CBCT影像革命性新技术

i-CAT FLX锥形束CT图像质量和体模剂量的评价

John B. Ludlowa aand Cameron Walkerbb

Chapel Hill, NC, and Kansas City, Mo

杨恒、李长真 译

译者小结:锥形束CTCBCT)因其一次扫描能提供口腔颌面部三维影像信息而被口腔医师们大量运用于患者的影像学检查中。如卡瓦i-CAT CBCT一次大视野扫描可获得正畸患者头面部三维CT数据、全景片数据、侧位片数据。这大大降低了医师的工作量,而全数字化的影像与配套的三维诊断设计软件也易于患者数据的保存与观察。

然而大部分CBCT的辐射剂量虽然低于传统医学CTMedical CT),但仍比传统二维全景片与根尖片大很多。对某一患者来说,一次CBCT检查带来的风险并不大,但每年口腔和临床数百万次的影像学检查还是让辐射成为一个重要的公共卫生问题。据估计,在美国有1.5%2%的癌症可以单独归因于CT检查。4这对儿童、青少年患者尤为重要,因为他们的组织、细胞生长和器官发育与成人相比具有更高的放射敏感性。

本研究采用卡瓦最新一代i-CAT FLX CBCT通过独特的快速扫描+技术大大降低了患者所受到的辐射剂量。本研究中成人与儿童体模的快速扫描+有效剂量分别为4~11μSV5~18μSV与全景检查的有效剂量(8~20μSV)类似甚至更低

研究数据证明了i-CAT FLX优化的曝光参数和快速扫描模式可明显减少患者的辐射剂量:在儿童和成人体模中,快速扫描+模式比标准曝光扫描减少了87%的剂量。因此,一旦i-CAT FLX与快速扫描+模式能够运用于临床,对减少CBCT辐射剂量将有重大意义。

简介:随着锥形束CTcone-beam computed tomography, CBCT)在正畸学科中广泛应用,与之而来的是对接受X线照射的正畸患者其远期风险的担忧越来越多。伴随科技的日新月异,最新的CBCT模型向我们提供了可替代的、低辐射的扫描方案。方法:在儿童和成人的仿真人体模型上,用i-CAT FLX CBCT设备(Imaging Science, Hatfield, 宾夕法尼亚州)照射不同位置和视野大小并相互比较,所得到的有效放射剂量用光致发光剂量测定法按事先验证的方案进行测量。扫描方案包括高分辨率扫描模式(360°, 600 , 120 kV[p], 5 mA, 7.4 秒),标准扫描模式(360°, 300 , 120 kV[p], 5 mA, 3.7 秒),快速扫描模式(180°, 160 , 120 kV[p], 5 mA, 2 秒),快速扫描+模式(180°, 160 , 90 kV[p], 3 mA, 2 秒)。用QUART DVT体模时,不同照射方案的图像质量以对比度噪声比作为量化指标进行计算。结果:儿童体模剂量比成人体模剂量平均增加了36%。在儿童(P=0.0167)和成人(P=0.0055)体模中,快速扫描+与标准扫描相比前者剂量显著降低。快速扫描+和标准扫描中,13×16cm范围头影测量在儿童和成人体模上的剂量分别为18-120 μSv11-85 μSv。快速扫描+与标准扫描曝光参数相比,前者对比度噪声比降低约2/3结论i-CAT FLX快速扫描+模式的有效剂量和传统的全景照射检查是类似的。虽然放射剂量的显著减少不可避免会伴随图像质量的下降。然而,在明确诊断的病例中,治疗中的评价可在以上两者之间进行权衡。(Am J OrthodDentofacial Orthop 2013;144:802-17)

 

近年来,CBCT在正畸学科中的应用迅猛增长。1 致癌因素是接受X线照射检查主要的远期生物学影响,而CBCT比标准二维成像技术给予患者更多电离辐射,因此成为正畸过程中使用CBCT合理性所面临的最大问题。

常规医学CT完成头部扫描的有效剂量约是2 mSv2000μSv)。2 尽管报道的大多数CBCT给予的放射剂量均较低,有些设备在最优的CT扫描中使用的剂量大致相等,但来自不同厂商的CBCT设备对同等视野(field of viewFOV)给与的剂量可以相差10倍。3 对某一患者来说,一次CTCBCT检查带来的风险并不大,但每年口腔和临床数百万次的影像学检查还是让辐射成为一个重要的公共卫生问题。据估计,在美国有1.5%2%的癌症可以单独归因于CT检查。4这对进行正畸治疗的儿童、青少年患者尤为重要,因为他们的组织、细胞生长和器官发育与成人相比具有更高的放射敏感性。儿童的生命周期更长,发生癌症的可能性更大,他们对辐射致癌的敏感性是发育完善的成年人的2-5倍。2,5

