Cone Beam – Il gold standard dell'imaging per sezioni 3D in odontostomatologia
1 Introduzione al Cone Beam
La definizione di una diagnosi precisa in odontostomatologia passa attraverso un esame clinico accurato, spesso integrato da esami radiologici complementari. Il Cone Beam o CBCT (Cone Beam Computed Tomography), chiamato anche tomografia volumetrica digitalizzata a fascio conico, è una tecnica di imaging per sezioni 3D in piena espansione. Essa permette l'esplorazione dei tessuti calcificati, ossia l'osso e i denti.
In questo articolo metteremo in evidenza questa rivoluzione dell'imaging dento-maxillo-facciale, che si è democratizzata negli studi dentistici aprendo nuove prospettive diagnostiche in odontoiatria.
In un primo momento definiremo il Cone Beam e spiegheremo nel dettaglio il principio fisico di questa tecnica radiologica. In seguito, torneremo rapidamente sulle differenze tra la TAC e il Cone Beam. Svilupperemo una riflessione sui vantaggi e sui limiti del CBCT sempre in confronto alla TAC. Infine, ripercorreremo le indicazioni di questa tecnica.
Che cos'è il Cone Beam?
Definizione
Nell'imaging dento-maxillo-facciale si distinguono due tipologie di tecniche:
- Le tecniche 2D panoramica od ortopantomografia (OPT).
- Le tecniche 3D più sofisticate come la TAC e, più recentemente, il Cone Beam.
L'avvento del Cone Beam verso la fine degli anni '90 rappresenta un'innovazione maggiore rispetto al suo predecessore, la TAC. In particolare grazie all'introduzione di rivelatori matriciali di grandi dimensioni che permettono l'esplorazione di un intero volume nel corso di una sola rotazione del sistema di acquisizione.
Il Cone Beam, come funziona?
Principio fisico
Come suggerisce il nome, il CBCT è costituito da un generatore di raggi X che emette un fascio di irradiazione aperto di forma conica che permette, in una rotazione completa (360°) o semi-completa (180°), di scansionare l'intero volume da esplorare prima che questo sia analizzato dopo attenuazione da un sistema di rivelazione. L'emettitore di raggi X e il rivelatore sono solidali e allineati.
Figura 1 — Principio fisico della TAC
A ogni grado di rotazione, l'emettitore libera un impulso di raggi X che attraversano il corpo anatomico per essere ricevuti sul rivelatore, il quale effettua una rotazione simultanea con la sorgente.
In questo modo, a ogni spostamento angolare, si ottiene sul sensore piano un'immagine 2D del volume attraversato.
Centinaia di immagini vengono acquisite tramite acquisizioni digitali, il che permette di ottenere un volume e di effettuare la ricostruzione informatica 3D per visualizzare virtualmente le strutture anatomiche esplorate.
Figura 2 — Principio di ricostruzione 3D delle immagini in Cone Beam
A differenza della TAC, ogni unità o Voxel è isometrica, permettendo una risoluzione spaziale molto elevata, di circa 100 µm.
Il CBCT permette di ottenere un'immagine volumetrica della zona radiografata con un'alta risoluzione nei diversi piani dello spazio, eliminando le sovrapposizioni delle strutture circostanti.
Esistono diversi CBCT, classificati in base al loro campo di esplorazione:
- I piccoli campi: inferiori o uguali a 8 cm
- I campi medi: tra 9 e 15 cm
- I grandi campi: superiori a 15 cm
Come si svolge l'esame Cone Beam dentale?
La seduta è simile a quella di una radiografia dentale classica. Il paziente deve rimanere immobile durante il tempo di acquisizione che dura circa 10-20 secondi. In seguito, viene effettuata una ricostruzione informatica mediante un software dedicato. Ciò richiede un tempo di lavoro di 20-30 minuti per ogni esame, nettamente superiore al tempo necessario per la TAC.
