3D 

Cone Beam Computer Tomografi (CBCT) | Computer Tomografi (CT-scanning) | MR-scanning | Ultralyd-scanning 

Hvad kan det bruges til ?

3D scanning af ydre overflader er beskrevet under 3D print.

3D scanning af indre overflader beskrives nedenfor.

Cone Beam Computer Tomografi (CBCT)

3. Dimension (3D)

Med CBCT kan et område ses i 3D.

Visualisering i 3D har en afgørende betydning ved planlægning af kirurgiske operationer.

Field of View (FOV)

Typisk er området cylinderformet (se fotos ovenfor). Denne cylinder kaldes Field of View (FOV). Af hensyn til strålehygiejne søges FOV området begrænset og centreret omkring det område, som der ønskes undersøgt i 3D. Nedenfor eksempler på de mest typiske FOV, som jeg anvender til CBCT.

FOV 5×5 cm

FOV 8×15 cm

FOV 13×15 cm

Jeg kan med det nuværende udstyr på Ulrikkenborg Plads tage FOV helt op til FOV 20×17 cm. Der er dog sjældent indikation for så stor FOV.

Typisk anvendelse af CBCT :

1. Implantater
2. Rodbehandlinger
3. Visdomstænder
4. Kæbeled
5. Kæbehuler
6. Kæbebrud
7. Knækkede rødder

Med traditionelt almindeligt røntgen billede fås ikke den 3. dimension. 

Med et traditionelt almindeligt røntgen billede vil alle strukturer, som røntgenstrålen passerer på vejen mod filmpladen, være sammenflettet og afbildet ovenpå hinanden, da de lægger sig efter hinanden i strålegangen.

CBCT er en volumetrisk (3D) røntgenmetode.

CBCT – The Basics

CBCT

CBCT-teknikken opererer med én flad sensor plade (røntgendetektor),
som roterer kun én gang rundt om patienten under en optagelse.

Forskel mellem CBCT og CT-scanning.

Tomografi | Computer Tomografi : CT scanning (CT) | Computed Axial Tomography (CAT) | Cone Beam Computer Tomografi (CBCT)

Cone Beam computer-tomografi (CBCT) er en specialiseret udgave af den medicinske CT-scanning (Computer Tomografi). CT scanning kaldes også i engelsk litteratur CAT-scanning (Computed Axial Tomography).

Den primære forskel mellem CBCT og CT er, at CBCT opererer med et kegleformet (Cone) strålebundt (Beam) modsat CT, hvor strålebundtet er vifteformet.

Derudover opererer den medicinske CT-teknik med en eller flere rækker af røntgendetektorer, der bevæger sig flere gange omkring det område, der skal afbildes.

CBCT-teknikken opererer med én røntgendetektor, og det er derfor kun nødvendigt, at detektoren roterer én gang rundt om patienten under en optagelse.

Dette betyder, at opløsningen (spatialopløsningen) i CBCT-billeder generelt er højere og stråledosis lavere end ved en medicinsk CT undersøgelse.[Tandlæge Jakob Kihl]

Når CBCT-undersøgelsen er udført, har man et datavolumen (voxels) til rådighed. (Se nederst under noter). [Tandlæge Jakob Kihl] Data består af aksiale snit, der kan rekonstrueres i en software til at gengive forskellige planer med udgangspunkt i 3 dimensionelle planer : Det aksiale, koronale og sagittale plan svarende til matematikkens xyz planer. Der kan også fremstilles en virtuel 3D-model.

