CONE BEAM: il riferimento per l’imaging per sezioni 3D in odontostomatologia

Introduzione

L’implementazione di una diagnostica precisa in odontostomatologia richiede un esame clinico minuzioso, spesso accompagnato da esami radiologici complementari. 

Il Cone beam o CBCT (Cone Beam Computed Tomography) denominato ancora tomografia volumica digitale a fascio conico, è una tecnica di imaging per sezioni 3D in pieno sviluppo che consente l’esplorazione dei tessuti calcificati, ossia ossa e denti. 

In questo articolo verrà evidenziata questa rivoluzione dell’imaging dento-maxillare, ampiamente diffusa negli studi dentistici, in grado di aprire nuove prospettive di diagnostica.

Inizialmente definiremo il Cone Beam, illustrando il principio fisico di questo procedimento radiologico. Quindi esamineremo rapidamente le differenze tra la TC e il Cone Beam e proseguiremo con una riflessione su vantaggi e limiti del CBCT sempre rispetto alla TC. Infine, analizzeremo le indicazioni di questa tecnica.

Cos’è il Cone beam? 

Definizione

Nell’imaging dento-maxillare, si può differenziare tra due tipi di tecniche: quella 2D panoramica o ortopantomografia (OPT) e quella 3D più sofisticata, come la TC e più recentemente il Cone beam. 

L’arrivo del Cone beam verso la fine degli anni 90 rappresenta un’innovazione importante rispetto alla precedente TC, grazie all’introduzione di rilevatori a matrice di grandi dimensioni che consentono l’esplorazione di un intero volume durante una sola rotazione del sistema di acquisizione. 

Come funziona il Cone beam?

Principio fisico

Come indica il nome, il CBCT consiste in un generatore di raggi X che emette un fascio di raggi aperto di forma conica che in una rotazione completa (360°) o semi-completa (180°) permette di scansionare tutto il volume da esplorare prima di essere analizzato dopo attenuazione grazie a un sistema di rilevamento. L’emettitore di raggi X e il rilevatore sono solidali e allineati.

Figura 1 Principio fisico del TDM

A ogni grado di rotazione, l’emettitore libera un impulso di raggi X che attraversano il corpo anatomico e vengono quindi captati dal rilevatore che effettua una rotazione insieme alla sorgente. 

A ogni spostamento angolare si ottiene sul sensore piano un’immagine 2D del volume attraversato.

Dalle acquisizioni digitali vengono scattate centinaia di immagini in modo da ottenere un volume ed effettuare la ricostruzione software 3D per visualizzare virtualmente le strutture anatomiche esplorate. 

Figura 2 Principio di ricostruzione 3D delle immagini con Cone beam 

A differenza della TC, ogni unità o Voxel è isometrica e consente di ottenere un’altissima risoluzione spaziale, di circa 100 µ.

Il CBCT permette di ottenere un’immagine volumetrica della zona radiografata con un’alta risoluzione d’immagine nei diversi piani spaziali, eliminando le sovrapposizioni delle strutture circostanti.

Esistono diversi CBCT, classificati in base al loro campo di esplorazione:

  • piccoli campi: inferiori o uguali a 8 cm
  • campi medi: trs 9 e 15 cm
  • grandi campi: superiori a 15 cm

Come si svolge l’esame Cone beam dentale? 

La seduta è simile a quella di una radiografia dentale classica. Il paziente deve restare immobile per il tempo di acquisizione che dura da 10 a 20 secondi circa. Viene quindi effettuata una ricostruzione software tramite un programma dedicato. Questa fase richiede un tempo di elaborazione da 20 a 30 minuti circa per ogni esame, periodo nettamente superiore al tempo necessario con la TC.

Qual è la dose di radiazioni di un esame Cone beam?

La tecnologia Cone beam utilizza soluzioni tecniche molto diverse, con dosi di radiazioni in rapporti da 1 a 5.

Viene definita da studi dosimetrici come la meno pericolosa delle tecniche per sezioni. Le dosi di esposizione del Cone Beam sono da 1,5 a 12 volte inferiori rispetto alla TC convenzionale. Sono tuttavia da 4 a 42 volte maggiori rispetto alle radiografie panoramiche.

Per avere un’idea:

TecnicaRadiografia intrabuccaleRadiografia panoramicaCone beam
Dosa di radiazioni assorbita in Gray da 1 a 8 mGyda 3 a 7 mGyda 3 a 25 mGy

La tecnica CBCT si basa sul principio ALARA (As Low As Reasonably Achievable) della legislazione nazionale di radioprotezione che richiede l’applicazione della più bassa dose necessaria.

CBCT rispetto alla TC 

Analogamente all’antenata TC, il CBCT permette di ottenere ricostituzioni in 3D, ma differisce tecnicamente dalla tomografia. Nella tabella di seguito sono confrontate le due tecniche 

 

Le differenze tecniche principali tra Cone beam e TC

TCCone beam
Fascio di raggi X piatto (a ventaglio)Fascio di raggi X aperto conico
Sensore di forma globalmente longilineaSensore piano
Acquisizione che richiede diverse rotazioni attorno al pazienteAcquisizione rapida con unica rotazione
Forma generica delle apparecchiature (posizione allungata obbligatoria)Forma generica simile all’OPT, il paziente è in piedi
Voxel parallelepipedo rettangolo: Volume anisotropo:Voxel cubico: Volume isotropo:
Radiazione +++Radiazione +

Queste differenze tecniche conferiscono al Cone beam concreti vantaggi rispetto alla TC. Di seguito esamineremo questi vantaggi. 