锥形束CT的图像质量决定着读片者能否从中获得所需信息,因此图像质量具有主观性。由于这种主观性,在进行诊断时测量和比较不同CBCT设备的图像质量是很复杂的。评价图像质量的客观方法有两个要素:对比度和空间分辨率。6图像对比度可以用对比度噪声比进行客观测量,空间分辨率可以通过计算调制传递函数来测量。在正畸学科中,CBCT扫描的质量是使用者的重要考量,因为图像质量决定放射剂量的选择;反之亦然。在很多CBCT设备中,选择“高”或“低”图像质量的模式,放射剂量上可相差7倍。3

目前优化CBCT面临的挑战是,在不大幅降低图像质量、减少诊断信息的前提下减少放射剂量。一个可能减少患者风险的CBCT检查的方法是用可变的视野来限制照射面积(即视野大小与目标解剖区域一致)。然而,在很多CBCT设备中,体素大小与视野有关,体素小则视野小,但为了维持足够的对比度噪声比需要增加曝光时间,因而实际上增大了放射剂量。在诊断工作中(比如检查牙根的角度),减少曝光时间的另一种方法理论上要求减少对比度噪声比或降低信号调制传递函数。在诊断错畸形中,通过组合曝光参数和视野可取得一个最优剂量。

本次研究的目的是用儿童、成人体模和i-CAT FLX设备(Imaging Science, Hatfield, 宾夕法尼亚州)评估不同视野大小、位置和曝光参数的组合下的放射剂量;第二个目的是以对比度噪声比和调制传递函数为量化指标,测量i-CAT设备提供的不同曝光选择的图像质量;再者比较体模大小和种类、热释光剂量和光释光剂量。

 

材料和方法

光释光剂量仪(Nanodot; Landauer, Glenwood, Ill)  是含碳氧化铝(Al2O3:C)的塑料盘。氧化铝晶格中的微量碳在表面形成凹陷,像陷阱(F中心)一样可以捕捉电子;另外带正电荷区域被称作“洞穴”。曝光于电离辐射后,产生自由电子和洞穴,F中心捕获的自由电子与曝光时的能量相关。当电子和洞穴再结合时产生的能量被F中心捕捉再发出光。当晶体受到发光二极管发出的540-nm的可控光刺激时,电子和洞穴发生再结合。F中心释放的能量发出420-nm的光子,可以与光刺激相区分。所发出光子的强度或数量取决于被光释光剂量仪吸收的剂量和可控光刺激的强度。所发出光的强度与剂量仪存储的剂量成比例,用光电倍增管记录,倍增管中包含可以滤过光刺激来源光子的过滤器。每个计量仪置于约1×10 × 10 mm不透光的塑料容器中。该容器可防止周围光刺激所导致的能量流失。本次研究所用的剂量仪用便携式阅读器(MicroStar; Landauer)读数。阅读器使用前先校准,校准后,剂量仪的光子数记录值与真实值相差不超过2%。运用一个特定能量的转化因子将光子数转化为剂量。用可调千伏峰值电源,80-120 千伏(p)范围内比较阴离子室和光释光剂量仪记录的剂量,得到三次多项式校正曲线,用该曲线校正能量反应后阅读器读出的剂量。本次研究中,90千伏(p)时释光剂量仪的敏感度估计为0.94(均值,60千伏),120千伏(p)时光释光剂量仪的敏感度估计为0.78(均值,80千伏)。

本次实验研究了新一代i-CAT FLX 口腔CBCT设备(imaging Science),配备升级的软硬件。本次设备在90120千伏(p)35毫安时运转,扫描视野从8×8cm23×17cm,脉冲曝光时间从2.07.4秒,每8.626秒旋转360°,每4.8秒也可旋转180°。儿童和成人体模的扫描参数见表 = 1 \* ROMAN I

组织等效体模模拟普通成年男性的解剖结构,用它获得成人剂量(ATOM Max model 711 HN; CIRS, Norfolk, Va)。体模具有精细的三维仿真人体结构,包括大脑、骨骼、喉、气管、窦、鼻腔和牙齿。骨骼包括骨皮质和骨小梁两部分。体模上机械制造的窄缝,可以在与目标区域相一致的位置容纳纳米点剂量仪。在项部的皮肤表面剂量仪置于指定层次的垂直中心并固定。眼晶状体剂量仪嵌于晶状体的中心位置并固定。内部的剂量仪在垂直方向位于窄缝的上缘,与所选层次的表面齐平,并依靠剂量仪容器和体模材料间的摩擦力在采样的解剖位置上固位。成人剂量仪的解剖位置和体模层次见图1。扫描过程中,体模的横截面约平行于扫描旋转平面(水平面),以此定位。体模模拟患者下颌处于息止合位。除了13×16cm头影测量和6×16cm上颌的视野外,其它视野能捕捉到颏部皮质骨下缘以下约5mm的软组织。在体模的前后向位置上,视野能捕捉到上颌切牙牙冠表面之前约5mm的软组织。对6×16cm上颌视野而言,其下缘位于上颌骨中切牙切缘以下约5mm13×16cm头影测量的视野包含了鼻尖和颏部的软组织下缘(图2)。