Ud af de mange CBCT scannere i brug i Danmark i dag, har kun to CBCT scannere mulighed for korrektion af bevægelse under optagelsen. Dette har stor betydning (se nedenfor), og det var derfor vigtigt for mig at vælge en CBCT scanner til tandlægeklinikken på Ulrikkenborg Plads, der har indarbejdet en korrektion for ufrivillige bevægelser i udstyrets algoritmer. Patient movement artifact correction. Der er kun to CBCT scannere, der kan dette (begge testet i undersøgelsen nedenfor) :  3Shape X1™ og den CBCT scanner, som jeg anvender: Planmeca ProMax® 3D Mid ProFace
med Planmeca CALM® movement artifact correction

Bevægelse under CBCT optagelsen :

Bevægelses artefakter

En CBCT optagelse tager typisk 10 sekunder. Enhver fotograf eller blot iPhone bruger véd, at en foto optagelse med varighed på 10 sekunder vil give et rystet foto.

Eksponeringstiden er forholdsvis lang i en CBCT-undersøgelse, og selv små patientbevægelser vil derfor have betydning på billedkvaliteten, hvis rekonstruktionen af 3D data ikke korrigerer for, at patienten undervejs befinder sig forskellige steder i billedfeltet. Problemet forværres med stigende voxel-opløsning i billedfeltet. (Se mere om voxels nederst under noter).

Det kan ske, at patienter bevæger hovedet under en CBCT-optagelse, og optagelsen derfor må tages om, da optagelsen er blevet mere utydelig, kornet eller ligefrem rystet. Indbygget korrektion i den anvendte CBCT-scanners software kan imidlertid have en meget positiv indflydelse på billedkvalitet og præcision.

Bevægelses artefakter

Artefakt 

Artefakt betyder “kunstig dannelse”. Artefakt er et kunstigt produkt, noget som ikke findes i virkeligheden. Ordet bruges for eksempel om måleresultater som skyldes fejl ved apparatet, metodefejl eller lignende.

Hvis patienten bevæger hovedet under eksponeringen ved CBCT, kan der opstå bevægelses artefakter, som ofte forringer billedkvaliteten så meget, at optagelsen må tages om. 

Dermed fordobles den strålebelastning, patienten udsættes for.

Det er derfor meget væsentligt, at der i CBCT software er indarbejdet en korrektion for ufrivillige bevægelser i udstyrets algoritmer med henblik på at forbedre billedkvaliteten.

På Institut for Odontologi og Oral Sundhed, Aarhus Universitet, (IOOS), har forskere gennemført en undersøgelse med det formål at klarlægge betydningen af bevægelses artefakter og korrektion herfor på den diagnostiske præcision af CBCT-optagelser af kæberne.

Der blev anvendt et robot hoved, der kunne simulere tre bevægelser: nik, siderotation og rystelse. CBCT optagelse blev foretaget med fem forskellige slags udstyr, hvoraf to typer (*) havde indbygget bevægelseskorrektion. 

(*) 3Shape X1™ og den CBCT scanner, som jeg anvender på Ulrikkenborg Plads : Planmeca ProMax® 3D Mid ProFace

Ved brug af udstyr uden bevægelseskorrektion sås især ved nikke- og rystebevægelser en høj andel af optagelser, som var ubrugelige på grund af artefakter (22-62 %). Denne andel var nedsat ved udstyr med indbygget korrektion (18-34 %).

Den diagnostiske sensitivitet var ligeledes stærkt nedsat ved nikke- og rystebevægelser på udstyr uden korrektion, mens sensitiviteten på udstyr med korrektion lå på niveau med kontrolværdier uden bevægelser.

Forfatterne konkluderer, at den diagnostiske præcision af CBCT blev signifikant forringet som følge af bevægelses artefakter, og at indbygget korrektion for disse bevægelser havde en positiv indflydelse på billedkvalitet og diagnostisk præcision.

(Spin-Neto R, Kruse C, Kirkevang L-L, Poulsen LH, Wenzel A. Impact of motion artefact correction on diagnostic accuracy of CBCT for apical periodontitis assessment: an ex vivo pilot study. 2019. Abstract fra 22ND International Congress of DENTO-MAXILLO-FACIAL RADIOLOGY , Philadelphia, Pennsylvania, USA)

http://22ND International Congress of DENTO-MAXILLO-FACIAL RADIOLOGY

Metal under CBCT optagelsen :

Metal artefakter

Når en røntgen stråle rammer metal, reflekteres strålen. Stråle reflektionen forstyrrer CBCT billedet. Dette kaldes metal artefakt. Metal der kan fjernes før optagelsen er øresmykker og halskæder, men sølvamalgam fyldninger, guldkroner mv. kan af indlysende grunde ikke fjernes før en CBCT optagelse.

