1 Wprowadzenie do Cone Beam

Postawienie precyzyjnej diagnozy w stomatologii opiera się na starannym badaniu klinicznym, często uzupełnianym o dodatkowe badania radiologiczne. Cone Beam, czyli CBCT (Cone Beam Computed Tomography), nazywany również tomografią wolumetryczną stożkową, to dynamicznie rozwijająca się technika obrazowania przekrojowego 3D. Umożliwia eksplorację tkanek zmineralizowanych, czyli kości i zębów.

Na początku zdefiniujemy Cone Beam i przedstawimy zasadę fizyczną tej metody radiologicznej. Następnie krótko omówimy różnice między tomografem komputerowym a Cone Beam. Przedstawimy refleksję nad zaletami i ograniczeniami CBCT, wciąż w porównaniu z TK. Na koniec wrócimy do wskazań tej techniki.

Czym jest Cone Beam?

Definicja

W obrazowaniu zębowo-szczękowym wyróżnia się dwa rodzaje technik:

• Techniki 2D — pantomograficzne lub ortopantomografia (OPT).
• Techniki 3D, bardziej zaawansowane, jak tomograf komputerowy, a od niedawna Cone Beam.

Pojawienie się Cone Beam pod koniec lat 90. stanowi przełomową innowację w porównaniu z jego poprzednikiem — tomografem komputerowym. Zwłaszcza dzięki wprowadzeniu detektorów matrycowych o dużych rozmiarach, które pozwalają na eksplorację całej objętości w trakcie pojedynczego obrotu układu akwizycyjnego.

Jak działa Cone Beam?

Zasada fizyczna

Jak wskazuje nazwa, CBCT działa za pomocą generatora promieni X, który emituje otwartą wiązkę promieniowania o kształcie stożkowym, pozwalającą podczas pełnego obrotu (360°) lub półobrotu (180°) przeskanować całą badaną objętość przed jej analizą po osłabieniu sygnału przez układ detekcji. Emiter promieni X i detektor są ze sobą sprzężone i ustawione w jednej osi.

Rycina 1 — Zasada fizyczna TK

Przy każdym stopniu obrotu emiter wyzwala impuls promieni X, które przechodzą przez ciało anatomiczne i są odbierane przez detektor, który obraca się jednocześnie ze źródłem.

W ten sposób przy każdym przesunięciu kątowym uzyskuje się na detektorze płaskim obraz 2D przenikanej objętości.

Wykonywanych są setki obrazów w ramach akwizycji cyfrowej, co pozwala uzyskać objętość i przeprowadzić komputerową rekonstrukcję 3D w celu wirtualnej wizualizacji eksplorowanych struktur anatomicznych.

Rycina 2 — Zasada rekonstrukcji 3D obrazów w Cone Beam

W odróżnieniu od TK, każda jednostka, czyli vokser, jest izometryczna, co pozwala uzyskać bardzo wysoką rozdzielczość przestrzenną, rzędu 100 µm.

CBCT pozwala uzyskać wolumetryczny obraz obszaru radiografowanego o wysokiej rozdzielczości w różnych płaszczyznach przestrzeni, eliminując nakładanie się struktur otaczających.

Istnieją różne aparaty CBCT, sklasyfikowane według pola obrazowania:

1. Małe pola: mniejsze lub równe 8 cm
2. Pola średnie: między 9 a 15 cm
3. Duże pola: powyżej 15 cm

Jak przebiega badanie Cone Beam stomatologiczne?

Sesja jest podobna do klasycznej radiografii stomatologicznej. Pacjent musi pozostać nieruchomy w trakcie akwizycji, która trwa około 10-20 sekund. Następnie wykonywana jest rekonstrukcja komputerowa za pomocą dedykowanego oprogramowania. Wymaga to czasu pracy rzędu 20-30 minut dla każdego badania, co jest znacznie więcej niż w przypadku TK.

Jaka dawka promieniowania przy badaniu Cone Beam?

Technologia Cone Beam obejmuje bardzo różnorodne rozwiązania techniczne, z dawkami promieniowania w proporcjach od 1 do 5.

