Разработка недорогих рентгеновских трубок, высококачественных систем детекторов и мощных персональных компьютеров способствовали развитию коммерчески доступных и простых в использовании систем компьютерной трехмерной визуализации в стоматологической практике.
Введение
Внутриротовая и внеротовая двухмерная рентгенографии (2D) (периапикальная, боковая цефалометрия и ортопантомограмма), традиционно используемые для предварительного планирования процедуры дентальной имплантации, ограничены в своих диагностических возможностях, учитывая плоскостной характер двухмерной проекции полученных изображений. Кроме того, на качество таких снимков в значительной мере влияют артефакты, непрогнозированное изменение размеров исследуемых объектов, дисторсия изображения и суперимпозиция структур, находящихся рядом. И хотя для развития трехмерных систем визуализации было приложено много усилий (например, разработано методы стереоскопии, компьютерной томографии с контролируемой апертурой (TACT) и многодетекторную компьютерную томографию (MDCT), но использование подобных передовых технологий в стоматологической практике было крайне ограничено, учитывая стоимость подобных аппаратов, физические сложности их использования, размеры и потенциальную дозу облучения. Разработка недорогих рентгеновских трубок, высококачественных систем детекторов и мощных персональных компьютеров способствовали развитию коммерчески доступных и простых в использовании систем компьютерной трехмерной визуализации в стоматологической практике. Впервые КЛКТ аппараты, разработанные для практики челюстно-лицевой хирургии, были представлены итальянскими соавторами Attilio Tacconi и Piero Mozzo в 1998 году, и с тех пор КЛКТ-визуализация стала важным диагностическим инструментом в работе врача-стоматолога, особенно в случаях планирования и реализации процедуры дентальной имплантации. С момента первичного введения в стоматологию возможности использования КЛКТ распространились на такие отрасли как стоматологическая травматология, эндодонтия, изучение состояния височно-нижнечелюстного сустава, пародонтология, ортодонтия и судебная стоматология. Однако широкое распространение КЛКТ-сканеров привело к развитию ряду проблем в отношении: (i) показаний, обоснования и оптимизации воздействия излучения при КЛКТ-диагностике; (ii) облучения для безопасного и эффективного использования КЛКТ в клинических условиях; и (iii) обеспечения и проверки качества КЛКТ-сканеров.
Ввиду этого важно, чтобы клиницисты имели полное представление о технических принципах КЛКТ-визуализации, дабы в условиях огромного выбора на рынке, они могли подобрать наиболее подходящий для них аппарат и использовать его с полным набором преимуществ предоставляемых технологий, минимизируя одновременно при этом риск развития осложнений, связанных с рентгенологическим излучением.
Цель
В данной статье мы предоставим обзор технических характеристик конусно-лучевых компьютерных систем, которые будут интересны клиницисту при выборе аппарата в свою клинику. В частности, мы рассмотрим основные элементы оборудования КЛКТ, типы и характеристики различных аппаратов, основные аспекты получения изображения, преимущества и даже некоторые недостатки внедрения КПКТ в свою стоматологическую практику, а также основные рекомендации использования вышеупомянутых систем визуализации.
Из чего состоит аппаратная часть КЛКТ-аппарата?
КЛКТ-оборудование состоит из трех основных элементов:
- Источник рентгеновского излучения (генератор рентгеновских лучей)
- Детектор изображения (датчик)
- Подвижная платформа (C-образная или вращающаяся), которая соединяет источник рентгеновского излучения и детектор (фото 1).
Фото 1. Основные элементы КЛКТ-аппарата: источник излучения, детектор или сенсор, и крутящаяся платформа, которая их объединяет.
Источник рентгеновского излучения
Рентгеновский луч генерируется в трубке, содержащей электрическую цепь с двумя противоположно заряженными электродами (катодом и анодом), которые разделены вакуумом (фото 2).
Фото 2. Основные составляющие источника излучения в структуре КЛКТ-аппарата.
Катод состоит из нити, которая нагревается при приложении электрического тока, вследствие такого нагревания возникает термоэлектрическое излучение, которое характеризуется формированием потока электронов. Из-за высокого напряжения между катодом и анодом эти высвобожденные электроны будут ускоряться в направлении к аноду, сталкиваясь с ним на высоких скоростях в месте, называемом фокальным пятном. В идеале это фокальное пятно имеет размер точки, но обычно их размер в КЛКТ-аппарате составляет 0,5 мм в ширину; размер фокального пятна является одним из определяющих факторов резкости изображения. Энергия, генерируемая в результате этого столкновения электронов с анодом, в большей степени теряется в форме тепла, но небольшая часть преобразуется в рентгеновские лучи из-за эффекта, известного в физике как тормозное излучение. Рентгеновские лучи при этом испускаются во всех направлениях, но поглощение их внутри анода и корпуса трубки приводит к формирования рентгеновского пучка, выходящего из трубки, перпендикулярно к электронному лучу. Поверхность анода слегка наклонена, чтобы максимизировать (собрать воедино) исходящий луч рентгеновского излучения через выходное окно трубки. Коллиматор из свинцового сплава используется для блокирования рентгеновских лучей, которые не проходят через необходимый объем сканирования или область интереса (ROI - region of interest), таким образом, уменьшая общий эффект излучения на пациента. Большинство КЛКТ-систем характеризуются наличием нескольких предварительно установленных полей обзора (FOV), поэтому коллиматор может иметь несколько предварительно сформированных отверстий, размер которых зависит от параметров FOV. Таким образом, коллимация луча рентгеновского излучения путем регулировки параметров FOV ограничивает излучение только относительно области ROI. Кроме того, коллимация определяет ширину и высоту первичного рентгеновского луча и, следовательно, размер восстановленного в будущем в форме изображения FOV.
Конусообразный рентгеновский луч характеризуется двумя основными характеристиками: качеством и количеством. Качество рентгеновского луча определяется суммарной энергией фотонов в рентгеновском луче. Факторы, которые влияют на качество рентгеновского луча, включают пиковое напряжение (kVp), фильтрацию и тип используемого сигнала. С другой стороны, количество рентгеновского луча определяется числом фотонов в рентгеновском луче. Когда число фотонов увеличивается, интенсивность пучка увеличивается, что в результате влияет на параметр качества рентгеновского луча. На параметр количества рентгеновского луча влияет изменение анодного тока трубки (mAs), kVp, фильтрация и изменения расстояния от трубки. Эффект ужесточения (упрочнения) рентгеновского луча представляет собой процесс, при котором качество (энергия) рентгеновского луча увеличивается за счет удаления фотонов с более низкой энергией посредством соответствующей фильтрации. Параметр экспозиции может корректироваться либо автоматически, либо посредством ручной настройки kVp или mAs.
Детектор изображения
Рентгеновские детекторы преобразуют входящие рентгеновские фотоны в электрический сигнал и, следовательно, являются важнейшим компонентом цепочки формирования цифрового изображения (фото 3).
Фото 3. Преобразование рентгенологических фотонов в электрические сигналы на детекторе.
В современных КЛКТ-устройствах используются два типа детекторов изображений (также называемых «датчиками»). Сканер включает в свой состав элемент с зарядовой связью либо с детектором усиления волоконно-оптического изображения (IID), или же с аморфным кремниевым плоским детектором (FPD). Во время первоначального распространения КЛКТ аппараты характеризовались наличием больших громоздких детекторов-усилителей изображения. В настоящее время большинство КЛКТ-сканеров почти полностью перешли на более мелкие линейные детекторы. Помимо меньшего размера таковые характеризуются минимальным искажением размеров изображения на периферии дисплея, более высокой эффективностью, широким динамическим диапазоном и возможностью их модификации при производстве аппаратов с большим или маленьким FOV, не компрометируя при этом качества сгенерированного впоследствии набора данных.
Гентри-платформа
Большинство стоматологических КЛКТ-аппаратов характеризуются наличием фиксированной C-образной вращающейся платформы или платформы с источником рентгеновского излучения и детектором изображения, установленными на противоположных сторонах (фото 4). При сканировании C-платформа выполняет частичное (180°) или полное вращение (360 °) вокруг головы пациента, при этом в структуре этого вращения синхронно перемещаются источник рентгеновского излучения и датчик (фото 4) Некоторые устройства КЛКТ позволяют выбрать опцию частичного вращения (180°) с уменьшением дозы облучения пациента. Голова пациента стабилизируется с помощью подголовника при одновременном захвате нескольких двумерных изображений на различных интервалах. Данные изображения также известны как базовые изображения FOV. Серия данных базовых изображений именуется проекционными данными или объемом данных. Механизм ограничения движений головы (фото 5) используется для сведения к минимуму риска формирования артефактов во время трехмерного сканирования.
Фото 4. Детектор и источник излучения ротируют вокруг области исследования на 180 или 360 градусов.
Фото 5. Приспособления, ограничивающие движение головы пациента при сканировании.
Типы КЛКТ-аппаратов
Существует несколько различных КЛКТ-аппаратов, которые успешно могут использоваться в стоматологической практике, но различаются по своему дизайну, размеру, конфигурациям детектора и протоколу работы.
КЛКТ-аппараты можно классифицировать в соответствии с:
- ориентацией пациента во время захвата изображения (сидя, стоя или на спине) (фото 6);
- объемом сканирования, также называемым FOV (фото 7)
Аппараты КЛКТ: ориентация пациента при получении изображения
Существует три разных типа КЛКТ-платформ, которые позволяют сканировать пациентов в трех разных положениях (фото 6):
- положение сидя (3D Accuitomo, J. Morita, Киото, Япония; Promax 3D, Planmeca, Qy, Хельсинки, Финляндия; Kavo 3D Kavo dental GmbH, Бисмаркинг, Германия; Galileos, Dentsply Sirona, Bensheim, Германия);
- положение стоя (Carestream CS9300, Kodak Dental Systems, Carestream Health, Rochester NY, США, WhiteFox, Acteon Group, Mérignac, Франция);
- положение пациента на спине (NewTom 3G, Quantitative Radiology, Верона, Италия).
Фото 6. Разные типы КЛКТ-аппаратов относительно положения пациента: для положения пациента сидя, стоя, лежа.
У каждого есть свои преимущества и недостатки. Сканеры, обеспечивающие сканирование пациента стоя, обычно более приспособлены для инвалидных колясок (фото 8) и занимают не больше места, чем обычные аппараты для выполнения ортопантомографии. Однако некоторые из них могут не иметь регулировки по высоте позиционирования. Аппараты с позиционированием пациента сидя для таких случаев являются более удобными. Тем не менее, фиксированное положение сидя, предусмотренное дизайном аппарата, может ограничивать возможности сканирования пациентов с ограниченными физическими возможностями или инвалидов. Кроме того, сканеры со встроенным стулом или столом занимают больше места. КЛКТ-сканеры, предусматривающее положение пациента лёжа, занимают наибольшую площадь и объем, а также являются не полностью адаптированным для всех пациентов с физическими недостатками.
Фото 8. Вид КЛКТ-аппарата, который адаптируется для положения пациента стоя и сидя (в инвалидном кресле).
Аппараты КЛКТ: объем сканирования или FOV
КЛКТ-аппараты также могут быть классифицированы в соответствии с доступным FOV или выбранной высотой объема сканирования следующим образом (фото 7):
- Для локализованной области: приблизительно 5 см или менее (например, область дентоальвеолярного комплекса или область височно-нижнечелюстного сустава)
- Для одной челюсти: от 5 см до 10 см (например, верхняя челюсть или нижняя челюсть
- Для обеих челюстей: от 7 см до 10 см (например, нижняя челюсть и верхняя до области пазух)
- Для челюстно-лицевой области: от 10 см до 15 см (например, нижняя челюсть и до верхненосовой точки)
- Для черепно-лицевой области: более 15 см (например, от нижней границы нижней челюсти до верхушки головы)
Фото 7. Категоризация КЛКТ-аппаратов относительно объема или поля исследования.