组织等效体模模拟10岁儿童的解剖结构,用它获得儿童剂量(ATOM model 706 HN; CIRS)。此体模中被模拟的组织是平均软组织、平均骨组织、脊髓、椎间盘、大脑和窦腔。模拟的骨组织其密度与年龄相符。剂量仪的解剖位置和儿童体模层次见图3。除了11×16cm13×16cm6×16cm上颌的视野外,其它视野能捕捉到颏部皮质骨下缘以下约5mm的软组织。在体模的前后向位置上,视野能捕捉到上颌切牙牙冠表面之前约5mm的软组织。对6×16cm上颌的视野而言,其下缘位于上颌骨中切牙切缘以下约5mm11×16cm13×16cm头影测量的视野包含了鼻尖和颏部的软组织下缘(图4)。

每个剂量仪曝光2-12次,使之对辐射的测量更加可靠。由于多数剂量仪在直接曝光的范围之外只吸收了少量散射的X线,所以越小的视野需要曝光的次数越多。每一次扫描都需要探查视野。光释光剂量仪阅读器记录的剂量除以扫描次数得到每次检查的曝光情况。

在同一组织或器官的不同位置,光释光剂量仪所记录剂量的均值以微戈瑞(micrograys)为单位,表示组织吸收的平均剂量。这些数值和某一组织或器官在一次X线检查所占的比例(表 = 2 \* ROMAN II)用来计算等效剂量,以微西韦特(microsieverts)为单位。7

全身骨表面的等效剂量用颅骨、下颌骨和颈椎等效剂量的总和来计算。这些等效剂量的测定基于骨在全身的分布:下颌骨占1.3%,颅骨占11.8%,颈椎占3.4%8成年人骨髓的分布用Christy925-40岁人群中得到的平均值进行计算。成年人骨髓的分布中,下颌骨占0.8%,颅骨占7.7%,颈椎占3.8%10岁儿童的骨髓分布计为下颌骨占1.1%、颅骨占11.6%、颈椎占2.7%,共计全身骨髓的15.4%。运用Underhill等人8的技术,在颅骨的3个位置取平均值作为颅骨的剂量。对接受单能量光子辐射的骨骼和肌肉,使用实验所确定的能量衰减系数。X线设备峰能量的2/3被估计为有效辐射能量,用以确定骨骼到肌肉的衰减比。从4080千伏,已发表数据中衰减比的线性拟合(R2 =0.996)产生了以下方程:骨骼到肌肉的衰减比=0.0618 × kV(p)× 2/36.940610此方程计算出骨骼到肌肉的衰减比在60 kV (90 kV[p])时为3.21,在120 kV[p]时为1.97

在颌面部CBCT图像中,直接被曝光的头颈部皮肤面积占全身的比例估计为5%,根据Ludlow等人11的方法来计算这些皮肤辐射权重剂量。类似地,头颈部肌肉和淋巴结的曝光估计为全身肌肉和淋巴结的5%,食道曝光的比例计为10%,其它目标组织计算为100%

有效剂量的计算是将不同组织曝光于电离辐射的损害与全身辐射剂量所造成的等效损害相比较。有效剂量以microsieverts为单位,用方程E = WT×HT来计算,组织权重因子WT代表某一器官或组织对总体风险的贡献,EWT和辐射权重剂量HT的乘积的总和。全身的总体风险是所有曝光的组织或器官的辐射权重剂量的总和。国际放射防护委员会给出的组织权重因子见表 = 2 \* ROMAN II,用以计算有效剂量。7

国际放射防护委员会用于计算有效剂量的权重因子中包括14种非独立权重组织和14种其它组织。8由于子宫和宫颈只存在于女性,前列腺只存在于男性,参与权重计算的其他组织只有13种。

在以往的研究中,辐射模拟剂量系统(RANDO)体模(Nuclear Associates, Hicksville,NY)和热释光剂量仪(TLDS)广泛用于放射剂量方面的实验。3,11由于RANDO体模包绕真人颅骨成形,每个体模的衰减的特征各不相同。在比较放射剂量时,精密制造的ATOM体模是更具可复制性的模型。标准视野和扩展视野的头影测量数据、以往报道的RANDO TSL数据和未报道的OSL数据都求得有效剂量,并与本实验中ATOM体模的结果进行比较。

