ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

Transcript

1 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΡΟΕΓΧΕΙΡΗΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΙΚΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΣΕ ΞΗΡΕΣ ΓΝΑΘΟΥΣ, ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ ΚΩΝΙΚΗΣ ΔΕΣΜΗΣ NEWTOM. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΠΙΘΑΝΩΝ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΣΤΙΣ ΚΑΘΕΤΕΣ ΤΟΜΕΣ, ΜΕΤΑΞΥ ΤΗΣ ΟΡΘΗΣ ΚΑΙ ΑΛΛΩΝ, ΕΚΤΟΣ ΤΗΣ ΟΡΘΗΣ, ΘΕΣΕΩΝ ΤΟΥ ΑΣΘΕΝΗ ΣΤΟ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ ΕΠΙΠΕΔΟ. ΠΑΝΑΓΙΩΤΗ ΤΣΑΤΣΑΝΙΑ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΟΥ Αριθμός: 250 Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Οδοντιατρική Σχολή Τομέας Χειρουργικής και Παθολογίας Στόματος Εργαστήριο Οδοντοφατνιακής Χειρουργικής-Χειρ.Εμφυτευματολογίας και Ακτινολογίας Στόματος 2013

2 ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΡΟΕΓΧΕΙΡΗΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΙΚΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΣΕ ΞΗΡΕΣ ΓΝΑΘΟΥΣ, ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ ΚΩΝΙΚΗΣ ΔΕΣΜΗΣ NEWTOM. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΠΙΘΑΝΩΝ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΣΤΙΣ ΚΑΘΕΤΕΣ ΤΟΜΕΣ, ΜΕΤΑΞΥ ΤΗΣ ΟΡΘΗΣ ΚΑΙ ΑΛΛΩΝ, ΕΚΤΟΣ ΤΗΣ ΟΡΘΗΣ, ΘΕΣΕΩΝ ΤΟΥ ΑΣΘΕΝΗ ΣΤΟ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟ ΕΠΙΠΕΔΟ. ΠΑΝΑΓΙΩΤΗ ΤΣΑΤΣΑΝΙΑ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΟΥ Αριθμός: 250 Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Οδοντιατρική Σχολή Τομέας Χειρουργικής και Παθολογίας Στόματος Εργαστήριο Οδοντοφατνιακής Χειρουργικής-Χειρ.Εμφυτευματολογίας και Ακτινολογίας Στόματος

3 Τριμελής Συμβουλευτική Επιτροπή Τζελέπη Ελένη (επιβλέπoυσα). Επίκουρη καθηγήτρια Παρίσης Νικόλαος. Καθηγητής Κονδυλίδου Αθηνά. Επίκουρη καθηγήτρια Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή Τζελέπη Ελένη (επιβλέπoυσα).επίκουρη καθηγήτρια Παρίσης Νικόλαος. Καθηγητής Κονδυλίδου Αθηνά. Επίκουρη καθηγήτρια Τσίρλης Αναστάσιος. Καθηγητής Νταμπαράκης Νικόλαος. Επίκουρος Καθηγητής Βέης Αλέξανδρος. Επίκουρος Καθηγητής Δάγκαλης Παναγιώτης. Επίκουρος Καθηγητής «Η έγκριση της Διδακτορικής Διατριβής από την Οδοντιατρική Σχολή του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέα» (Ν. 5343/32, άρθρο 202, παρ. 2). 2

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ σελ. Περίληψη 4 Summary 5 Εισαγωγή 6 Σκοπός 7 Βιβλιογραφική ανασκόπηση 1.Συμβατική τομογραφία 8 2.Υπολογιστική τομογραφία 2.1 Αρχές λειτουργίας Χαρακτηριστικά της εικόνας στην υπολογιστική τομογραφία Εξέλιξη της υπολογιστικής τομογραφίας Εφαρμογές CT στην οδοντιατρική 16 3.Υπολογιστική τομογραφία κωνική δέσμης 3.1 Αρχές λειτουργίας Περιορισμοί της τομογραφίας κωνικής δέσμης Εφαρμογές της υπολογιστικής τομογραφίας κωνικής δέσμης Κατασκευαστές υπολογιστικών τομογράφων κωνικής δέσμης 28 Υλικό 29 Μέθοδος 30 Αποτελέσματα 48 Συζήτηση 76 Συμπεράσματα 93 Βιβλιογραφία 94 Ευχαριστίες 110 Παραρτήματα 111 3

5 Περίληψη Ο προεγχειρητικός έλεγχος για την τοποθέτηση εμφυτευμάτων περιλαμβάνει την ακτινογραφική απεικόνιση της υποψήφιας περιοχής. Η αδυναμία των παραδοσιακών τεχνικών απεικόνισης (περιακρορριζική, κεφαλομετρική και πανοραμική ακτινογραφία) είναι η δημιουργία αλληλεπικαλύψεων διαφόρων ανατομικών μορφωμάτων που δημιουργεί πρόβλημα στην ακτινοδιάγνωση. Αυτό οφείλεται, κυρίως, στο γεγονός ότι οι συμβατικές τεχνικές απεικονίζουν ένα τρισδιάστατο αντικείμενο σε δύο διαστάσεις. Τη λύση στο πρόβλημα έδωσε η ανάπτυξη της τεχνολογίας, μέσω της τομογραφίας, της ακτινογραφικής τεχνικής δηλαδή της απεικόνισης των δομών ενός και μόνο επιπέδου (τομής) του αντικειμένου που ακτινογραφείται. Η εξέλιξη της τομογραφίας ξεκινά από την απλή συμβατική τομογραφία, συνεχίζει μέσω της υπολογιστικής τομογραφίας και καταλήγει σήμερα στην υπολογιστική τομογραφία κωνικής δέσμης. Βασικά χαρακτηριστικά της κωνικού σχήματος δέσμης ακτινών είναι η λιγότερη εκπομπή ακτινοβολίας, η πολλαπλή ανασύνθεση των τομογραφικών εικόνων, η επιλογή επιπέδου και πάχους τομής σε υπολογιστή του χρήστη κα. Αν και υπάρχει πληθώρα εργασιών που ασχολούνται με τη διαγνωστική ακρίβεια των υπολογιστικών τομογράφων κωνικής δέσμης (ΥΤΚΔ) ελάχιστες λαμβάνουν υπόψη τις κινήσεις του ασθενή λόγω άγχους ή κακής τοποθέτησης της κεφαλής του από το χειριστή. Η διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τη δυνατότητα του λογισμικού του τομογράφου Newtom Vgi να διορθώνει τις παραπάνω λανθασμένες θέσεις του ασθενή σε οριζόντιο επίπεδο χωρίς να επηρεάζεται η διαγνωστική ακρίβεια του τομογράφου στο πλαίσιο του προεγχειρητικού ελέγχου για την τοποθέτηση εμφυτευμάτων. Η διαγνωστική ακρίβεια αξιολογήθηκε με βάση τον υπολογισμό του ύψους 10 ξηρών κάτω γνάθων σε 60 νωδές οπίσθιες περιοχές δοντιών σε μια κλίμακα γωνιώσεων 5 ο, 10 ο, 15 ο, 20 ο, 25 ο 30 Ο,που αναπαριστούσαν υποψήφιες εμφυτευματικές θέσεις. Οι μετρήσεις έγιναν από 4 αξιολογητές με σχετική κλινική εμπειρία στη μελέτη αξονικών τομογραφιών. Κατόπιν έγινε τεμαχισμός των γνάθων στα καθορισμένα σημεία και έγιναν οι μετρήσεις του ύψους της γνάθου(ανατομική αλήθεια). Αν και υπήρξαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των μετρήσεων των αξιολογητών όλες βρέθηκαν κάτω του 1mm οπότε μπορούν να θεωρηθούν ως κλινικά μη σημαντικές. 4

6 Summary The pre-surgical control for implant placement involves the radiographic imaging of the candidate area. The weakness of traditional imaging techniques (periapical imaging, cephalometric imaging, OPG) is the duplication of anatomical structures which causes problems in dental imaging. This problem occurs due to conventional techniques show a three dimensional object in two dimensions. The development of technology provided the solution to this problem through tomography, a radiographic technique which shows only a slice of the patient. The evolution of tomography starts from the conventional tomography, continues through computed tomography and ends up today in cone beam computed tomography (CBCT). Basic features of CBCT are the cone beam shape, the less radiation risk, the multi-planar reformation, the reconstruction of images from user s computer etc. Although many authors investigate the radiographic accuracy of CBCTs there are only a few who consider the possible movements of the patient, because of his/her anxiety or his/her bad settlement in the CBCT scanner. This paper deals with the potentiality of Newtom s Vgi software to correct these wrong possible movements in horizontal level, without influencing the radiographic accuracy in pre-implant assessment. This accuracy was evaluated through calculation of height in 10 drought mandibles at 60 posterior edentate marking places. The angulations used were 5 ο, 10 ο, 15 ο, 20 ο, 25 ο, 30 ο. The measurements were performed by 4 experienced examiners in implant placement. Next step was the dissection of the mandibles at the same marking places and the measurement of heights(gold standard).despite the statistically significant differences all were too small (<1mm) to be clinically important. 5

7 Εισαγωγή Ο προεγχειρητικός έλεγχος των υποψήφιων εμφυτευματικών θέσεων αποτελεί πολύ σημαντικό παράγοντα επιτυχίας στην τοποθέτηση εμφυτεύματων. Πέρα από την κλινική εξέταση, η διαγνωστική απεικόνιση αποτελεί τη λιγότερο παρεμβατική μέθοδο με το μεγαλύτερο όγκο πληροφοριών. Αυτές αφορούν στην αξιολόγηση των ανατομικών δομών, των παθολογικών αλλοιώσεων, της ποσότητας και ποιότητας του οστού όπως και στην αξιολόγηση της κλίσης αυτού για την σωστή τοποθέτηση του εμφυτεύματος. Τα κυριότερα στοιχεία που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην άνω γνάθο είναι : η απόσταση φατνιακής ακρολοφίας- ιγμορείου/ εδάφους των ρινικών κοιλοτήτων, το πάχος της φλοιώδους μοίρας του οστού, η απόσταση μεταξύ των δύο τοιχωμάτων της φλοιώδους μοίρας του οστού, η μορφολογία του τομικού πόρου. Στην κάτω γνάθο είναι η απόσταση φατνιακής ακρολοφίας- γναθιαίου πόρου/αγκύλης γενειακού νεύρου, το πάχος της φλοιώδους μοίρας του οστού, η απόσταση μεταξύ των δύο τοιχωμάτων της φλοιώδους μοίρας του οστού. Στις πλέον συνήθεις απεικονιστικές τεχνικές για τον προεγχειρητικό έλεγχο τοποθέτησης εμφυτευμάτων περιλαμβάνονται οι περιακρορριζική ακτινογραφία, η πανοραμική ακτινογραφία και η πλάγια κεφαλομετρική ακτινογραφία. Το κύριο μειονέκτημα των παραπάνω τεχνικών είναι η αλληλεπικάλυψη διαφόρων ανατομικών μορφωμάτων που δημιουργεί πρόβλημα στην ακτινοδιάγνωση. Αυτό οφείλεται, κυρίως, στο γεγονός ότι οι συμβατικές τεχνικές απεικονίζουν ένα τρισδιάστατο αντικείμενο σε δύο διαστάσεις. Τη λύση στο πρόβλημα έδωσε η τομογραφία, η ακτινογραφική τεχνική δηλαδή της απεικόνισης των δομών ενός και μόνο επιπέδου (τομής) του αντικειμένου που ακτινογραφείται. Έτσι παρέχεται η δυνατότητα ελέγχου των οστικών μορφωμάτων και των άλλων οργάνων κατά στρώματα ( Goaz and White 2000). Η εξέλιξη της τομογραφίας που ακολούθησε την πρόοδο της τεχνολογίας, παρέχει στον εξεταστή περισσότερα και ακριβέστερα δεδομένα και διασφαλίζει τη μεγαλύτερη δυνατή προστασία του ασθενή από την ακτινοβολία. 6