Quale dose di radiazioni per un esame Cone Beam?
La tecnologia Cone Beam comprende soluzioni tecniche molto diverse, con dosi di irradiazione in rapporti da 1 a 5.
È definita dagli studi dosimetrici come la meno irradiante tra le tecniche per sezioni. Le dosi di esposizione del Cone Beam sono da 1,5 a 12 volte inferiori rispetto alla TAC medica convenzionale. Rimangono tuttavia da 4 a 42 volte superiori rispetto alle radiografie panoramiche.
| Tecnica | Radiografia endorale | Radiografia panoramica | Cone Beam |
|---|---|---|---|
| Dose di irradiazione assorbita in Gray | 1-8 mGy | 3-7 mGy | 3-25 mGy |
La tecnica CBCT risponde al principio ALARA (As Low As Reasonably Achievable) della legislazione nazionale di radioprotezione, che richiede di applicare la dose più bassa necessaria.
2 CBCT versus TAC
Come il suo predecessore, la TAC, anche il CBCT permette di ottenere ricostruzioni 3D, ma rimane tecnicamente piuttosto diverso dalla TAC. Di seguito una tabella comparativa tra le due tecniche.
| TAC | Cone Beam |
|---|---|
| Fascio di raggi X appiattito (a ventaglio) | Fascio di raggi X aperto conico |
| Rivelatore di forma complessivamente allungata | Rivelatore piano |
| Acquisizione che richiede più rotazioni attorno al paziente | Acquisizione rapida con una rotazione unica |
| Posizione sdraiata obbligatoria | Il paziente è in piedi, come per l'OPT |
| Voxel parallelepipedo rettangolo: volume anisotropo | Voxel cubico: volume isotropo |
| Irradiazione +++ | Irradiazione + |
A causa di queste differenze tecniche, il Cone Beam presenta reali vantaggi rispetto alla TAC.
3 Vantaggi del Cone Beam rispetto alla TAC
Comfort per il paziente
L'acquisizione è più semplice, più rapida e più confortevole per il paziente, che non è obbligato a rimanere in posizione sdraiata ma può stare in piedi come per la radiografia panoramica. Viene effettuata una sola rotazione dell'apparecchio attorno al paziente.
Dosimetria e irradiazione
Al contrario della TAC, il Cone Beam è considerato una tecnica «low dose», che permette di scansionare in un'unica passata l'intero volume da esplorare, essendo meno irradiante della tomodensitometria classica.
Il CBCT eroga una dose di radiazioni ionizzanti fino a 6 volte inferiore rispetto allo stesso esame eseguito con la TAC.
Di seguito un confronto tra le dosi efficaci delle principali tecniche radiologiche odontostomatologiche:
| Sorgente | Dose efficace media |
|---|---|
| Radiografia endorale digitale | 4-6 µSv |
| Radiografia panoramica digitale | 10-15 µSv |
| TAC medica | 60-1.300 µSv |
| Cone Beam | 20-250 µSv |
Il CBCT permette di localizzare il campo d'esame sulla zona da studiare (un settore dentale, un'arcata completa), evitando così di irradiare inutilmente le altre parti del cranio.
Varietà di immagini, risoluzione spaziale e nitidezza
Il CBCT permette di ottenere diverse viste su una stessa immagine, ossia sezioni frontali, sagittali, coronali e oblique.
Il Cone Beam produce voxel isotropici da 500 µm a 75 µm con un rapporto di ingrandimento 1:1. Ciò permette di affinare l'analisi delle strutture ossee e dentali, offrendo un forte potere di risoluzione nei diversi piani dello spazio, simile se non superiore a quello della TAC.
Sensibilità agli artefatti
Il Cone Beam è meno soggetto agli artefatti metallici, soprattutto a livello radicolare, rispetto alla TAC.
Costo
Il CBCT è nettamente meno costoso della TAC.