有效剂量结果的方差分析(ANOVA)用以评估由体模类型(成人或儿童)、目标区域(牙齿、下颌、双牙弓、双牙弓+颞下颌关节、标准头影测量)和扫描方案(快速扫描+、快速扫描、标准扫描、高分辨率扫描)获得的数据的显著差异性。如果有显著差异性,用Tukey HSD检验确定导致这种差异的因素。所有检验中,α=0.05

QUART DVT_AP体模和QUART DVT_TEC软件(QUART, Zorneding, Germany)获取与视野、扫描角度、千伏(峰)和体素大小相关的图像质量指标(图5)。体模由数块含有聚乙烯氯化物和大气元素的丙烯酸塑料板组成,板呈圆柱形,直径16mm,此装置能测量聚甲基丙烯酸甲酸体素、聚甲基丙烯酸甲酸噪声、同质性、对比度、对比度噪声比、调制传递函数10%、调制传递函数50%Nyquist频率等参数。从体模中选出的2DICOM片层用半自动化方法得到以上数据。每个参数测量3次,并计算均值和标准差。

 

结果

ATOMRANDO成人体模在13×16cm标准头影测量和17×23cm扩展的视野中所得剂量见图6。成对([A-B]/[AB]/2)差异性的无偏估计证明了光释光剂量仪的读数比热释光剂量仪读数在标准头影测量视野中少1%,在RANDO体模扩展视野图像中少2.5%。成人ATOM体模的有效剂量比RANDO的剂量在标准头影测量视野中少0.2%,在扩展视野图像中少0.8%

结合了儿童和成人体模有效剂量数据的方差分析证明了不同的体模((P =0.0026)、目标区域(P0.0001)和曝光方案 (P0.0001)可导致显著性差异。综合考虑快速扫描+、快速扫描、标准扫描和高分辨率扫描方案,儿童体模剂量比成人体模剂量平均增加了36% = 3 \* ROMAN III列出了成人体模的有效剂量结果。Tukey HSD检验证明了快速扫描+方案与标准扫描、高分辨率扫描方案相比放射剂量显著减少,但与快速扫描方案相比没有显著性差异。快速扫描方案与高分辨率扫描方案相比放射剂量显著减少,但与标准扫描方案相比没有统计学差异。统计学上,13×16cm头影测量图像比其余视野的放射剂量更高。类似地,6×16cm上颌图像显著少于其余视野的剂量。由于只有标准和增强模式适用于17×23cm扩展视野,表 = 3 \* ROMAN III中未包含此视野的结果。该扩展视野在标准模式下的有效剂量是69μSv,在增强模式下的有效剂量是136μSv

= 4 \* ROMAN IV列出了儿童体模的有效剂量结果。Tukey HSD检验证实,放射剂量自快速扫描+、快速扫描、标准扫描方案的顺序依次逐渐变大,且三者两两间剂量比较均有显著性差异。统计学上,上颌视野的剂量比牙弓+颞下颌关节和13 × 16cm头影测量的视野的剂量都要小。

7由表 = 3 \* ROMAN III中的数据转化得来。图8由表 = 4 \* ROMAN IV中的数据转化得来。

= 5 \* ROMAN V = 6 \* ROMAN VI列出在计算有效剂量时用到的组织或器官的等效剂量。儿童体模中甲状腺和大脑吸收的剂量显著高于成人体模(P0.0001)。

= 7 \* ROMAN VII列出了对QUART体模图像进行分析得到的参数的均值和标准差。

QUART体模的分析证明了增大视野直径或将体素尺寸从0.3mm增加到0.4mm会使调制传递函数减少10%20%。调制传递函数在50%时对电流(毫安)几乎没有反应,但视野直径从8cm增加到16cm或体素尺寸从0.3mm增加到0.4mm时调制传递函数减少17%。正如预计的那样,体素越小得到的调制传递函数越大、分辨率越高。

 

讨论

以往对CBCT剂量的研究大多数使用成人RANDO仿真人体模型。3,12-14然而,正畸患者群体年龄跨度广,他们器官的质量、体积和位置上的差异使之不可能用一种剂量体模来准确地估计风险。15在本次研究中,我们采用成人和10岁儿童的ATOM体模,使我们能有效界定风险并由此做出适用于大多数正畸患者的评估。

本次研究中另一个不同以往之处是使用的剂量仪的类型。光释光剂量仪可以在曝光的数分钟内读数,不但允许多次无损读数,还可以清除和再次使用。这是很有意义的,因为如果使用热释光剂量仪,则实验需要1000多个独立的剂量仪,且部分剂量仪结果极可能在有损读数过程中失败。因此,在没有光释光剂量仪的情况下将不可能检测众多不同视野和用i-CAT FLX曝光的组合。