8 Σκοπός Η υψηλή διαγνωστική ακρίβεια των τομογραφικών εικόνων αποτελεί βασικό παράγοντα επιτυχίας στην εμφυτευματολογία. Η υψηλή έκθεση του ασθενή σε ακτινοβολία και η αδυναμία ανασύνθεσης των εικόνων από το χρήστη στην αξονική τομογραφία δρούσαν δυσμενώς στο τομέα του προεμφυτευματικού ελέγχου. Τη λύση στους παραπάνω τομείς επιχειρεί να δώσει ο υπολογιστικός τομογράφος κωνικής δέσμης. Σύμφωνα με τις αρχές λειτουργίας των υπολογιστικών τομογράφων κωνικής δέσμης (ΥΤΚΔ) γίνεται λήψη αρχικών δομικών εικόνων σε τρία επίπεδα (αξονικό, μετωπιαίο, οβελιαίο), ενώ η ανασύνθεση και παραγωγή των εικόνων (τομών) που κρίνονται απαραίτητες, γίνονται από τον ίδιο το χρήστη και όχι από τρίτους. Η τοποθέτηση του ασθενή στον τομογράφο ορίζεται συνήθως από φωτοσημάνσεις laser και διερευνητικές ακτινογραφικές λήψεις. Η μετακίνηση της κεφαλής του ασθενή λόγω άγχους κατά την εξέταση, μετά την παραπάνω διαδικασία τοποθέτησης και πριν την τελική λήψη, αλλά και η τυχόν λανθασμένη τοποθέτησή του από το χειριστή σε οριζόντιο επίπεδο, είναι αστάθμητοι παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν τη γεωμετρική ακρίβεια των αρχικών δομικών εικόνων και τις ανασυνθέσεις τους. Σκοπός της in vitro εργασίας είναι η διερεύνηση των δυνατοτήτων διόρθωσης πιθανών λαθών κατά την τοποθέτηση του ασθενή στον τομογράφο σε οριζόντιο επίπεδο, με τη χρήση του λογισμικού του τομογράφου και η διερεύνηση ενδεχόμενων παρεκκλίσεων στην ακρίβεια των μετρήσεων από τις διορθωμένες εικόνες. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε μια ξύλινη κατασκευή στο πλαίσιο της προσπάθειας που έγινε να αναπαραχθεί η θέση του ασθενή κατά τη διάρκεια της εξέτασης και οι πιθανές αποκλίσεις της κεφαλής σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο. Η κατασκευή καλύφθηκε με ακρυλικό πλαίσιο συγκεκριμένου πάχους για την αναπαραγωγή των μαλακών μορίων. Χρησιμοποιήθηκαν 10 ξηρές κάτω γνάθοι με νωδότητα στις οπίσθιες περιοχές. Οι συγκεκριμένες περιοχές καλύφθηκαν με ακρυλικό και έγινε διάνοιξη 3 παράλληλων οπών τόσο στην κορυφή όσο και στη βάση της ακρολοφίας της κάθε γνάθου και σε κάθε πλευρά αυτής. Κάθε οπή γέμισε με ακτινοαδιαπέρατη γουταπέρκα. Oι δύο παράλληλες οπές (κορυφή και βάση) όριζαν συγκεκριμένο επίπεδο τομής ώστε να 7

9 αναπαραχθεί τόσο στον τομογράφο όσο και για αντικειμενική μέτρηση μετά την αποκοπή των γνάθων. Οι μετρήσεις αφορούσαν το ύψος του οστού από την κορυφή της υπολειμματικής ακρολοφίας μέχρι τη βάση της γνάθου στο επίπεδο τομής που ορίζεται από τις δύο παράλληλες οπές. Βιβλιογραφική ανασκόπηση 1.Συμβατική τομογραφία Η αρχή λειτουργίας της συμβατικής τομογραφίας βασίζεται στη συνδυασμένηαντίθετη κίνηση της ακτινογραφικής λυχνίας και της ακτινογραφικής πλάκας, που είναι ο αποδέκτης των εξασθενημένων ακτίνων Χ, γύρω από ένα νοητό σημείο περιστροφής που ονομάζεται τομογραφικό κέντρο. Ο προσδιορισμένος χώρος ανάμεσα στη λυχνία και την πλάκα όπου τοποθετούνται οι υπό εξέταση δομές ορίζεται ως τομογραφικό πεδίο.(coin 1974,Αγγελόπουλος Χ.2009). Μόνο οι δομές που βρίσκονται μέσα στο τομογραφικό πεδίο προβάλλονται σε μια σταθερή θέση πάνω στην ακτινογραφική πλάκα και απεικονίζονται με ευκρίνεια. Σκοπός της συμβατικής τομογραφίας είναι να δημιουργήσει ασάφεια στις δομές έξω από το τομογραφικό πεδίο. Παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα της τομογραφικής εικόνας είναι ο τύπος της κίνησης της ακτινογραφικής λυχνίας, το πάχος τομής και ο βαθμός μεγέθυνσης (Misch 1999). Το πάχος της τομής επηρεάζεται από το εύρος κίνησης της λυχνίας. Όσο πιο ευρεία είναι η κίνηση τόσο πιο λεπτή είναι η τομή, γεγονός που βοηθά στην καλύτερη απεικόνιση των σκληρών ιστών (Curry και συν. 1990). Η διαδρομή της λυχνίας μπορεί να είναι γραμμική, κυκλική, ελλειψοειδής, υποκυκλοειδής ή σπειροειδής. Όλες οι διαδρομές-εκτός της γραμμικής- χαρακτηρίζονται από την κίνηση της ακτινογραφικής λυχνίας σε περισσότερα από ένα επίπεδα, γεγονός που δημιουργεί μια ομοιόμορφη ασάφεια στην τομογραφική εικόνα (Curry και συν. 1990, Bushong 1993,White and Pharoah 2004). Στόχος των σύνθετων κινήσεων είναι η μεγαλύτερη δυνατή σαφήνεια της απεικόνισης της εξεταζόμενης περιοχής, απαλλαγμένης από ανεπιθύμητες προβολές και σκιάσεις που κυριαρχούσαν στη γραμμική τομογραφία.(yune 1993). Προκειμένου να αποφευχθεί η παραμόρφωση στις τομογραφικές εικόνες θα πρέπει οι υπό εξέταση δομές να τοποθετούνται κάθετα προς την πηγή των ακτίνων(curry και συν.1990). 8

10 Μειονεκτήματα των κάθετων τομών στη συμβατική τομογραφία θεωρούνται η μεγέθυνση της εικόνας (που αναφέρεται συνήθως από τον κατασκευαστή)(stella and Tharanon 1990) και η έλλειψη χαρακτηριστικών στοιχείων σε κάθε τομή, ώστε να αναγνωρίζεται η περιοχή από την οποία λήφθηκε ( Eckendral and Kvint 1986,Schwarz και συν.1989). Η εξέταση του συνόλου των γνάθων με την τεχνική αυτή, θα αποτελούσε μια χρονοβόρα διαδικασία, ιδιαίτερα κοπιαστική για τον ασθενή. 2.Υπολογιστική τομογραφία 2.1 Αρχές λειτουργίας Η υπολογιστική τομογραφία ή αξονική τομογραφία(computed Tomography- CT) αποτέλεσε μια επανάσταση στην ιατρική απεικονιστική μεθοδολογία. Τόσο η απλή ακτινογραφία όσο και η συμβατική τομογραφία βασίζονται στη δισδιάστατη απεικόνιση ενός τρισδιάστατου αντικειμένου. Ένα από τα μειονεκτήματα της συμβατικής τομογραφίας ήταν η αδυναμία αναγνώρισης λεπτομερειών σε περιοχές με παρόμοια πυκνότητα λόγω επικάλυψής τους. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημά της αξονικής τομογραφίας είναι η δυνατότητα εξάλειψης όλων των ανεπιθύμητων ανατομικών δομών που θα δημιουργούσαν ασάφεια στην απεικόνιση. Η υπολογιστική τομογραφία είναι μια διαγνωστική εξέταση που βασίζεται στην ανασύνθεση (reconstruction) μιας εικόνας από το συνδυασμό πολλών προβολών της περιοχής του σώματος που εξετάζεται. Εφαρμόστηκε για πρώτη φορά σε ασθενείς το 1973, μετά από μελέτες δύο δεκαετιών από τους Άγγλους μηχανικούς Hounsfield και McCormac. Με αυτή τη μέθοδο γίνεται προσπάθεια επίλυσης του προβλήματος της προβολής των δομών από διαφορετικά επίπεδα πάνω στο ίδιο επίπεδο (το επίπεδο του φιλμ) και ταυτόχρονα λύνεται και το άλλο πρόβλημα της μη διάκρισης δομών με μικρή διαφορά στη μεταξύ τους αντίθεση. Οι αξονικοί τομογράφοι περιλαμβάνουν τα ίδια βασικά μέρη : το σύστημα σάρωσης, το σύστημα υπολογισμού και το σύστημα καταγραφής και επίδειξης της εικόνας.(ελευθεριάδης και Ιακωβίδης 1996). 9

11 Το σύστημα σάρωσης αποτελείται από την ακτινογραφική λυχνία, τη διάταξη των ανιχνευτών ακτινοβολίας και το εξεταστικό τραπέζι. Η λυχνία παραγωγής ακτίνων Χ (πηγή) εκπέμπει δέσμη ακτίνων σε σχήμα βεντάλιας, προσαρτημένη σε δακτύλιο διαμέτρου 1,5 μέτρου περίπου και περιστρέφεται κατά 360 ο, κινούμενη πάνω σ αυτό το δακτύλιο, γύρω από τον εξεταζόμενο. Αντιδιαμετρικά με τη λυχνία, προσαρτημένο στον ίδιο δακτύλιο, υπάρχει το σύστημα ανιχνευτών ακτινοβολίας Χ. Η εξεταστική τράπεζα, όπου τοποθετείται ο ασθενής, είναι τοποθετημένη με τον άξονά της κάθετα στο επίπεδο λυχνίας-ανιχνευτών και έχει τη δυνατότητα να κινείται κατά μήκος του άξονά της. Το σύστημα υπολογισμού περιλαμβάνει το σύστημα μέτρησης που καταγράφει την εξασθένηση της δέσμης των ακτίνων Χ, που περνά μέσα από μια εγκάρσια τομή του σώματος από πολλές διευθύνσεις, λόγω της ταυτόχρονης περιστροφής του συστήματος λυχνίας-ανιχνευτών γύρω από τον ασθενή. Οι ακτίνες διέρχονται μέσα από τον ασθενή και η κατανομή της απορρόφησής τους καταγράφεται από το ανιχνευτικό σύστημα το οποίο βρίσκεται σε αντιδιαμετρική θέση με τη λυχνία. Δομές που βρίσκονται πάνω ή κάτω από το επίπεδο της δέσμης δεν απεικονίζονται. Η διαδικασία γίνεται κατά διακοπτόμενα χρονικά στάδια όπου λαμβάνεται ξεχωριστή τομή σε κάθε διαφορετική θέση της εξεταστικής τράπεζας με διακοπτόμενη εκπομπή ακτίνων Χ και ροή δεδομένων(goaz 2000, Αγγελόπουλος 2001, Χαρίση 2005, Παρίσης 2011). Στους σύγχρονους αξονικούς τομογράφους η ακτινογραφική λυχνία περιστρέφεται ελικοειδώς ή σπειροειδώς γύρω από τον ασθενή μέχρι να σαρωθεί ολόκληρη η περιοχή ενδιαφέροντος, σε συνεχή όμως χρόνο και με συνεχόμενη ροή δεδομένων(βushberg 2002).Κατά την έξοδό της από το ανθρώπινο σώμα η δέσμη βγαίνει εξασθενημένη, σε ποσοστό που εξαρτάται κυρίως από την πυκνότητα και την ανατομική σύσταση των ιστών που διαπέρασε. Οι τιμές εξασθένησης της ακτινοβολίας καταγράφονται από τους ανιχνευτές που αναφέρθηκαν και οι οποίοι μπορεί να είναι ανιχνευτές φθορισμού ή ανιχνευτές θαλάμων ιονισμού. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων που κατέγραψαν οι ανιχνευτές μετατρέπονται σε ηλεκτρικό σήμα και μεταφέρονται στον ηλεκτρονικό υπολογιστή του αξονικού τομογράφου, όπου θα μετατραπούν σε εικόνες (Parks 2000). Κάθε τομή του σώματος χωρίζεται υποθετικά σε πολλές στοιχειώδεις μονάδες οι οποίες έχουν τη μορφή ορθογώνιου παραλληλεπιπέδου και ονομάζονται στοιχειώδεις κυψέλες ή voxels. 10