FOV является важным параметром, определяющим протокол визуализации КЛКТ. Он представляет коллимацию размера луча до заданной области. Настройка FOV определяет размер анатомической области сканирования, разрешение изображения и дозу облучения пациента. В общем, клиницисты должны выбирать самое маленькое FOV, которое обеспечивает адекватный анатомический охват и адекватное разрешение изображения. Для большинства аппаратов меньшее FOV приобретается за счет использования меньшего размера вокселя и, следовательно, более высокого пространственного разрешения. Кроме того, уменьшение параметра рассеянного излучения при меньшем FOV также способствует улучшению качества изображения. Как правило, доза облучения уменьшается с меньшим размером FOV. Граничные пределы FOV зависят от размера и формы детектора, геометрии проекции луча и способности коллимации. Желательно ограничить FOV наименьшим объемом, который может вместить в себе необходимую область интереса.
Рабочий процесс получения изображения при КЛКТ-сканировании
Рабочий процесс формирования КЛКТ-изображений состоит из четырех этапов:
- получения,
- обнаружения,
- реконструкции и
- отображение изображения (фото 9).
Фото 9. Этапы получения изображения.
Получение скана
В зависимости от типа используемой системы формирования изображения субъект исследования может располагаться в положении стоя, сидя или на спине, с положением головы или области интереса в центре КЛКТ-системы. Когда пациент позиционируется, его голова стабилизируется ограничивающими опорами и подставкой для подбородка, чтобы минимизировать движения во время процесса сканирования. Частота кадров, скорость вращения, FOV и полнота траектории движения задаются вручную или автоматически для получения желаемого изображения. Источник рентгеновского излучения формирует конусообразный пучок ионизирующего излучения, который проходит через центр области интереса к рентгеновскому детектору с другой стороны. Однократное частичное (180 °) или полное вращение (360°) источника рентгеновского излучения проходит синхронно вместе с детектором вокруг фиксированной точки в объеме интересующей области. Эта точка является своеобразным центром конечного приобретенного объема. Во время поворота сканера каждое проекционное изображение воссоздается путем последовательного захвата ослабленных рентгеновских лучей площадью детектора. При вращении источник рентгеновского излучения продуцирует энергию в непрерывном или импульсном режиме, формируя, таким образом, двухмерные проекционные базовые рентгенограммы. При одном вращении детектор может сгенерировать от 150 до 600 двумерных изображений с высоким разрешением. Этот набор базовых изображений именуется проекционными данными. Типичное время вращения сканера составляет от 10 до 40 с, хотя существуют более быстрые и более медленные протоколы сканирования.
Технически самым простым способом облучения пациента с целью диагностики является использование непрерывного рентгеновского луча при повороте сканера. При этом детектор производит захват ослабленных рентгеновских лучей – по этой информации в дальнейшем и формируется набор изображений. Однако, при таком подходе, воздействующее на пациента излучение является слишком большим, а качество полученных изображений при этом никак не улучшается. В большинстве современных сканеров рентгеновский луч активируется в импульсном режиме, при этом каждый испускаемый импульс излучения регистрируется на детекторе. Промежутка времени между импульсами достаточно для того, чтобы передать информацию из детектора в базу данных, а также для ротации детектора в следующую позицию или же угол экспозиции. Таким образом, время действительного рентгеновского излечения, по сути, меньше всего времени сканирования. При непрерывном же рентгеновском излучении время экспозиции эквивалентно времени сканирования. Таким образом, с точки зрения дозиметрии сканеры с импульсным режимом облучения являются более предпочтительными для диагностических целей. В зависимости от параметров mAs протокол ротации на 180° может спровоцировать развитие несколько более выраженного увеличения шума изображения, чем протокол ротации на 360°. Частичная ротация (180°) и уменьшение объема выборки изображений позволяет уменьшить общее время сканирования, но при этом негативно влияет и на качество изображения по причине шума, ассоциированного с уменьшением параметров mAs. Протокол ротации сканера на 360° предоставляет более обширный исходный объем информации для реконструкции изображений, позволяет добиться больших пространственного и контрастного разрешений, увеличивает показатель соотношения сигнал/шум, формируя более «гладкие» графические результаты исследования, а также редуцирует выраженность металлических артефактов. Логично, что такой протокол предусматривает также и более длительный период сканирования, что, в свою очередь, увеличивает рентгенологическую нагрузку на пациента, также при 360° ротации может понадобиться большее количество времени, необходимое для реконструкции полученных изображений. В соответствие с принципом «настолько меньше, насколько рационально» (ALARA - as low as reasonably achievable), количество базовых изображений должно быть сведено к минимуму, при этом без компрометации их диагностического качества.
Обнаружение изображения
При вращении сканера пирамидальной или же конусообразной формы поток ионизирующего излучения направляется в центр области интереса ROI, после чего ослабленные, но уже прошедшие через исследуемой участок рентгеновские лучи проецируются на детектор с противоположной стороны платформы (фото 4). Источник рентгеновского излучения выпускает рентгеновские фотоны, в то время как сцинтиллятор в детекторе поглощает их и преобразует в свет. Фотодиодная матрица, находящаяся в панели из аморфного кремния, поглощает свет и конвертирует его в электрический заряд. Каждый фотодиод матрицы представляет собой пиксель или же двухмерный элемент на изображении (фото 10). Электрический заряд в области каждого светодиода (пикселя) считывается низкошумовым электрическим анализатором, который и формирует набор цифровых данных. В конце набор этих данных передается и накапливается на компьютере. Размер пикселя детектора является определяющей детерминантной размера вокселя (трехмерного элемента изображения) (фото 10). Детекторы с небольшим размером пикселя захватывают лишь несколько рентгеновских фотонов на воксель, при этом увеличивается уровень шума изображения. Размер пикселя в КЛКТ-сканерах варьирует от 0,12 до 0,4 мм. Меньший размер пикселя предусматривает более длительный процесс сканирования (от 20 до 40 секунд) и большую дозу рентгенологической нагрузки. Кроме того, при маленьком размере пикселя изображение становиться очень чувствительным к артефактам движения пациента во время диагностики. Таким образом, хотя пиксели меньшего размера потенциально и позволяют изучить более мелкие объекты, но риск развития различных графических дисторсий и артефактов практически нивелирует такое преимущество.
Фото 10. Пиксель и воксель – базовые элементы плоскостного и объемного изображений.
Реконструкция изображения
При одиночной ротации детектор может сгенерировать от 150 до 600 двухмерных изображений высокого разрешения. Полученные базовые изображения, которые состоят более чем из миллиона пикселей с 12-16 бит данных в каждом, передаются на компьютер (рабочую станцию) для реконструкции с использованием программного обеспечения. Последнее включает сложные алгоритмы (алгоритм FDK) и функцию обратного фильтрового проектирования для построения трехмерного изображения, также известного как набор объемных данных. Наиболее распространенная форма трехмерного обратного фильтрового проектирования, которая внедрена в большинство аппаратов КЛКТ, предусматривает активацию известного алгоритма Feldkamp-Davis-Kress (FDK). Время реконструкции при этом составляет обычно менее 3 минут для сканирования при стандартных параметрах разрешения. Время реконструкции обычно зависит от качества программного обеспечения и мощности компьютерной техники. Как только базовые изображения будут реконструированы, их можно объединить в одно цифровое трехмерное изображение или набор объемных данных для дальнейшей визуализации клиницистом.
Воксель является наименьшим объемным элементом трехмерного пространства и определяет пространственное разрешение изображения (фото 10). Воксели кубические по своей природе и равны во всех измерениях (изотропны). При этом качество цифрового изображения зависит от размера пикселя. Чем меньше пиксель – тем выше разрешение изображения, и наоборот, чем пиксель больше – тем ниже качество изображения. Больший объем данных для реконструкции предоставляет больше возможностей для получения качественного изображения с высокими параметрами пространственного и контрастного разрешения. При этом также удается повысить показатель соотношения сигнал/шум и сделать изображения более «гладкими», минимизируя влияние металлических артефактов.
Однако для получения большого объема исходных данных требуется и больше времени сканирования, и, как следствие – больше времени для реконструкции. Но как мы уже упоминали раньше, согласно принципу ALARA, количество базовых изображений надлежащего диагностического качества должно быть сведено к минимуму.
Отображение и управление изображением
Технология КЛКТ позволяет в конце процесса обработки получить полную цифровую модель исследуемой области. Программное обеспечение позволяет врачу получить данную модель в наиболее подходящем формате, включая двухмерный, трехмерный или панорамный вид, проецируя фокус в наиболее интересующие участки. По умолчанию набор трехмерных данных из всех вокселей предоставляется врачу в форме вторично реконструированных двухмерных кросс-секционных изображений в трех взаимноперпендикулярных плоскостях (аксиальной, сагиттальной и корональной) для дальнейших манипуляции и визуализации (фото 11). Аксиальные изображения представляют собой срезы снизу-вверх, сагиттальные – слева направо, а корональные – спереди назад. При этом изображения взаимосвязаны и определение необходимого участка на одном из них сразу визуализирует необходимую область интереса и на двух других. Данные полученные в ходе КЛКТ исследования следует рассматривать как набор, из которого можно получить необходимые срезы. Технически для систематического подхода к анализу КЛКТ-срезов перед началом их интерпретации необходимо обеспечить реализацию четырех последовательных этапов:
- переориентация;
- оптимизация;
- просмотр; и
- форматирование данных.
Фото 11. Этапы реконструкции изображения и проецирования его в разных плоскостях.
Переориентация данных
Одним из преимуществ КЛКТ является то, что результирующий набор данных может быть легко переориентирован во всех трех плоскостях с использованием программного обеспечения. Первоначальная корректировка изображений включает в себя переориентацию, после которой анатомические ориентиры пациента должны позиционироваться симметрично в соответствии с тремя ортогональными эталонными плоскостями (фото 12). Эта стадия особенно важна для выравнивания последующих кросс-секционных изображений, перпендикулярных к области интереса. Данный принцип успешно помогает визуализировать отдельную патологию зуба или же измерять максимальные параметры высоты и ширины резидуального альвеолярного гребня в области адентии на этапе планирования процедуры дентальной имплантации. Современные возможности манипуляции с изображениями также помогают проводить измерения отдельных анатомических структур прямо не экране монитора, при этом исключая негативное влияние искажений и масштабирования на объективность полученных данных.
Фото 12. Реориентация объемных данных с целью отображения в трех взаимоперпендикулярных плоскостях: аксиальной или горизонтальной (сверху вниз), сагиттальной (справа налево) и корональной или фронтальной (спереди назад), также результат рендеринга изображения.
Оптимизация данных
Параметры плотности и контраста могут в значительной мере варьировать между разными КЛКТ-аппаратами, завися от исходных настроек сканирования. Для оптимизации изображения часто требуется отрегулировать показатели контраста и яркости, после чего плотные структуры зубочелюстного аппарата стают более визуализированными. И хотя программное обеспечение сразу же при открытии скана автоматически проводит регулировку контраста и яркости, но дальнейшая обработка только способствует улучшению качества анализируемого изображения. После этого врач также может провести настройку параметров резкости, поработать с имеющимися фильтрами изображения и алгоритмами обработки краев. Использование этих функций, однако должно быть аргументированным, поскольку все вышеперечисленные эффекты провоцируют повышение уровня шума. После начальной графической обработки с уверенностью можно приступить к применению вторичных алгоритмов (аннотации, увеличению, измерениям), которые также позволяют повысить диагностические качества полученных срезов.
Просмотр данных
Поскольку на взаимноперпендикулярных изображениях присутствует огромное количество анатомических компонентов, довольно сложно визуализировать все необходимые снимки в одном унифицированном формате. Поэтому врач имеет возможность динамического просмотра-прокрутки срезов с возможностью увеличения конкретных областей интереса. Таким образом, формируется «стек» наиболее востребованных с диагностической точки зрения изображений. Данный «стек» может быть переведен в формат просмотра поочередно или грубо говоря «по страницам», с анализом одного среза за другим с виртуальным углублением в толщу тканей. Программное КЛКТ-обеспечение позволяет «прокручивать» серию изображений.