Under eksponeringen af et vævsvolumen med CBCT opstår der artefakter, som ikke er kendt fra almindelige røntgen billeder (2D-billeder).

På klinikken er der således to afgørende artefakttyper, som influerer på den endelige billedkvalitet:

1. Patientbevægelse under optagelsen (se ovenfor “Bevægelses artefakter”) og
2. Metal fyldninger, metal kroner (fx guld), andet tæt materiale med højt atomnummer (inklusive tandemalje)

Artefakterne ses som sort-hvide streger strålende ud som stjerner og uskarpe områder eller dobbeltkontur af strukturer i billedsnittene. CBCT-scanneren bør derfor indeholde metalartefakt-reducerende algoritmer, som subjektivt får billedsnittene til at fremstå skarpere og mere klare. Tandlægeklinikken på Ulrikkenborg Plads anvender Planmeca ARA™ (ARA). Denne algoritme kan bruges både før eller efter optagelsen, og ARA kan sættes på 3 effekt niveauer afhængig af metal i den undersøgte patients mund. 

(Spin-Neto R, Gotfredsen E, Wenzel A. Impact of voxel size variation on CBCT-based diagnostic outcome in dentistry: a systematic review. J Digit Imaging. 2013 Aug;26(4):813-20)

(Kim, Y.H., Lee, C., Han, SS. et al. Quantitative analysis of metal artifact reduction using the auto-edge counting method in cone-beam computed tomography. Sci Rep 10, 8872 (2020)

Alternative 3D scanninger

 

MR scanning (MRI-billeddiagnostik)

Fordelen ved MRI (magnetic resonans imaging) er, at patienterne ikke udsættes for ioniserende stråling, og at MR-scanning giver bredere diagnostiske muligheder. Billeddannelse med magnetisk resonans (MR) anvendes inden for flere tandlæge relevante diagnostiske områder, og med øget opløsning i billederne spås metoden yderligere udbredelse. MR er røntgenmetoderne overlegen, hvad angår blødtvævsdiagnostik, men også hårdtvæv kan for nogle diagnostiske områder tolkes med en rigtighed svarende til CBCT’s.

MR eller MRI (Magnetic Resonance Imaging) er en teknik, hvor radiobølger og magnetisme anvendes til at danne billeder af kroppen. Disse billeder vises med bedre kontrast mellem forskellige væv, specielt blødt væv, end traditionelle røntgen optagelser, og undersøgelsen anvendes derfor bredt i medicinsk billeddiagnostik. MR er baseret på, at visse atomkerner er magnetiske og dermed opfører sig som små kompasnåle. Når kroppen anbringes i scannerens magnetfelt, magnetiseres den ganske svagt. Når radiobølgesenderen efterfølgende slukkes, vil kroppens magnetisering fortsat svinge i ca. et sekund, før den falder til ro. I denne periode udsendes der svage radiobølger fra kroppen. Disse opsamles ved hjælp af antenner, og ved en efterfølgende analyse af signalerne dannes billeder af kroppens indre.
Som konsekvens af det kraftige magnetfelt og de anvendte radiobølger kan ikke alle patienter blive MR-scannet. Har man fx pacemaker eller metalsplinter i kroppen, kan man normalt ikke blive scannet.

