CORSO FAD CONE BEAM: risorsa diagnostica e vincoli normativi Modulo A CBCT dentali: tecnologia, valutazione di dose e rischio radiologico, influenza dei parametri tecnici su dose e qualità dell’ immagine Responsabile scientifico: Dott. Gian Paolo Damilano Relatore : Dott. Osvaldo Rampado 1

INTRODUZIONE L'argomento trattato nel presente modulo riguarda l'utilizzo delle apparecchiature Cone Beam dentali, la valutazione della qualità di immagine in rapporto ai parametri di esposizione e la valutazione del rischio radiologico. La Cone Beam CT dentale è un'apparecchiatura volumetrica studiata per l'acquisizione di immagini tomografiche e 3d: si ha una rotazione del complesso tubo-deflettore intorno al paziente. Si tratta di una pura rotazione con isocentro mediante un fascio conico (generalmente con collimazione rettangolare sul rivelatore). Per ogni angolo viene presa una vista del volume esaminato ed i dati vengono poi utilizzati per la ricostruzione volumetrica con un processo che si chiama retroproiezione filtrata. Ogni pixel del rivelatore fa una misura dell'attenuazione del fascio radiogeno subita nell'attraversare il paziente e questo dato lo riproietta lungo la direzione geometrica di provenienza. Questo processo viene fatto per ogni vista: la sovrapposizione di tutte queste misure permette di ricostruire un volume e quindi visualizzarlo in sezioni o in 3D. 2

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Rispetto all'invenzione vi è stato un po‘ di ritardo nella diffusione dell'apparecchiatura poichè era necessaria un'alta potenza di calcolo. Infatti per ricostruire il volume servono molte operazioni: ad esempio nel 2003 il processo richiedeva 90 minuti, mentre oggi bastano poche decine di secondi. 5

Anche il mantenimento della posizione da parte del paziente è fondamentale per ottenere una maggiore qualità, poichè per l'acquisizione possono essere necessare decine di secondi. 6

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APPROFONDIMENTO Il rivelatore raccoglie i dati. Le prime implementazioni utilizzavano un intensificatore di brillantezza (IB), sistema con tecnologia simile al tubo catodico: i fotoni vengono raccolti da uno schermo al fosforo, poi si ha una conversione da segnale luminoso a segnale elettrico. Gli elettroni sono convogliati verso un altro dispositivo che li converte in segnale luminoso e una telecamera riprende l'immagine. Si tratta però di un sistema ingombrante, con dei limiti. Attualmente le tecnologie Flat Panel e Flat CMOS sono dominanti.

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APPROFONDIMENTO E' possibile usare il rivelatore in posizione sbandierata rispetto all'asse del fascio radiogeno. Con la progressione della rotazione del tubo radiogeno viene eseguito un campionamento parziale del volume totale ma matematicamente, retroproiettando i dati, è possibile ricostruire il volume esteso, che coincide con la tangente alla parte più esterna del fascio radiogeno. La qualità dell'immagine in questo caso cambia risultando un po' inferiore. Altri costruttori propongono lo stitching, cioè l'acquisizione multipla di più volumi di dimensioni ridotte combinati per ricostruire un volume più grande. Nell’esempio l'apparecchio acquisisce 6x6 ma con lo Stitching si riesce a ricostruire tutta l'arcata dentaria perchè l'acquisizione viene ripetuta in posizioni diverse e il software le combina successivamente,consentendo la rappresentazione di un volume esteso. 13

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APPROFONDIMENTO Ogni apparecchiatura radiologica dopo la legge 187 deve riportare un'indicazione della dose. Ciò verrà ripreso dalla nuova legge che uscirà entro il 2018: un'indicazione della dose dovrà andare anche nel referto in ambito radiologico. Ogni apparecchiatura ha uno specifico indicatore di dose. Per l'endorale si può usare la dose in ingresso, che è una misura calcolata e indicata dall'apparecchio, riferita al punto di ingresso del fascio sul paziente. 18

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APPROFONDIMENTO La dose efficace è la combinazione delle dosi assorbite dai diversi organi che hanno una radiosensibilità elevata e la possibilità di induzione di tumori. E' una grandezza che può essere utilizzata, secondo le raccomandazioni internazionali di radioprotezione, nel confronto tra le dosi risultanti da procedure diverse tra loro o tra diverse tecnologie applicate alla stessa procedura.