Для постоянного определения локализации исследуемой области на экране монитора «центральная точка» данной области находиться на пересечении двух линий. Относительно этого центра изображение можно прокручивать, увеличивать и разворачивать под любым углом и в любой позиции. Рекомендовано проводить прокрутку сканов в кранио-каудальном направлении (с верхушки головы книзу), а потом и в обратном направлении, обращая внимание на наиболее значимые и проблемные участки зубочелюстного аппарата (нижнечелюстной нерв, верхнечелюстной синус). Подобный анализ путем последовательной прокрутки сканов следует проводить как минимум в двух плоскостях – корональной и аксиальной. Анализ ортогональных проекций рекомендовано проводить в случаях мониторинга за прогрессированием патологии и для регистрации первично присущей асимметрии в определенной области лицевого скелета.
Форматирование данных
Программное обеспечение для КЛКТ предоставляет возможности для трех основных неортогональных вариантов форматирования набора объемных данных: (i) мультипланарное реформатирование (линейные косые, изогнутые наклонные); (ii) форматирование изображения по принципу суммарного луча (фото 13); и (iii) рендеринг объемных данных (непрямой или прямой) (фото 13) или же последовательное трансосевое реформатирование (фото 14). Какой из этих вариантов наиболее подходящий с целью диагностики определяется в ходе визуализации специфических анатомических структур функциональных характеристик самого объемного набора данных. В целом, для отображения деталей необходимо использовать более тонкие срезы, в то время как для визуализации соотношений – можно применять и более толстые.
Фото 13. Изображение, полученное в ходе реформатирования по принципу суммации лучей, и изображение, полученное в ходе объемного рендеринга.
Фото 14. Пример серии трансаксиальных изображений.
Большинство объемных наборов данных могут быть секцированы неортогонально, обеспечивая получение множественных или последовательных неаксиальных 2D-изображений, которые вместе называются мультипланарным реформатом.
С помощью персонального компьютера можно проводить динамическую оценку области интереса на всех возможных проекциях изображения, выделяя при этом наиболее значимые для конкретного клинического случая (фото 2).
Мультипланарное реформатирование (MPR)
Из-за изотропной природы изображения набор объемных данных можно секцировать неортогонально, таким образом получая неаксиальные двухмерные плоскостные изображения, которые и называются мультипланарным реформатом. В окне мультипланарного реформата присутствуют осевые, корональные и сагиттальные взаимоперпендикулярные плоскостные изображения, которые связаны между собой пересекающимися линиями, которые позволяют проводить их взаимоориентацию и навигацию. Режимы MPR могут быть визуализированы в трех основных форматах, а именно: в форме линейных косых, изогнутых плоских и последовательные трансосевых реформатов.
- Метод линейных косых при плоскостном реформатировании позволяет получить неаксиальные 2D-изображения путем секцирования набора или «стека» осевых изображений. При этом переделённые анатомические структуры визуализируются недостаточное хорошо и представлены также, как и в ортогональных плоскостях. Косые изображения чаще всего используются для оценки каких-то конкретных анатомических участков, по типу отростка нижней челюсти, области височно-нижнечелюстного сустава и ретинированных третьих моляров.
- Метод изогнутых кривых при плоскостном реформатировании формирует неаксиальные 2D-изображения путем выравнивания длинной оси плоскости изображения с конкретными анатомическими структурами. Этот режим полезен при отображении всей зубной дуги, обеспечивая получение панорамных тонких срезов (фото 12 и 13). Полученные изображения при этом не поддаются искажению, поэтому подходят для проведения измерений и определения нужных углов с минимальной ошибкой. Панорамные реконструкции MPR являются полезными при оценке всей челюсти. Такие реконструкции должны быть достаточно толстыми, чтобы включать в себя изображение всей нижней челюсти, таким образом, врачу редко удается «пропустить» имеющуюся у пациента патологию.
- Последовательная трансосевая техника при плоскостном реформатировании формирует серию последовательных поперечных сечений, перпендикулярных к косой или кривой плоскостного реформата. Изображения обычно представляют собой тонкие срезы (например, толщиной в 1 мм) с известным интервалом между ними (например, 1 мм друг от друга). Результирующие изображения полезны при оценке специфических морфологических компонентов челюстей, таких как высота и ширина альвеолярного гребня, положение нижнего альвеолярного канала по отношению к молярам нижней челюсти, поверхность и форма сустава при оценке патологических состояний ВНЧС, непосредственно влияющих на состояние костной структуры челюсти. Кросс-секционные изображения оптимально подходят для исследования зубов и альвеолярной части костной ткани (фото 14).
Форматирование изображения по принципу суммарного луча используется для получения изображений с увеличенной толщиной среза. Толщина среза ортогональных или MPR-изображений может быть увеличена за счет количества соседних вокселей, которые одновременно отображаются на дисплее. Так формируется своеобразная проекция изображения по определенному объему, которую и называют изображением, полученным в результате суммации лучей (фото 13). Толщина такого объема данных варьирует и зависит от исследуемой области. С помощью такого подхода возможно получить панорамные изображения челюстей или боковые цефалограммы за счет утолщения кривой плоскостного реформата до 25-30 мм (фото 13). В отличие от обычных рентгенограмм изображения, полученные в результате форматирования по принципу суммарного луча характеризуются отсутствием негативных эффектов увеличения и дисторсии параллакса. Однако, на изображениях, полученных таким образом, возникает «анатомический шум» - наложение нескольких смежных анатомических структур, которые усложняют процесс интерпретации полученных результатов. Такой же эффект присущ и при обычной проекционной рентгенографии.
Методы объемного рендеринга, или так называемая 3D-визуализация (фото 12, 13), позволяют визуализировать полученные трехмерные данные посредством выборочного отображения вокселей. Такой результат может быть достигнут за счет прямого объемного рендеринга (DVR), обеспечивающего объемную поверхностную реконструкцию с учетом параметра глубины, или косвенного объемного рендеринга (IVR), чаще всего с учетом проекции с максимальной интенсивностью изображения (MIP). MIP используется для демонстрации структур с высокой интенсивностью путем формирования «псевдо» 3D-реконструкции.
Для простоты использования в некоторых программах-просмотрщиках уже заранее установлены определенные пороговые значения для отображения различных анатомических структур. При этом следует помнить, что выбор различных пороговых значений отображений провоцирует визуализацию разных результатов 3D-рендеринга. Таким образом, последний может использовать только с целью визуализации, но не для диагностики или целенаправленного анализа.
Экспорт данных
В ходе КЛКТ-сканирования формируется два набора данных: (i) данные объемного изображения, полученные непосредственно в процессе сканирования и (ii) отчет об изображении, который создается оператором. Все эти изображения сохраняются в формате DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine). Полученные КЛКТ-данные после экспорта в стандартный формат DICOM в дальнейшем могут быть импортированы в специализированное программное обеспечение для диагностики и планирования лечения третьими лицами. Таким образом, КЛКТ способствует развитию мультидисциплинарного подхода в процессе комплексного лечения стоматологических пациентов.
Преимущества внедрения КЛКТ в стоматологическую практику
Бесценный диагностический и коммуникационный инструмент
КЛКТ обеспечивает превосходные возможности для более точной диагностики и лечения пациентов. При этом сами пациенты получают шанс принять участие в лечении, поскольку КЛКТ позволяет визуализировать патологию так, что имеющиеся стоматологические проблемы становятся понятными даже для неспециалистов. Кроме того, таким образом удается повысить мотивацию пациентов в достижении максимально успешного результата реабилитации (фото 15).
Фото 15. КЛКТ используется и для формирования более тесного контакта с пациентом.
Большая объективность полученных изображений по сравнению в двухмерными рентгенограммами
Потенциальные преимущества использования КЛКТ в стоматологии для оценки и диагностики патологий, а также для дооперационного планирования ятрогенных вмешательств неоспоримы. Опыт использования КЛКТ уже показал, что анализ изображения в трех плоскостях является куда более информативным, чем анализ обычных плоскостных рентгенограмм. При помощи КЛКТ-данных врачу удается установить точную локализацию патологии, качество и количество костной ткани, а также взаиморасположения разных критически важных анатомических структур.
Отсутствие дисторсии изображения и высокая точность метода
Полученные объемные КЛКТ-данные являются изотропными, что означает, что размер вокселя в структуре изображения одинаков во всех трех плоскостях. Это позволяет проводить переориентацию изображений в соответствии с особенностями анатомического строения зубочелюстного аппарата пациента и измерения абсолютных размеров различных структур в реальном времени, исключая влияние каких-либо графических искажений.
Высокое разрешение и качество изображения
Размеры вокселей могут варьировать в диапазоне от 0,4 до 0,125 мм, что способствует достижению превосходного разрешения и качества изображений. Разрешение, полученное на КЛКТ-срезах, часто превышает по качеству результаты, полученные самим точным аппаратом для многослойной компьютерной томографии.
Ограниченная рентгеновская нагрузка и уменьшение дозы облучения
Уменьшение размера облученной области путем коллимации первичного рентгеновского луча в области интереса (FOV) минимизирует дозу облучения. Большинство КЛКТ-аппаратов можно настроить для сканирования небольших областей, представляющих интерес для конкретных диагностических задач. Другие же аппараты предоставляют возможности для сканирования всей челюстно-лицевой области. Чем меньше параметры FOV, тем больше разрешение и меньшая экспозиция дозы облучения пациента.
Компактный размер и конструкция менее дорогостоящая и простая в использовании по сравнению с обычными КТ-аппаратами
По сравнению с обычным КТ-оборудованием компактный размер и стоимость КЛКТ-аналогов делает их идеальными и подходящими для использования в стоматологических клиниках. Другим преимуществом является то, что программное обеспечение, которое используется для планирования процедуры имплантации на полученных КЛКТ-срезах, гораздо проще в использовании, чем-то, которое обычно идет в комплекте с КТ-оборудованием.
Легкая переориентация
Поскольку набор объемных КЛКТ-данных является изотропным, он полностью может быть переориентирован во всех трех плоскостях (осевой, корональный, сагиттальной) при использовании программного обеспечения на обычном ПК. Выравнивание опорных плоскостей, перпендикулярных к анатомической области интереса, облегчает процесс визуализации патологии, критически важных анатомических структур и позволяет точно измерять параметры резидуального костного гребня в области адентии.
Возможность переформатирования и отображения
Реконструкция КЛКТ-данных проводится на персональном компьютере. Это позволяет клиницисту непосредственно работать с полученным изображением почти сразу после сканирования, проводить анализ необходимых анатомических участков в реальном времени, и получать изображения разной ориентации и в разных проекциях путем переформатирования исходного набора данных. Так, после КЛКТ-сканирования легко можно получить панорамные и цефалометрические снимки, а также билатеральные мультиплоскостные проекции области височно-нижнечелюстного сустава. Каждое из полученных в процессе реформатирования изображения можно обработать с дополнением его аннотацией, планом лечения или определенными рекомендациями для всей лечащей команды.
Быстрое время сканирования
Поскольку КЛКТ получает все базовые изображения за один оборот, время сканирования занимает довольно короткий промежуток времени от 10 до 70 секунд. При этом более быстрое время сканирования ассоциировано с получением меньшего количества базовых изображений и снижением риска артефактов, ассоциированных с движениями исследуемого субъекта.
Более низкая доза облучения по сравнению с КТ
Конечно, риски, связанные с облучением в ходе проведения КЛКТ-диагностики реальны, однако таковые точно являются более низкими, чем при применении КТ-аппаратов с той же диагностической целью. Эффективная доза радиации при проведении обычной КТ-процедуры диагностики составляет около 36,9-50,3 микрозиверт [μSv]), в то время как КЛКТ-диагностика позволяет снизить данный показатель почти на 98% до 1,320-3,324 мкЗв при исследовании нижней челюсти и до 1,031-1,420 мкЗв при исследовании верхней челюсти.