ATOM体模、光释光剂量仪所得数据和更常见的RANDO体模、热释光剂量仪的数据进行对比来验证前者的结果是很重要的。计算有效剂量时,光释光剂量仪和热释光剂量仪之间产生的差别少于2%。同样地,ATOM体模和模拟体模在计算有效剂量时相差少于2%。这些结果表明,我们从ATOM体模、光释光剂量仪所得的数据与模拟体模、热释光剂量仪的数据具有可比性。

在正畸学科中,围绕CBCT的争议很多。对年轻的正畸患者使用高剂量、高分辨率的CBCT扫描作为模型分析的替代品或用于个性化矫治器的自动化制造,这种趋势让一些学者表示担忧。16与此相关的,我们的研究结果证明儿童体模剂量比成人体模剂量平均增加了36%。不仅是剂量增加了1/3,而且由于组织放射敏感性的增加,儿童患者的风险高出成人2-5倍。5这些信息在为患者选择最好的影像学诊断方法时很重要。另外,还应该考虑成人和儿童体模有效剂量间差异的原因。对每个器官进行的等效剂量检查显示,儿童比成人多出的有效剂量主要源于甲状腺所在的模拟解剖位置(图9)。在成人ATOM体模,甲状腺剂量的数值计算基于位于片层102个剂量仪的读数。这是甲状腺小叶体部和峡部所在的位置,与用于RANDO体模的剂量仪的位置类似(只是ATOM体模中的2个剂量仪均位于深部,而RANDO体模中的剂量仪有1个位于表面)。相较而言,儿童体模甲状腺剂量的计算基于位于片层92个剂量仪和片层81个剂量仪读数的均值。剂量差异的基本原理是儿童的甲状腺比成人更接近下颌骨下缘(图9)。这种接近意味着当下份视野正好位于颏部以下时,儿童甲状腺直接曝光的可能性高于成人。儿童的颏部到甲状腺的距离更短,颏部对甲状腺散射辐射的强度也会更大。由于甲状腺的组织权重是0.04,其对头颈部曝光时有效剂量的计算有显著影响。对患者而言,上抬颏部并使下颌骨下缘、地面、光线旋转平面三者相平行可减少甲状腺的直接曝光;但这种方法对本次试验所使用的表面隆起的体模并不可行。另外还需考虑到,此方法会使用颏兜,对于想做软组织外形的头影测量分析,尤其是颏部、颈和喉外形的分析可能会很困难。

在考虑了患者体位、选择合适的视野后,我们的数据证明了曝光参数和过滤的最优化可明显减少患者的辐射剂量,同时也表明了在儿童和成人体模,快速扫描+方案比标准曝光扫描减少了87%的剂量。因此,一旦快速扫描+方案能够运用于临床,它减少的剂量将很有意义。本次实验中,快速扫描+用于儿童体模13×16cm头影测量扫描时记录到最大剂量(18μSv)。这个剂量略大于在美国1个人2天的环境辐射量,也比常规头部CT的辐射量低了2个数量级。全景快速扫描+方案的剂量也少于常规的二维数字化全景和X线头影测量的剂量和(两者剂量分别为14-244μSv)。13,17补充说明,我们对i-CAT的二维全景模式(即iPAN)的性能测试,证明了成人和儿童体模的剂量都是24μSvi-CAT next Generation,未发表)。

i-CAT FLX保留有SureSmile (OraMetrix, Richardson,Tex)的证书。2012年,Grunheid等人17用新一代i-CAT设备测定SureSmile扫描方案的剂量。SureSmile扫描方案要求高分辨率、0.2mm体素的扫描。与Grunheid等人的结果类似,我们发现一个成年人完成一次双牙弓(16×8cm视野)的SureSmile扫描获得的有效剂量是148μSv。我们没有测定儿童体模的高分辨率图像,但我们发现儿童体模剂量比成人体模剂量平均增加了36%。因此,正畸患者完成高分辨率的SureSmile扫描获得的剂量平均估计为148198μSv20125月,OraMetrix宣布他们将采用“14.7”秒的扫描而不是高分辨率的“26.9”秒扫描,同时将16×8cm SureSmile扫描获得的剂量降至每人97132μSv18

如果为了减少患者获得的电离辐射剂量而大幅降低放射剂量,使得图像质量过低,失去诊断价值是没有任何意义的。减少剂量、优化设备已越来越成为CBCT厂商关注的重点,因此对图像质量的影响更需要密切关注。已发表的文献对于在牙科学或正畸学科中低剂量和低质量的扫描用于诊断的实用性谈及的较少,而在正畸学中一潜在的运用可能是在治疗的中期评估根角。需要更多的研究以确认在二维图像或更高剂量扫描中其他重要的信息(如牙周情况的总体发展、根长的变化、再吸收模式的形态改变)在低剂量扫描中没有丢失。

