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Cone Beam e TAC convenzionale: differenze, pregi e difetti.

Aggiornato il: 12 set 2019


Immagine tratta da: https://crossroadstax.com/blog/cone-beam-roi

Questo è il primo di una serie di articoli di approfondimento sulla TAC Cone Beam, strumento di fondamentale importanza nella diagnostica odontoiatrica e chirurgica maxillo facciale. Tutti gli operatori del settore sanno cos'è una Cone Beam o, quantomeno, ne avranno spesso sentito parlare. Non è detto però che tutti conoscano bene questa tecnologia, sappiano come funziona dal punto di vista tecnico e quali sono le differenze con altri sistemi di indagine radiologica.

In questi articoli vorrei proprio fare il punto su tali temi cercando di offrire una panoramica generale ma con approfondimenti tecnici riguardo l'uso di queste tecnologie in medicina e odontoiatria. Per brevità di seguito la TAC Cone Beam la chiameremo semplicemente "CBCT" ossia "Cone Beam Computer Tomography".


Come è nata la TAC?

La tomografia computerizzata (TC) è una tecnologia nata nel 1967 dall'Ingegnere Godfrey Hounsfield che realizzò il primo prototipo di tomografo computerizzato per il quale vinse il premio Nobel per la medicina nel successivo 1979. Questa tecnologia venne poi sviluppata da altri ricercatori fino ad ottenere un tomografo computerizzato con fascio radiante caratteristico della Cone Beam a differenza del "fascio a lineare" della TAC normale (di questi aspetti tecnici ci occuperemo di seguito).

Non tutti sanno però che i primi a proporre l'uso della Cone Beam CT nell'ambito dentale fu un gruppo di ricercatori dei dipartimenti di Fisica Medica e Radiologia del Policlinico Universitario G.B. Grassi di Verona. Le loro ricerche furono pubblicate nel 1998 e si arrivò all'immissione sul mercato della primo tomografo computerizzato a fascio conico (CBCT) che nel 2000 venne approvato dalla Food and Drug Administration (FDA).


Come funziona una CBCT

Già il nome ci dice molto del suo funzionamento: CBCT - Cone Beam Computer Tomography. Il nome ci dice che questo apparecchio radiologico si basa sull'emissione di un fascio conico di raggi-X. Questa è la principale caratteristica che la contraddistingue dalla Fan Beam CT che è la "tradizionale" TAC che tutti noi conosciamo e di seguito nominata "FBCT". Entrambe le tecnologie emettono un fascio di raggi-X che attraversano i tessuti anatomici e vengono proiettati su un pannello detettore il quale riceve queste informazioni e le trasmette ad un calcolatore che le converte in immagini.


Immagine tratta da: Macdonald-Jankowski, David S. and Elaine C. Orpe. “Some current legal issues that may affect oral and maxillofacial radiology. Part 2: digital monitors and cone-beam computed tomography.” Journal 73 6 (2007): 507-11 .

La FBCT produce un fascio di raggi-X lineare, a ventaglio, il quale ruota a 360 gradi a spirale più e più volte intorno alla parte anatomica da scansionare fino a ricoprirla tutta. Nell'immagine qui sopra possiamo vedere questo fascio lineare emesso dalla Fan Beam CT (a sinistra) e vediamo che esso riesce a proiettare sul detettore (il pannello grigio posto sotto la testa del paziente) solo una piccola area anatomica. Serviranno infatti molti giri completi affinchè tutta la parte anatomica possa essere proiettata e, quindi, scansionata.


La CBCT invece produce un fascio conico che fa un unico giro a 360 gradi intorno al paziente. Il fascio conico permette quindi di proiettare sul detettore un'area molto più grande rispetto alla TAC tradizionale in meno tempo e, dunque, con meno radiazioni.

La minore quantità di dossi radiogena erogata dalla CBCT dipende anche dal fatto che, durante il giro di 360 gradi intorno al paziente, il fascio radiogena viene emesso con luce pulsata e non continua.


Attenzione però non è così semplice e non sono solo queste le differenze tra CBCT e Fan Beam CT.

Cerchiamo di analizzare, facendo riferimento alla letteratura scientifica, le differenze sostanziali tra FBCT e CBCT.


RISOLUZIONE SPAZIALE E' la capacità dello strumento di rappresentare e visualizzare bene parti anatomiche molto piccole. Secondo diversi studi (1) (2) la CBCT mostra di avere una maggiore risoluzione spaziale rispetto alla FBCT, cioè è potenzialmente in grado di rappresentare strutture molto piccole rispetto a quanto possa fare la tac tradizionale. Questa differenza è probabilmente relativa alla minore dimensione detettore della CBCT rispetto a quello della FBCT.