Улучшение результатов лечения и снижение риска осложнений
Возможности планирования вмешательств при использовании КЛКТ способствуют улучшению прогнозированных клинических результатов лечения и уменьшению потенциальных рисков развития осложнений. Исходя из этого, можно предположить, что таким же образом повышается общая удовлетворенность пациентов достигнутым результатом, и даже самим процессом лечения.
Медико-юридическое заверение
В данное время КЛКТ все чаще рассматривается как «стандарт» для использования во многих отраслях стоматологии. Правильное использование возможностей КЛКТ позволяет предотвратить и устранить риски развития осложнений и, следовательно, в ходе судебно-медицинских разбирательств может сыграть не последнюю роль для регистрации отсутствия или наличия факта врачебной ошибки.
Выгодная инвестиция
Инвестируя в КЛКТ, врач инвестирует в расширенные возможности диагностики и лечения пациентов, повышая уровень медицинского обслуживания, независимо от отрасли стоматологии.
Ограничения КЛКТ
Необходимость в проведение экспертной оценки и в специализированном контрольном оборудовании
Перед установкой КЛКТ-аппарата может потребоваться мнение специалиста-радиолога, а также обеспечение диагностического оборудования монитором, адекватным освещением и другими приспособлениями, необходимыми для его нормального функционирования.
КЛКТ-аппарат более дорогой
Аппарат для КЛКТ-сканирования является более дорогостоящим, чем аналоги для получения обычных рентгенограмм. Однако, диагностические возможности двухмерных рентгенограмм весьма ограничены по сравнению с теми, которые обеспечивает набор КЛКТ-данных.
Повышенный риск радиационной нагрузки
В настоящее время доступные КЛКТ-аппараты по своим параметрам можно различать относительно критерия рентгенологической нагрузки. При этом величина таковой у одних аппаратов может быть в 10 раз больше, чем у других, при исследовании одной и той же анатомической области. Эффективная доза облучения большинства КЛКТ-аналогов колеблется в диапазоне 50-200 микрозиверт. Такой уровень свидетельствует о том, что эффективная доза является выше, чем при использовании классических методов рентгенологической диагностики в стоматологии, но и сравнительно ниже, чем при использовании многослойной компьютерной томографии. Для сравнения эффективная доза КЛКТ в 2-4 раза больше, нежели при получении цефалограмм; в 3-6 раз больше, чем при получении ортопантомограмм и в 8-14 раз больше, чем при получение прицельных рентгенограмм. При этом эффективная доза облучения при КЛКТ-исследовании зависит от размера пациента, области исследования и параметров разрешения. По сути, непосредственно параметры изображения (кV, mAs и размер FOV), как и параметры его качества (пространственное разрешение, контрастность, шум и артефакты) определяют величину эффективной дозы. При оптимизации экспозиции чаще всего регулируют показатель FOV: чем больше FOV – тем выше доза облучения. Значительное снижение дозы может быть достигнуто за счет сокращения FOV до фактически интересующей области исследования. При этом более крупные FOV увеличивают относительное количество рассеянного излучения, достигающего детектора, что приводит к увеличению шума и артефактов. Поэтому FOV следует всегда регулировать на достижимо минимальные параметры, охватывая только ROI (область интереса).
Требует обучения
Использование КЛКТ-аппарата требует от клинициста приобретения новых компетенций и знаний, поскольку полученная в ходе диагностики информация является крайне чувствительной к интерпретации.
Плохой контраст мягкой ткани
Одним из основных недостатков КЛКТ является ограниченное контрастное разрешение. Данный недостаток почти никак не касается возможностей диагностики твердых тканей, однако при необходимости изучения глубоких слоев мягких тканей врачу необходимо дополнять протокол диагностики направлением на МРТ и адаптированное КТ.
Артефакты изображения
Артефакты представляют собой искажения или ошибки изображения, которые не связаны с предметом изучения. Артефакты изображения могут быть неотъемлемо связаны с самими процессами получения и реконструкции изображения в ходе КЛКТ-сканирования, или же могут быть ассоциированы с самим пациентом (например, металлические артефакты или артефакты движения). Металлические артефакты являются результатом абсорбции рентгеновских лучей объектами высокой плотности. Эти артефакты способствуют ухудшению качества изображения и могут привести к неточной или ложной диагностике. Важно отметить, что оператор КЛКТ мало влияет на металлические артефакты, поскольку увеличение настроек экспозиции (например, мА и количество выступов) не улучшает качество изображения в подобных клинических случаях, и является попросту неоправданным повышением дозы. В зависимости от объема движения в ходе получения изображений могут формироваться небольшие размытия или более серьезные артефакты съемки. Данная проблема является особенно критичной для КЛКТ-аппаратов с длительным периодом съемки. Артефакты движения влияют на весь набор данных, таким образом, провоцируя качество всего изображения, полученного в конечном счете. С другой стороны, данный вид артефактов поддается контролю со стороны оператора посредством применения фиксирующих элементов для головы и реализации более коротких по времени протокола съемки.
Плотность кости и оттенки серого
КЛКТ часто используется для оценки качества и количества костной ткани челюстей в области будущей имплантации. Подход к оценке качества кости базируется на показателях ее плотности, которую регистрируют в единицах Хаунсфилда. Последние впервые были адаптированы для мультислойных КТ-аппаратов. Из-за разбежностей в формировании изображений при КТ и КЛКТ сканированиях, объективно оценить качество костной ткани при помощи шкалы серого по данным КЛКТ довольно сложно. Полученные данные являются относительными и подходят лишь для сравнения, но не для абсолютной количественной оценки. В современной научной литературе все чаще встречается парадигма перехода оценки качества кости от анализа на основе плотности к анализу на основе структурных характеристик.
Соображения и рекомендации по приобретению КЛКТ-оборудования
Количество доступных на рынке КЛКТ-аппаратов за последнее время значительно возросло. На сегодняшний день более, чем 50 моделей КЛКТ-сканеров, включая мультимодальные их типы с возможностью одновременного получения панорамных и цефалометрических снимков, разработаны для того, чтобы оптимизировать работу стоматологической клиники. Кроме сканеров, продолжают развиваться и другие 3D технологии, поэтому врач должен понимать, что именно ему нужно, и главное – для каких целей. Хорошо, конечно, начать с консультации со стоматологами, которые уже имеют КЛКТ-сканеры, и производителями данных устройств. Выбор КЛКТ-аппарата должен базироваться на учете следующих аспектов: потребности и преимущества, возможности аппаратного обеспечения, потенциал программного обеспечения и затраты.
Потребности и преимущества
Критические вопросы, которые должен задать каждый потенциальный покупатель КЛКТ: Зачем мне это нужно, и какую выгоду я могу получить от приобретения КЛКТ-сканера?
КЛКТ позволяет более объективно подходить к процессам диагностики и планирования лечения при выполнении имплантологических, эндодонтических и хирургических вмешательства (в области третьих моляров, сустава, при травме или ортогнатической хирургии). Кроме того, трехмерная визуализация является крайне необходимой при ортодонтической реабилитации для цефалометрического анализа и оценки проходимости верхних дыхательных путей. Большой плюс томографии также состоит в том, что ее диагностические возможности можно интегрировать с устройствами CAD / CAM и или цифровыми принтерами для изготовления хирургических шаблонов, протетических конструкций и ортодонтических аппаратов. Кроме того, потенциальные покупатели также должны понимать, что кроме покупки аппарата, еще нужно знать, как с ним работать, и как правильно интерпретировать результаты. Таким образом, покупатель должен быть уверен в технической поддержке со стороны продавца и производителя. Наличие КЛКТ-аппарата в вашей клинике позволит не только удержать пациентов, но и снизить риск развития потенциальных ятрогенных осложнений в ходе комплексного стоматологического лечения.
Возможности аппаратного оборудования
Какой аппарат мне лучше всего купить и какими функциями он должен обладать?
КЛКТ-аппараты можно классифицировать в соответствии с: (i) дизайном устройства или ориентацией пациента во время получения изображения (то есть сидя, стоя или лежа на спине); или (ii) объемом сканирования, также называемый FOV. Преимущества и недостатки различных ориентаций пациента уже были описаны в других разделах этой статьи. Первое, на что должен обратить внимание врач, это на площадь пространства в клинике, где планируется установить сканер. С целью универсального применения аппараты должны характеризоваться возможностями съемки как маленьких участков челюстей (например, 5 x 5 FOV), так и полного их объема отдельно (например, 5 x 10 FOV) или одновременно (т.е. 10 x 10 FOV). Кроме того, хорошо, чтобы томограф позволял также получать и обычные ортопантомограммы, то есть являлся мультимодальным. При наличии врача-ортодонта в вашей клинике желательно, чтобы сканер также был оснащен возможностью получения двухмерных цефалометрических снимков.
Возможности программного обеспечения
Три важные правила КЛКТ-ассоциированного программного обеспечения заключаются в следующем:
- простота и функциональность использования;
- совместимость с другими программами; и
- совместимость с оптическими сканерами.
Функции программного обеспечения, которые следует учитывать при покупке КЛКТ-сканера, заключаются в следующем:
- возможность автоматического преобразования файлов DICOM;
- возможность импорта файлов STL;
- возможность картирования нервов;
- возможность использования цифровых инструментов для измерения параметров области будущей имплантации;
- возможность интеграции виртуальной библиотекы имплантатов;
- возможность интеграции библиотеки абатментов;
- возможности планирования конструкций протезов;
- возможности проведения цефалометрического анализа;
- возможности анализа пространства дыхательных путей;
- возможности для изготовления хирургических шаблонов;
- возможности для регистрации параметров облучения.
Для интерпретации данных файлов Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), созданных при сканировании КЛКТ, доступны различные программные пакеты, следует из них лишь выбрать наиболее подходящий для ваших потребностей.
Стоимость и доходность инвестиций
Является ли рентабельной инвестиция в покупку КЛКТ-аппарата? Текущая стоимость КЛКТ-сканера варьирует от 4 000 000 до 10 000 000 рублей, хотя доступны аппараты и подороже, и подешевле. Приобретение КЛКТ-аппарата мультимодального типа позволяет более быстро вернуть вложенную в него инвестицию. При покупке дорогого обеспечения нужно предварительно определить, насколько часто вы будете его использовать. Легко умножить количество изображений, ожидаемых в типичный месяц практики, чтобы оценить, стоят ли подобные инвестиции своих затрат. Стоит лишь помнить, что злоупотреблять возможностями КЛКТ-диагностики по финансовым причинам не стоит, поскольку ни к чему хорошему это не приведет. Не стоит также забывать, что цена КЛКТ-диагностики включает не только цену аппарата и программного обеспечения, но и цену обучения, требующегося для проведения адекватной интерпретации результатов.
Выводы
Разработка недорогих рентгеновских трубок, высококачественных систем детекторов и мощных персональных компьютеров способствовали развитию коммерчески доступных и простых в использовании систем компьютерной трехмерной визуализации в стоматологической практике. За последнее десятилетие КЛКТ произвела революцию в области челюстно-лицевой радиологии, предоставив возможности полной 3D-визуализации, тем самым преодолевая основные ограничения традиционных двухмерных внутриоральных, панорамных и цефалометрических рентгенограмм. Несмотря на отсутствие универсальных рекомендаций относительно использования КЛКТ в ходе планирования хирургических вмешательств, данный метод исследования становиться уже неким стандартом рутинного стоматологического осмотра при определяющих потребностях. Как и в случае любой новой технологии, стоматологам также требуется адекватная теоретическая и практическая подготовка для эффективного и безопасного использования КЛКТ в своей практике.
Ведь этическая цель лечения – сохранить и улучшить здоровье пациента, и если таковому способствуют новые технологии, то почему бы их не использовать.