12 Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι ανακατασκευής της εικόνας. Οι βασικότερες είναι η οπισθοπροβολή (backprojection), η ανακατασκευή Fourier και οι επαναληπτικές μέθοδοι(iterative techniques). Είναι ευνόητο ότι αναλυτική παρουσίαση όλων αυτών των μαθηματικών τεχνικών προϋποθέτει εξειδικευμένες μαθηματικές γνώσεις που δεν άπτονται του θέματος της εργασίας. Η ανακατασκευή της εικόνας βασίζεται στον υπολογισμό του γραμμικού συντελεστή εξασθένησης (μ) των ακτίνων όταν διέρχονται από τους ιστούς και γίνεται σε έναν ορθογώνιο πίνακα(matrix) όπου κάθε στοιχείο του πίνακα (pixel) απεικονίζει μία τιμή του (μ). Οι αριθμοί αυτής της σταθεράς αντιστοιχούν σε δεδομένους τόνους της κλίμακας του γκρι χρώματος. Με τον τρόπο αυτό σχηματίζεται η κλίμακα του Hounsfield. Να σημειωθεί στο σημείο αυτό ότι ο γραμμικός συντελεστής εξασθένησης της ακτινοβολίας (linear attenuation coefficient) εμφανίζεται στην εξίσωση : I=I 0 e μχ όπου Ι είναι η ένταση της ακτινοβολίας εξόδου από τον ασθενή, I 0 είναι η ένταση της ακτινοβολίας εισόδου, e μια σταθερά ίση με 2,718, μ είναι ο συντελεστής εξασθένισης της ακτινοβολίας και x είναι το πάχος του σώματος που διαπερνά η ακτινοβολία. Οι τιμές που παίρνει ο συντελεστής εξασθένισης (οι οποίες ονομάζονται και μονάδες Hounsfield- Hounsfield units H.U.) κυμαίνονται από (μηδενική απορρόφηση) έως (πλήρης απορρόφηση)( Ελευθεριάδης και Ιακωβίδης 1996, Αγγελόπουλος 2001, Χαρίση 2005, Παρίσης 2011 ). Έτσι ο αέρας παίρνει τιμές μεταξύ -800 και -1000, το νερό τιμή 0, τα παρεγχυματικά όργανα ήπαρ, πάγκρεας, σπλήνας, νεφροί τιμές μεταξύ +40 και +80 και τα οστά τιμές μεγαλύτερες από Όταν ολοκληρωθεί ο υπολογισμός των συντελεστών εξασθένησης τότε το σύστημα καταγραφής και επίδειξης του τομογράφου μετατρέπει τους ψηφιακούς αριθμούς σε διαβαθμίσεις της κλίμακας του γκρίζου για κάθε μία από τις στοιχειώδεις κυψέλες (voxels). Με τον τρόπο αυτό γίνεται η ανασύνθεση των πληροφοριών σε μια επίπεδη επιφάνεια που διαιρείται σε μικρά τετραγωνίδια. Το πλέγμα αυτό λέγεται μήτρα (matrix) και αποτελείται από σειρές και στήλες. Κάθε μικρό τετραγωνίδιο παριστά τη μετατροπή της ψηφιακής εικόνας της στοιχειώδους κυψέλης (voxel) σε διαβάθμιση του γκρίζου και ονομάζεται pixel. To εμβαδό κάθε voxel αντιστοιχεί σε μια επιφάνεια που λέγεται pixel και αποτελεί 11

13 τη δυσδιάστατη απεικόνιση του voxel στην οθόνη του υπολογιστή (Ελευθεριάδης και Ιακωβίδης 1996, Αγγελόπουλος 2001 ). Ο συνολικός αριθμός των pixel που συμμετέχουν στον σχηματισμό της εικόνας καθορίζουν το μέγεθος της μήτρας. Το πάχος της στοιχειώδους κυψέλης (voxel) αντιστοιχεί στο πάχος τομής που έχει καθοριστεί με την εξέταση(ελευθεριάδης και Ιακωβίδης 1996). Η αντιστοιχία των μονάδων Hounsfield σε διαβαθμίσεις πυκνότητας του γκρίζου θεωρεί ως απόλυτο άσπρο το και ως απόλυτο μαύρο το Όλες οι άλλες τιμές αντιπροσωπεύονται από διάφορες αποχρώσεις του γκρίζου. Η απεικόνιση της τομής γίνεται στην οθόνη του ηλεκτρονικού υπολογιστή του αξονικού τομογράφου. Περιοχές του σώματος με υψηλό συντελεστή εξασθένησης όπως είναι τα οστά εμφανίζονται σαν λευκές περιοχές, ενώ περιοχές με μικρότερο συντελεστή εξασθένησης όπως οι μαλακοί ιστοί ή ο αέρας απεικονίζονται γκρίζες ή μαύρες αντίστοιχα(φαιά κλίμακα). Το σύνολο των αριθμών Hounsfield που καλύπτουν το διάστημα από το μαύρο ως το λευκό ονομάζεται εύρος παραθύρου και έχει σχέση με την αντίθεση της απεικόνισης. Στενό εύρος δημιουργεί εικόνα με υψηλή αντίθεση ενώ μεγάλο εύρος εικόνα χαμηλής αντίθεσης. Επίπεδο παραθύρου είναι ο αριθμός Hounsfield που αντιστοιχεί στο μέσο της απεικονιζόμενης φαιάς κλίμακας (Αγγελόπουλος 2001,Pasler 1992). Στον υπολογιστή του τομογράφου γίνεται η παραγωγή των εικόνων με τη βοήθεια ειδικών αλγόριθμων(parks 2000). 2.2 Παράγοντες που επηρεάζουν την ποιότητα της εικόνας στην υπολογιστική τομογραφία Η ποιότητα της εικόνας στην υπολογιστική τομογραφία επηρεάζεται από(jurik και συν. 1997) : α)τη χωρική διακριτική ικανότητα που εκφράζει την ικανότητα ενός απεικονιστικού συστήματος να απεικονίζει ως ξεχωριστές οντότητες δύο ή περισσότερες δομές, πολύ μικρών διαστάσεων, που βρίσκονται πολύ κοντά η μία στην άλλη. Ο παράγοντας που επηρεάζει περισσότερο την χωρική διακριτική ικανότητα της εικόνας είναι το πάχος τομής. Όσο μειώνουμε το πάχος τομής τόσο αυξάνεται η χωρική διακριτική ικανότητα β)το θόρυβο (noise): Θόρυβος είναι το σύνολο των πληροφοριών που περιέχονται σε μία εικόνα και που δεν έχουν διαγνωστική αξία.είναι αυτονόητο λοιπόν, ότι ο θόρυβος είναι 12

14 ανεπιθύμητος και συχνά υποβαθμίζει την εικόνα με συνέπεια να κρύβει την χρήσιμη πληροφορία.ο θόρυβος είναι συνήθως ποιο ενοχλητικός όταν το σήμα είναι ασθενές. Η διαγνωστικά χρήσιμη πληροφορία ονομάζεται σήμα. Μία φυσική παράμετρος η οποία μετράει την ευκρίνεια της εικόνας είναι ο «λόγος σήματος προς θόρυβο» (signal to noise ratio SNR). Άφθονο σήμα ή μείωση του θορύβου παράγουν υψηλής ποιότητας εικόνα. Ο θόρυβος δεν μπορεί να εξαλειφθεί, μπορεί όμως να μειωθεί. γ)έλλειψη ευκρίνειας (Blurring) : Έλλειψη ευκρίνειας στην ψηφιακή ακτινογραφία είναι η υποβάθμιση της λεπτομέρειας της εικόνας. Είναι το αντίθετο της οξύτητας. Η οξύτητα της εικόνας,αναφέρεται στην δυνατότητα να διακριθεί η λεπτομέρεια. Μία εικόνα μεγάλης οξύτητας είναι εικόνα υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας. Η έλλειψη ευκρίνειας κατά κύριο λόγο οφείλεται στους παρακάτω παράγοντες : α) Στο ενεργό μέγεθος της εστίας της λυχνίας β) στην κίνηση του εξεταζόμενου και στην κίνηση των οργάνων του γ) στο πάχος της τομής δ)στο πάχος των ιστών ε)στη μήτρα επεξεργασίας της εικόνας(matrix) στ) στα ηλεκτρονικά μέρη του συστήματος και στους αλγόριθμους ανακατασκευής και ανασύνθεσης. Για να βελτιώσουμε την ασάφεια της εικόνας,τις περισσότερες φορές αρκεί να βελτιώσουμε την χωρική διακριτική ικανότητα αυτής. Επίσης η συγκράτηση αναπνοής σε εξετάσεις θώρακος- κοιλιάς,η ακινητοποίηση των μη συνεργάσιμων εξεταζομένων και των παιδιών περιορίζουν την ασάφεια. δ)διακριτική ικανότητα χαμηλής αντίθεσης (Low contrast resolution): Αντίθεση της εικόνας είναι η παράμετρος που περιγράφει την ικανότητα ενός συστήματος να διακρίνει μικρές διαφορές στην ένταση του σήματος και να τις απεικονίσει. Δηλαδή την ικανότητα να διακρίνει ανατομικές δομές που έχουν πολύ μικρές διαφορές στην πυκνότητα, δηλαδή δομές με πολύ χαμηλή αντίθεση. 13

15 2.3 Εξέλιξη της υπολογιστικής τομογραφίας Η εξέλιξη των μηχανημάτων υπολογιστικής τομογραφίας πέρασε από διάφορα στάδια. Τα μηχανήματα πρώτης γενιάς χρησιμοποιούσαν μια πολύ καλά εστιασμένη δέσμη (pencil beam) που ανιχνευόταν από έναν επίσης πολύ καλά εστιασμένο ανιχνευτή. Το σύστημα πηγή- ανιχνευτής κινείται κατά μήκος του ασθενούς και σαρώνει την περιοχή της τομής κατά τη διάρκεια της κάθε λήψης. Η πηγή εκπέμπει δέσμη γνωστής έντασης. Μετά τη διέλευση από τον ασθενή καταγράφεται η ένταση της δέσμης από τον ανιχνευτή. Όταν ολοκληρωθεί η σάρωση της τομής ή φέτας, το σύστημα περιστρέφεται κατά 1 ο για τη λήψη της επόμενης προβολής. Έτσι για τη δημιουργία μιας τομής απαιτούνταν 180 προβολές. Ο συνολικός χρόνος λήψης για μια τομή ήταν της τάξης των 4 λεπτών της ώρας. Στα μηχανήματα της δεύτερης γενιάς ο χρόνος τομής μειώθηκε κατά πολύ. Χρησιμοποιήθηκαν περισσότεροι ανιχνευτές διατεταγμένοι σε σχήμα τόξου εύρους περίπου 10 ο και η δέσμη είχε σχήμα βεντάλιας με άνοιγμα αντίστοιχο με αυτό του τόξου των ανιχνευτών. Στα μηχανήματα της τρίτης γενιάς, το άνοιγμα της δέσμης έγινε τέτοιο που να καλύπτει όλο το αντικείμενο με αντίστοιχη αύξηση των ανιχνευτών. Έτσι ο χρόνος μειώθηκε ακόμη περισσότερο και έγινε της τάξης των μερικών δευτερολέπτων. Στα μηχανήματα τέταρτης γενιάς υπάρχουν περισσότεροι ανιχνευτές διατεταγμένοι σε έναν ολόκληρο κύκλο. Αυτό δεν συνέβαλλε στην περαιτέρω μείωση του χρόνου εξέτασης αλλά στην βελτίωση προβλημάτων της εικόνας λόγω κίνησης του ανιχνευτικού συστήματος κατά τη διάρκεια της λήψης. Υπάρχουν επίσης και συστήματα τα οποία μπορούν να χαρακτηρισθούν ως πέμπτης γενεάς δηλαδή με περισσότερες από μία λυχνίες σε διάφορες θέσεις στην περιφέρεια ενός κυκλικού δακτυλίου. Ακόμα υπάρχουν μηχανήματα που δεν διαθέτουν καθόλου λυχνία. Αντί αυτής υπάρχει ένας ημικυκλικός δακτύλιος από βολφράμιο που περιβάλλει τον ασθενή. Ο δακτύλιος βομβαρδίζεται με ηλεκτρόνια που προέρχονται από έναν επιταχυντή ηλεκτρονίων. Η δέσμη των ηλεκτρονίων εστιάζεται και κατευθύνεται στο βολφράμιο με την βοήθεια κατάλληλων πηνίων. Ο χρόνος σάρωσης μειώνεται έτσι στα 50 msec (Paterson και συν. 2001). Οι αρχικές εγκάρσιες τομές που αποθηκεύονται στη μνήμη του ηλεκτρονικού υπολογιστή του τομογράφου μπορούν να επεξεργαστούν και να οδηγήσουν στην ανασύνθεση νέων, σε οποιοδήποτε επίπεδο ή κατεύθυνση (Αγγελόπουλος - Τσιχλάκης 2001, 14