ARTEFATTI E' abbastanza noto che la CBCT produce immagini con molti più artefatti rispetto alla FBCT. Artefatti da presenza metallica o da rumore di fondo infatti sono sempre inevitabilmente presenti nelle immagini CBCT e sono dovuti alla bassa dose radiogena somministrata durante l'esecuzione dell'esame rispetto alla quantità di radiazioni molto più elevata somministrate con una FBCT.


DISCRIMINAZIONE DEI TESSUTI

Un'altra fondamentale differenza tra le due tecnologie è la capacità di discriminare tessuti vicini e a basso contrasto. Esiste un parametro specifico che misura la capacità di un macchinario TAC di differenziare tra loro tessuti la cui radio-opacità è molto simile. Tale parametro si chiama "Low Contrast Visibility - LCV". La FBCT offre prestazioni decisamente superiori rispetto alla CBCT in merito alla discriminazione di tessuti simili. Si è visto infatti che anche a dosi molto basse la FBCT si dimostra decisamente superiore nell'identificazione di tali tessuti. Se ci pensate questa non è una novità: provate a visualizzare i tessuti molli da un CBCT e a discriminarli tra di loro e vi accorgerete quanto poco contrastata è tale differenza. Provate a fare la stessa cosa con una FBCT e vi accorgere che il contrasto è evidente e le strutture anatomiche (tessuti molli prevalentemente) possono essere discriminate con una certa accuratezza.


DOSE RADIOGENA ASSORBITA

La Cone Beam ha permesso una sensibile riduzione della dose di radiazione erogata al paziente. A tal proposito è interessante quanto riportato in questa tabella tratta dal libro "Oral Radiology: principles and interpretation" in cui viene riportata la dose equivalente di radiazione assorbita con le diverse metodiche di indagine radiologica attualmente a disposizione.


I valori riportati sono in micro-sievert. Ricordiamo che il sievert è l'unità di misura della dose equivalente di radiazione assorbita. Per "dose equivalente" si intende la grandezza fisica che misura il danno biologico provocato su un tessuto o su un organismo animale dall'assorbimento di radiazioni. A tal proposito è lampante notare come una CBCT cranio-facciale ha una dose equivalente assorbita variabile da 68 uSv a 599 µSv mentre la FBCT (mascellare e mandibolare) fino a 2000 µSv .

Si può ragionevolmente stimare che la dose radiogena assorbita dal paziente per una CBCT finalizzata al posizionamento di impianti dentali è approssimativamente uguale a 130 µSv (3). Ogni giorno la nostra vita sulla terra ci porta ad assorbire una dose radiogena "naturale" di circa 8.2 µSv (negli Stati Uniti) quindi la dose di una CBCT equivale all'incirca alla dose radiogena assorbita in 16 giorni di vita sulla terra. In sostanza noi assorbiamo una dose radiogena proveniente da fonti naturali pari a circa 2 mSv (millisievert) ogni anno (4).

In questa immagine possiamo infine vedere differenze sostanziali nella qualità dell'immagine ottenuta da una CBCT e da una FBCT.


Lechuga L, Weidlich GA. Cone Beam CT vs. Fan Beam CT: A Comparison of Image Quality and Dose Delivered Between Two Differing CT Imaging Modalities. Cureus. 2016;8(9):e778. Published 2016 Sep 12. doi:10.7759/cureus.778

E' del tutto evidente che nell'immagine Cone Beam sono sicuramente presenti degli artefatti in termini di noise generale di fondo. Nell'immagine FBCT invece gli artefatti sono notevolmente ridotti ed è possibile una distinzione netta dei vari tessuti molli rappresentati (cosa impossibile nella CBCT).


Nel prossimo articolo parleremo di protocolli attualmente utilizzati nell'ambito dell'uso della CBCT per la chirurgia orale e per la chirurgia maxillo facciale cercando di fare luce su quali sono i "parametri" più importanti per ottenere delle buone immagini con la minor dose erogata al paziente.

Parleremo inoltre delle varie tipologie di CBCT e di come rapportare (o convertire) le Unità Hounsfield su questo tipo di esami.


Riferimenti Bibliografici:


1. Elstrøm U, Muren L, Peterson J, Grau C: Evaluation of image quality for different kV cone-beam CT acquisition and reconstruction methods in the head and neck region. Acta Oncologica. 2011, 50:908-917.


2. Garayoa J, Castro P: A study on image quality provided by a kilovoltage cone-beam computed

tomography. J Appl Clin Med Phys. 2013, 14:239-257. Accessed: March 5, 2016:

http://www.jacmp.org/index.php/jacmp/article/view/3888.

3. https://hps.org/publicinformation/ate/q11138.html 4. https://www.iaea.org/Publications/Factsheets/English/radlife#dose

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