Автор: Johan Hartshorne, B.Sc., B.Ch.D., M.Ch.D., M.P.A., Ph.D., (Stell), FFPH.RCP (UK)
Разработка недорогих рентгеновских трубок, высококачественных систем детекторов и мощных персональных компьютеров способствовали развитию коммерчески доступных и простых в использовании систем компьютерной трехмерной визуализации в стоматологической практике.
Введение
Внутриротовая и внеротовая двухмерная рентгенографии (2D) (периапикальная, боковая цефалометрия и ортопантомограмма), традиционно используемые для предварительного планирования процедуры дентальной имплантации, ограничены в своих диагностических возможностях, учитывая плоскостной характер двухмерной проекции полученных изображений. Кроме того, на качество таких снимков в значительной мере влияют артефакты, непрогнозированное изменение размеров исследуемых объектов, дисторсия изображения и суперимпозиция структур, находящихся рядом. И хотя для развития трехмерных систем визуализации было приложено много усилий (например, разработано методы стереоскопии, компьютерной томографии с контролируемой апертурой (TACT) и многодетекторную компьютерную томографию (MDCT), но использование подобных передовых технологий в стоматологической практике было крайне ограничено, учитывая стоимость подобных аппаратов, физические сложности их использования, размеры и потенциальную дозу облучения. Разработка недорогих рентгеновских трубок, высококачественных систем детекторов и мощных персональных компьютеров способствовали развитию коммерчески доступных и простых в использовании систем компьютерной трехмерной визуализации в стоматологической практике. Впервые КЛКТ аппараты, разработанные для практики челюстно-лицевой хирургии, были представлены итальянскими соавторами Attilio Tacconi и Piero Mozzo в 1998 году, и с тех пор КЛКТ-визуализация стала важным диагностическим инструментом в работе врача-стоматолога, особенно в случаях планирования и реализации процедуры дентальной имплантации. С момента первичного введения в стоматологию возможности использования КЛКТ распространились на такие отрасли как стоматологическая травматология, эндодонтия, изучение состояния височно-нижнечелюстного сустава, пародонтология, ортодонтия и судебная стоматология. Однако широкое распространение КЛКТ-сканеров привело к развитию ряду проблем в отношении: (i) показаний, обоснования и оптимизации воздействия излучения при КЛКТ-диагностике; (ii) облучения для безопасного и эффективного использования КЛКТ в клинических условиях; и (iii) обеспечения и проверки качества КЛКТ-сканеров.
Ввиду этого важно, чтобы клиницисты имели полное представление о технических принципах КЛКТ-визуализации, дабы в условиях огромного выбора на рынке, они могли подобрать наиболее подходящий для них аппарат и использовать его с полным набором преимуществ предоставляемых технологий, минимизируя одновременно при этом риск развития осложнений, связанных с рентгенологическим излучением.
Цель
В данной статье мы предоставим обзор технических характеристик конусно-лучевых компьютерных систем, которые будут интересны клиницисту при выборе аппарата в свою клинику. В частности, мы рассмотрим основные элементы оборудования КЛКТ, типы и характеристики различных аппаратов, основные аспекты получения изображения, преимущества и даже некоторые недостатки внедрения КПКТ в свою стоматологическую практику, а также основные рекомендации использования вышеупомянутых систем визуализации.
Из чего состоит аппаратная часть КЛКТ-аппарата?
КЛКТ-оборудование состоит из трех основных элементов:
- Источник рентгеновского излучения (генератор рентгеновских лучей)
- Детектор изображения (датчик)
- Подвижная платформа (C-образная или вращающаяся), которая соединяет источник рентгеновского излучения и детектор (фото 1).
Фото 1. Основные элементы КЛКТ-аппарата: источник излучения, детектор или сенсор, и крутящаяся платформа, которая их объединяет.
Источник рентгеновского излучения
Рентгеновский луч генерируется в трубке, содержащей электрическую цепь с двумя противоположно заряженными электродами (катодом и анодом), которые разделены вакуумом (фото 2).
Фото 2. Основные составляющие источника излучения в структуре КЛКТ-аппарата.
Катод состоит из нити, которая нагревается при приложении электрического тока, вследствие такого нагревания возникает термоэлектрическое излучение, которое характеризуется формированием потока электронов. Из-за высокого напряжения между катодом и анодом эти высвобожденные электроны будут ускоряться в направлении к аноду, сталкиваясь с ним на высоких скоростях в месте, называемом фокальным пятном. В идеале это фокальное пятно имеет размер точки, но обычно их размер в КЛКТ-аппарате составляет 0,5 мм в ширину; размер фокального пятна является одним из определяющих факторов резкости изображения. Энергия, генерируемая в результате этого столкновения электронов с анодом, в большей степени теряется в форме тепла, но небольшая часть преобразуется в рентгеновские лучи из-за эффекта, известного в физике как тормозное излучение. Рентгеновские лучи при этом испускаются во всех направлениях, но поглощение их внутри анода и корпуса трубки приводит к формирования рентгеновского пучка, выходящего из трубки, перпендикулярно к электронному лучу. Поверхность анода слегка наклонена, чтобы максимизировать (собрать воедино) исходящий луч рентгеновского излучения через выходное окно трубки. Коллиматор из свинцового сплава используется для блокирования рентгеновских лучей, которые не проходят через необходимый объем сканирования или область интереса (ROI - region of interest), таким образом, уменьшая общий эффект излучения на пациента. Большинство КЛКТ-систем характеризуются наличием нескольких предварительно установленных полей обзора (FOV), поэтому коллиматор может иметь несколько предварительно сформированных отверстий, размер которых зависит от параметров FOV. Таким образом, коллимация луча рентгеновского излучения путем регулировки параметров FOV ограничивает излучение только относительно области ROI. Кроме того, коллимация определяет ширину и высоту первичного рентгеновского луча и, следовательно, размер восстановленного в будущем в форме изображения FOV.
Конусообразный рентгеновский луч характеризуется двумя основными характеристиками: качеством и количеством. Качество рентгеновского луча определяется суммарной энергией фотонов в рентгеновском луче. Факторы, которые влияют на качество рентгеновского луча, включают пиковое напряжение (kVp), фильтрацию и тип используемого сигнала. С другой стороны, количество рентгеновского луча определяется числом фотонов в рентгеновском луче. Когда число фотонов увеличивается, интенсивность пучка увеличивается, что в результате влияет на параметр качества рентгеновского луча. На параметр количества рентгеновского луча влияет изменение анодного тока трубки (mAs), kVp, фильтрация и изменения расстояния от трубки. Эффект ужесточения (упрочнения) рентгеновского луча представляет собой процесс, при котором качество (энергия) рентгеновского луча увеличивается за счет удаления фотонов с более низкой энергией посредством соответствующей фильтрации. Параметр экспозиции может корректироваться либо автоматически, либо посредством ручной настройки kVp или mAs.
Детектор изображения
Рентгеновские детекторы преобразуют входящие рентгеновские фотоны в электрический сигнал и, следовательно, являются важнейшим компонентом цепочки формирования цифрового изображения (фото 3).
Фото 3. Преобразование рентгенологических фотонов в электрические сигналы на детекторе.
В современных КЛКТ-устройствах используются два типа детекторов изображений (также называемых «датчиками»). Сканер включает в свой состав элемент с зарядовой связью либо с детектором усиления волоконно-оптического изображения (IID), или же с аморфным кремниевым плоским детектором (FPD). Во время первоначального распространения КЛКТ аппараты характеризовались наличием больших громоздких детекторов-усилителей изображения. В настоящее время большинство КЛКТ-сканеров почти полностью перешли на более мелкие линейные детекторы. Помимо меньшего размера таковые характеризуются минимальным искажением размеров изображения на периферии дисплея, более высокой эффективностью, широким динамическим диапазоном и возможностью их модификации при производстве аппаратов с большим или маленьким FOV, не компрометируя при этом качества сгенерированного впоследствии набора данных.
Гентри-платформа
Большинство стоматологических КЛКТ-аппаратов характеризуются наличием фиксированной C-образной вращающейся платформы или платформы с источником рентгеновского излучения и детектором изображения, установленными на противоположных сторонах (фото 4). При сканировании C-платформа выполняет частичное (180°) или полное вращение (360 °) вокруг головы пациента, при этом в структуре этого вращения синхронно перемещаются источник рентгеновского излучения и датчик (фото 4) Некоторые устройства КЛКТ позволяют выбрать опцию частичного вращения (180°) с уменьшением дозы облучения пациента. Голова пациента стабилизируется с помощью подголовника при одновременном захвате нескольких двумерных изображений на различных интервалах. Данные изображения также известны как базовые изображения FOV. Серия данных базовых изображений именуется проекционными данными или объемом данных. Механизм ограничения движений головы (фото 5) используется для сведения к минимуму риска формирования артефактов во время трехмерного сканирования.
Фото 4. Детектор и источник излучения ротируют вокруг области исследования на 180 или 360 градусов.
Фото 5. Приспособления, ограничивающие движение головы пациента при сканировании.
Типы КЛКТ-аппаратов
Существует несколько различных КЛКТ-аппаратов, которые успешно могут использоваться в стоматологической практике, но различаются по своему дизайну, размеру, конфигурациям детектора и протоколу работы.
КЛКТ-аппараты можно классифицировать в соответствии с:
- ориентацией пациента во время захвата изображения (сидя, стоя или на спине) (фото 6);
- объемом сканирования, также называемым FOV (фото 7)
Аппараты КЛКТ: ориентация пациента при получении изображения
Существует три разных типа КЛКТ-платформ, которые позволяют сканировать пациентов в трех разных положениях (фото 6):
- положение сидя (3D Accuitomo, J. Morita, Киото, Япония; Promax 3D, Planmeca, Qy, Хельсинки, Финляндия; Kavo 3D Kavo dental GmbH, Бисмаркинг, Германия; Galileos, Dentsply Sirona, Bensheim, Германия);
- положение стоя (Carestream CS9300, Kodak Dental Systems, Carestream Health, Rochester NY, США, WhiteFox, Acteon Group, Mérignac, Франция);
- положение пациента на спине (NewTom 3G, Quantitative Radiology, Верона, Италия).
Фото 6. Разные типы КЛКТ-аппаратов относительно положения пациента: для положения пациента сидя, стоя, лежа.
У каждого есть свои преимущества и недостатки. Сканеры, обеспечивающие сканирование пациента стоя, обычно более приспособлены для инвалидных колясок (фото 8) и занимают не больше места, чем обычные аппараты для выполнения ортопантомографии. Однако некоторые из них могут не иметь регулировки по высоте позиционирования. Аппараты с позиционированием пациента сидя для таких случаев являются более удобными. Тем не менее, фиксированное положение сидя, предусмотренное дизайном аппарата, может ограничивать возможности сканирования пациентов с ограниченными физическими возможностями или инвалидов. Кроме того, сканеры со встроенным стулом или столом занимают больше места. КЛКТ-сканеры, предусматривающее положение пациента лёжа, занимают наибольшую площадь и объем, а также являются не полностью адаптированным для всех пациентов с физическими недостатками.
Фото 8. Вид КЛКТ-аппарата, который адаптируется для положения пациента стоя и сидя (в инвалидном кресле).
Аппараты КЛКТ: объем сканирования или FOV
КЛКТ-аппараты также могут быть классифицированы в соответствии с доступным FOV или выбранной высотой объема сканирования следующим образом (фото 7):
- Для локализованной области: приблизительно 5 см или менее (например, область дентоальвеолярного комплекса или область височно-нижнечелюстного сустава)
- Для одной челюсти: от 5 см до 10 см (например, верхняя челюсть или нижняя челюсть
- Для обеих челюстей: от 7 см до 10 см (например, нижняя челюсть и верхняя до области пазух)
- Для челюстно-лицевой области: от 10 см до 15 см (например, нижняя челюсть и до верхненосовой точки)
- Для черепно-лицевой области: более 15 см (например, от нижней границы нижней челюсти до верхушки головы)
Фото 7. Категоризация КЛКТ-аппаратов относительно объема или поля исследования.