16 Αγγελόπουλος Χ. 2009). Με τη χρησιμοποίηση κατάλληλων αλγορίθμων γίνεται ανασύνθεση μια καινούργιας εικόνας από τα υπάρχοντα δεδομένα. Η λειτουργία αυτή ονομάζεται πολυεπίπεδη ανασύνθεση (multi-planar reformatting) και επιτρέπει την απεικόνιση των δομών ενδιαφέροντος με διαφορετικές τομές ανάλογα με τη συγκεκριμένη διαγνωστική ανάγκη (Αγγελόπουλος Χ. 2009). Στα σύγχρονα μηχανήματα, με τη χρήση πάλι κατάλληλων αλγορίθμων, ο υπολογιστής μπορεί σε σύντομο χρονικό διάστημα να τοποθετήσει τις αρχικές εγκάρσιες τομές, τη μια πάνω στην άλλη και να δημιουργήσει τρισδιάστατη απεικόνιση του αντικειμένου που εξετάστηκε. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα περιστροφής του τρισδιάστατου αντικειμένου, αφαίρεσης ανατομικών μορίων και μελέτης εν τω βάθει περιοχών, πάλι σε διαφορετικά επίπεδα.( Αγγελλόπουλος- Τσιχλάκης 2001).Σε αντίθεση με τις συμβατικές τομογραφικές εικόνες, οι εικόνες της υπολογιστικής τομογραφίας παρουσιάζουν μηδενική μεγέθυνση με αποτέλεσμα να μπορούν να γίνουν μετρήσεις από τις εικόνες(αγγελόπουλος Χ.2009). Η ανάγκη γρηγορότερων πολλαπλών σαρώσεων οδήγησε στην ανάπτυξη συστημάτων ελικοειδούς σαρώσεως (spiral CT), που έχει σαν καινοτομία την ταυτόχρονη μετακίνηση της εξεταστικής τράπεζας κατά τη διάρκεια εκπομπής των ακτίνων Χ και περιστροφής της λυχνίας γύρω από τον εξεταζόμενο(bring και συν. 2000, Goaz 2000, Prokop&Galanski 2003, Hanazawa 2004, Χαρίση 2005, Παρίσης 2011). Στην ελικοειδή αξονική τομογραφία η συλλογή δεδομένων είναι μια συνεχής διαδικασία στο χρόνο και διαρκεί όσο διαρκεί η εξέταση. Βασικότερα πλεονεκτήματα της τεχνικής η μικρή διάρκεια εξέτασης και η γρήγορη συλλογή δεδομένων(αγγελόπουλος 2001, Hanazawa 2004). Εξέλιξη της ελικοειδούς σάρωσης θεωρείται σήμερα η πολυτομική αξονική τομογραφία(multi Slice Computed Tomography-MSCT). Στους τομογράφους αυτούς αντί για μια μόνο σειρά ανιχνευτών, που βρίσκονται στους τομογράφους με ελικοειδή σάρωση, τοποθετούνται μέχρι και 128 ενεργές σειρές ανιχνευτών για την υποδοχή της εξασθενίζουσας ακτινοβολίας (Prokop&Galanski 2003). Ο μεγαλύτερος αριθμός ανιχνευτών και η ανάπτυξη νέας γενιάς υπολογιστών πρόσφεραν μεγαλύτερη και γρηγορότερη συλλογή και επεξεργασία των δεδομένων. Στον πολυτομικό αξονικό τομογράφο είναι δυνατή η παραγωγή δισδιάστατων και τρισδιάστατων εικόνων καθώς και πολυεπίπεδων ανασυνθέσεων από την επεξεργασία των 15

17 βασικών τομών που ελήφθησαν χωρίς επιπλέον έκθεση του ασθενή σε ακτινοβολία(prokop&galanski 2003). Τα συστήματα αξονικών τομογράφων διπλής πηγής (Dual-Source Computed Tomography, DSCT) ανήκουν στην νέα γενιά πολυτομικών αξονικών τομογράφων στους οποίους οι ανιχνευτές περιστρέφονται σε συγχρονισμό με τη λυχνία και η δέσμη των ακτίνων Χ έχει σχήμα βεντάλιας (Flohr 2006). Είναι εξοπλισμένα με δύο λυχνίες, τοποθετημένες με γωνιακή διαφορά 90 ο. Σε κάθε θέση της λυχνίας δημιουργούνται δύο εστιακά σημεία και αντίστοιχα δύο προβολές, δύο σειρές δεδομένων, σε κάθε στοιχείο του ανιχνευτή (Χαντζή και συν. 2012). Οι δύο λυχνίες μπορούν να λειτουργούν στο ίδιο ή σε διαφορετικό δυναμικό (kv) και ρεύμα (ma)(petersilka και συν.2008). Πλεονέκτημα των δύο λυχνιών είναι η αυξημένη ισχύς και η ταχεία σάρωση μεγάλου όγκου (Χαντζή και συν. 2012). Μειονεκτήματα των πολυτομικών αξονικών τομογράφων θεωρούνται ο μεγάλος όγκος του συστήματος καθώς και η αγορά και συντήρηση του εξοπλισμού(prokop&galanski 2003). 2.4 Εφαρμογές CT στην οδοντιατρική Στην οδοντιατρική η υπολογιστική τομογραφία βρήκε εφαρμογή αρχικά στη μελέτη παθολογικών αλλοιώσεων των γνάθων, των παραρρινικών κόλπων, του εδάφους του στόματος και του φάρυγγα, λοιμώξεων και κακώσεων (Ελευθεριάδης-Ιακωβίδης 1996, Φραγκίσκος 2000). Η εφαρμογή της επεκτάθηκε στην εκτίμηση εγκλείστων δοντιών (Φραγκίσκος 2000), στη μελέτη διαταραχών της κροταφογναθικής διάρθρωσης (Αbrahams 2001), καθώς και κρανιοπροσωπικών ανωμαλιών ή ανωμαλιών του προσώπου και του κρανίου χωριστά. Παράλληλα, αδιαμφισβήτητος είναι ο ρόλος της και στον προεγχειρητικό ακτινογραφικό έλεγχο για την τοποθέτηση εμφυτευμάτων. Οι εικόνες που προκύπτουν από τη διαδικασία της ανασύνθεσης είναι χαμηλότερης ποιότητας από τις αρχικές, ωστόσο οι ανατομικές ιδιαιτερότητες της γναθοπροσωπικής περιοχής θα απαιτούσαν άτυπες και άβολες θέσεις για τον ασθενή αν ήταν ανάγκη να χρησιμοποιηθούν οι άμεσες-αρχικές τομογραφικές εικόνες.(αγγελόπουλος X. 2009). Μέσω της υπολογιστικής τομογραφίας δίνεται η δυνατότητα προσδιορισμού της τοπογραφίας και της θέσης του ιγμόρειου άντρου, της ρινικής κοιλότητας και του γναθιαίου πόρου. Επίσης δίνονται 16

18 στοιχεία για το ύψος, την κλίση και το εύρος της φατνιακής απόφυσης όπως και για την πυκνότητα του οστού των γνάθων (Ελευθεριάδης και Ιακωβίδης 1996, Mayfield-Donahoo 1997,Siebegger 2001). Με το πέρασμα του χρόνου η εκτεταμένη χρήση εμφυτευμάτων οδήγησε στην ανάπτυξη αναβαθμισμένων απεικονιστικών πρωτοκόλλων και λογισμικών (dental scan). Μετά τη λήψη των αρχικών τομών πάνω σε αντιπροσωπευτική αξονική εικόνα ακολουθεί ο σχεδιασμός μίας καμπύλης γραμμής κατά μήκος της υπό εξέταση γνάθου, που προσδιορίζει τις πανοραμικές εικόνες που προκύπτουν από την ανασύνθεση. Στη συνέχεια, θα παραχθούν αυτόματα από το λογισμικό πολυάριθμες εγκάρσιες τομές κάθετα προς την αρχική καμπύλη γραμμή. Αξιοσημείωτο είναι πως το διάστημα των εγκάρσιων τομών καθορίζεται από το χρήστη(ελευθεριάδης και Ιακωβίδης 1996). 3.Υπολογιστική τομογραφία κωνική δέσμης 3.1 Αρχές λειτουργίας Η υπολογιστική τομογραφία κωνικής δέσμης (ΥΤΚΔ) είναι η πλέον σύγχρονη απεικονιστική τεχνική του σπλαγχνικού κρανίου. Αν και η χρήση της αρχικά περιορίστηκε στην αγγειογραφία (Rob 1982) αργότερα επεκτάθηκε στην ακτινοθεραπεία (Cho και συν., 1995) και στη μαστογραφία (Chen και Ning 2001), ενώ δεν άργησε και η εφαρμογή της στην γναθοπροσωπική περιοχή. Όπως και στην περίπτωση του ορθοπαντομογράφου έτσι και στην ΥΤΚΔ χρησιμοποιείται μια περιστρεφόμενη ακτινογραφική λυχνία σταθερά συνδεδεμένη με το σύστημα ανίχνευσης της δέσμης. Κατά τη διάρκεια της ΥΤΚΔ πραγματοποιούνται πολλαπλές διαδοχικές ακτινογραφικές λήψεις του ασθενή, που συλλέγονται από το σύστημα ανίχνευσης. Οι διαστάσεις του τελευταίου είναι αρκετά μεγάλες ώστε να επιτυγχάνεται η σάρωση ολόκληρης της περιοχής ενδιαφέροντος με μια μόνο περιστροφή (Μozzo και συν. 1998, Αrai και συν. 1999, Ιto και συν. 2001). Το παραπάνω γίνεται εφικτό με την χρήση μιας δέσμης ακτίνων με κωνικό σχήμα και ενός ανιχνευτικού συστήματος κατάλληλου μεγέθους, ικανό να συλλάβει το σύνολο, σχεδόν, των ακτίνων, που διέρχονται από τους ιστούς του ασθενή. Το αποτέλεσμα στην περίπτωση αυτή θεωρείται καλύτερο από εκείνο της υπολογιστικής τομογραφίας με δέσμη τύπου βεντάλιας. Αυτό οφείλεται 17