Jest ona określana przez badania dozymetryczne jako najmniej promieniotwórcza spośród technik przekrojowych. Dawki ekspozycji Cone Beam są 1,5 do 12 razy mniejsze w porównaniu z klasycznym tomografem medycznym. Pozostają jednak 4 do 42 razy wyższe niż w przypadku zdjęć pantomograficznych.

Technika	Zdjęcie wewnątrzustne	Zdjęcie pantomograficzne	Cone Beam
Dawka promieniowania pochłonięta w grejach	1 do 8 mGy	3 do 7 mGy	3 do 25 mGy

Technika CBCT jest zgodna z zasadą ALARA (As Low As Reasonably Achievable) krajowego prawa ochrony radiologicznej, które wymaga stosowania najniższej niezbędnej dawki.

2 CBCT a tomograf komputerowy

Podobnie jak jego poprzednik — tomograf komputerowy, CBCT umożliwia uzyskanie rekonstrukcji 3D, ale pozostaje technicznie dość odmienny od TK. Poniżej tabela porównawcza obu technik.

Tomograf komputerowy	Cone Beam
Wiązka promieni X spłaszczona (wachlarzowa)	Wiązka promieni X otwarta, stożkowa
Detektor o kształcie podłużnym	Detektor płaski
Akwizycja wymagająca wielu obrotów wokół pacjenta	Szybka akwizycja wymagająca jednego obrotu
Pozycja leżąca obowiązkowa	Pacjent stoi, jak przy OPT
Vokser prostopadłościenny: objętość anizotropowa	Vokser sześcienny: objętość izotropowa
Promieniowanie +++	Promieniowanie +

Ze względu na te różnice techniczne, Cone Beam wykazuje rzeczywiste zalety w porównaniu z tomografem komputerowym.

3 Zalety Cone Beam w porównaniu z TK

Komfort pacjenta

Akwizycja jest prostsza, szybsza i bardziej komfortowa dla pacjenta, który nie musi być w pozycji leżącej, tylko stojącej, jak przy zdjęciu pantomograficznym. Wykonywany jest tylko jeden obrót urządzenia wokół pacjenta.

Dozymetria i promieniowanie

W przeciwieństwie do tomografu komputerowego, Cone Beam jest uznawany za technikę „low dose", pozwalającą w jednym przejściu przeskanować całą badaną objętość, będąc mniej promieniotwórczym niż klasyczna tomografia komputerowa.

CBCT dostarcza dawki promieniowania jonizującego nawet 6-krotnie niższej niż to samo badanie wykonane tomografem komputerowym.

Poniżej porównanie dawek efektywnych głównych metod radiologicznych stomatologicznych:

Źródło	Średnia dawka efektywna
Zdjęcie zębowe cyfrowe (retroalwolarne)	4 do 6 µSv
Radiografia pantomograficzna cyfrowa	10 do 15 µSv
Tomograf komputerowy medyczny	60 do 1 300 µSv
Cone Beam	20 do 250 µSv

CBCT pozwala zlokalizować pole badania w obszarze przeznaczonym do analizy (sektor zębowy, kompletny łuk zębowy), unikając niepotrzebnego naświetlania innych części czaszki.

Różnorodność obrazów, rozdzielczość przestrzenna i ostrość

CBCT pozwala uzyskać różne widoki na tym samym obrazie, czyli przekroje czołowe, strzałkowe, koronalne i skośne.

Cone Beam produkuje voksery izotropowe od 500 µm do 75 µm przy współczynniku powiększenia 1:1. Pozwala to na precyzyjną analizę struktur kostnych i zębowych oraz silną rozdzielczość w różnych płaszczyznach przestrzeni, podobną lub nawet wyższą niż w TK.

Wrażliwość na artefakty

Cone Beam jest mniej podatny na artefakty metalowe, zwłaszcza na poziomie korzeni, niż tomograf komputerowy.

Koszt

CBCT jest wyraźnie tańszy niż tomograf komputerowy.