FOV является важным параметром, определяющим протокол визуализации КЛКТ. Он представляет коллимацию размера луча до заданной области. Настройка FOV определяет размер анатомической области сканирования, разрешение изображения и дозу облучения пациента. В общем, клиницисты должны выбирать самое маленькое FOV, которое обеспечивает адекватный анатомический охват и адекватное разрешение изображения. Для большинства аппаратов меньшее FOV приобретается за счет использования меньшего размера вокселя и, следовательно, более высокого пространственного разрешения. Кроме того, уменьшение параметра рассеянного излучения при меньшем FOV также способствует улучшению качества изображения. Как правило, доза облучения уменьшается с меньшим размером FOV. Граничные пределы FOV зависят от размера и формы детектора, геометрии проекции луча и способности коллимации. Желательно ограничить FOV наименьшим объемом, который может вместить в себе необходимую область интереса.
Рабочий процесс получения изображения при КЛКТ-сканировании
Рабочий процесс формирования КЛКТ-изображений состоит из четырех этапов:
- получения,
- обнаружения,
- реконструкции и
- отображение изображения (фото 9).
Фото 9. Этапы получения изображения.
Получение скана
В зависимости от типа используемой системы формирования изображения субъект исследования может располагаться в положении стоя, сидя или на спине, с положением головы или области интереса в центре КЛКТ-системы. Когда пациент позиционируется, его голова стабилизируется ограничивающими опорами и подставкой для подбородка, чтобы минимизировать движения во время процесса сканирования. Частота кадров, скорость вращения, FOV и полнота траектории движения задаются вручную или автоматически для получения желаемого изображения. Источник рентгеновского излучения формирует конусообразный пучок ионизирующего излучения, который проходит через центр области интереса к рентгеновскому детектору с другой стороны. Однократное частичное (180 °) или полное вращение (360°) источника рентгеновского излучения проходит синхронно вместе с детектором вокруг фиксированной точки в объеме интересующей области. Эта точка является своеобразным центром конечного приобретенного объема. Во время поворота сканера каждое проекционное изображение воссоздается путем последовательного захвата ослабленных рентгеновских лучей площадью детектора. При вращении источник рентгеновского излучения продуцирует энергию в непрерывном или импульсном режиме, формируя, таким образом, двухмерные проекционные базовые рентгенограммы. При одном вращении детектор может сгенерировать от 150 до 600 двумерных изображений с высоким разрешением. Этот набор базовых изображений именуется проекционными данными. Типичное время вращения сканера составляет от 10 до 40 с, хотя существуют более быстрые и более медленные протоколы сканирования.
Технически самым простым способом облучения пациента с целью диагностики является использование непрерывного рентгеновского луча при повороте сканера. При этом детектор производит захват ослабленных рентгеновских лучей – по этой информации в дальнейшем и формируется набор изображений. Однако, при таком подходе, воздействующее на пациента излучение является слишком большим, а качество полученных изображений при этом никак не улучшается. В большинстве современных сканеров рентгеновский луч активируется в импульсном режиме, при этом каждый испускаемый импульс излучения регистрируется на детекторе. Промежутка времени между импульсами достаточно для того, чтобы передать информацию из детектора в базу данных, а также для ротации детектора в следующую позицию или же угол экспозиции. Таким образом, время действительного рентгеновского излечения, по сути, меньше всего времени сканирования. При непрерывном же рентгеновском излучении время экспозиции эквивалентно времени сканирования. Таким образом, с точки зрения дозиметрии сканеры с импульсным режимом облучения являются более предпочтительными для диагностических целей. В зависимости от параметров mAs протокол ротации на 180° может спровоцировать развитие несколько более выраженного увеличения шума изображения, чем протокол ротации на 360°. Частичная ротация (180°) и уменьшение объема выборки изображений позволяет уменьшить общее время сканирования, но при этом негативно влияет и на качество изображения по причине шума, ассоциированного с уменьшением параметров mAs. Протокол ротации сканера на 360° предоставляет более обширный исходный объем информации для реконструкции изображений, позволяет добиться больших пространственного и контрастного разрешений, увеличивает показатель соотношения сигнал/шум, формируя более «гладкие» графические результаты исследования, а также редуцирует выраженность металлических артефактов. Логично, что такой протокол предусматривает также и более длительный период сканирования, что, в свою очередь, увеличивает рентгенологическую нагрузку на пациента, также при 360° ротации может понадобиться большее количество времени, необходимое для реконструкции полученных изображений. В соответствие с принципом «настолько меньше, насколько рационально» (ALARA - as low as reasonably achievable), количество базовых изображений должно быть сведено к минимуму, при этом без компрометации их диагностического качества.
Обнаружение изображения
При вращении сканера пирамидальной или же конусообразной формы поток ионизирующего излучения направляется в центр области интереса ROI, после чего ослабленные, но уже прошедшие через исследуемой участок рентгеновские лучи проецируются на детектор с противоположной стороны платформы (фото 4). Источник рентгеновского излучения выпускает рентгеновские фотоны, в то время как сцинтиллятор в детекторе поглощает их и преобразует в свет. Фотодиодная матрица, находящаяся в панели из аморфного кремния, поглощает свет и конвертирует его в электрический заряд. Каждый фотодиод матрицы представляет собой пиксель или же двухмерный элемент на изображении (фото 10). Электрический заряд в области каждого светодиода (пикселя) считывается низкошумовым электрическим анализатором, который и формирует набор цифровых данных. В конце набор этих данных передается и накапливается на компьютере. Размер пикселя детектора является определяющей детерминантной размера вокселя (трехмерного элемента изображения) (фото 10). Детекторы с небольшим размером пикселя захватывают лишь несколько рентгеновских фотонов на воксель, при этом увеличивается уровень шума изображения. Размер пикселя в КЛКТ-сканерах варьирует от 0,12 до 0,4 мм. Меньший размер пикселя предусматривает более длительный процесс сканирования (от 20 до 40 секунд) и большую дозу рентгенологической нагрузки. Кроме того, при маленьком размере пикселя изображение становиться очень чувствительным к артефактам движения пациента во время диагностики. Таким образом, хотя пиксели меньшего размера потенциально и позволяют изучить более мелкие объекты, но риск развития различных графических дисторсий и артефактов практически нивелирует такое преимущество.
Фото 10. Пиксель и воксель – базовые элементы плоскостного и объемного изображений.
Реконструкция изображения
При одиночной ротации детектор может сгенерировать от 150 до 600 двухмерных изображений высокого разрешения. Полученные базовые изображения, которые состоят более чем из миллиона пикселей с 12-16 бит данных в каждом, передаются на компьютер (рабочую станцию) для реконструкции с использованием программного обеспечения. Последнее включает сложные алгоритмы (алгоритм FDK) и функцию обратного фильтрового проектирования для построения трехмерного изображения, также известного как набор объемных данных. Наиболее распространенная форма трехмерного обратного фильтрового проектирования, которая внедрена в большинство аппаратов КЛКТ, предусматривает активацию известного алгоритма Feldkamp-Davis-Kress (FDK). Время реконструкции при этом составляет обычно менее 3 минут для сканирования при стандартных параметрах разрешения. Время реконструкции обычно зависит от качества программного обеспечения и мощности компьютерной техники. Как только базовые изображения будут реконструированы, их можно объединить в одно цифровое трехмерное изображение или набор объемных данных для дальнейшей визуализации клиницистом.
Воксель является наименьшим объемным элементом трехмерного пространства и определяет пространственное разрешение изображения (фото 10). Воксели кубические по своей природе и равны во всех измерениях (изотропны). При этом качество цифрового изображения зависит от размера пикселя. Чем меньше пиксель – тем выше разрешение изображения, и наоборот, чем пиксель больше – тем ниже качество изображения. Больший объем данных для реконструкции предоставляет больше возможностей для получения качественного изображения с высокими параметрами пространственного и контрастного разрешения. При этом также удается повысить показатель соотношения сигнал/шум и сделать изображения более «гладкими», минимизируя влияние металлических артефактов.
Однако для получения большого объема исходных данных требуется и больше времени сканирования, и, как следствие – больше времени для реконструкции. Но как мы уже упоминали раньше, согласно принципу ALARA, количество базовых изображений надлежащего диагностического качества должно быть сведено к минимуму.
Отображение и управление изображением
Технология КЛКТ позволяет в конце процесса обработки получить полную цифровую модель исследуемой области. Программное обеспечение позволяет врачу получить данную модель в наиболее подходящем формате, включая двухмерный, трехмерный или панорамный вид, проецируя фокус в наиболее интересующие участки. По умолчанию набор трехмерных данных из всех вокселей предоставляется врачу в форме вторично реконструированных двухмерных кросс-секционных изображений в трех взаимноперпендикулярных плоскостях (аксиальной, сагиттальной и корональной) для дальнейших манипуляции и визуализации (фото 11). Аксиальные изображения представляют собой срезы снизу-вверх, сагиттальные – слева направо, а корональные – спереди назад. При этом изображения взаимосвязаны и определение необходимого участка на одном из них сразу визуализирует необходимую область интереса и на двух других. Данные полученные в ходе КЛКТ исследования следует рассматривать как набор, из которого можно получить необходимые срезы. Технически для систематического подхода к анализу КЛКТ-срезов перед началом их интерпретации необходимо обеспечить реализацию четырех последовательных этапов:
- переориентация;
- оптимизация;
- просмотр; и
- форматирование данных.
Фото 11. Этапы реконструкции изображения и проецирования его в разных плоскостях.
Переориентация данных
Одним из преимуществ КЛКТ является то, что результирующий набор данных может быть легко переориентирован во всех трех плоскостях с использованием программного обеспечения. Первоначальная корректировка изображений включает в себя переориентацию, после которой анатомические ориентиры пациента должны позиционироваться симметрично в соответствии с тремя ортогональными эталонными плоскостями (фото 12). Эта стадия особенно важна для выравнивания последующих кросс-секционных изображений, перпендикулярных к области интереса. Данный принцип успешно помогает визуализировать отдельную патологию зуба или же измерять максимальные параметры высоты и ширины резидуального альвеолярного гребня в области адентии на этапе планирования процедуры дентальной имплантации. Современные возможности манипуляции с изображениями также помогают проводить измерения отдельных анатомических структур прямо не экране монитора, при этом исключая негативное влияние искажений и масштабирования на объективность полученных данных.
Фото 12. Реориентация объемных данных с целью отображения в трех взаимоперпендикулярных плоскостях: аксиальной или горизонтальной (сверху вниз), сагиттальной (справа налево) и корональной или фронтальной (спереди назад), также результат рендеринга изображения.
Оптимизация данных
Параметры плотности и контраста могут в значительной мере варьировать между разными КЛКТ-аппаратами, завися от исходных настроек сканирования. Для оптимизации изображения часто требуется отрегулировать показатели контраста и яркости, после чего плотные структуры зубочелюстного аппарата стают более визуализированными. И хотя программное обеспечение сразу же при открытии скана автоматически проводит регулировку контраста и яркости, но дальнейшая обработка только способствует улучшению качества анализируемого изображения. После этого врач также может провести настройку параметров резкости, поработать с имеющимися фильтрами изображения и алгоритмами обработки краев. Использование этих функций, однако должно быть аргументированным, поскольку все вышеперечисленные эффекты провоцируют повышение уровня шума. После начальной графической обработки с уверенностью можно приступить к применению вторичных алгоритмов (аннотации, увеличению, измерениям), которые также позволяют повысить диагностические качества полученных срезов.
Просмотр данных
Поскольку на взаимноперпендикулярных изображениях присутствует огромное количество анатомических компонентов, довольно сложно визуализировать все необходимые снимки в одном унифицированном формате. Поэтому врач имеет возможность динамического просмотра-прокрутки срезов с возможностью увеличения конкретных областей интереса. Таким образом, формируется «стек» наиболее востребованных с диагностической точки зрения изображений. Данный «стек» может быть переведен в формат просмотра поочередно или грубо говоря «по страницам», с анализом одного среза за другим с виртуальным углублением в толщу тканей. Программное КЛКТ-обеспечение позволяет «прокручивать» серию изображений.