德国是第一个为牙科CBCT设备的检测建立国家级标准的国家。QUART DVT体模是第一个市面上可以购买的、符合这些标准的体模。我们用QUART DVT体模评价了新的快速扫描+方案对图像质量的客观要素即对比度噪声比和调制传递函数的影响。我们的数据证明了当体素尺寸和视野保持不变时,增加能量和电流(mA)会导致对比度噪声比的增加(快速扫描+﹤快速扫描﹤标准扫描)。对比度噪声比的改变与读片者对图像的主观印象大体相对应。19随着对比度噪声比的增加,对同一图像的总体印象得以提升。体素尺寸和视野的变化也会影响对比度噪声比。正如预计的那样,我们的数据证明了视野直径的增加会导致对比度噪声比的适当减少,但体素尺寸从0.3mm增加到0.4mm时对比度噪声比会增加。有趣的是,在高分辨率扫描方案中,体素尺寸从0.125mm增加到0.25mm时对比度噪声比会有轻微增长的趋势。这种趋势并不明显,可能也没有临床意义。从快速扫描到快速扫描+方案,在曝光系数为4时能量和电流(mA)的减少降低了患获得者的有效剂量,在曝光系数为2时只降低了对比度噪声比。因此,使用i-CAT FLX时减少能量和电流(mA)是降低患者获得辐射剂量的有效方式,但同时也稍微降低了用对比度噪声比测量的图像质量。相较而言,分辨率的客观测量——调制传递函数——对电流(mA)的影响并不那么敏感,对视野直径和体素尺寸的增加则更敏感。尽管对比度噪声比和调制传递函数与图像的客观质量有对应关系,但要评估它们对诊断效能的影响还需要更多研究。6

 

结论

本次研究的结果反映了照射区域的可选择的范围很广,可以调改参数以改变目标区域。可以调整曝光水平以适应各种需要诊断的案例。与大视野、标准或高分辨率扫描相比,使用小视野、快速扫描+和快速扫描方案会使患者所获的放射剂量明显减少。执业医师可根据指南中的选择标准,判断哪些正畸患者更可能从X线放射检查中获益、哪项检查更可能提供所需信息。此类指南考虑了影像学诊断的益处和可能带来的损伤二者之间的平衡。由正畸医师、口腔颌面放射科医师组成的一个工作组已经完成了初始的指南编写,该指南已被美国口腔颌面部放射学会采纳。20对某个具体的需要诊断的病例,如何选择合适的曝光方案有待进一步研究。对一些具体的诊断病例而言,有限分辨率下的对比度噪声比和调制传递函数在指导不同扫描参数的可行性方面可能很有指导意义。

 

 

基于新一代i-CAT设备程序和曝光设置的成人和儿童体模剂量仪方案:

视野(cm

目标区域

扫描方案

扫描角度(°)

基本图像帧数(n

体素尺寸(mm

成人体模

儿童体模

千伏(P

电流mA

曝光时间(s

8×8

牙齿

快速扫描+

180

160

0.3*/0.4

A

C

90

3

2.0

16×6

上颌

快速扫描+

180

160

0.3*/0.4

A

C

90

3

2.0

16×6

下颌

快速扫描+

180

160

0.3*/0.4

A

C

90

3

2.0

16×8

双牙弓

快速扫描+

180

160

0.3*/0.4

A

C

90

3

2.0

16×11

双牙弓+TMJ

快速扫描+

180

160

0.3*/0.4

A

C

90

3

2.0

16×13

标准ceph

快速扫描+

180

160

0.3*/0.4

A

C

90

3

2.0

16×6

上颌

快速扫描

180

160

0.3*/0.4

A

C

120

5

2.0

8×8

牙齿

快速扫描

180

160

0.3*/0.4

A

C

120

5

2.0

16×13

标准ceph

快速扫描

180

160

0.3*/0.4

A

C

120

5

2.0

16×8

双牙弓

快速扫描

180

160

0.3*/0.4

A

C

120

5

2.0

16×11

双牙弓+TMJ

快速扫描

180

160

0.3*/0.4

A

C

120

5

2.0

16×6

标准ceph

快速扫描

180

160

0.3*/0.4

A

C

120

5

2.0

8×8

牙齿

标准扫描

360

300

0.3*/0.4

A

C

120

5

3.7

16×6

上颌

标准扫描

360

300

0.3*/0.4

A

C

120

5

3.7

16×6

下颌

标准扫描

360

300

0.3*/0.4

A

C

120

5

3.7

16×8

双牙弓

标准扫描

360

300

0.3*/0.4

A

C

120

5

3.7

16×11

双牙弓+TMJ

标准扫描

360

300

0.3*/0.4

A

C

120

5

3.7

16×13

标准ceph

标准扫描

360

300

0.3*/0.4

A

C

120

5

3.7

8×8

牙齿

高分辨率

360

600

0.125*/0.20/0.25

A

 