4 Ograniczenia Cone Beam w porównaniu z TK

Akwizycja i praca na konsoli

W trakcie akwizycji CBCT pacjent jest w pozycji stojącej, dlatego trudno mu utrzymać nieruchomość przez czas trwania obrotu urządzenia (20-30 s). Ryzyko poruszenia się jest zatem znaczące, co może powodować artefakty kinetyczne. Ze względu na relatywnie długi czas akwizycji w porównaniu z TK, wszystkie aparaty Cone Beam powinny posiadać skuteczny system stabilizacji, aby ograniczyć ryzyko przemieszczenia. Ryzyko to praktycznie nie występuje w TK ze względu na bardzo krótki czas ekspozycji, rzędu 6 sekund.

Ponadto Cone Beam wymaga dłuższego czasu pracy przy rekonstrukcji 3D obrazów.

Stosunek sygnał/szum i rozdzielczość kontrastowa

Im wyższy stosunek sygnał/szum (S/N), tym lepsza rozdzielczość gęstościowa. Cone Beam ma zatem niższą rozdzielczość kontrastową w porównaniu z TK ze względu na niższy stosunek sygnał/szum (S/N).

Jeśli Cone Beam oferuje rozdzielczość wyższą niż pantomografia stomatologiczna i TK, jego skala gęstości jest znacznie węższa z powodu niskiego promieniowania. Jakość obrazu, jaką dostarcza, nie jest wystarczająca do pomiaru gęstości tkanek zmineralizowanych ani analizy tkanek miękkich, co ogranicza jego wskazania.

Zalety Cone Beam są już dobrze ugruntowane we wszystkich dziedzinach obrazowania zębowo-szczękowego.

5 Wskazania do Cone Beam

Stomatologia

CBCT znajduje swoje zastosowanie w stomatologii zawsze wtedy, gdy informacje uzyskane z badania klinicznego i klasycznej radiologii 2D (zdjęcie wewnątrzustne i OPG) nie wystarczają do postawienia precyzyjnej diagnozy i gdy obraz 3D jest niezbędny.

W implantologii

Ze względu na walory biometryczne, precyzję wynikającą z cechy izotropowości, zapewniającej dokładne pomiary liniowe, CBCT znajduje naturalne zastosowanie w implantologii, która wymaga biometrii. Możliwości rekonstrukcji dwu- i trójwymiarowej, nawigacji i symulacji chirurgicznej, jakie oferuje, oraz niska wrażliwość na artefakty metalowe stanowią kolejne atuty cenione w implantologii.

Pozwala opracować bilans diagnostyki przedoperacyjnej po standardowym badaniu klinicznym i radiologicznym pacjenta w celu postawienia wskazania do wszczepienia implantu w razie wątpliwości, ewentualnie stwierdzenia przeciwwskazania, a w niektórych przypadkach do monitorowania pooperacyjnego. Umożliwia precyzyjną ocenę objętości kości dostępnej w miejscu implantacji i jej optymalną wizualizację, jak również ilościową i jakościową analizę kości poprzez ocenę gęstości.

Wreszcie umożliwia analizę bliskości struktur anatomicznych poprzez pomiary odległości, które należy zachować — takich jak nerwy i zatoki — w celu wszczepienia implantów.

Modelowanie 3D pozwala wirtualnie symulować położenie przyszłych implantów, dobierając odpowiedni rozmiar i kształt.

Rycina 3 — Planowanie cyfrowe implantacji z QuickVision 3D

Obrazowanie przekrojowe oferowane przez Cone Beam jest więcej niż badaniem z wyboru w implantologii. Jest badaniem obowiązkowym, chyba że leczenie implantologiczne zostanie wykluczone już na etapie badania klinicznego i OPT.

To technice CBCT zawdzięczamy rozwój chirurgii nawigowanej statycznej i dynamicznej, ułatwiającej wykorzystanie danych anatomicznych w 3D.