Для постоянного определения локализации исследуемой области на экране монитора «центральная точка» данной области находиться на пересечении двух линий. Относительно этого центра изображение можно прокручивать, увеличивать и разворачивать под любым углом и в любой позиции. Рекомендовано проводить прокрутку сканов в кранио-каудальном направлении (с верхушки головы книзу), а потом и в обратном направлении, обращая внимание на наиболее значимые и проблемные участки зубочелюстного аппарата (нижнечелюстной нерв, верхнечелюстной синус). Подобный анализ путем последовательной прокрутки сканов следует проводить как минимум в двух плоскостях – корональной и аксиальной. Анализ ортогональных проекций рекомендовано проводить в случаях мониторинга за прогрессированием патологии и для регистрации первично присущей асимметрии в определенной области лицевого скелета.
Форматирование данных
Программное обеспечение для КЛКТ предоставляет возможности для трех основных неортогональных вариантов форматирования набора объемных данных: (i) мультипланарное реформатирование (линейные косые, изогнутые наклонные); (ii) форматирование изображения по принципу суммарного луча (фото 13); и (iii) рендеринг объемных данных (непрямой или прямой) (фото 13) или же последовательное трансосевое реформатирование (фото 14). Какой из этих вариантов наиболее подходящий с целью диагностики определяется в ходе визуализации специфических анатомических структур функциональных характеристик самого объемного набора данных. В целом, для отображения деталей необходимо использовать более тонкие срезы, в то время как для визуализации соотношений – можно применять и более толстые.
Фото 13. Изображение, полученное в ходе реформатирования по принципу суммации лучей, и изображение, полученное в ходе объемного рендеринга.
Фото 14. Пример серии трансаксиальных изображений.
Большинство объемных наборов данных могут быть секцированы неортогонально, обеспечивая получение множественных или последовательных неаксиальных 2D-изображений, которые вместе называются мультипланарным реформатом.
С помощью персонального компьютера можно проводить динамическую оценку области интереса на всех возможных проекциях изображения, выделяя при этом наиболее значимые для конкретного клинического случая (фото 2).
Мультипланарное реформатирование (MPR)
Из-за изотропной природы изображения набор объемных данных можно секцировать неортогонально, таким образом получая неаксиальные двухмерные плоскостные изображения, которые и называются мультипланарным реформатом. В окне мультипланарного реформата присутствуют осевые, корональные и сагиттальные взаимоперпендикулярные плоскостные изображения, которые связаны между собой пересекающимися линиями, которые позволяют проводить их взаимоориентацию и навигацию. Режимы MPR могут быть визуализированы в трех основных форматах, а именно: в форме линейных косых, изогнутых плоских и последовательные трансосевых реформатов.
- Метод линейных косых при плоскостном реформатировании позволяет получить неаксиальные 2D-изображения путем секцирования набора или «стека» осевых изображений. При этом переделённые анатомические структуры визуализируются недостаточное хорошо и представлены также, как и в ортогональных плоскостях. Косые изображения чаще всего используются для оценки каких-то конкретных анатомических участков, по типу отростка нижней челюсти, области височно-нижнечелюстного сустава и ретинированных третьих моляров.
- Метод изогнутых кривых при плоскостном реформатировании формирует неаксиальные 2D-изображения путем выравнивания длинной оси плоскости изображения с конкретными анатомическими структурами. Этот режим полезен при отображении всей зубной дуги, обеспечивая получение панорамных тонких срезов (фото 12 и 13). Полученные изображения при этом не поддаются искажению, поэтому подходят для проведения измерений и определения нужных углов с минимальной ошибкой. Панорамные реконструкции MPR являются полезными при оценке всей челюсти. Такие реконструкции должны быть достаточно толстыми, чтобы включать в себя изображение всей нижней челюсти, таким образом, врачу редко удается «пропустить» имеющуюся у пациента патологию.
- Последовательная трансосевая техника при плоскостном реформатировании формирует серию последовательных поперечных сечений, перпендикулярных к косой или кривой плоскостного реформата. Изображения обычно представляют собой тонкие срезы (например, толщиной в 1 мм) с известным интервалом между ними (например, 1 мм друг от друга). Результирующие изображения полезны при оценке специфических морфологических компонентов челюстей, таких как высота и ширина альвеолярного гребня, положение нижнего альвеолярного канала по отношению к молярам нижней челюсти, поверхность и форма сустава при оценке патологических состояний ВНЧС, непосредственно влияющих на состояние костной структуры челюсти. Кросс-секционные изображения оптимально подходят для исследования зубов и альвеолярной части костной ткани (фото 14).
Форматирование изображения по принципу суммарного луча используется для получения изображений с увеличенной толщиной среза. Толщина среза ортогональных или MPR-изображений может быть увеличена за счет количества соседних вокселей, которые одновременно отображаются на дисплее. Так формируется своеобразная проекция изображения по определенному объему, которую и называют изображением, полученным в результате суммации лучей (фото 13). Толщина такого объема данных варьирует и зависит от исследуемой области. С помощью такого подхода возможно получить панорамные изображения челюстей или боковые цефалограммы за счет утолщения кривой плоскостного реформата до 25-30 мм (фото 13). В отличие от обычных рентгенограмм изображения, полученные в результате форматирования по принципу суммарного луча характеризуются отсутствием негативных эффектов увеличения и дисторсии параллакса. Однако, на изображениях, полученных таким образом, возникает «анатомический шум» - наложение нескольких смежных анатомических структур, которые усложняют процесс интерпретации полученных результатов. Такой же эффект присущ и при обычной проекционной рентгенографии.
Методы объемного рендеринга, или так называемая 3D-визуализация (фото 12, 13), позволяют визуализировать полученные трехмерные данные посредством выборочного отображения вокселей. Такой результат может быть достигнут за счет прямого объемного рендеринга (DVR), обеспечивающего объемную поверхностную реконструкцию с учетом параметра глубины, или косвенного объемного рендеринга (IVR), чаще всего с учетом проекции с максимальной интенсивностью изображения (MIP). MIP используется для демонстрации структур с высокой интенсивностью путем формирования «псевдо» 3D-реконструкции.
Для простоты использования в некоторых программах-просмотрщиках уже заранее установлены определенные пороговые значения для отображения различных анатомических структур. При этом следует помнить, что выбор различных пороговых значений отображений провоцирует визуализацию разных результатов 3D-рендеринга. Таким образом, последний может использовать только с целью визуализации, но не для диагностики или целенаправленного анализа.
Экспорт данных
В ходе КЛКТ-сканирования формируется два набора данных: (i) данные объемного изображения, полученные непосредственно в процессе сканирования и (ii) отчет об изображении, который создается оператором. Все эти изображения сохраняются в формате DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine). Полученные КЛКТ-данные после экспорта в стандартный формат DICOM в дальнейшем могут быть импортированы в специализированное программное обеспечение для диагностики и планирования лечения третьими лицами. Таким образом, КЛКТ способствует развитию мультидисциплинарного подхода в процессе комплексного лечения стоматологических пациентов.
Преимущества внедрения КЛКТ в стоматологическую практику
Бесценный диагностический и коммуникационный инструмент
КЛКТ обеспечивает превосходные возможности для более точной диагностики и лечения пациентов. При этом сами пациенты получают шанс принять участие в лечении, поскольку КЛКТ позволяет визуализировать патологию так, что имеющиеся стоматологические проблемы становятся понятными даже для неспециалистов. Кроме того, таким образом удается повысить мотивацию пациентов в достижении максимально успешного результата реабилитации (фото 15).
Фото 15. КЛКТ используется и для формирования более тесного контакта с пациентом.
Большая объективность полученных изображений по сравнению в двухмерными рентгенограммами
Потенциальные преимущества использования КЛКТ в стоматологии для оценки и диагностики патологий, а также для дооперационного планирования ятрогенных вмешательств неоспоримы. Опыт использования КЛКТ уже показал, что анализ изображения в трех плоскостях является куда более информативным, чем анализ обычных плоскостных рентгенограмм. При помощи КЛКТ-данных врачу удается установить точную локализацию патологии, качество и количество костной ткани, а также взаиморасположения разных критически важных анатомических структур.
Отсутствие дисторсии изображения и высокая точность метода
Полученные объемные КЛКТ-данные являются изотропными, что означает, что размер вокселя в структуре изображения одинаков во всех трех плоскостях. Это позволяет проводить переориентацию изображений в соответствии с особенностями анатомического строения зубочелюстного аппарата пациента и измерения абсолютных размеров различных структур в реальном времени, исключая влияние каких-либо графических искажений.
Высокое разрешение и качество изображения
Размеры вокселей могут варьировать в диапазоне от 0,4 до 0,125 мм, что способствует достижению превосходного разрешения и качества изображений. Разрешение, полученное на КЛКТ-срезах, часто превышает по качеству результаты, полученные самим точным аппаратом для многослойной компьютерной томографии.
Ограниченная рентгеновская нагрузка и уменьшение дозы облучения
Уменьшение размера облученной области путем коллимации первичного рентгеновского луча в области интереса (FOV) минимизирует дозу облучения. Большинство КЛКТ-аппаратов можно настроить для сканирования небольших областей, представляющих интерес для конкретных диагностических задач. Другие же аппараты предоставляют возможности для сканирования всей челюстно-лицевой области. Чем меньше параметры FOV, тем больше разрешение и меньшая экспозиция дозы облучения пациента.
Компактный размер и конструкция менее дорогостоящая и простая в использовании по сравнению с обычными КТ-аппаратами
По сравнению с обычным КТ-оборудованием компактный размер и стоимость КЛКТ-аналогов делает их идеальными и подходящими для использования в стоматологических клиниках. Другим преимуществом является то, что программное обеспечение, которое используется для планирования процедуры имплантации на полученных КЛКТ-срезах, гораздо проще в использовании, чем-то, которое обычно идет в комплекте с КТ-оборудованием.
Легкая переориентация
Поскольку набор объемных КЛКТ-данных является изотропным, он полностью может быть переориентирован во всех трех плоскостях (осевой, корональный, сагиттальной) при использовании программного обеспечения на обычном ПК. Выравнивание опорных плоскостей, перпендикулярных к анатомической области интереса, облегчает процесс визуализации патологии, критически важных анатомических структур и позволяет точно измерять параметры резидуального костного гребня в области адентии.
Возможность переформатирования и отображения
Реконструкция КЛКТ-данных проводится на персональном компьютере. Это позволяет клиницисту непосредственно работать с полученным изображением почти сразу после сканирования, проводить анализ необходимых анатомических участков в реальном времени, и получать изображения разной ориентации и в разных проекциях путем переформатирования исходного набора данных. Так, после КЛКТ-сканирования легко можно получить панорамные и цефалометрические снимки, а также билатеральные мультиплоскостные проекции области височно-нижнечелюстного сустава. Каждое из полученных в процессе реформатирования изображения можно обработать с дополнением его аннотацией, планом лечения или определенными рекомендациями для всей лечащей команды.
Быстрое время сканирования
Поскольку КЛКТ получает все базовые изображения за один оборот, время сканирования занимает довольно короткий промежуток времени от 10 до 70 секунд. При этом более быстрое время сканирования ассоциировано с получением меньшего количества базовых изображений и снижением риска артефактов, ассоциированных с движениями исследуемого субъекта.
Более низкая доза облучения по сравнению с КТ
Конечно, риски, связанные с облучением в ходе проведения КЛКТ-диагностики реальны, однако таковые точно являются более низкими, чем при применении КТ-аппаратов с той же диагностической целью. Эффективная доза радиации при проведении обычной КТ-процедуры диагностики составляет около 36,9-50,3 микрозиверт [μSv]), в то время как КЛКТ-диагностика позволяет снизить данный показатель почти на 98% до 1,320-3,324 мкЗв при исследовании нижней челюсти и до 1,031-1,420 мкЗв при исследовании верхней челюсти.