120

5

7.4

16×6

上颌

高分辨率

360

600

0.125/0.20*/0.25

A

 

120

5

7.4

16×6

下颌

高分辨率

360

600

0.125/0.20*/0.25

A

 

120

5

7.4

16×8

双牙弓

高分辨率

360

600

0.125/0.20*/0.25

A

 

120

5

7.4

16×11

双牙弓+TMJ

高分辨率

360

600

0.125/0.20/0.25*

A

 

120

5

7.4

16×13

标准ceph

高分辨率

360

600

0.125/0.20*/0.25

A

 

120

5

7.4

23×17

扩展视野

标准扫描

360

300

0.3*/0.4

A

 

120

5

3.7

23×17

扩展视野

增强

360

600

0.3*/0.4

A

 

120

5

7.4

TMJ, temporomandibular joint颞下颌关节; ceph, cephalometric 头影测量。

*本次实验运用的实际体素尺寸。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

光释光编号

成人体模定位

(光释光剂量仪位置层次)

体模层次

 

 

 

 

1

颅骨前份(2

2

大脑中份(2

3

颅骨左份(3

4

大脑中份(3

5

颅骨后份(4

6

垂体(4

7

右眼晶状体(4-5

8

左眼晶状体(4-5

9

右侧筛窦(5

10

左侧上颌窦(6

11

口咽气道(7

12

右侧腮腺(7

13

左侧腮腺(7

14

右支(7

15

左支(7

16

左侧项部(8

17

右侧下颌下腺(8

18

左侧下颌下腺(8

19

舌下腺中心(8

20

颈椎中心(8

21

左侧颈部(9

22

左侧甲状腺(10

23

右侧甲状腺(10

24

食管(10

成人ATOM Max模型711体模光释光剂量仪的位置

 

 

成人体模演示扫描的定位原则。A.下缘为骨性颏部以下5mm;前缘为中切牙以前5mm。这种定位方式应用于牙齿(8×8cm的高分辨率扫描)、下颌、双牙弓和双牙弓+TMJ的扫描。B.下缘为中切牙切端以下5mm;前缘为中切牙以前5mm。这种定位方式应用于上颌(6×16cm的高分辨率扫描)的扫描。C.标准头影测量(13×16cm的高分辨率扫描)和扩展视野包含了鼻尖和颏部的软组织下缘。

 

 

光释光编号

儿童体模定位

(光释光剂量仪位置层次)

 

体模层次

 

 


1

颅骨前份(2

2

大脑中份(2

3

颅骨后份(2

4

大脑中份(2

5

大脑中份(3

6

垂体(4

7

右眼眶(4

8

右眼晶状体(4-5

9

左眼晶状体(4-5

10

右侧上颌窦(5

11

左侧鼻道(5

12

右侧腮腺(6

13

左侧腮腺(6

14

左侧项部(6

15

右支(7

16

左支(7

17

右侧下颌下腺(7

18

左侧下颌下腺(7

19

舌下腺中心(7

20

颈椎中心(8

21

甲状腺上份左侧(9

22

甲状腺左侧(9

23

甲状腺右侧(9

24

食管(9

3  10岁儿童体模剂量仪的位置

 

 

儿童体模扫描演示定位的原则。A.下缘为骨性颏部以下5mm;前缘为中切牙以前5mm。这种定位方式应用于牙齿(8×8cm的高分辨率扫描)、下颌和双牙弓的扫描。B.下缘为中切牙切端以下5mm;前缘为中切牙以前5mm。这种定位方式应用于上颌(6×16cm的高分辨率扫描)的扫描。C.标准头影测量(13×16cm的高分辨率扫描)和双牙弓+TMJ的扫描包含了鼻尖和颏部的软组织下缘。

 

 

II  受辐射组织所占百分比的评估、国际放射防护委员会计算有效剂量的权重因子、热释光剂量仪用于计算成人或10岁儿童体模某一组织或器官的平均吸收剂量

 

成人照射分数(%

光释光编号(图1

ICRP 2007 WT

儿童照射分数(%

光释光编号(图3

骨髓

12.2

 

0.12

15.4

 

 下颌

0.8

14,15

 

1.1

15,16

 颅骨

7.7

1,3,5

 