Vantaggi del Cone beam rispetto alla TC

Comfort per il paziente

L’acquisizione è più semplice, rapida e confortevole per il paziente che non è obbligato a stare in posizione allungata ma in piedi come per la radiografia panoramica. Viene effettuata una sola rotazione dell’apparecchiatura attorno al paziente. 

Dosimetria e radiazione

Diversamente dalla TC, il Cone beam è considerato come una tecnica « low dose » che permette la scansione con un solo passaggio dell’intero volume da esplorare, con una dose di radiazione minore rispetto alla tomodensitometria classica. 

Il CBCT fornisce una dosa di radiazione ionizzante fino a 6 volte inferiore a un analogo esame con la TC. 

Di seguito viene fornito un confronto delle dosi efficaci dei principali procedimenti radiologici odontostomatologici:

SorgenteDose efficace media
Radiografia retroalveolare digitaleda 4 a 6 uSv
Radiografia panoramica digitaleda 10 a 15 uSv
TC medica da 60 a 1300 uSv
Cone beamda 20 a 250 uSv

Il CBCT permette di localizzare il campo di esame sulla zona da studiare (un settore dentale, un’arcata completa), evitando così di irradiare inutilmente le altre parti del cranio. 

Diversità di immagini, risoluzione spaziale e nitidezza 

Il CBCT permette di ottenere diverse viste da una sola immagine, ossia sezioni frontali, sagittali, coronali e oblique.

Il Cone beam produce dei voxel isotropici da 500μm a 75μm con un rapporto di ingrandimento di 1:1 che permette di perfezionare l’analisi delle strutture ossee e dentali e una notevole risoluzione nei diversi piani spaziali simile se non superiore a quella della TC.

Sensibilità agli artefatti 

Il Cone beam è meno soggetto agli artefatti metallici, soprattutto a livello radicolare della TC.

Costo

Il CBCT è sensibilmente meno caro della TC.

Limiti del Cone beam rispetto alla TC 

Acquisizione e lavoro in console

Durante la fase di acquisizione tramite CBCT, il paziente è in piedi, quindi è difficile mantenere l’immobilità per il tempo di rotazione dell’apparecchiatura (da 20 a 30s). Il rischio di movimento è dunque significativo, con una conseguente probabilità di provocare artefatti cinetici. A causa della durata relativamente lunga dell’acquisizione rispetto alla TC, tutte le apparecchiature Cone beam devono prevedere un sistema di contenimento efficace per limitare il rischio di spostamento, praticamente inesistente nella TC grazie ai tempi molto brevi di esposizione di circa 6 secondi. 

Il Cone beam, inoltre, richiede un tempo di elaborazione più lungo per la ricostituzione in 3D delle immagini. 

Rapporto S/R e risoluzione in densità o in contrasto

Più alto è il rapporto Segnale/Rumore (S/R), migliore è la risoluzione in densità. Il Cone beam presenta quindi una bassa risoluzione in contrasto rispetto alla TC a causa di un rapporto Segnale/Rumore (S/R) inferiore. 

Se il Cone beam offre una risoluzione superiore alla panoramica dentale e alla TC, la sua scala di densità è molto meno ampia a causa della bassa radiazione. La qualità delle immagini fornite non è sufficiente per la misurazione della densità dei tessuti calcificati e l’analisi dei tessuti molli, limitandone le indicazioni d’uso. 

I vantaggi del Cone beam sono già ben acquisiti in tutti i settori dell’imaging dento-maxillare. 

Indicazioni d’uso del Cone beam 

In questo articolo, ci limiteremo alle applicazioni del CBCT in odontologia, maxillo-facciale e ORL. 

Odontostomatologia

Il CBCT è utile in odontostomatologia qualora le informazioni raccolte clinicamente e dalla radiologia convenzionale 2D (radiografia intraorale e OPG) non siano sufficienti per fare una diagnosi precisa e risulta indispensabile un’immagine 3D:

In implantologia 

Grazie alle sue qualità di biomisurazione, alla precisione fornita per la sua particolarità isotropica che garantisce misurazioni lineari esatte, il CBCT trova la sua naturale applicazione in implantologia, dove è richiesta una notevole precisione biometrica. Le possibilità offerte di ricostituzione bi- e tridimensionale, di navigazione e simulazione chirurgica e la bassa sensibilità agli artefatti metallici costituiscono altrettanti vantaggi apprezzati in implantologia.