4 Limiti del Cone Beam rispetto alla TAC
Acquisizione e lavoro in console
Durante la fase di acquisizione con CBCT il paziente è in posizione eretta; è quindi difficile mantenere l'immobilità per tutto il tempo della rotazione dell'apparecchio (20-30 s). Il rischio di muoversi è pertanto significativo, il che può generare artefatti cinetici. A causa della durata relativamente lunga dell'acquisizione rispetto alla TAC, tutti gli apparecchi Cone Beam dovrebbero disporre di un sistema di contenzione efficace per limitare questo rischio di spostamento, pressoché inesistente in TAC grazie a un tempo di esposizione molto breve di circa 6 secondi.
Inoltre, il Cone Beam richiede un tempo di lavoro più lungo per la ricostruzione 3D delle immagini.
Rapporto Segnale/Rumore e risoluzione in contrasto
Più il rapporto Segnale/Rumore (S/R) è elevato, migliore è la risoluzione in densità. Il Cone Beam presenta pertanto una bassa risoluzione in contrasto rispetto alla TAC, a causa del suo rapporto Segnale/Rumore (S/R) inferiore.
Se il Cone Beam offre una risoluzione superiore alla panoramica dentale e alla TAC, la sua scala di densità è molto meno ampia a causa della bassa irradiazione. La qualità d'immagine che fornisce non è sufficiente per la misura della densità dei tessuti calcificati e l'analisi dei tessuti molli, il che ne limita le indicazioni.
I vantaggi del Cone Beam sono ormai ben consolidati in tutti gli ambiti dell'imaging dento-maxillo-facciale.
5 Indicazioni del Cone Beam
Odontostomatologia
Il CBCT trova il suo interesse in odontostomatologia ogni volta che le informazioni raccolte tramite l'esame clinico e la radiologia convenzionale 2D (radiografia endorale e OPG) non sono sufficienti a formulare una diagnosi precisa ed è indispensabile un'immagine 3D.
In implantologia
Grazie alle sue qualità biomensurative, alla precisione conferita dalla sua particolarità isotropica che garantisce misure lineari esatte, il CBCT trova naturalmente applicazione in implantologia, disciplina molto esigente in termini di biometria. Le possibilità di ricostruzioni bi- e tridimensionali, di navigazione e di simulazione chirurgica offerte, unite alla bassa sensibilità agli artefatti metallici, costituiscono ulteriori punti di forza apprezzati in implantologia.
Permette di stabilire un bilancio diagnostico preoperatorio dopo un esame clinico e radiologico standard del paziente al fine di porre l'indicazione al posizionamento dell'impianto in caso di dubbio o stabilire la controindicazione, e in alcuni casi per il follow-up post-chirurgico. Valutare in modo accurato il volume osseo disponibile a livello del sito implantare, visualizzarlo in modo ottimale e condurre lo studio quantitativo e qualitativo dell'osso tramite una valutazione della densità.
E infine, lo studio della prossimità delle strutture anatomiche tramite misure di distanza da preservare, come i nervi e i seni, in vista del posizionamento di impianti.
La modellizzazione 3D permette di simulare virtualmente le posizioni dei futuri impianti scegliendo dimensioni e forma adeguate.
Figura 3 — Pianificazione implantare digitale con QuickVision 3D
L'imaging per sezioni fornito dal Cone Beam è più di un esame di scelta in implantologia. È un esame obbligatorio, salvo i casi in cui il trattamento implantare sia contestato dall'esame clinico e dall'OPT.
È alla tecnica CBCT che dobbiamo lo sviluppo della chirurgia guidata statica e dinamica, facilitando lo sfruttamento dei dati anatomici in 3D.
La chirurgia implantare assistita consiste nella sovrapposizione dell'impronta della bocca del paziente (file .stl) e dei dati radiologici provenienti dal Cone Beam (file DICOM) attraverso un software dedicato. Ciò ha permesso di ottimizzare la precisione del gesto chirurgico, riducendo quindi gli insuccessi dei trattamenti implantari riscontrati nella chirurgia convenzionale e spingendo oltre i limiti dell'implantologia orale.