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APPROFONDIMENTO Se si confrontano CB o ortopantotomografia si utilizza la dose efficace. La valutazione del rischio indicata è basata sulla probabilità di induzione di tumori. Si tratta di una stima grossolana, in quanto sarebbe più opportuno parlare di dose agli organi, in particolare in queste situazioni di irradiazione parziale.

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APPROFONDIMENTO La misura della dose efficace è affetta da incertezze, dal momento che è molto complesso ottenere una valutazione accurata della dose assorbita dai diversi organi. Se viene eseguita una misura non sufficientemente campionata si possono avere incertezze elevate. Alcuni studi hanno previsto l'inserimento di 150 dosimetri in un fantoccio antropomorfo per ottenere una valutazione affidabile. L'incertezza in tale ambito si attesta intorno al 30-40%. Un metodo alternativo consiste nell'utilizzo di pellicole radiocromatiche radiosensibii inserite in un fantoccio antropomorfo che permettono di avere un campionamento molto efficace. 25

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Sul display compare un indicatore di dose. 28

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APPROFONDIMENTO Il CTDI viene utilizzato per la CB e per la TAC multistrato. Rappresenta una stima della dose assorbita dai tessuti che sono rappresentati nel volume. Per la CB presenta tuttavia diverse criticità. Per questo motivo si è passati all’utilizzo del DAP, che è più facile da calcolare e da misurare: è il prodotto della dose puntuale x l'area. Nelle nuove apparecchiature verrà indicata questa grandezza, come richiesto dalle norme tecniche e linee guida europee.

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Ortopantomografia: il dato è in dose x area e tiene conto dell'intensità del fascio di quanto esso è esteso. Se cambia l'estensione il DAP aumenta. Per la cefalometria il valore del DAP è simile a quello dell'ortopantomografia. In questo esempio per la CBCT si ha un campo molto grande, e quindi un valore DAP molto maggiore rispetto agli altri due casi. Nel caso di piccoli volumi il valore diminuisce decisamente. 32

APPROFONDIMENTO Il DAP è indipendente dalla distanza dalla sorgente: allontanandosi dalla sorgente aumenta l'area ma diminuisce l'intensità e il prodotto DAP è costante. Secondo le Linee guida europee Radiation Protection 172 I costruttori dell'apparecchiatura CB dovrebbero fornire il DAP, e tale dato dovrebbe essere sottoposto a verifica da parte del fisico medico. A volte infatti il DAP è calcolato dalla macchina, non è misurato, quindi potrebbero verificarsi errori anche grossolani. Se non viene fornito il dato DAP, la linea guida suggerisce di far fare al fisico medico una valutazione in modo che il clinico sappia che per i diversi protocolli c'è un dato valore di DAP e ne tenga memoria nei documenti per la garanzia della qualità. Anche nelle norme tecniche IEC viene specificata la richiesta di indicazione di tale grandezza per tutte le nuove apparecchiature. 33

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APPROFONDIMENTO Esiste una correlazione tra dose efficace e DAP, che cambia con l'estensione del FOV. Se si usano campi ridotti si può fare il calcolo 0,15 μSv/mGycm², quindi 100 mGycm² dato dalla macchina si può assimilare a 15 μSv di dose efficace. Tale calcolo non è scevro da incertezze anche piuttosto ampie ma almeno fornisce un valore di riferimento. Se si usa un campo più grande questo fattore tende a diminuire. In conclusione, se si prende il valore di DAP in mGycm² e si divide per 10 si ha una prima stima grossolana.

