КЛКТ-артефакт

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15276 (2022) Цитировать эту статью

4759 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Артефакты лучевого упрочнения, вызванные высокоплотным материалом (например, металлом), являются распространенной проблемой качества изображений челюстно-лицевой конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ-). В этом экспериментально-аналитическом исследовании изучались закономерности затухания двух типичных материалов зубных имплантатов: циркониевой керамики и чистого титана. Путем применения различных энергий рентгеновского луча (60, 70, 80, 90 [кВп]) оценивается энергозависимое затухание этих материалов и оценивается возникающая в результате индукция артефактов на полученных КЛКТ-изображениях. Имплантат из диоксида циркония (Y-TZP-) (\(\varnothing\): 4,1 мм) и стержень из чистого титана (\(\varnothing\): 4,0 мм) были экспонированы с помощью коммерческой КЛКТ (3D Accuitomo 170). Необработанные двумерные (2D) проекционные рентгенограммы, которые КЛКТ использует для трехмерной реконструкции, применяются для получения профилей затухания через круглый центральный срез изображений имплантата-фантома. Были рассчитаны расстояния, которые рентгеновские лучи проходят через имплантаты-фантомы в этом месте. Используя эту информацию и коэффициент линейного затухания, были рассчитаны пропускание и затухание для каждого материала и энергии луча. Эти данные были связаны с артефактами лучевой закалки, которые оценивались при аксиальных реконструкциях КЛКТ-изображений имплантатов. Пропускание титана для всех пиковых килонапряжений (кВп) было выше и составляло примерно 200%, чем у Y-TZP при 60 кВп против 530% при 90 кВпик. При диаметре 4 мм пропускание Y-TZP составляло всего около 5 % для всех четырех энергий луча. В соответствии с этим выводом, артефакты лучевого упрочнения для Y-TZP не могут быть уменьшены при использовании более высоких энергий, тогда как для титана они уменьшаются с увеличением энергии. Для энергетического спектра, используемого в этом исследовании (60–90 кВп), лучевое упрочнение, вызванное титаном, можно уменьшить с помощью более высоких энергий, в то время как это не относится к циркониевой керамике (Y-TZP).

Конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ) играет важную роль в предоперационном планировании установки зубных имплантатов1. Поскольку имплантаты стали обычным явлением во многих странах, они часто также отображаются на КЛКТ-сканах, полученных от их носителей. Подавляющее большинство зубных имплантатов изготовлено из особо чистого титана с химически очень стабильной оксидной поверхностью2. Их влияние на артефакты при КЛКТ-сканировании было описано экспериментально3,4,5, а также объяснено аналитически6. В последние годы дентальные имплантаты из диоксида циркония все чаще продаются и устанавливаются7. Они изготовлены из кристаллического диоксида циркония, обычно стабилизированного 3 мол.% иттрия (Y-TZP)8. Размеры и конструкция примерно такие же, как у титановых имплантатов. Основная часть артефактов лучевого упрочнения возникает из-за фильтрующего эффекта высокоплотного, то есть сильно ослабляющего тела имплантата, который изменяет энергетический спектр рентгеновского луча. После проникновения в такие высокоплотные (сильно ослабляющие) тела луч содержит относительно больше рентгеновских лучей более высокой энергии (более коротких волн), чем спектр, излучаемый источником. Этот процесс называется лучевой закалкой. К сожалению, реконструкция предполагает одинаковые энергии в спектрах, и эта ошибка распространяется на процесс трехмерной (3D) реконструкции9. Вкратце, относительно слишком высокая энергия, поступающая в детектор «позади» ослабляющего объекта (здесь: имплантата), проецируется обратно в реконструируемый объем, что приводит к появлению темных (гипоплотных) линий в направлении луча. Затухание в основном вызвано двумя основными механизмами: комптоновским рассеянием и фотоэлектрическим эффектом10. Хотя первый довольно стабилен в энергетическом спектре, обычно применяемом для КЛКТ, фотоэлектрический эффект сильно зависит от энергии10. Здесь энергия пучка способна вывести электрон с внутренней k-орбиты, в результате чего образуется ион с положительным зарядом. При энергиях чуть выше энергии, необходимой для удаления электрона с k-орбиты соответствующего материала, происходит резкое увеличение затухания материала. Это так называемое «k-крае» зависит от материала и увеличивается с увеличением атомного номера. Энергия затухания k-края двух исследованных здесь материалов составляет 4966,4 эВ для титана по сравнению с 17 997,6 эВ для циркония как основного соединения циркониевой керамики. Были опубликованы эмпирические исследования по изучению артефактов на КЛКТ-изображениях, вызванных диоксидом циркония11,12,13. Однако, чтобы лучше понять предысторию и потенциально минимизировать их последствия, эти артефакты также следует изучать с аналитической точки зрения, используя физические данные и знания о процессе 3D-реконструкции.