Улучшение результатов лечения и снижение риска осложнений
Возможности планирования вмешательств при использовании КЛКТ способствуют улучшению прогнозированных клинических результатов лечения и уменьшению потенциальных рисков развития осложнений. Исходя из этого, можно предположить, что таким же образом повышается общая удовлетворенность пациентов достигнутым результатом, и даже самим процессом лечения.
Медико-юридическое заверение
В данное время КЛКТ все чаще рассматривается как «стандарт» для использования во многих отраслях стоматологии. Правильное использование возможностей КЛКТ позволяет предотвратить и устранить риски развития осложнений и, следовательно, в ходе судебно-медицинских разбирательств может сыграть не последнюю роль для регистрации отсутствия или наличия факта врачебной ошибки.
Выгодная инвестиция
Инвестируя в КЛКТ, врач инвестирует в расширенные возможности диагностики и лечения пациентов, повышая уровень медицинского обслуживания, независимо от отрасли стоматологии.
Ограничения КЛКТ
Необходимость в проведение экспертной оценки и в специализированном контрольном оборудовании
Перед установкой КЛКТ-аппарата может потребоваться мнение специалиста-радиолога, а также обеспечение диагностического оборудования монитором, адекватным освещением и другими приспособлениями, необходимыми для его нормального функционирования.
КЛКТ-аппарат более дорогой
Аппарат для КЛКТ-сканирования является более дорогостоящим, чем аналоги для получения обычных рентгенограмм. Однако, диагностические возможности двухмерных рентгенограмм весьма ограничены по сравнению с теми, которые обеспечивает набор КЛКТ-данных.
Повышенный риск радиационной нагрузки
В настоящее время доступные КЛКТ-аппараты по своим параметрам можно различать относительно критерия рентгенологической нагрузки. При этом величина таковой у одних аппаратов может быть в 10 раз больше, чем у других, при исследовании одной и той же анатомической области. Эффективная доза облучения большинства КЛКТ-аналогов колеблется в диапазоне 50-200 микрозиверт. Такой уровень свидетельствует о том, что эффективная доза является выше, чем при использовании классических методов рентгенологической диагностики в стоматологии, но и сравнительно ниже, чем при использовании многослойной компьютерной томографии. Для сравнения эффективная доза КЛКТ в 2-4 раза больше, нежели при получении цефалограмм; в 3-6 раз больше, чем при получении ортопантомограмм и в 8-14 раз больше, чем при получение прицельных рентгенограмм. При этом эффективная доза облучения при КЛКТ-исследовании зависит от размера пациента, области исследования и параметров разрешения. По сути, непосредственно параметры изображения (кV, mAs и размер FOV), как и параметры его качества (пространственное разрешение, контрастность, шум и артефакты) определяют величину эффективной дозы. При оптимизации экспозиции чаще всего регулируют показатель FOV: чем больше FOV – тем выше доза облучения. Значительное снижение дозы может быть достигнуто за счет сокращения FOV до фактически интересующей области исследования. При этом более крупные FOV увеличивают относительное количество рассеянного излучения, достигающего детектора, что приводит к увеличению шума и артефактов. Поэтому FOV следует всегда регулировать на достижимо минимальные параметры, охватывая только ROI (область интереса).
Требует обучения
Использование КЛКТ-аппарата требует от клинициста приобретения новых компетенций и знаний, поскольку полученная в ходе диагностики информация является крайне чувствительной к интерпретации.
Плохой контраст мягкой ткани
Одним из основных недостатков КЛКТ является ограниченное контрастное разрешение. Данный недостаток почти никак не касается возможностей диагностики твердых тканей, однако при необходимости изучения глубоких слоев мягких тканей врачу необходимо дополнять протокол диагностики направлением на МРТ и адаптированное КТ.
Артефакты изображения
Артефакты представляют собой искажения или ошибки изображения, которые не связаны с предметом изучения. Артефакты изображения могут быть неотъемлемо связаны с самими процессами получения и реконструкции изображения в ходе КЛКТ-сканирования, или же могут быть ассоциированы с самим пациентом (например, металлические артефакты или артефакты движения). Металлические артефакты являются результатом абсорбции рентгеновских лучей объектами высокой плотности. Эти артефакты способствуют ухудшению качества изображения и могут привести к неточной или ложной диагностике. Важно отметить, что оператор КЛКТ мало влияет на металлические артефакты, поскольку увеличение настроек экспозиции (например, мА и количество выступов) не улучшает качество изображения в подобных клинических случаях, и является попросту неоправданным повышением дозы. В зависимости от объема движения в ходе получения изображений могут формироваться небольшие размытия или более серьезные артефакты съемки. Данная проблема является особенно критичной для КЛКТ-аппаратов с длительным периодом съемки. Артефакты движения влияют на весь набор данных, таким образом, провоцируя качество всего изображения, полученного в конечном счете. С другой стороны, данный вид артефактов поддается контролю со стороны оператора посредством применения фиксирующих элементов для головы и реализации более коротких по времени протокола съемки.
Плотность кости и оттенки серого
КЛКТ часто используется для оценки качества и количества костной ткани челюстей в области будущей имплантации. Подход к оценке качества кости базируется на показателях ее плотности, которую регистрируют в единицах Хаунсфилда. Последние впервые были адаптированы для мультислойных КТ-аппаратов. Из-за разбежностей в формировании изображений при КТ и КЛКТ сканированиях, объективно оценить качество костной ткани при помощи шкалы серого по данным КЛКТ довольно сложно. Полученные данные являются относительными и подходят лишь для сравнения, но не для абсолютной количественной оценки. В современной научной литературе все чаще встречается парадигма перехода оценки качества кости от анализа на основе плотности к анализу на основе структурных характеристик.
Соображения и рекомендации по приобретению КЛКТ-оборудования
Количество доступных на рынке КЛКТ-аппаратов за последнее время значительно возросло. На сегодняшний день более, чем 50 моделей КЛКТ-сканеров, включая мультимодальные их типы с возможностью одновременного получения панорамных и цефалометрических снимков, разработаны для того, чтобы оптимизировать работу стоматологической клиники. Кроме сканеров, продолжают развиваться и другие 3D технологии, поэтому врач должен понимать, что именно ему нужно, и главное – для каких целей. Хорошо, конечно, начать с консультации со стоматологами, которые уже имеют КЛКТ-сканеры, и производителями данных устройств. Выбор КЛКТ-аппарата должен базироваться на учете следующих аспектов: потребности и преимущества, возможности аппаратного обеспечения, потенциал программного обеспечения и затраты.
Потребности и преимущества
Критические вопросы, которые должен задать каждый потенциальный покупатель КЛКТ: Зачем мне это нужно, и какую выгоду я могу получить от приобретения КЛКТ-сканера?
КЛКТ позволяет более объективно подходить к процессам диагностики и планирования лечения при выполнении имплантологических, эндодонтических и хирургических вмешательства (в области третьих моляров, сустава, при травме или ортогнатической хирургии). Кроме того, трехмерная визуализация является крайне необходимой при ортодонтической реабилитации для цефалометрического анализа и оценки проходимости верхних дыхательных путей. Большой плюс томографии также состоит в том, что ее диагностические возможности можно интегрировать с устройствами CAD / CAM и или цифровыми принтерами для изготовления хирургических шаблонов, протетических конструкций и ортодонтических аппаратов. Кроме того, потенциальные покупатели также должны понимать, что кроме покупки аппарата, еще нужно знать, как с ним работать, и как правильно интерпретировать результаты. Таким образом, покупатель должен быть уверен в технической поддержке со стороны продавца и производителя. Наличие КЛКТ-аппарата в вашей клинике позволит не только удержать пациентов, но и снизить риск развития потенциальных ятрогенных осложнений в ходе комплексного стоматологического лечения.
Возможности аппаратного оборудования
Какой аппарат мне лучше всего купить и какими функциями он должен обладать?
КЛКТ-аппараты можно классифицировать в соответствии с: (i) дизайном устройства или ориентацией пациента во время получения изображения (то есть сидя, стоя или лежа на спине); или (ii) объемом сканирования, также называемый FOV. Преимущества и недостатки различных ориентаций пациента уже были описаны в других разделах этой статьи. Первое, на что должен обратить внимание врач, это на площадь пространства в клинике, где планируется установить сканер. С целью универсального применения аппараты должны характеризоваться возможностями съемки как маленьких участков челюстей (например, 5 x 5 FOV), так и полного их объема отдельно (например, 5 x 10 FOV) или одновременно (т.е. 10 x 10 FOV). Кроме того, хорошо, чтобы томограф позволял также получать и обычные ортопантомограммы, то есть являлся мультимодальным. При наличии врача-ортодонта в вашей клинике желательно, чтобы сканер также был оснащен возможностью получения двухмерных цефалометрических снимков.
Возможности программного обеспечения
Три важные правила КЛКТ-ассоциированного программного обеспечения заключаются в следующем:
- простота и функциональность использования;
- совместимость с другими программами; и
- совместимость с оптическими сканерами.
Функции программного обеспечения, которые следует учитывать при покупке КЛКТ-сканера, заключаются в следующем:
- возможность автоматического преобразования файлов DICOM;
- возможность импорта файлов STL;
- возможность картирования нервов;
- возможность использования цифровых инструментов для измерения параметров области будущей имплантации;
- возможность интеграции виртуальной библиотекы имплантатов;
- возможность интеграции библиотеки абатментов;
- возможности планирования конструкций протезов;
- возможности проведения цефалометрического анализа;
- возможности анализа пространства дыхательных путей;
- возможности для изготовления хирургических шаблонов;
- возможности для регистрации параметров облучения.
Для интерпретации данных файлов Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), созданных при сканировании КЛКТ, доступны различные программные пакеты, следует из них лишь выбрать наиболее подходящий для ваших потребностей.
Стоимость и доходность инвестиций
Является ли рентабельной инвестиция в покупку КЛКТ-аппарата? Текущая стоимость КЛКТ-сканера варьирует от 4 000 000 до 10 000 000 рублей, хотя доступны аппараты и подороже, и подешевле. Приобретение КЛКТ-аппарата мультимодального типа позволяет более быстро вернуть вложенную в него инвестицию. При покупке дорогого обеспечения нужно предварительно определить, насколько часто вы будете его использовать. Легко умножить количество изображений, ожидаемых в типичный месяц практики, чтобы оценить, стоят ли подобные инвестиции своих затрат. Стоит лишь помнить, что злоупотреблять возможностями КЛКТ-диагностики по финансовым причинам не стоит, поскольку ни к чему хорошему это не приведет. Не стоит также забывать, что цена КЛКТ-диагностики включает не только цену аппарата и программного обеспечения, но и цену обучения, требующегося для проведения адекватной интерпретации результатов.
Выводы
Разработка недорогих рентгеновских трубок, высококачественных систем детекторов и мощных персональных компьютеров способствовали развитию коммерчески доступных и простых в использовании систем компьютерной трехмерной визуализации в стоматологической практике. За последнее десятилетие КЛКТ произвела революцию в области челюстно-лицевой радиологии, предоставив возможности полной 3D-визуализации, тем самым преодолевая основные ограничения традиционных двухмерных внутриоральных, панорамных и цефалометрических рентгенограмм. Несмотря на отсутствие универсальных рекомендаций относительно использования КЛКТ в ходе планирования хирургических вмешательств, данный метод исследования становиться уже неким стандартом рутинного стоматологического осмотра при определяющих потребностях. Как и в случае любой новой технологии, стоматологам также требуется адекватная теоретическая и практическая подготовка для эффективного и безопасного использования КЛКТ в своей практике.
Ведь этическая цель лечения – сохранить и улучшить здоровье пациента, и если таковому способствуют новые технологии, то почему бы их не использовать.
Автор: Johan Hartshorne, B.Sc., B.Ch.D., M.Ch.D., M.P.A., Ph.D., (Stell), FFPH.RCP (UK)
Читайте также:
Статьи от брендов
0 комментариев