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APPROFONDIMENTO In base a vari studi si è osservato che con la MSCT tendenzialmente si usano valori di dose molto più alti della CBCT, ma nel caso dell'implantologia o della chirurgia, per fare determinate valutazioni geometriche, si può diminuire la dose di un fattore 8-10 rispetto ai valori utilizzati normalmente. Uno svantaggio della CB è la minore capacità di discriminazione del basso contrasto: le CB hanno un minore rapporto contrasto/rumore dei rivelatori e una maggiore influenza della radiazione diffusa.

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Dal confronto tra Ortopantomografia e CB è emerso che con un FOV ridotto c'è la possibilità di avere dosi efficaci di poco superiori o comparabili al range di valori indicato per la panoramica. 45

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Documentazione della Health Public Agency inglese, che fornisce dei parametri in seguito valutati dai fisici. 49

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APPROFONDIMENTO Dovrebbe essere buona norma che l'apparecchiatura venga consegnata con un piccolo fantoccio-test da realizzare periodicamente per valutare che rumore, valore di densità, uniformità di immagine non si deteriorino nel tempo. Ci dovrebbe essere una procedura per fare in autonomia una verifica mensile per verificare che l'apparecchiatura mantenga le prestazioni iniziali. Sarebbero opportuni anche controlli sui monitor.

Le apparecchiature CB danno una risoluzione spaziale compresa in un range tra le 10 e le 20 lp/cm. 52

La dimensione del voxel non è necessariamente assimilabile alla risoluzione spaziale perchè incide il metodo di ricostruzione, il software. 53

A seconda dell'algoritmo scelto per ricostruire le immagini è possibile avere diverse definizioni ma con la CB si riesce ad ottenere una risoluzione anche superiore. 54

Un controllo in proprio può essere predisposto adoperando il tool per le visure: si disegna una zona quadrata o rettandolare sull'immagine e il software dovrebbe dare il valore medio e la deviazione standard dei pixel della zona evidenziata. Più è bassa la deviazione standard più è basso il rumore. 55

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APPROFONDIMENTO Per la TAC multistrato esiste la scala Hounsfield, per cui l'acqua ha valore 0 e l'osso è intorno a 1000, mentre con la CB è difficile avere un'analoga scala di valori di densità. Per come viene acquisita l'immagine si ha la radiazione CB scatterata che incide sui rilevatori e confonde il dato o frequentemente si hanno artefatti metallici. Con una TAC tradizionale tutto il paziente sta all'interno del campo di vista e quindi il processo di ricostruzione tiene conto di tutti i dati di densità esaminati, invece con la CB viene considerato soltanto una parte del campo di vista, per cui i dati che arrivano al rivelatore sono usati per ricostruire solo quel volume ma tali dati sono stati ottenuti anche da quello che c'è prima e dopo, in modo variabile man mano che il tubo gira intorno al paziente. Quindi i valori di densità sono rappresentati dal punto di vista iconografico (se vedo più bianco o meno) ma tali valori non possono essere considerati assoluti.

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Sono state eseguite prove su differenti apparecchiature: ne sono risultati valori molto variabili, in scale differenti, per cui considerare i software attuali come numeri assoluti ha scarsa significatività. 59

GLI ARTEFATTI IN CBCT Gli artefatti incidono sulla qualità dell'immagine finale. Nell'immagine riportata si vedono dei fronti d'onda di interferenze. E' un artefatto nel quale il rumore non ha una distribuzione omogenea ma segue delle linee curve e può essere dovuto ad un campionamento insufficiente, in particolare sulle zone più alte e più basse del campo di vista perchè le linee che congiungono la sorgente, la macchia focale col rivelatore, a causa della divergenza geometrica faranno sì che il campionamento sarà più efficace al centro del campo di vista anche rispetto alle zone più alte o più basse. Occorre migliorare il campionamento e la centratura per avere dati più corretti. 60

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APPROFONDIMENTO Nel caso di artefatti ad anello associati a difetti del rivelatore, alcune apparecchiature forniscono una procedura per calibrare la macchina in proprio. Se l'apparecchiatura in vostro possesso ne è sprovvista, è consigliabile rivolgersi alla manutenzione.