19 κυρίως στο ότι στην τελευταία περίπτωση ο προς απεικόνιση ιστός σαρώνεται βήμα-βήμα και παράγονται τομές προεπιλεγμένου πάχους, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία εξαιρετικά χρονοβόρα και αρκετά πιο πολύπλοκη καθώς απαιτείται η προσθήκη επιπλέον μηχανικών μερών (Υamamoto και συν., 2003, Sukovic 2004). Η ακτινογραφική λυχνία, που χρησιμοποιείται στην ΥΤΚΔ, είναι μια λυχνία σταθερής ανόδου σχεδόν όμοια, τις περισσότερες φορές, με αυτή που συναντάται στα συμβατικά πανοραμικά μηχανήματα. Βάσει των διαστάσεων του προς εξέταση πεδίου χρησιμοποιούνται συστήματα ικανά να περιορίζουν τη δέσμη των ακτίνων με συνέπεια αυτή να μετατρέπεται σε κωνική. (Danforth 2003). Οι εικόνες που θα παραχθούν κατά τη διαδικασία της σάρωσης, οι οποίες ουσιαστικά είναι οι εξασθενημένες από τους ιστούς του ασθενή ακτίνες, θα ανιχνευθούν τελικά από το σύστημα ανίχνευσης του τομογράφου. Ωστόσο, η συλλογή του σήματος των ακτίνων από το σύστημα ανίχνευσης δεν μπορεί να είναι συνεχής, για τεχνικούς λόγους, με αποτέλεσμα η ακτινογραφική λυχνία να παράγει μια παλμική (διακοπτόμενη) δέσμη. Είναι απαραίτητο να σημειωθεί πως η συχνότητα της παλμικής δέσμης συμπίπτει με την περιοδικότητα του 18

20 συστήματος ανίχνευσης ως προς το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την επεξεργασία των δεδομένων κάθε προβολής. Το σύστημα ανίχνευσης εκμεταλλεύεται το σύντομο χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ των ακτινογραφικών προβολών για την επεξεργασία των δεδομένων που προκύπτουν από κάθε προβολή. Το παραπάνω έχει ως αποτέλεσμα ο πραγματικός χρόνος έκθεσης του ασθενή στην ακτινοβολία να είναι αρκετά μικρότερος από τον χρόνο που απαιτείται για να ολοκληρωθεί η διαδικασία της σάρωσης. (Sukovic 2003, Scarfe και συν. 2006). Παράλληλα με τον περιορισμό της δέσμης της ακτινοβολίας εκτίθεται σε αυτή μόνον η περιοχή ενδιαφέροντος (Scarfe και συν. 2006, Danforth και συν. 2003). Καθώς η λυχνία περιστρέφεται, κατά τη διάρκεια της σάρωσης, εκπέμπει στιγμιαία σε κάθε θέση γύρω από την περιοχή ενδιαφέροντος. Με τον τρόπο αυτό παράγονται εικόνες απλής προβολής, που ονομάζονται βασικές ή δομικές εικόνες. Στους περισσότερους τομογράφους ο αριθμός των εικόνων αυτών ανά σάρωση είναι σταθερός. Είναι αξιοσημείωτο πως όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των δομικών εικόνων, τόσο περισσότερες είναι και οι πληροφορίες που συλλέγονται από το σύστημα ανίχνευσης οι οποίες στη συνέχεια θα χρησιμοποιηθούν για την ανασύνθεση των εικόνων. Κατά συνέπεια, η ποιότητα των τομογραφικών εικόνων που θα παραχθούν τελικά θα είναι βελτιωμένη εξαιτίας της αύξησης του λόγου σήματος προς θόρυβο. Ωστόσο, είναι κατανοητό πως στην περίπτωση που ο ρυθμός απόκτησης των δομικών εικόνων είναι σταθερός, η αύξηση του αριθμού των εικόνων αυτών προκαλεί αύξηση του χρόνου σάρωσης και συνεπώς και του χρόνου ακτινοβόλησης του ασθενή (Araki και συν., 2004). Σήμερα, δύο τύποι ανιχνευτικών συστημάτων απαντώνται στο εμπόριο και είναι οι σωληνοειδείς ενισχυτές εικόνας (image intensifier tubes-ιιτ) και οι ανιχνευτές επίπεδης πλάκας (flat panel imager-fpi). Στους σωληνοειδείς ενισχυτές εικόνας η δέσμη των ακτίνων, μετά την είσοδό της στον σωλήνα, μετατρέπεται σε φως με την παρεμβολή μιας ενισχυτικής πινακίδας (input phosphor). Το φωτεινό σήμα στη συνέχεια μετατρέπεται σε δέσμη ηλεκτρονίων στην φωτοκάθοδο. Η παραγόμενη δέσμη ηλεκτρονίων επιταχύνεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο μέσα στον σωλήνα και μετατρέπεται εκ νέου σε φως (φωτεινό σήμα) από δεύτερη ενισχυτική πινακίδα (output phosphor). Η ένταση του σήματος διορθώνεται με την παρεμβολή σειράς φακών και ακολουθεί η τελική μετατροπή σε ηλεκτρικό σήμα από μια συστοιχία αισθητήρων τύπου CCD. Το παραγόμενο ηλεκτρικό σήμα είναι ανάλογο της 19

21 έντασης του φωτεινού σήματος, το οποίο με την σειρά του είναι ανάλογο της ενέργειας της προσπίπτουσας στον σωλήνα ενισχυτή, ακτινοβολίας. Η εικόνα που θα παραχθεί στην περίπτωση αυτή εμφανίζει γεωμετρική παραμόρφωση και μειωμένη ευκρίνεια εξαιτίας του σχήματος του ενισχυτικού σωλήνα και της μεσολάβησης πολλών σταδίων κατά τη διάρκεια παραγωγής της εικόνας. Παράλληλα, τα επίπεδα θορύβου που παρατηρούνται στους σωλήνες-ενισχυτές είναι αρκετά υψηλότερα από αυτά των απεικονιστών επίπεδης πλάκας (Baba και συν.2002, Baba και συν. 2004, Scarfe και συν. 2006, Bartling και συν.2007 ). Στα συστήματα ανίχνευσης αυτού του τύπου, μετά την λήψη της εικόνας, εφαρμόζονται διορθωτικοί αλγόριθμοι για την διόρθωση της παραμόρφωσης και τον περιορισμό των artifacts που δημιουργούνται από τον σωλήνα. Η πύλη για τη σύλληψη των ακτίνων (απεικονιστικό πεδίο) των σωληνοειδών ενισχυτών εικόνας είναι κυκλική και διατίθεται σε διάφορες διαμέτρους. Στα συστήματα ανίχνευσης τύπου επίπεδης πλάκας (flat panel detectors) οι αισθητήρες για τη σύλληψη της ακτινοβολίας περιέχονται σε ένα λεπτό στρώμα άμορφου πυριτίου (a-si). Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει περιορισμός σε ότι αφορά το μέγεθος τους. Οι απεικονιστές επίπεδης πλάκας περιλαμβάνουν επίσης και μια ενισχυτική πινακίδα ιωδιούχου καισίου. Η ενισχυτική πινακίδα μετατρέπει την προσπίπτουσα ακτινοβολία σε φως (φωτεινό σήμα) το οποίο μετατρέπεται εν συνεχεία σε ηλεκτρικό σήμα στις διατάξεις των αισθητήρων. Το παραγόμενο ηλεκτρικό σήμα είναι ανάλογο της έντασης του φωτεινού σήματος, το οποίο με την σειρά του είναι ανάλογο της ενέργειας της προσπίπτουσας στον απεικονιστή επίπεδης πλάκας, ακτινοβολίας. Αυτά τα συστήματα ανίχνευσης δεν παρουσιάζουν την γεωμετρική παραμόρφωση που παρουσιάζουν οι σωληνοειδείς ενισχυτές εικόνας (White και Pharoah 2008). Ωστόσο, οι απεικονιστές επίπεδης πλάκας δεν στερούνται μειονεκτημάτων. Η ευαισθησία τους στην ακτινοβολία δεν είναι πάντα γραμμική (ιδιαίτερα σε χαμηλές ή υψηλές δόσεις). Επιπλέον, η απόδοση τους σε ότι αφορά την ανίχνευση των ακτίνων δεν είναι ομοιογενής καθ όλο το μήκος και πλάτος του ανιχνευτή. Αυτό καθιστά επιτακτική την ισοστάθμιση (calibration), όπου τυχόν ανομοιογένειες στην έκθεση διορθώνονται ηλεκτρονικά (Scarfe και Farman 2008). Ανεξάρτητα από τον τύπο του ανιχνευτικού συστήματος που χρησιμοποιείται στους διάφορους τομογράφους κωνικής δέσμης, η αναλυτική ικανότητα του συστήματος ανίχνευσης καθορίζεται κυρίως από τις διαστάσεις των ευαίσθητων κυψελών 20

22 που συλλέγουν το σήμα, ανεξάρτητα από τον τύπο του ανιχνευτικού συστήματος που χρησιμοποιείται στους διάφορους τομογράφους κωνικής δέσμης. Ωστόσο, η επιφάνεια του ανιχνευτή δεν καταλαμβάνεται πλήρως από αυτές τις κυψέλες, καθώς ένα μεγάλο τμήμα της επιφάνειας αυτής αποτελείται από τα μέρη/στοιχεία που ευθύνονται για τη μεταφορά του σήματος, με αποτέλεσμα να περιορίζεται η αναλυτική ικανότητα όλου του συστήματος. Το μικρό μέγεθος των ευαίσθητων κυψελών αν και αυξάνει την ανάλυση του ανιχνευτή, μειώνει το λόγο σήματος/θορύβου(signal to noise ratio SNR). Η ανάλυση της απεικόνισης στην περίπτωση της ΥΤΚΔ εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος του ογκοστοιχείου (voxel) και ΟΧΙ από το πάχος της τομής. Το τελευταίο, ως γνωστόν, παίζει σημαντικό ρόλο στην περίπτωση της υπολογιστικής τομογραφίας (Scarfe και συν. 2006). Η ευαισθησία των κυψελών του ανιχνευτικού συστήματος υπάρχει πιθανότητα να διαφοροποιείται από περιοχή σε περιοχή με αποτέλεσμα να παρατηρείται ανομοιογένεια ποικίλου βαθμού στις δομικές εικόνες, κατά τμήματα του προς απεικόνιση όγκου. Επιπρόσθετα, η ανομοιογένεια των δομικών εικόνων μπορεί να έχει σχέση και με το κατά πόσο αποτελεσματική είναι η φθορίζουσα πλάκα στην μετατροπή της ακτινοβολίας σε φως. Το στάδιο της προεπεξεργασίας είναι αυτό κατά το οποίο οι ανομοιογένειες που προαναφέρθηκαν μπορούν, ως ένα σημείο βέβαια, να διορθωθούν. Στη συνέχεια, τα δεδομένα, που συλλέγονται από κάθε voxel, ταξινομούνται βάσει της εξασθένησης της ακτινοβολίας, ακολούθως φιλτράρονται για την εξομάλυνση τυχόν ανομοιογενειών, που έχουν προκύψει για να προβληθούν τελικά με φωτεινότητα pixel διαμετρικά αντίθετη από αυτήν που είχαν στην αρχή (οπίσθια προβολή-back projection). Ο αλγόριθμος Feldkamp(FDK) είναι αυτός που χρησιμοποιείται ευρέως για την επεξεργασία των δεδομένων της υπολογιστικής τομογραφίας κωνικής δέσμης (Feldkamp και συν. 1984). Ένας μεγάλος αριθμός των τομογραφικών συστημάτων, που διατίθενται σήμερα στην αγορά, επιδεικνύουν τις τομογραφικές εικόνες σαν ένα σύνολο εικόνων που έχουν ανασυντεθεί δευτερογενώς (secondary reconstructed) στα τρία κύρια επίπεδα (αξονικό, μετωπιαίο, οβελιαίο). Ο χρήστης έχει την δυνατότητα να ορίσει το πάχος της τομής ενώ παράλληλα διαθέτει και μία σειρά εργαλείων που του επιτρέπουν τη βελτίωση της τομογραφικής εικόνας. Η δυνατότητα ανασύνθεσης των τομογραφικών εικόνων σε κάθε επίπεδο (εκτός από τα κύρια επίπεδα που 21