Permette di stabilire lo stato diagnostico preoperatorio dopo un esame clinico e radiologico standard del paziente, al fine di fornire l’indicazione della posa dell’impianto in caso di dubbio o di stabilire le controindicazioni e in alcuni casi per il controllo post-chirurgico. Permette di valutare al meglio il volume osseo disponibile a livello del sito di impianto e la sua visualizzazione ottimale, oltre che lo studio quantitativo e qualitativo dell’osso per una valutazione della densità.

Permette inoltre di valutare la prossimità delle strutture anatomiche tramite misure della distanza da mantenere, ad esempio da nervi e seni in vista della posa dell’impianto.

La modellizzazione in 3D consente di simulare virtualmente il posizionamento dei futuri impianti grazie alla possibilità di scegliere la dimensione e la forma adeguate.

Figura 3 Pianificazione dell’impianto digitale con il software QuickVision 3D

L’imaging per sezioni fornita dal Cone beam è più di un esame opzionale in implantologia, un esame obbligatorio tranne se il trattamento d’impianto è contestato dall’esame clinico e dall’OPT. 

Alla tecnica CBCT si deve lo sviluppo della chirurgia assistita statica e dinamica che facilita lo sfruttamento dei dati anatomici in 3D. 

La chirurgia implantare assistita consiste nella sovrapposizione dell’impronta della bocca del paziente (File .stl) e dei dati radiologici prodotti dal Cone beam (File DICOM) tramite un software dedicato che ha permesso di ottimizzare la precisione dei gesti chirurgici e quindi di ridurre gli insuccessi dei trattamenti implantari riscontrati nella chirurgia convenzionale e spostare in avanti i limiti dell’implantologia orale.

Figura 4 Corrispondenza dei file STL e DICOM con QuickVision 3D

Il controllo terapeutico inoltre è principalmente clinico e radiologico 2D, ma al minimo dubbio di complicanze (osteo-integrazione immediata difettosa, perimplantite…) dopo la posa dell’impianto o a seguito di un trattamento preimplantare con innesti, o di sinus-lift, non viene escluso il ricorso al CBCT.

In odontologia conservatrice ed endodonzia 

Il Cone beam è indicato in particolare per la ricerca e la localizzazione di un canale radicolare supplementare, per uno stato peri-apicale pre-chirurgico, in particolare nella regione maxillare posteriore o della mandibola a livello della regione del forame mentoniero. 

È inoltre utile nel caso dei traumi alveolo-dentali per determinare il tipo di frattura e stabilire lo stato di una patologia radicolare (frattura, riassorbimento interno ed esterno, peri-apicale o latero-radicolare …)

In chirurgia buccale in particolare prima dell’estrazione dei denti inclusi e dei denti del giudizio per vedere il rapporto delle radici con il nervo alveolare inferiore.

In patologia per stabilire lo stato di estensione e i rapporti delle lesioni cistiche e tumorali delle ossa maxillari.

ORL e Maxillo-facciale

Il Cone beam può essere inoltre utilizzato in ORL e Maxillo-facciale. Permette in particolare l’esplorazione dei seni della faccia e delle fosse nasali, la navigazione chirurgica con imaging preoperatorio in chirurgia endoscopica del seno, la definizione dello stato delle patologie delle ATM (articolazioni temporo-mandibolari). È inoltre indicato nell’esplorazione dell’orecchio medio per valutare eventuali patologie e per il controllo post-operatorio degli impianti auditivi.

Alcuni consigli:

Il Cone beam è l’esame di prima intenzione nelle patologie infiammatorie e infettive dei seni della faccia.

Il Cone beam è l’esame di terza intenzione nell’imaging dento-maxillare (dopo la radiografia intrabuccale e l’OPG).

Scelta dell’apparecchiatura Cone beam

La scelta dell’apparecchiatura Cone beam dipende dalle specifiche. Esistono infatti apparecchiature più performanti in implantologia, altre più orientate alla diagnostica in patologia e chirurgia buccale o in endodonzia.

Conclusione

A metà strada tra la panoramica dentale e la TC, il CBCT si caratterizza per la sua specificità di percezione delle densità elevate grazie alla maggior precisione rispetto all’OPT ed è dotato di una migliore risoluzione spaziale della TC. Offre la possibilità di una ricostituzione digitale 3D a basso costo e risulta meno invasivo rispetto alla TC. 

Grazie alle prestazioni tecniche e dosimetriche, il Cone Beam può essere idealmente utilizzato in quasi tutti i settori dell’odontostomatologia, parodontologia, chirurgia buccale, ortodonzia e anche nell’endodonzia.

Viene attualmente prescritto ogni volta che non è richiesto lo studio dei tessuti molli ed è indispensabile un’immagine 3D. Permette la diagnosi delle lesioni articolari temporo-mandibolari, ossee cistiche e tumorali, dei traumi e delle infezioni, ma la bassa risoluzione in densità o in contrasto ne limita l’impiego all’esplorazione dei tessuti molli.

Il Cone beam è riconosciuto attualmente come il procedimento di imaging per sezioni di riferimento in odontostomatologia, quindi sarebbe benvenuta una sua maggior diffusione.

Tuttavia, la sua prescrizione non deve essere sistematica, ma deve essere piuttosto considerato come un esame complementare della radiologia standard 2D e dei controlli clinici.