Figura 4 — Matching dei file STL e DICOM con il software QuickVision 3D
Per quanto riguarda il follow-up terapeutico, è principalmente clinico e radiologico 2D. Tuttavia, al minimo dubbio di complicazione (osteointegrazione immediata difettosa, perimplantite…) dopo il posizionamento dell'impianto, ma anche a seguito di un trattamento pre-implantare con innesti o di sinus-lift, il ricorso al CBCT non è escluso.
In odontoiatria conservativa ed endodonzia
Il Cone Beam è particolarmente indicato per la ricerca e la localizzazione di un canale radicolare supplementare, per un bilancio periapicale pre-chirurgico in particolare nella regione mascellare posteriore o a livello mandibolare nella regione del foramen mentoniero.
È utile anche nei casi di traumi alveolo-dentali per determinare il tipo di frattura e stabilire il bilancio di una patologia radicolare (frattura, riassorbimento interno ed esterno, periapicale o latero-radicolare…).
In chirurgia orale, in particolare prima dell'estrazione di denti inclusi e denti del giudizio, per valutare il rapporto tra le radici e il nervo alveolare inferiore.
In patologia, per stabilire un bilancio di estensione e i rapporti delle lesioni cistiche e tumorali delle ossa mascellari.
ORL e Maxillo-facciale
Il Cone Beam trova inoltre indicazione in ORL e maxillo-facciale. Permette principalmente l'esplorazione dei seni paranasali e delle fosse nasali, la navigazione chirurgica con imaging intra-operatorio nella chirurgia endoscopica del seno, la realizzazione di un bilancio delle patologie dell'ATM (articolazione temporo-mandibolare). È indicato anche nell'esplorazione dell'orecchio medio per valutare patologie, nonché per il follow-up post-operatorio degli impianti acustici.
Alcune raccomandazioni
Il Cone Beam è l'esame di prima istanza nelle patologie infiammatorie e infettive dei seni paranasali.
Il Cone Beam è l'esame di terza istanza nell'imaging dento-maxillo-facciale (dopo la radiografia endorale e l'OPG).
Scelta dell'apparecchio Cone Beam
La scelta dell'apparecchio radiologico Cone Beam dipende dalle specifiche richieste. Esistono infatti apparecchi più performanti in implantologia, altri più orientati alla diagnosi in patologia e chirurgia orale o ancora in endodonzia.
6 Conclusione
A metà strada tra la panoramica dentale e la TAC, il CBCT è caratterizzato dalla sua specificità di percezione delle alte densità essendo più preciso dell'OPT. Presenta inoltre una migliore risoluzione spaziale rispetto alla TAC. Offre la possibilità di una ricostruzione digitale 3D a un costo inferiore, risultando meno invasivo della TAC.
Grazie alle sue prestazioni tecniche e dosimetriche, il Cone Beam ha trovato applicazione in quasi tutti gli ambiti:
- Odontostomatologia
- Parodontologia
- Chirurgia orale
- Ortodonzia
- Endodonzia
Attualmente è prescritto ogni volta che non è richiesto lo studio dei tessuti molli ed è indispensabile un'immagine 3D. Permette la diagnosi di lesioni articolari temporo-mandibolari, ossee cistiche e tumorali, di traumatismi e infezioni, ma la sua bassa risoluzione in densità o in contrasto ne limita l'indicazione nell'esplorazione dei tessuti molli.
Il Cone Beam è riconosciuto attualmente come la tecnica di imaging per sezioni di riferimento in odontostomatologia.
Tuttavia, la sua prescrizione non deve essere sistematica, poiché deve essere piuttosto considerato come un esame complementare alla radiologia standard 2D e all'esame clinico.