23 προαναφέρθηκαν) ονομάζεται πολυεπίπεδη ανασύνθεση εικόνων (multi -planar reformatting). Η ικανότητα αυτή οφείλεται στο γεγονός πως στον υπολογιστή του τομογράφου αποθηκεύεται το σύνολο των δεδομένων της σάρωσης, με συνέπεια η αναδιάταξη αυτών να οδηγεί στην παραγωγή νέων εικόνων που θα καθορίζονται από τις διαγνωστικές ανάγκες του χρήστη. Με τον τρόπο αυτό η υπολογιστική τομογραφία καθίσταται μια πραγματικά διαδραστική (interactive) απεικονιστική μέθοδο και υπερτερεί, σαφώς, από οποιαδήποτε άλλη συμβατική ακτινογραφική απεικόνιση στην οδοντιατρική. Με την εφαρμογή κατάλληλων αλγορίθμων,επίσης, είναι δυνατή και η τρισδιάστατη απεικόνιση των ιστών όπως συμβαίνει και στην περίπτωση της υπολογιστικής τομογραφίας με δέσμη τύπου βεντάλιας,. Εκτός από την ιδιότητα της πολυεπίπεδης ανασύνθεσης η υπολογιστική τομογραφία κωνικής δέσμης εμφανίζει πλείστα πλεονεκτήματα που την αναγάγουν σε ένα πολύτιμο διαγνωστικό μέσο. Πιο συγκεκριμένα, η απόκτηση των τομογραφικών δεδομένων γίνεται με μεγάλη ταχύτητα, ενώ ταυτόχρονα παράγονται εικόνες υψηλής ευκρίνειας. Επιπλέον, ο χρόνος σάρωσης για τα περισσότερα τομογραφικά συστήματα είναι μικρός, κυμαίνεται μεταξύ 10 και 70 sec, γεγονός που περιορίζει σημαντικά την πιθανότητα κίνησης του ασθενή, κατά τη λήψη της ακτινογραφίας και συνεπώς την ανεπιθύμητη επίδραση που θα προκαλούσε αυτή στην ποιότητα εικόνας. (Scarfe και συν. 2006). Παράλληλα, το μέγεθος των ισοτροπικών (σχήματος κύβου και όχι ορθογώνιου παραλληλόγραμμου) voxel στους περισσότερους τομογράφους κυμαίνεται από 0,125mm έως 0,4 mm με αποτέλεσμα να αποδίδουν εικόνες υψηλής ακρίβειας, που διευκολύνουν τις μετρήσεις στην γναθοπροσωπική περιοχή. Επιπρόσθετα, ένα από τα πλέον σημαντικά πλεονεκτήματα της ΥΤΚΔ αποτελεί η διαδραστικότητα των εφαρμογών της (interactivity), όπου μέσω της μεταφοράς και χρήσης των δεδομένων σε προσωπικό υπολογιστή του χρήστη, μαζί με το κατάλληλο λογισμικό, μπορεί να καλύψει κάθε απαίτηση. Τέλος δεν θα πρέπει να παραλειφθεί πως η δόση ακτινοβολίας, στην οποία εκτίθεται ο ασθενής, είναι πολύ μικρή σε σχέση με την διαγνωστική αξία της ακτινογραφίας. Λόγω της σχετικά πρόσφατης εφαρμογής της ΥΤΚΔ στη γναθοπροσωπική περιοχή έγιναν και γίνονται οργανωμένες προσπάθειες σε αμερικανικό και ευρωπαϊκό επίπεδο για συγκέντρωση όλων των μελετών, εργασιών και πληροφοριών γύρω από τη συγκεκριμένη τεχνολογία. Πρώτη προσπάθεια έγινε 22

24 από την Αμερικανική Ακαδημία Στοματογναθοπροσωπικής Ακτινολογίας (American Academy of Oral and Maxillofacial Radiology) που έκανε μια αρχική δήλωση το 2008 όσον αφορά στη διεξαγωγή εξετάσεων με τεχνολογία κωνικής δέσμης. Στην Ευρώπη, με βάση κατευθυντήριες οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, στο πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας (EURATOM) και της Ευρωπαϊκής Εταιρίας Γναθοπροσωπικής Ακτινολογίας (EADMFR) αναπτύχθηκε το πρόγραμμα SEDENTEXCT (Safety and Efficacy of a new and emerging Dental X-ray modality). Σκοπός του είναι η δημιουργία πρότυπων κατευθυντήριων οδηγιών (guidelines) για την καθοδήγηση χρήστη και ασθενή, για την ορθή χρήση της τεχνολογίας της κωνικής δέσμης και για την προστασία από την ακτινοβολία. Το πρόγραμμα ξεκίνησε την 1/1/2008 με τη συμμετοχή πολλών χωρών της Ευρωπαϊκής Ένωσης ( και έληξε τον Ιούλιο με την οριστικοποίηση και ανακοίνωση των τελικών οδηγιών (final guidelines) που περιλαμβάνουν τις βασικές αρχές χρήσης της ΥΤΚΔ, τις προτεινόμενες εφαρμογές της στην γναθοπροσωπική περιοχή, τη δοσολογία της ακτινοβολίας(αναφέρθηκε παραπάνω)και τους τρόπους προστασίας τόσο των ασθενών όσο και του ιατρικού προσωπικού. Τα μέλη του προγράμματος συμφώνησαν σε ανανέωση των οδηγιών ανά πενταετία. Στους παρακάτω πίνακες (Α και Β)που προέρχονται από τις τελικές οδηγίες φαίνεται η δραστική δόση (effective dose), δηλαδή οι μονάδες απορρόφησης ενέργειας ανά μονάδα μάζας (joule/kg) εκφρασμένες σε Sievert ή μsv που λαμβάνουν οι ασθενείς, αφενός στις άλλες απεικονιστικές τεχνικές και αφετέρου στα διάφορα τομογραφικά συστήματα κωνικής δέσμης. 23

25 Πίνακας Α Ενδοστοματική ακτινογραφία Πανοραμική ακτινογραφία Κεφαλομετρική ακτινογραφία MSCT άνω-κάτω γνάθου Δραστική δόση (μsv) Βιβλιογραφία <1.5 Ludlow et al 2008 Ludlow et al Okano et al 2009 Garcia Silva et al 2008b Palomo et al 2008 Garcia Silva et al 2008a <6 Ludlow et al Okano et al 2009 Garcia Silva et al 2008a Loubele et al 2005 Faccioli et al 2009 Suomalainen et al 2009 Πίνακας Β Τύπος ΥΤΚΔ απεικόνισης Δραστική δόση (μsv) Οδοντοφατνιακή απεικόνιση (61) Κρανιοπροσωπική (87) Βιβλιογραφία Ludlow et al 2003 Ludlow and Ivanovic 2008 Lofthag-Hansen et al 2008 Hirsch et al 2008 Okano et al 2009 Loubele et al 2009 Roberts et al 2009 Suomalainen et al 2009 Qu et al 2010 Ludlow et al 2003 Tsiklakis et al 2005 Ludlow et al 2006 Ludlow and Ivanovic 2008 Garcia Silva et al 2008a Okano et al 2009 Faccioli et al 2009 Loubele et al 2009 Roberts et al

26 3.2 Περιορισμοί της τομογραφίας κωνικής δέσμης Η υπολογιστική τομογραφία κωνικής δέσμης συγκριτικά με την υπολογιστική τομογραφία δέσμης βεντάλιας έχει κάποιους περιορισμούς που έχουν σχέση με τη γεωμετρία της δέσμης, την ευαισθησία του ανιχνευτικού συστήματος και την ανάλυση αντίθεσης (Αγγελόπουλος Χ. 2009). Επιπλέον, διάφορα artifacts, θόρυβος και χαμηλή αντίθεση μαλακών ιστών μπορεί να επηρεάσουν την ευκρίνεια των τομογραφικών εικόνων (Katsumata 2006). Παρ όλη την απεικόνιση των μαλακών ιστών, από την ΥΤΚΔ δεν λαμβάνονται πληροφορίες για την ποιότητα τους. Αιτία της αδυναμίας αυτής είναι το γεγονός ότι πολλοί από τους ΥΤΚΔ λειτουργούν με 12-bit τεχνολογία και όχι με 16-bit όπως οι απλοί υπολογιστικοί τομογράφοι (Heiland και συν. 2004). Η χρήση κωνικού σχήματος δέσμης έχει ως αποτέλεσμα το σκεδασμό των ακτίνων που αυξάνει το θόρυβο και μειώνει την ευκρίνεια και έτσι μετριάζει την ποιότητα της τομογραφικής εικόνας. Το κλάσμα δευτερογενούς ακτινοβολίας (από σκεδασμό) / πρωτογενούς ακτινοβολίας στους τομογράφους κωνικής δέσμης είναι της τάξης του 0.4 ενώ είναι σαφώς μικρότερο ( ) για τους τομογράφους με δέσμη βεντάλιας (αξονικούς τομογράφους) (Scarfe και Farman 2008). Όσο πιο ευρεία είναι η γωνία κωνικής δέσμης τόσο πιο αυξημένη είναι η ακτινοβολία από σκεδασμό και συνεπώς τόσο πιο αυξημένος ο θόρυβος στις τελικές τομογραφικές εικόνες. Διάφορα artifacts που τυχόν εμφανίζονται, μειώνονται με τη χρήση ειδικών αλγορίθμων που χρησιμοποιούν οι κατασκευαστές. 25

27 3.3 Εφαρμογές της υπολογιστικής τομογραφίας κωνικής δέσμης Οι βασικές αρχές που παρουσιάστηκαν στις τελικές κατευθυντήριες οδηγίες του προγράμματος SEDENTEXCT για τη χρήση της ΥΤΚΔ αναφέρονται στο πίνακα Γ. Πίνακας Γ 1 Η ΥΤΚΔ χρησιμοιείται μόνο αφού προηγηθεί λήψη ιστορικού και διενεργηθεί κλινική εξέταση του ασθενή. 2 Κάθε εξέταση με ΥΤΚΔ πρέπει να δικαιολογείται σε κάθε ασθενή, ώστε τα οφέλη της να υπερτερούν των κινδύνων που ενδεχομένως έχει. 3 Η ΥΤΚΔ πρέπει να προσθέτει νέες πληροφορίες που θα βοηθούν στη διαχείριση του ασθενή. 4 Η ΥΤΚΔ δεν πρέπει να επαναλαμβάνεται στον ίδιο ασθενή χωρίς να προηγείται μια αξιολόγηση του συνδυασμού κινδύνου/οφέλους για τον ίδιο. 5 Οι παραπομπές από άλλους οδοντιάτρους για εξέταση με ΥΤΚΔ θα πρέπει να συνοδεύονται από επαρκή κλινικά στοιχεία έτσι ώστε ο υπεύθυνος για την εξέταση να μπορεί να θέσει τη διάγνωση. 6 Η ΥΤΚΔ καλό θα είναι να χρησιμοποιηθεί μόνο αν η διάγνωση δεν ικανοποιείται επαρκώς από άλλες συμβατικές τεχνικές με λιγότερη δόση ακτινοβολίας 7 Οι εικόνες της ΥΤΚΔ πρέπει να υφίστανται ενδελεχή αξιολόγηση στο σύνολο τους. 8 Στην περίπτωση που απαιτείται αξιολόγηση των μαλακών ιστών η κατάλληλη απεικονιστική τεχνική είναι η αξονική ή η μαγνητική τομογραφία και όχι η ΥΤΚΔ. 9 Ο εξοπλισμός της ΥΤΚΔ θα πρέπει να δίνει τη δυνατότητα επιλογής τμήματος του προς εξέταση ιστού και να γίνεται η μικρότερη χρήση αυτού 26