Nella zona centrale della sezione si può osservare una perdita di segnale dovuta al fatto che il fascio radiogeno che attraversa la parte più spessa del distretto subirà un indurimento, quindi si avrà un maggiore relativo contributo nel rivelatore rispetto alle zone che attraversano le regioni più periferiche. Quindi viene simulata una perdita di densità nella zona centrale. 64

Si tratta degli artefatti più frequenti Si tratta degli artefatti più frequenti. Nella tabella sono indicati gli elementi che possono dare artefatti di tipo metallico. 65

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APPROFONDIMENTO Generalmente la CB richiede di fare prima una proiezione laterale o postero-anteriore o entrambe, e sulla base di quelle vengono stabiliti i parametri da utilizzare, in autonomia. In altri casi è possibile eseguire una regolazione manuale, per cui si possono scegliere i valori kV e mAs, oppure attuare una regolazione mediante la scelta dei protocolli (situazione intermedia).

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APPROFONDIMENTO Secondo lo studio riportato aumentando la filtrazione, inserendo cioè un filtro di 0,4 mm di rame nell'apparecchiatura, vi è la possibilità di ottenere una riduzione del 40% della dose perchè in tal modo si riesce ad avere la stessa dose sul rivelatore con una minore dose incidente mentre con il fascio meno filtrato si ha una maggiore radiazione che viene assorbita dal paziente per arrivare al medisimo risultato sul rivelatore. Il problema è che una filtrazione alta va poi supportata anche da un tubo radiogeno che abbia le giuste prestazioni perchè è vero che il fascio è più penetrante ma molti fotoni vengono già arrestati dal filtro quindi il tubo deve essere più performante e fornire una maggiore intensità all'origine. 71

SEDENTEXCT è un progetto europeo finalizzato alla definizione di linee guida sull’utilizzo della CB in ambito dentale. In questo caso si osservano alcune immagini finalizzare alla valutazione della variazione dei kV. Non è stata ancora definita un'indicazione specifica sul valore ottimale, si lavora su dei range ed esistono differenti scuole di pensiero. 72

I mAs sono da considerare il prodotto dei mA per la durata effettiva della scansione, anche in caso di fasci pulsati: i 154 mAs qui indicati sono associati a 15.4 mA per 10 s. 73

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APPROFONDIMENTO L'articolo descrive una prova che ha previsto la riduzione dei mAs su tante apparecchiature: la conclusione indica che il rumore è aumentato ma nella maggior parte dei casi è stata preservata l'informazione diagnostica. Non è però possibile fornire un valore standard di mA adattabile sulle varie apparecchiature.

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APPROFONDIMENTO Per quanto riguarda il campo di vista le indicazioni della Linea guida europea prevedono che in presenza di un campo di vista ampio l'apparecchiatura, utilizzata anche per scopi di implantologia, deve permettere di selezionare differenti campi di vista, poichè il volume rappresentato e irradidato deve essere ragionevolmente corrispondente a quello di interesse.

Confrontando diversi campi di vista si hanno valori di risoluzione spaziale diversi. I campi di vista più piccoli hanno voxel piccoli. 78

Un'alta risoluzione implica spesso una dose superiore, per cui va utilizzata solo se in caso di effettiva necessità. 79

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APPROFONDIMENTO Molte apparecchiature permettono di fare anche solo ½ giro intorno al paziente. L'immagine viene comunque ricostruita perchè il numero di viste è già sufficiente. La qualità dell'immagine peggiora un po' ma l'accuratezza geometrica rimane invariata e il risparmio di dose è significativo. .

Sono state effettuate delle prove su differenti apparecchiature Sono state effettuate delle prove su differenti apparecchiature. Il protocollo da 5'' ha fornito una rumorosità di immagine più elevata ma ha comunque riportato accuratezza geometrica e dettaglio. 82

Nei bambini la proporzionalità tra dose assorbita e probabilità di indizione di tumori è di 3 volte rispetto ad un adulto di 30 anni. 83

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GRAZIE PER L'ATTENZIONE 86