manchester. Citing: J Can Dent Assoc 2006; 72(1); 75-80
  2. ^ Hatcher DC, Operational principles for cone-beam computed tomography in J Am Dent Assoc, 141 Suppl 3, 2010, pp. 3S–6S, PMID 20884933.
  3. ^ Wood EH, Noninvasive three-dimensional viewing of the motion and anatomical structure of the heart, lungs, and circulatory system by high speed computerized X-ray tomography in CRC Crit. Rev. Biochem., vol. 7, nº 2, 1979, pp. 161–86, PMID 389549.
  4. ^ Robb RA. The Dynamic Spatial Reconstructor: An X-Ray Video-Fluoroscopic CT Scanner for Dynamic Volume Imaging of Moving Organs. IEEE Trans Med Imaging. 1982;1(1):22-33.
  5. ^ M. Silver, M. Yahata, Y. Saito, E. A. Sivers, S. R. Huang, B. Drawert, T. Judd Volume CT of anthropomorphic phantoms using a radiation therapy simulator Proc. SPIE 1651, Medical Imaging VI: Instrumentation, 197 (June 1, 1992); doi:10.1117/12.59398.
  6. ^ Saint-Félix D, Trousset Y, Picard C, Ponchut C, Roméas R, Rougée A, In vivo evaluation of a new system for 3D computerized angiography in Phys Med Biol, vol. 39, nº 3, 1994, pp. 583–95, PMID 15551600.
  7. ^ Jaffray DA, Siewerdsen JH, Cone-beam computed tomography with a flat-panel imager: initial performance characterization in Med Phys, vol. 27, nº 6, 2000, pp. 1311–23, PMID 10902561.
  8. ^ Mozzo P, Procacci C, Tacconi A, Martini PT, Andreis IA, A new volumetric CT machine for dental imaging based on the cone-beam technique: preliminary results in Eur Radiol, vol. 8, nº 9, 1998, pp. 1558–64, PMID 9866761.
  9. ^ Makkad.
  10. ^ Tyndall DA, Price JB, Tetradis S, Ganz SD, Hildebolt C, Scarfe WC, Position statement of the American Academy of Oral and Maxillofacial Radiology on selection criteria for the use of radiology in dental implantology with emphasis on cone beam computed tomography in Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol, vol. 113, nº 6, 2012, pp. 817–26, DOI:10.1016/j.oooo.2012.03.005, PMID 22668710.
  11. ^ (EN) (settembre 2013) Cone Beam Computed Tomography in Dentomaxillofacial Imaging, American Association Of Dental Radiographic Technicians. URL consultato il 10 settembre 2014.
  12. ^ (DE) Aschendorff A, Imaging in cochlear implant patients in Laryngorhinootologie, 90 Suppl 1, 2011, pp. S16–21, DOI:10.1055/s-0030-1270448, PMID 21523630.
  13. ^ Schulze R, Heil U, Gross D, Bruellmann DD, Dranischnikow E, Schwanecke U, Schoemer E, Artefacts in CBCT: a review in Dentomaxillofac Radiol, vol. 40, nº 5, 2011, pp. 265–73, DOI:10.1259/dmfr/30642039, PMC 3520262, PMID 21697151.
  14. ^ Ruivo J, Mermuys K, Bacher K, Kuhweide R, Offeciers E, Casselman JW, Cone beam computed tomography, a low-dose imaging technique in the postoperative assessment of cochlear implantation in Otol. Neurotol., vol. 30, nº 3, 2009, pp. 299–303, DOI:10.1097/MAO.0b013e31819679f9, PMID 19174709.
  15. ^ Roza MR, Silva LA, Barriviera M, Januario AL, Bezerra AC, Fioravanti MC, Cone beam computed tomography and intraoral radiography for diagnosis of dental abnormalities in dogs and cats in J. Vet. Sci., vol. 12, nº 4, 2011, pp. 387–92, PMC 3232399, PMID 22122905.
  16. ^ Nieset JR, Harmon JF, Larue SM, Use of cone-beam computed tomography to characterize daily urinary bladder variations during fractionated radiotherapy for canine bladder cancer in Vet Radiol Ultrasound, vol. 52, nº 5, 2011, pp. 580–8, DOI:10.1111/j.1740-8261.2011.01838.x, PMID 21699616.
  17. ^ New AAOMR Guidelines on CBCT Use in Implant Planning
  18. ^ Mah, JK; et al. Practical applications of cone-beam computed tomography in orthodontics. JADA 2010;141(3S):7S-13S

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