Foreløbigt er udstyret ikke færdigudviklet til brug på tandlæge klinikker, og en MR scanner kræver meget mere plads end en CBCT scanner eller en CT scanner. I det nuværende lejemål på Ulrikkenborg Plads kan det fysisk ikke lade sig gøre. Danmarks foreløbigt første og eneste MR-scanner til tandlægebrug ankom i 2022 til Århus Universitet. For at komme ind i lokalet skulle et vinduesparti fjernes, og MR scanneren blev hejst ind med en kran. Derudover vil forstyrrende magnetiske signaler fra fx forbipasserende på Ulrikkenborg Plads med mobil telefoner forstyrrer MR scanningen. For at undgå dette bygges typisk et Faradays bur rundt om MR scanner for at afskærme mod elektriske felter, eller MR scanner anbringes i kælderetage. Desværre foreligger der ikke en anvendelig kælder på Ulrikkenborg Plads.

 

SWIFT (MRI)

En lovende variant af MRI scanning

En ny metode til at udføre MR eller MRI (Magnetic Resonance Imaging) magnetisk resonans billeddannelse er SWIFT, kaldet SWeep Imaging Fourier Transformation. SWIFT adskiller sig fra andre MRI-teknikker på grund af sin unikke billedoptagelsesprotokol (pulssekvens).

(Idiyatullin D, Corum C, Moeller S, Prasad HS, Garwood M, Nixdorf DR. Dental magnetic resonance imaging: making the invisible visible. J Endod. 2011 Jun;37(6):745-52. )

(Djaudat Idiyatullin,  Michael Garwood.Sweep Imaging with Fourier Transformation (SWIFT) (Pages: 101-131) in: Editor(s): Sabina Haber-Pohlmeier, Bernhard Blümich, Luisa Ciobanu First published:25 April 2022: Magnetic Resonance Microscopy: Instrumentation and Applications in Engineering, Life Science, and Energy Research. 2022 Wiley‐VCH GmbH)

Ultralyd scanning (US)

Ny forskning viser, at ultralydsundersøgelser kan have et fremtidigt potentiale som supplerende diagnostisk metode hos tandlæger med forbedret billedkvalitet og specialtilpasset lyd hoved for vanskeligt tilgængelige områder i mundhulen. Brugen af ultralydsscanning er udbredt som forundersøgelse, da proceduren normalt anses for at være ufarlig. Man kan derved slippe for at foretage invasive procedurer, hvor der ofte er en langt større risiko involveret. Dette sker ofte på bekostning af præcision. De resultater man opnår med ultralydsscanning har ofte en langt mindre sikkerhed end resultater opnået ved andre procedurer. Derfor vil man ofte efterfølge en ultralydsscanning med en bedre undersøgelse, hvis ultralydsundersøgelsen afslører mulige problemer.

En ultralydsundersøgelse (US) er en ”real-time”, smertefri, ikke-invasiv diagnostisk metode, som benytter lydbølger frem for ioniserende stråling. En ultralydsscanner fungerer på samme måde som et ekkolod, som fiskere anvender til at lokalisere fiskestimer. Ultralyd udsendes i impulser fra en transducer og kastes tilbage mod en måler i apparatet, når de møder væv. US spiller en vigtig rolle i diagnostik af mange sygdomme i hoved- og halsområdet, som fx i lymfeknuder, spytkirtler, tyggemuskler, kæbeled og tunge.

Ultralydsundersøgelser (US) er baseret på lydbølger med en frekvens på 1-20 megahertz (MHz), som er højere, end menneskets øre kan opfatte. Lydhovedet på et ultralyds apparat virker både som sender og modtager. Lydbølger sendes ind i vævet, reagerer med vævet, reflekteres tilbage og producerer elektriske signaler, som omdannes til et billede på en skærm. Ultralydsscanning er en metode der bruges i alle de medicinske sammenhænge, hvor det er relevant at kunne se et billede af hvad der foregår inde i kroppen, uden først at skære den op. Ultralydsscanning kan dermed i visse tilfælde erstatte undersøgelse med røntgen. Dette er dog kun i forbindelse med billeder af bløddele. Ultralyd kan ikke passere knogler eller luft, og kan derfor ikke erstatte røntgen i forbindelse med undersøgelse af tænder eller knogle.
Sammenlignet med andre undersøgelsesmetoder er ultralydsundersøgelser i særlig grad baseret på undersøgerens viden (anatomiske og patofysiologiske viden), manøvrering af lydhovedet og tolkning af ultralydssnitbilleder i sand tid (real time).

