|
Vyhodnocení porovnávání počítačové tomografie: s kuželovým svazkem (CBCT) a počítačové tomografie Multi-Slice (MSCT) Èást II: Pøesnost 3D modelu
Xin Liang, Ivo Lambrichts, Yi Sun, Kathleen Denis, Bassam Hassan, Limin Li, Ruben Pauwels and Reinhilde Jacobs
Cíl: Cílem studie bylo porovnat geometrickou pøesnost trojrozmìrné (3D) povrchové rekonstrukce modelu mezi pìti počítačovými tomografy s kuželovým svazkem (CBCT) a jedním systémem Multi-Slice CT (MSCT).
Materiály a metody: Suchá lidská dolní èelist byla skenována pìti CBCT systémy (NewTom 3G, Accuitomo 3D, i-CAT, Galileos, Scanora 3D) a jedním systémem MSCT (Somatom Sensation 16). Z tìchto šesti systémù byl vytvoøen 3D model povrchu kosti. Referenèní (zlatý standard) 3D model byl získán pomocí laserového povrchového skeneru s vysokým rozlišením. 3D modely pìti systémù byly porovnány se zlatým standardem pomocí algoritmu pro registraci konfigurace pevných bodù.
Výsledky: Prùmìrná odchylka od zlatého standardu u MSCT byla 0,137 mm a u CBCT systémù i-CAT, Accuitomo, NewTom, Scanora a Galileos byla 0,282, 0,225, 0,165, 0,386 a 0,206 mm, v odpovídajícím poøadí.
Závìr: Výsledky ukazují, že podle zlatého standardu je pøesnost CBCT 3D povrchové rekonstrukce modelu v porovnání s MSCT o nìco menší, ale pøijatelná.
Klíèová slova: počítačová tomografie s kuželovým svazkem, dentomaxilofaciální, pøesnost, dolní èelist
Úvod
Úspìšná rehabilitace dentálními implantáty vyžaduje pøesné pøedoperaèní naplánování chirurgického zákroku. Pro jeho úspìšnost je rozhodující pøesné umístìní implantátu do èelisti, které zabrání poškození nervových vláken a cévních struktur. Pøi realizaci tìchto cílù spoléhají souèasné techniky plánování na trojrozmìrné (3D) povrchové rekonstrukce modelu èelistní kosti získané počítačovou tomografií (CT). 3D povrchové modely je možné použít k pøedoperaènímu plánování implantologického postupu a rovnìž k vytvoøení fyzicky odlitých modelù èelistí za využití stereolitografické techniky. Tyto modely ve spojení s odpovídajícím pøedoperaèním plánováním usnadòují chirurgickou část postupu umístìní implantátu.
Technologie počítačové tomografie s kuželovým svazkem (CBCT) se používá k pøedoperaènímu plánování implantologického zákroku, vyhodnocení èelistí a pøedbìžnému posouzení objemu kosti potøebného pro ortognátní chirurgii. CBCT poskytuje snímky diagnostické kvality za pøimìøenì nízké dávky ozáøení. CBCT se používá k vytvoøení rùzných dvojrozmìrných (2D) tomografických øezù a projekèních snímkù, i k objemové a povrchové 3D rekonstrukci. Geometrickou pøesnost CBCT lze dobøe zjistit na základì fantomu a suchých lebek s kovovými znaèkami. Bylo také zjištìno, že 2D rekonstrukce tomografických øezù a projekèních snímkù jsou ve srovnání s fyzickým mìøením vysoce pøesné.
Pøesnost 3D povrchových rekonstrukcí modelù z CBCT nicménì nebyla dosud dùkladnì vyhodnocena. Kvalita tìchto modelù je do znaèné míry závislá na typu skeneru, parametrech skenování a nastaveních rekonstrukce. Nedávno byla pøesnost CBCT 3D povrchových a objemových rekonstrukcí založených na lineárních cefalometrických mìøeních odhadnuta na 1–2 mm. Pøesnost lineárních mìøení v tìchto studiích je nicménì závislá jak na pozorovateli, tak i na orientaèních bodech. K vyhodnocení celkové geometrické pøesnosti CBCT povrchových modelù byla navržena a použita metoda, která srovnává CBCT 3D model s „referenèním“ 3D modelem pomocí algoritmu pro registraci konfigurace pevných bodù. Tato metoda je plnì automatizovaná a nezávislá na pozorovateli a vyhodnocuje celý povrch kosti. Cílem této studie je posoudit pøesnost 3D povrchového modelu získaného z pìti lékaøských CBCT skenerù ve srovnání s 3D povrchovými modely získanými z Multi-Slice CT (MSCT). K vytvoøení referenèního 3D modelu „zlatého standardu“ byl použit laserový povrchový skener s vysokým rozlišením.
Materiály a metody
Se souhlasem institutu pro biolékaøský výzkum (BIOMED of University Hasselt, Belgie) byla získána jedna lidská dolní èelist. Èelist byla nejprve naskenována skenerem XC50 Cross Scanner® (Metris, Leuven, Belgie) se tøemi laserovými rovinami a pøipevnìna na souøadnicový mìøicí pøístroj Wenzel LH57 3D (obr. 1).