28 για περιορισμό της ακτινοβολίας. 10 Στην περίπτωση που υπάρχει δυνατότητα επιλογής ανάλυσης από τον εξοπλισμό του ΥΤΚΔ, θα πρέπει να χρησιμοποιείται αυτή με τη χαμηλότερη δυνατή δόση ακτινοβολίας για τον ασθενή υπό την προϋπόθεση ικανοποιητικού διαγνωστικού αποτελέσματος 11 Προτείνεται η θέσπιση και η υλοποίηση ενός προγράμματος διασφάλισης της ποιότητας για κάθε εγκατάσταση ΥΤΚΔ. 12 Θα πρέπει πάντα να χρησιμοποιούνται δείκτες φωτός για ακριβέστερη τοποθέτηση του ασθενή. 13 Όλες οι νέες εγκαταστάσεις του ΥΤΚΔ θα πρέπει να υφίστανται αυστηρή εξέταση και λεπτομερή τεστ αποδοχής πριν τη χρήση τους ώστε να διασφαλιστεί η βέλτιστη προστασία από την ακτινοβολία για το προσωπικό, τους ασθενείς και τους επισκέπτες 14 Ο εξοπλισμός του ΥΤΚΔ θα πρέπει να υφίσταται περιοδικούς ελέγχους καλής λειτουργίας ώστε να μην μειώνεται η προστασία του προσωπικού και των ασθενών από την ακτινοβολία. 15 Για την προστασία του προσωπικού από τη χρήση του ΥΤΚΔ θα πρέπει να εφαρμόζεται η οδηγία της Ευρωπαϊκής Επιτροπής στην παράγραφο 6 από το έγγραφο Προστασία από την ακτινοβολία 136.Ευρωπαϊκές οδηγίες για την προστασία από την ακτινοβολία στην οδοντιατρική ακτινολογία. 16 Όλοι όσοι ασχολούνται με τον ΥΤΚΔ θα πρέπει να έχουν επαρκή θεωρητική και πρακτική εκπαίδευση στις τεχνικές λήψης και την ακτινοπροστασία. 17 Απαιτείται συνεχόμενη επιμόρφωση και εκπαίδευση μετά την πιστοποίηση, ειδικά μετά την τοποθέτηση νέου εξοπλισμού ή την έγκριση νέων τεχνικών 18 Οδοντίατροι υπεύθυνοι για τις εγκαταστάσεις των ΥΤΚΔ που δεν έχουν λάβει από πριν θεωρητική και πρακτική εκπαίδευση θα πρέπει να υφίστανται επιπλέον εκπαίδευση πιστοποιημένη από ακαδημαϊκό ίδρυμα 27

29 19 Σε απεικονίσεις με ΥΤΚΔ που περιλαμβάνουν δόντια, αποκαταστάσεις, την κάτω και άνω γνάθο μέχρι και το έδαφος της ρινός, η κλινική εκτίμηση θα πρέπει να γίνεται από ειδικό ακτινολόγο ή όπου αυτό δεν είναι δυνατό από ένα επαρκώς εκπαιδευμένο κλινικό οδοντίατρο 20 Για μη οδοντοφατνιακές εικόνες με μικρό πεδίο απεικόνισης (πχ κροταφικό οστό) και για όλες τις κρανιοπροσωπικές απεικονίσεις ( εκτός από δόντια, αποκαταστάσεις, την κροταφογναθική διάρθρωση, την κάτω και άνω γνάθο μέχρι και το έδαφος της ρινός) η κλινική εκτίμηση θα πρέπει να γίνεται από ειδικό ακτινολόγο 3.4 Κατασκευαστές υπολογιστικών τομογράφων κωνικής δέσμης Στην αγορά υπάρχει μεγάλος αριθμός ΥΤΚΔ με συγκρίσιμα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα μάλιστα παρουσιάστηκαν αναβαθμισμένα μοντέλα με μεγάλες προοπτικές εξέλιξης. Yπολογιστικοί τομογράφοι που κυκλοφορούν στο εμπόριο είναι ο icat της Imaging Sciences International, o Newtom 3G,5G&Vgi της Image Works Corp., ο Kodak 9000&9500 της Carestream Dental, o Promax 3D της Planmeca, ο Galileos της Sirona Dental Systems, οι Master 3D&Pax-Reve/Duo/Zenith 3D της Vatech America,o Veraviewepocs 3D της Jmorita, o Gendex της ομώνυμης εταιρίας, o Prexion 3D της ομώνυμης εταιρίας, ο Mercuray 3D της Hitachi, ο Scanora 3D της Soredex και νέα μοντέλα που εμφανίζονται συνεχώς στο προσκήνιο. Το πείραμα που ακολουθεί πραγματοποιήθηκε σε έναν από τους γνωστότερους τομογράφους στη διεθνή αγορά, το Newtom Vgi και λογισμικό χρήσης το ΝΝΤ. 28

30 Υλικό και μέθοδος Υλικό Υλικά για την έρευνα που χρησιμοποιήθηκαν: -6 πλάκες διαφανούς ακρυλικού πάχους 18mm που σχημάτισαν ένα εξάγωνο διαμέτρου 24cm ενωμένες με πύρους από το ίδιο υλικό. -μια ξύλινη βάση για την τοποθέτηση του παραπάνω εξαγώνου ύψους 2 cm και διαμέτρου 24 cm. -2 ξύλινες πλάκες με διαστάσεις cm ενωμένες στη μια τους πλευρά με ξύλινο μεντεσέ. -6 ξύλινοι στειλεοί διαφορετικού μήκους. -10 ξύλινες βάσεις με διαστάσεις ,5 cm. -μια συσκευασία διαφανούς ακρυλικού μάρκας Vicryl σε σκόνη και υγρό καταλύτη. -ένας μαρκαδόρος. -μικρός εύκαμπτος χάρακας. -μεταλλική σπάθη. -εγγλυφίδα στίλβωσης ακρυλικού -20 στειλεοί γουταπέρκας. -ένας συμπυκνωτήρας αμαλγάματος. -χειρολαβή χαμηλών ταχυτήτων με στρόγγυλη εγγλυφίδα διαμέτρου 1,5mm. -2 σωληνάρια διαφανούς κόλλας για όλες τις χρήσεις TURBO-FIX Benkizwer,Germany. -πολυόργανο με γωνιόμετρο και αλφάδι. 29

31 -ηλεκτρικός κοπτήρας μάρκας BOSCH με δίσκο κοπής σκληρών αντικειμένων διαμέτρου 10cm και πάχους 1mm. -ψηφιακός μετρητής μήκους Horex- Germany -φωτογραφική μηχανή 12Mpix μάρκας Samsung με 15 οπτικό zoom. -αξονικός τομογράφος κωνικής δέσμης NEWTOM VGi. - φορητός υπολογιστής Intel Dual Cuore 2.1GHz, 2G RAM,512MB κάρτα γραφικών. -13 ξηρές κάτω γνάθοι με ολική νωδότητα και χωρίς πρόσφατες εξαγωγές που αποκτήθηκαν κατόπιν αδείας από τα Δημοτικά Κοιμητήρια Θεσσαλονίκης. Μέθοδος Αποκτήθηκαν δεκατρείς ξηρές κάτω γνάθοι με ολική νωδότητα στην οπίσθια περιοχή κατόπιν αδείας από τα Δημοτικά Κοιμητήρια Θεσσαλονίκης. Οι δέκα αφορούσαν το πείραμα, οι δύο χρησιμοποιήθηκαν στην καθοδηγητική μελέτη(pilot study) και η τρίτη χρησιμοποιήθηκε ως αναπληρωματική. Γνάθοι στις οποίες αναγνωρίστηκαν πρόσφατες εξαγωγές δοντιών ή μεταθανάτια απώλεια δοντιών αποκλείστηκαν από τη μελέτη. Η οπίσθια περιοχή των γνάθων (άπω του γενειακού τρήματος) καλύφθηκε με διαφανές ακρυλικό. Το ακρυλικό απλώθηκε με τη βοήθεια μεταλλικής σπάθης. Καλύφθηκε η μασητική, η παρειακή, η γλωσσική περιοχή και η βάση κάθε γνάθου σε κάθε οπίσθια περιοχή της, με πάχος ακρυλικού έως 2-3mm, που κατά τη καθοδηγητική μελέτη δεν εμπόδιζε τη λήψη. Με τη βοήθεια ειδικής εγγλυφίδας στίλβωσης έγινε λείανση της επιφάνειας του ακρυλικού και επίτευξη του επιθυμητού πάχους. Με στρόγγυλη εγγλυφίδα ανοίχτηκαν τρεις οπές στο κέντρο της φατνιακής ακρολοφίας της μασητικής περιοχής του ακρυλικού διαμέτρου 1,5mm με απόσταση 3mm μεταξύ τους.(εικ.1-2). Οι γνάθοι τοποθετήθηκαν προσωρινά στις ξύλινες βάσεις τους ώστε το κάτω όριο των γνάθων να βρίσκεται σε επαφή με τη ξύλινη βάση σε ολόκληρο το μήκος του γναθιαίου τόξου. Με τη βοήθεια ενός εύκαμπτου χάρακα έγινε διάνοιξη οπών, ίδιας διαμέτρου με τις πρώτες και παράλληλες προς αυτές, 30

32 στο κέντρο της βάσης του ακρυλικού της γνάθου. Αυτό έγινε και στις δύο πλευρές. Σε κάθε οπή τοποθετήθηκε με τη βοήθεια συμπυκνωτήρα ακτινοαδιαπέρατη γουταπέρκα. Τα δύο παράλληλα σημεία (κορυφή και βάση) όριζαν συγκεκριμένο επίπεδο τομής ώστε να αναπαραχθεί αυτό στον τομογράφο. Το ίδιο επίπεδο τομής χρησιμοποιήθηκε και για την αντικειμενική μέτρηση μετά την αποκοπή των γνάθων. Οι μετρήσεις αφορούσαν το ύψος του οστού από την κορυφή της υπολειμματικής ακρολοφίας μέχρι τη βάση της γνάθου, και έγιναν στην ευθεία που ορίζεται από τις δύο παράλληλες οπές. Εικ.1 Εικ.2 31

33 Όλες οι γνάθοι που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία σταθεροποιήθηκαν οριστικά πάνω σε ξύλινες βάσεις διαστάσεων ,5 cm με διαφανή κόλλα γενικής χρήσης ( επιλέχθηκε κατόπιν ακτινοβόλησης στην καθοδηγητική μελέτη λόγω πολύ χαμηλής ακτινοσκιερότητας) μάρκας TURBO-FIX Benkizwer-Germany (Εικ.13). Οι γνάθοι ακινητοποιήθηκαν κατά τέτοιο τρόπο, ώστε το κάτω όριο των γνάθων να βρίσκεται σε επαφή με τη ξύλινη βάση σε ολόκληρο το μήκος του γναθιαίου τόξου. Το κάθε ζευγάρι παράλληλων οπών πήρε και ένα αριθμό από το 1 εώς το 6. Αυτό σημαίνει ότι έγιναν έξι μετρήσεις ύψους. Επειδή, όπως αναφέρθηκε στον σκοπό της εργασίας, στόχος είναι να μελετηθεί η ικανότητα διόρθωσης της απόκλισης από το οριζόντιο επίπεδο που διαθέτει ο τομογράφος Newtom Vgi, επιλέχθηκαν να εξεταστούν επτά διαφορετικές γωνιώσεις ( 0 ο,5 ο, 10 ο, 15 ο, 20 ο, 25 ο, 30 ο ). Το μέγιστο της απόκλισης ήταν οι 30 ο, πέρα από την οποία το λάθος κατά την εξέταση θα ήταν φανερό στον εξεταστή. Επελέγησαν οι συγκεκριμένες μοίρες που αναφέρθηκαν παραπάνω, γιατί σε άλλες μοίρες (όπως 11 ο,13 ο,24 ο )υπήρχαν κατασκευαστικές δυσκολίες. Κατόπιν μελέτης του υπολογιστικού τομογράφου κωνικής δέσμης NEWTOM VGi και του διαθέσιμου χώρου που υπήρχε στον κεφαλοστάτη, αποφασίστηκε η παραγγελία πολύγωνου πλαισίου (δεν υπήρχε στο εμπόριο κυκλικό σχήμα στη διάμετρο που απαιτήθηκε για τον όγκο μιας γνάθου) από διαφανές ακρυλικό πάχους 18mm. Το ακρυλικό σε αυτό το πάχος παράγει ακτινογραφήματα συγκρίσιμης πυκνότητας και αντίθεσης με ακτινογραφήματα ενηλίκων (Αγγελόπουλος Χ. 2009). Η παραγγελία έγινε από την εταιρία ACRYL AE. Λόγω κατασκευαστικών περιορισμών επιλέχθηκε εξάγωνο σχήμα. Οι έξι πλευρές ενώθηκαν με πύρους από το ίδιο υλικό κατασκευής που παρείχε ο προμηθευτής για να μη παρεμβληθεί άλλο υλικό κατασκευής στην πορεία της ακτινοβολίας. Η κατασκευή είχε διάμετρο 24cm. (Εικ.3) 32