(Chuembou Pekam F, Marotti J, Wolfart S, Tinschert J, Radermacher K, Heger S. High-frequency ultrasound as an option for scanning of prepared teeth: an in vitro study. Ultrasound Med Biol. 2015 Jan;41(1):309-16. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2014.08.023. Epub 2014) Nov 15. PMID: 25444694.

(Amanda Rodriguez Betancourt, Ankita Samal, Hsun-Liang Chan, Oliver D. Kripfgans,
Overview of Ultrasound in Dentistry for Advancing Research Methodology and Patient Care Quality with Emphasis on Periodontal/Peri-implant Applications,
Zeitschrift für Medizinische Physik,
Volume 33, Issue 3,
2023)

(Salmon, Benjamin & Denmat, Dominique. (2011). Intraoral ultrasonography: Development of a specific high-frequency probe and clinical pilot study. Clinical oral investigations. 16. 643-9. 10.1007/s00784-011-0533-z. )

Krav til operatør

Alle tre billeddannende undersøgelsesmetoder, beskrevet i denne artikel, kræver mange års erfaring og specielle kompetencer for at kunne anvende udstyret korrekt og tolke de resulterende billeder. 

Noter :

 

Stråledosis

Reference dosimetri

Den gennemsnitlige baggrundsdosis i Danmark er 8 µSv/dag. 
CBCT stråledosis til patienten er afhængig af, hvor stort strålefelt (FOV) og hvor høj opløsning, der anvendes i undersøgelsen. 

Røntgen dosis varierer betydeligt mellem forskellige fabrikater af CBCT-scannere. Ovenstående referencedosimetri er udregnet efter den CBCT-scanner, som jeg anvender i Lyngby på klinikken. Denne CBCT-scanner er som følge af maximal tenologisk udnyttelse af hver røntgen stråle og avanceret software i stand til at reducere stråle dosis. Som det ses afhænger røntgen dosis desuden af størrelsen af billedfeltet (FOV) og opløsningen, som der vælges.

Voxel

Cone Beam Computer-tomografi (CBCT) er en avanceret, volumetrisk (3D) røntgenmetode, som udnytter en flad sensorplade, der sammen med et kegleformet strålefelt bevæger sig 180° eller 360° rundt om patientens hoved. Herved registreres i computeren en række kubiske elementer, kaldet voxel, (flertal voxels), som kan variere i størrelse. På den anvendte CBCT-scanner i Lyngby : (0,075 mm³– 0,60 mm³) / (75μm, 100μm, 150μm, 200μm, 400μm & 600μm). Voxel = 3D pixel [Tandlæge Jakob Kihl]

Isotropisk voxel (CBCT) & anisotropisk voxel (CT)

CBCT

• Altid en isotropisk voxel “den perfekte terning”
• Rekonstruktionen kan skabe enhver størrelse af voxel
• Målingerne er nøjagtige
• Voxel størrelse er mellem 0,075 mm– 0,60 mm

CT-scanning

• Voxel er en anisotropisk voxel
• Voxel har altid form som en “mursten”
• Pitch (Afstand mellem spiral rundinger og afstand til emnet under rundingen i cirkelbuen) varierer, hvilket giver unøjagtigheder i 3D beregningerne.
• Lagtykkelse er typisk imellem 0,5 mm – 0,8 mm

Antallet og størrelsen af voxels definerer den spatiale billedopløsning (evnen til at visualisere små strukturer). [Tandlæge Jakob Kihl] Størrelsen af den vævscylinder, der skal undersøges, fastsættes alt efter hvilken diagnostisk opgave, der skal udføres. Dette cylinderformede område betegnes Field-of-View (FOV), (se øverst i denne artikel), og oftest hænger FOV og billedopløsning sammen, således at jo større et FOV der vælges, jo lavere er voxel-opløsningen og omvendt.