Obr. 1: XC50 Cross Scanner® pøipevnìný na souøadnicový mìøicí pøístroj Wenzel LH57 3-D (A) a detailní zábìr zobrazující 3 laserové kamery (B).
Laserový skener umožňuje získání povrchu ve formì shluku bodù s pøesností 15 μm. Dolní èelist byla umístìna do plastového kontejneru a vložena do vody, což mìlo poskytnout urèitou simulaci mìkkých tkání. Poté byla dolní èelist naskenována pìti CBCT skenery: NewTom 3G® (Quantitative Radiology, Verona, Itálie), Accuitomo® 3D (Morita, Kyoto, Japonsko), i-CAT® (Imaging Sciences International, Hatfield, PA, USA) a GALILEOS® (Sirona, Bensheim, Nìmecko), Scanora® 3D (Soredex, Tuusula, Finsko) a jedním MSCT skenerem: Somatom Sensation® (Siemens, Erlangen, Nìmecko). Skeny byly vytvoøeny podle postupu doporuèeného výrobci jednotlivých systémù (tabulka 1).
Tabulka 1: Seznam CT pøístrojù a rùzných zobrazovacích postupù použitých v této studii.
K rekonstrukci 3D modelù byly použity transaxiální tomografické øezy. Za úèelem získat trojrozmìrný vnitøek 3D modelù byla spongiózní část kosti mezi linguální a vestibulární povrchovou vrstvou vyplnìna pomocí nástrojù pro interaktivní segmentaci snímku (Adobe Photoshop® 7.0, San Jose, CA, USA) se stejnou mezní hodnotou jako u kortikální kosti (obr. 2). U každého skeneru bylo zvoleno klinické nastavení doporuèené pro segmentaci (tabulka 1). K vytvoøení 3D modelù byl použit MeVisLab 1.4 (MeVis Research GmbH, Bremen, Nìmecko) (obr. 3). Výsledné povrchové modely byly extrahovány jako stereolitografické (STL) soubory. 3D CBCT a MSCT povrchové modely byly poté porovnávány s laserovým 3D povrchovým modelem, který byl považován za zlatý standard. Bylo porovnáno a pøiøazeno velké množství shlukù bodù rozložených po povrchu kosti. V závislosti na zvoleném zorném poli každého skeneru mìly 3D modely rùzný poèet pevných geometrických porovnávacích bodù v rozmezí 90.161 u Accuitomo až po 291.862 u i-CAT. Z dùvodu co nejlepšího porovnání byly na sebe položeny „zaregistrované“ odpovídající orientaèní body (napø. bradový otvor a zuby). Proces registrace byl plnì automatizovaný.
Obr. 2: Pøíklad jednoho skenovacího øezu MSCT: (vlevo) pùvodní øez a (vpravo) po použití nástroje pro vyplnìní prostoru v softwaru grafické editace (Adobe Photoshop® 7.0).
Obr. 3: Prostorový 3D model kosti (MSCT) po vyplnìní a segmentaci.
Statistická analýza
3D model získaný z laserového skeneru byl považován za zlatý standard. Pro porovnání pøesnosti CBCT a MSCT 3D modelù v pomìru ke zlatému standardu byl pomocí softwaru Med-Calc (MedCalc® Version 9.3.9.0, Mariakerke, Belgie) proveden párový T-test. Alfa hladina byla stanovena na 0,05.
Výsledky
Prùmìrné odchylky mìøení CBCT a MSCT ve srovnání se zlatým standardem jsou shrnuty v tabulce 2. Všechny odchylky byly statisticky významné, o hodnotì více než p = 0,05, nicménì vìtšina odchylek byla malá, takže jejich význam je omezený. MSCT mìlo nejmenší prùmìrnou odchylku (0,137), zatímco u CBCT byla odchylka mezi 0,165 a 0,386 mm. Úroveò shody každého modelu byla vyznaèena barevným grafem. Èástmi, které laserovému modelu pøíliš neodpovídaly, byly okraj dolní èelisti, distální okraje a nìkteré okraje zubù (obr. 4).
Tabulka 2: Výsledky porovnávání pøesnosti.
a – Zorné pole zobrazování (prùmìr × výška) b – Tlouška øezù c – Støední zorné pole, standardní rozlišení d – Vysoké rozlišení e – Režim vysokého kontrastu
Obr. 4: Srovnání výsledkù pìti CBCT a jednoho MSCT je vyobrazeno barevným grafem, na nìmž lze definovat a porovnat pøesnost segmentace.