34 Εικ.3 Για τον ίδιο λόγο όλα τα ξύλινα μέρη που παραγγέλθηκαν ήταν από το λιγότερο πυκνό καθαρό ξύλο που κυκλοφορεί στο εμπόριο, τη λεύκα. Δύο ξύλινες πλάκες με διαστάσεις cm ενωμένες στη μια τους άκρη με ξύλινο μεντεσέ τοποθετήθηκαν σε ξύλινη βάση ύψους 2 cm και διαμέτρου 24 cm και η μια πλευρά ακινητοποιήθηκε με ξύλινους πύρους. Για την επίτευξη των επιθυμητών γωνιώσεων(5 ο, 10 ο, 15 ο, 20 ο, 25 ο, 30 ο ) δημιουργήθηκαν εντυπώματα ανάμεσα στις δύο πλάκες στα οποία παρεμβλήθηκαν ξύλινοι στειλεοί διαφορετικού μήκους που άλλαζαν σε κάθε μέτρηση, ώστε να επιτευχθούν οι παραπάνω γωνιώσεις(εικ.4-5). 33

35 Εικ.4 Εικ.5 34

36 Η κατασκευή αυτών έγινε με τη βοήθεια γωνιόμετρου σε εργαστήριο ξυλουργικής για τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια.(εικ. 6 μέχρι 12) Εικ.6.Κλίση0 ο Εικ.7.Κλίση 5 ο 35

37 Εικ.8. Κλίση 10 Ο Εικ.9. Κλίση 15 ο Εικ.10.Κλίση 20 ο 36

38 Εικ.11. Κλίση 25 ο Εικ.12. Κλίση 30 ο Εικ.13 37

39 Εικ.14 Η μέση γραμμή είχε σημειωθεί τόσο στις γνάθους όσο και στη ξύλινη βάση για να διευκολυνθεί η τοποθέτησή τους στο τομογράφο. Κάθε γνάθος κωδικοποιήθηκε με αριθμό από το 1 έως το 10. Με Α και Β κωδικοποιήθηκαν οι γνάθοι της καθοδηγητικής μελέτης. Στην πάνω πλευρά της ευκίνητης πλάκας έγινε ξύλινη προεξοχή ώστε να μη γλιστράει η γνάθος προς τα πίσω. Πάνω και γύρω από το σύμπλεγμα που περιγράφηκε τοποθετήθηκε το εξάγωνο πλαίσιο. Όλη η παραπάνω υπερκατασκευή τοποθετήθηκε σε βάση που παρέχει ο κατασκευαστής μαζί με τον τομογράφο. Η απόλυτη παραλληλότητα με το έδαφος, ελέγχθηκε με τη βοήθεια ειδικού οργάνου(αλφάδι)(εικ.15-17). 38

40 Εικ.15 Εικ.16 39

41 Το πειραματικό μέρος έγινε μετά την προκαθορισμένη συντήρηση του τομογράφου και την επιβεβαίωση του εντεταλμένου τεχνικού του κατασκευαστή για την άψογη λειτουργία του. Οι μετρήσεις της κάθε γνάθου σε κάθε γωνίωση ακολουθούσαν τις οδηγίες του κατασκευαστή όσον αφορά τον ορισμό των στοιχείων χρόνου, τάσης, έντασης της ακτινοβολίας(εικ.18). Εικ.17 Εικ.18 Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του συγκεκριμένου τομογράφου που δίνει η κατασκευάστρια εταιρία QR Verona Italy αναφέρονται στον παρακάτω πίνακα Δ 40

42 Πίνακας Δ X-ray Source High frequency, constant potential (DC), rotating anode: 110 kv; 1-20 ma (pulsed mode) Focal Spot 0.3 mm (IEC 60336) X-Ray Beam Cone Proprietary SafeBeam control reduces radiation based on patient size. Effective Dose X-ray Emission Time Image Acquisition Image Detector 100 μsv (ICRP 2007, estimate for adult) 3.6s in standard mode 360 Images degree rotation Amorphous silicon flat panel, 20 cm x 25 cm (Field of View) Signal Scale Grey 14-bit Voxel Size Standard Mode 0.3 mm cubic isometric Zoom Mode HiRes Zoom Mode 0.24 mm 0.15 mm Scan Time Patient Position 18s in standard resolution mode Standing or seated and wheelchair accessible Reconstruction Volume Diameter Height Reconstructiοn Time Weight Software Power Required Standard Mode 15 cm (6") 15 cm (6") Zoom Mode 12 cm (5") 7.5 cm (3") HiRes Zoom Mode 12 cm (5") 7.5 cm (3") Approximately 1 minute Scanner unit: 600 lb (272 kg), Control box: 220 lb (100 kg) NNT with free viewer and sharing application 100/115V~, 200/215/230/240V~, 50/60Hz Τεχνικά χαρακτηριστικά NewTom VGi 41

43 Για τη σωστή τοποθέτηση η παραλληλότητα προς την κεντρική ακτίνα, η προσθιοπίσθια θέση καθώς και η θέση σε αξονικό επίπεδο προσδιοριζόταν με τη συνδρομή των αντίστοιχων φωτοσημάνσεων laser του NEWTOM VGi. Ο τομογράφος αυτός προσφέρει τη δυνατότητα ελέγχου της συμμετρικής τοποθέτησης των γνάθων με διερευνητικές ακτινογραφικές λήψεις(scout εικόνες) (Εικ.19). Εικ.19 H τοποθέτηση των γνάθων στο οριζόντιο επίπεδο δεν ήταν απόλυτα σύμφωνη με τις οδηγίες του κατασκευαστή του τομογραφικού συστήματος (εκτός από τις 0 ο που είναι και η ιδανική τοποθέτηση) αλλά έγινε εμπειρικά με ένα σκόπιμο λάθος οριζόντιας γωνίωσης που κυμάνθηκε από 0 ο έως 30 ο σε κλίμακα ανά 5 ο. Η όλη διαδικασία λήψης των εικόνων ελέγχεται από τον υπολογιστή (Εικ.20). Ο τομογράφος που χρησιμοποιήθηκε επιτρέπει τη δυνατότητα επιλογής μιας περιοχής ενδιαφέροντος (Roi Of Interest). Έτσι μέσω του λογισμικού ΝΝΤ δίνεται η δυνατότητα επιλογής μήκους, πλάτους και γωνίωσης μέχρι 30 ο της περιοχής ενδιαφέροντος. Η γωνίωση των γνάθων διορθώθηκε ηλεκτρονικά με την κατάλληλη εφαρμογή του λογισμικού του τομογράφου,(εικ.21) δηλαδή υπάρχει η δυνατότητα "οπτικής" επαναφοράς της γνάθου στο οριζόντιο επίπεδο, για την ευκολότερη μέτρηση, παρά το γεγονός ότι στην πραγματικότητα βρίσκεται υπό γωνίωση. 42

44 Εικ.20 Εικ.21 Για πρωτόκολλο απεικόνισης επιλέχθηκε το κανονικό (standard mode),με μέγεθος voxel 0,3mm και μέγεθος πεδίου απεικόνισης(field of view) 15cm 15cm. To πάχος τομής ορίστηκε στο 1,5 mm και η απόσταση μεταξύ των τομών στα 0,5mm. H ανακατασκευή των τομογραφημάτων περιελάμβανε την επιλογή από το χρήστη μιας αντιπροσωπευτικής αξονικής τομής της υπό εξέταση γνάθου και τη χάραξη σε αυτή μιας καμπύλης γραμμής στο μέσο του παρειογλωσσικού εύρους της γνάθου με τη χρήση του δείκτη(mouse) του ηλεκτρονικού υπολογιστή(εικ.22). Εικ.22 43

45 Μετά την ολοκλήρωση της καμπύλης γραμμής το λογισμικό του συστήματος παρήγαγε σειρά εγκάρσιων γραμμών κάθετων στην αρχική καμπύλη, οι οποίες αντιπροσώπευαν τις εγκάρσιες τομές, κάθετες στο σώμα της γνάθου(εικ.23-24). Εικ.23 44

46 Εικ.24 Με βάση το λειτουργικό σύστημα (ΝΝΤ software) του τομογράφου οι μετρήσεις των αποστάσεων πραγματοποιήθηκαν από 4 αξιολογητές, με σχετική εμπειρία στην ανάγνωση αξονικών τομογραφιών. Οι μετρήσεις του ύψους της γνάθου στα καθορισμένα από τους ακτινοσκιερούς δείκτες σημεία πραγματοποιήθηκαν στον ίδιο υπολογιστή (Turbo-X Intel Dual Cuore 2.1GHz, 2G RAM,512MB κάρτα γραφικών)και στον ίδιο χώρο υπό τις ίδιες συνθήκες φωτισμού, κατόπιν σύντομης εκπαίδευσής τους (30 λεπτά περίπου) στο λογισμικό του τομογράφου. Οι αξιολογητές μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν όποια εργαλεία βελτίωσης των εικόνων(φωτεινότητα,αντίθεση κά) εκτιμούσαν ότι θα τους είναι χρήσιμα. Ο κάθε αξιολογητής χρησιμοποιούσε το ποντίκι του υπολογιστή και το εργαλείο ηλεκτρονικής μέτρησης που ήταν διαθέσιμο στο λογισμικό και χάρασσε μια ευθεία γραμμή η οποία ένωνε την κορυφή της υπολειμματικής φατνιακής ακρολοφίας με τη βάση αυτής(κατώτερο σημείο). Η διαδικασία της μέτρησης γινόταν στις τομές όπου απεικονίζονταν τα υποψήφια σημεία εμφύτευσης από τους ακτινοσκιερούς δείκτες(άνω και κάτω). Οι μετρήσεις έγιναν σε 5 συνεδρίες με τυχαία σειρά στην επιλογή γωνίας και υποψήφιας θέσης από κάθε αξιολογητή και ανά κενό διάστημα 3 ημερών για την αποφυγή κόπωσης. Με την ολοκλήρωση μιας εβδομάδας από το τέλος της μέτρησης κάθε αξιολογητή ακολούθησε επαναμέτρηση σε μια τυχαία γνάθο και σε μια τυχαία γωνίωση από τον ίδιο, για τον έλεγχο της αξιοπιστίας του. 45

47 Σε δεύτερο χρόνο έγιναν οι τομές των γνάθων με τη χρήση στερεωμένου σε εργαστηριακό πάγκο ηλεκτρικού κοπτήρα με δίσκο πάχους 1mm και διαμέτρου 10cm, που έτεμνε κατακόρυφα τη γνάθο παράλληλα με το επίπεδο που όριζαν κάθε φορά οι δύο αντίστοιχες οπές των δεικτών γουταπέρκας. Οι τομές πραγματοποιήθηκαν με ταυτόχρονο καταιονισμό ύδατος προς αποφυγή αύξησης της θερμοκρασίας και σε χαμηλές στροφές(3000στροφές /λεπτό) προκειμένου να αποτραπεί ζημιά στο ακρυλικό και θρυμματισμός των γνάθων. Οι τομές έγιναν κατά το δυνατό στη μέση της κάθε οπής με μεγάλη προσοχή έτσι ώστε να μην αφαιρεθεί εντελώς από τη θέση του ο ακτινοσκιερός δείκτης.(εικ.25-26) Εικ.25 46

48 Εικ.26 Με τη βοήθεια ψηφιακού μετρητή μήκους (Horex- Germany) πραγματοποιήθηκαν από το γράφοντα οι μετρήσεις του ύψους της γνάθου( βάση-κορυφή υπολειμματικής ακρολοφίας) στα υποψήφια σημεία εμφύτευσης, που όριζαν τα ζεύγη των δεικτών. Οι μετρήσεις του ύψους σε κάθε σημείο έγιναν 2 φορές με τελική τιμή το μέσο όρο των δύο αποστάσεων. Αυτός ο μέσος όρος δείχνει το πραγματικό ύψος της γνάθου (ανατομική αλήθεια-gold standard) (Εικ.27-28). Ανάμεσα στις μετρήσεις γινόταν μηδενισμός του μετρητή, Τα δεδομένα καταγράφηκαν και αποθηκεύτηκαν σε σκληρό δίσκο. Εικ.27 Εικ.28 47