Chirurgia implantologiczna nawigowana polega na nałożeniu wycisku jamy ustnej pacjenta (plik .stl) oraz danych radiologicznych pochodzących z Cone Beam (plik DICOM) za pomocą dedykowanego oprogramowania. Pozwoliło to zoptymalizować precyzję gestu chirurgicznego, a tym samym zmniejszyć niepowodzenia leczenia implantologicznego spotykane w chirurgii klasycznej i rozszerzyć granice implantologii jamy ustnej.

Rycina 4 — Dopasowanie plików STL i DICOM w oprogramowaniu QuickVision 3D

Jeśli chodzi o obserwację terapeutyczną, jest ona głównie kliniczna i radiologiczna 2D. Jednak przy najmniejszym podejrzeniu powikłań (nieprawidłowa natychmiastowa osteointegracja, periimplantitis…) po wszczepieniu implantu. Ale także po leczeniu przedimplantologicznym metodą przeszczepów lub podniesienia dna zatoki szczękowej, CBCT nie jest wykluczony.

W stomatologii zachowawczej i endodoncji

Cone Beam jest szczególnie wskazany w poszukiwaniu i lokalizacji dodatkowego kanału korzeniowego, do oceny okołowierzchołkowej przedoperacyjnej, zwłaszcza w okolicy szczękowej tylnej lub żuchwowej w okolicy otworu bródkowego.

Jest również przydatny w przypadkach urazów zębowo-wyrostkowych w celu określenia rodzaju złamania i oceny patologii korzeniowej (złamanie, resorpcja wewnętrzna i zewnętrzna, okołowierzchołkowa lub boczno-korzeniowa…).

W chirurgii jamy ustnej, zwłaszcza przed ekstrakcją zębów zatrzymanych i zębów mądrości, w celu oceny relacji korzeni z nerwem zębodołowym dolnym.

W patologii — do oceny zasięgu i relacji zmian torbielowatych i nowotworowych kości szczęk.

Laryngologia i chirurgia szczękowo-twarzowa

Cone Beam znajduje także zastosowanie w laryngologii i chirurgii szczękowo-twarzowej. Umożliwia głównie eksplorację zatok twarzy i jam nosowych, nawigację chirurgiczną z obrazowaniem śródoperacyjnym w chirurgii endoskopowej zatok, wykonywanie bilansu patologii stawów skroniowo-żuchwowych. Wskazany jest również w eksploracji ucha środkowego do oceny patologii oraz monitorowania pooperacyjnego implantów słuchowych.

Wybór aparatu Cone Beam

Wybór aparatu rentgenowskiego Cone Beam zależy od specyfiki wymagań. Istnieją bowiem aparaty lepiej sprawdzające się w implantologii, inne są bardziej ukierunkowane na diagnostykę w patologii i chirurgii jamy ustnej lub w endodoncji.

6 Podsumowanie

Będąc pośrednio pomiędzy pantomografią stomatologiczną a tomografem komputerowym, CBCT charakteryzuje się zdolnością percepcji wysokich gęstości, będąc bardziej precyzyjnym niż OPT. Posiada także lepszą rozdzielczość przestrzenną niż TK. Oferuje możliwość cyfrowej rekonstrukcji 3D przy niższym koszcie, będąc mniej inwazyjnym niż TK.

Ze względu na walory techniczne i dozymetryczne, Cone Beam znalazł zastosowanie w niemal wszystkich dziedzinach:

• Stomatologia
• Periodontologia
• Chirurgia jamy ustnej
• Ortodoncja
• Endodoncja

Obecnie jest zlecany za każdym razem, gdy analiza tkanek miękkich nie jest wymagana, a obraz 3D jest niezbędny. Umożliwia diagnostykę zmian w stawach skroniowo-żuchwowych, kostnych zmian torbielowatych i nowotworowych, urazów i infekcji, ale jego niska rozdzielczość gęstościowa lub kontrastowa ogranicza jego wskazania w eksploracji tkanek miękkich.

Cone Beam jest obecnie uznawany za referencyjną metodę obrazowania przekrojowego w stomatologii.

Niemniej jednak jego zlecanie nie powinno być rutynowe — należy go raczej traktować jako badanie uzupełniające standardową radiologię 2D i badanie kliniczne.