Diskuze
Tato studie byla provedena s cílem posoudit a porovnat geometrickou pøesnost rekonstrukcí 3D povrchových modelù u pìti klinických stomatologických CBCT skenerù s klinickým MSCT systémem. Výsledky ukazují vìtší pøesnost segmentace u MSCT než u CBCT. Mùže to být zpùsobeno tím, že MSCT má, ve srovnání s v souèasné dobì dostupnými CBCT systémy, vyšší vnitøní kontrast snímku s lepším kontrastem vùèi šumu. Pøevaha MSCT je dána pøedevším vìtším výkonem RTG záøení a vynikajícím designem detektoru, který se spolupodílí na celkovì vysoké úèinnosti systému. Zde pøedložené výsledky ohlednì pøesnosti MSCT segmentace jsou v souladu s pøedchozími poznatky. Pøesto bylo prokázáno, že i CBCT je s pøijatelnými výsledky klinicky použitelné pro pøedoperaèní plánování a stereolitografický pøenos. Nebyla nicménì provedena žádná srovnávací studie, která by pro tyto indikace porovnávala výsledky MSCT a CBCT. Z dostupných studií je zøejmé, že pro úèely plánování a umístìní implantátù jsou klinicky pøijatelné jak výsledky získané z MSCT, tak i z CBCT (MSCT: lineární odchylky mezi 0,9 a 1,3 mm; úhlové odchylky mezi 2,9° a 4,4°; CBCT: lineární odchylky mezi 1,1 a 2,0 mm; úhlové odchylky mezi 1,2° a 2,8°).
2D CBCT axiální øezy byly spojeny s vysokou mírou šumu, zejména v pøípadì tenkých øezù. Je to zpùsobeno nìkolika faktory spojenými s CBCT snímáním týkajícími se citlivosti snímaèe, nehomogenity RTG svazku a rekonstrukèní techniky. Kombinace vlivu tìchto faktorù má za následek výraznì vyšší míru šumu, který má v dùsledku vliv na pøesnost 3D povrchových modelù. Nicménì, prùmìrné odchylky studovaných CBCT skenerù byly ménì než 0,4 mm. U CBCT byl ve srovnání s MSCT rozdíl 0,1–0,2 mm a výsledky ukazují, že pøesnost CBCT je vìtší, než bylo udáváno døíve. Všechna srovnání byla statisticky významná, ale byly zjištìny velmi malé rozdíly, které nemají nutnì klinický význam. Z dùvodu zlepšení pøesnosti procesu registrace modelu byl v této studii použit automatický algoritmus srovnávající povrch na základì registraèních bodù. Hlavní výhodou této metody je to, že se pøi registraci používá celý 3D model povrchu a ne pouze urèité orientaèní body. Protože je celý postup plnì automatizovaný, je také zcela odstranìn vliv rùznorodosti pozorovatelù na pøesnost mìøení. Složitý tvar, jakým je povrch dolní èelisti, je na vyhodnocení mnohem nároènìjší než rovnomìrný geometrický objekt. Zakøivený tvar oblouku zpùsobuje rozmazání okrajù objektu.
Faktory spojené s CBCT snímaèem ovlivòují pøesnost segmentace. Prostorová pøesnost CBCT je vìtší uprostøed zábìru než na jeho okrajích. V naší studii byly tyto faktory nejpatrnìjší na okraji dolní èelisti a distálním okraji naskenovaného zábìru a objevily se u všech CBCT systémù zhruba ve stejných místech. Tyto „halaèní defekty“, a již ve formì proužkù nebo kruhù, zpùsobují znaèné zkreslení snímku pøi okraji zábìru, které mùže ovlivnit pøesnost segmentace. V této studii bylo zjištìno, že nejménì geometricky pøesnou strukturou byl distální okraj dolní èelisti. Ten má nicménì ve srovnání s tìlem dolní èelisti a dùležitými anatomickými strukturami, jako je bradový otvor, pro použití v implantologii menší dùležitost.
Pøestože byla suchá dolní èelist ponoøena do vody, což mìlo napodobit mìkké tkánì, mohla výsledky ovlivnit absence krèních obratlù a lební baze. A rovnìž nebyla v pøedložené studii probírána pøesnost u horní èelisti, která by mohla být odlišná od dolní èelisti. Prùbìh studie by byl pøesvìdèivìjší, kdyby byla k dispozici lebka s dolní a horní èelistí i mìkkými tkánìmi a krèními obratli. To by ovšem samo o sobì zkomplikovalo získání mìøení „zlatého standardu“ a postup by byl nároèný na èas i laboratoø, protože je nutné mìkké tkánì pøed skenováním povrchu kosti odstranit. Horní èelist je také strukturou vyplnìnou vzduchem s velmi složitou geometrií a její skenování povrchovým laserem je tudíž nároèné.
Závìr
CBCT má stále o nìco menší pøesnost segmentace než MSCT. Pøesto jsou anatomické orientaèní body a modely vytváøeny spolehlivým a klinicky použitelným zpùsobem. Pøesnost okrajù dolní èelisti byla menší než u jejího tìla, a to z dùvodu halaèních defektù. Vzhledem k tìmto výsledkùm spolu s nízkým ozáøením, krátkou dobou skenování a dobrou kvalitou snímkù, mùže být CBCT pro orofaciální chirurgii a implantologii užiteèné.
Literatura:
Kompletní pøehled citované literatury naleznete na www.stomateam.cz. |