Tomografi

Tomografi er en bred betegnelse for alle former for snitbilleddannelse og opdeling i lag via gennemtrængende stråling eller bølge. [Tandlæge Jakob Kihl]. Ordet tomografi kommer af klassisk græsk τόμος, tomos, “udsnit, sektion” og γράφω, graphō, “at skrive” eller “at tegne”. Tomografi giver snitbilleder. Et snitbillede afspejler de indre strukturer, således at de vil passe udskæringen af et objekt, og skære i en tynd skive. Man taler om en sammenlagringsfri repræsentation af et lag af objektet. Dette i modsætning til et traditionelt røntgen billede, hvor alle strukturer vil være sammenflettet og afbildet ovenpå hinanden, da de ligger sig efter hinanden i strålegangen.  Apparatet der anvendes i tomografi kaldes en tomograf, mens et billede kaldes et tomogram. 

Tomogram

Når man laver Computer Tomografi (CT) laver man flere hundrede røntgenbilleder, som hver især måler hvor meget røntgenstråling der trænger igennem et væv. [Tandlæge Jakob Kihl] Herefter benytter et computerprogram disse data til at rekonstruere en 3Dmodel af det undersøgte område (tomogram).

Tomografi er en meget anvendt teknik, der kan bruges til at bestemme strukturer i materialer og lave tre-dimensionelle (3D) rekonstruktioner. Metoden er især kendt for sin brug i lægevidenskaben (CBCT, CT og MR-skanninger). [Tandlæge Jakob Kihl] Princippet bag denne teknik er, at man sender lys på sin prøve, dernæst måler det skyggebillede det undersøgte område kaster tilbage, og bestemmer formen af objektet herudfra. Dette kan i princippet gøres med alle former for lys. Røntgenstråling er elektromagnetisk stråling ligesom synligt lys.

Stråler

Forskellen på røntgenstråling og synligt lys er, at røntgen har en højere energi og derfor kan trænge ind i materialer. Dette gør røntgen særlig velegnet til at lave tomografi, da man så kan se detaljeret ind i et område. Tidligere fik man først denne viden om området, når det fx blev lukket op ved en operation. [Tandlæge Jakob Kihl] Forskellige væv absorberer røntgenstråling forskelligt. Ved at måle hvor meget røntgenstråling, der trænger igennem et væv, kan man få information om, hvordan den er opbygget.

Randon Transformation

Computerprogrammet bygger på avanceret matematik, som kaldes en Radon Transformation. (Beatty, Jen, “The Radon Transform and the Mathematics of Medical Imaging” (2012). Honors Theses. Paper 646. https://digitalcommons.colby.edu/honorstheses/646/)  ( Freeman, T.G., ”The Mathematics of Medical Imaging”, Springer Undergraduate Texts in Mathematics
and Technology, 2010.)

Nogle tekniske data om CBCT scanner anvendt på klinik:

Voxel størrelser: 75 / 100 / 150 / 200 / 400 / 600 µm

Max. 3D volume: Ø200 x 170 mm

Ultra Low Dose*røntgen dosis mulig:

Ceph Dimax 4  Cephalometri

Planmeca CALM™ algorithm

Planmeca ARA™  algorithm

SCARA technology

3D ENT programs

3D Models scan

3D Endodontic imaging

ProFace 3D face photo

Dimax panoramic imaging

SmartPan panoramic system

4D Jaw Motion

*Mere information om muligheder for anvendelse af Ultra-Low-Dose :

(www.thelancet.com Vol 65 November, 2023 https://www.thelancet.com/journals/eclinm/article/PIIS2589-5370(23)00444-3/fulltext)

(Bebbington, N.A., Christensen, K.B., Østergård, L.L. et al. Ultra-low-dose CT for attenuation correction: dose savings and effect on PET quantification for protocols with and without tin filter. EJNMMI Phys 10, 66 (2023))