11.6

1,2,3

 颈椎

3.8

20

 

2.7

20

甲状腺

100

22,23

0.04

100

21,22,23

食管

10

24

0.04

10

24

皮肤

5

7,8,16

0.01

5

8,9,14

骨表面*

16.5

 

0.01

16.5

 

 下颌

1.3

14,15

 

1.3

15,16

 颅骨

11.8

1,3,5

 

11.8

1,2,3

 颈椎

3.4

20

 

3.4

20

唾液腺

100

 

0.01

100

 

 腮腺

100

12,13

 

100

12,13

 下颌下腺

100

17,18

 

100

17,18

 舌下腺

100

19

 

100

19

100

2,4,6

0.01

100

4,5,6

其他

 

 

0.12

 

 

 淋巴结

5

11-13,17-19,21-24

 

5

12-13,17-19,21-24

 肌肉

5

11-13,17-19,21-24

 

5

12-13,17-19,21-24

 胸腔外区域

100

9-13,17-19,21-24

 

100

10-13,17-19,21,24

 口腔黏膜

100

11-13,17-19

 

100

12-13,17-19

ICRP, International Commission on Radiological Protection 国际放射防护委员会。

*骨表面剂量=骨髓剂量×/肌肉质量能量吸收系数比= -0.0618×2/3 kV(p)+6.9406 使用的数据来源于NBS Handbook 8510

 

 

5  QUART DVT_AP CBCT图像质量系统:A.体模;B.含有聚乙烯氯化物和大气元素的丙烯酸塑料层(底)的样品轴向图像;C.计算Nyquist频率的分析软件窗口;D.计算同质性的分析软件窗口。

 

 

6  RANDOATOM体模、热释光剂量仪和光释光剂量仪、标准扫描头影测量和扩展视野的比较

 

 

III  成人体模不同曝光方案和视野下的有效剂量(μSv)(方差分析P值和Tukey HSD

上颌

牙列

下颌

双牙弓

双牙弓+TMJ

标准ceph

平均值

方差分析

P=0.0055,

Tukey HSD*

快速扫描+

4

5

8

8

9

11

8

C

快速扫描

20

23

34

39

43

54

36

BC

标准扫描

32

44

61

70

79

85

62

B

高分辨率

65

85

127

148

159

171

126

A

平均值

30

39

58

66

73

81

58

方差分析P<0.0001,

Tukey HSD

C

BC

ABC

ABC

AB

A

TMJ, Temporomandibular joint颞下颌关节; ceph, cephalometric 头影测量.

*无由相同字母联系的层次具有显著差异。

 

 

IV  儿童体模不同曝光方案和视野下的有效剂量(μSv)(方差分析P值和Tukey HSD

上颌

牙列

下颌

双牙弓

双牙弓+TMJ

标准ceph

平均值

方差分析

P=0.0055,

Tukey HSD*

快速扫描+

5

7

9

12

13

18

11

A

快速扫描

23

34

43

50

56

70

46

B

标准扫描

39

60

73

85

115

120

82

C

平均值

22

34

42

49

61

69

46

方差分析P<0.0001,

Tukey HSD

B

AB

AB

AB

A

A

TMJ, Temporomandibular joint颞下颌关节; ceph, cephalometric 头影测量.

*无相同字母联系的层次具有显著差异。

 

 

不同扫描方案和视野的成人体模有效剂量

 

不同扫描方案和视野的儿童体模有效剂量

 

 

V  i-CAT FLX不同视野、目标区域和扫描方案下成人体模等效剂量的测量(μGy

 

FOV

(cm)

目标区域

扫描协议

有效剂量(μSv)

有效剂量计算中的权重组分

其他组分

骨髓

甲状腺

食管

皮肤

骨表面

唾液腺

其他均值

淋巴结

胸腔外气道

肌肉

口腔黏膜

8×8

牙列

快速扫描+

5.3

4

22

2

2

15

142

4

18

5

90

5

133

16×6

上颌

快速扫描+

3.9

4

9

1

1

15

96

13

15

4

73

3

112

16×6

下颌

快速扫描+

8.1

9

36

5

4

30

193

6

25

7

121

7

195

16×8

双牙弓

快速扫描+

8.5

9

38

5

4

32

196

9

27

7

132

7

200

16×11

双牙弓+TMJ

快速扫描+

8.8

9

36

4

5

33

207

19

29

8

146

7

214

16×13

标准ceph

快速扫描+

11.4

12

48

6

8

43

252

44

36

10

186

9

261

8×8

牙列

快速扫描

23.0

19

112

10

8

42

596

28

76

20

384

20

561

16×6

上颌

快速扫描

19.7

19

68

8

5

46

463

65

72

18

356

16

542

16×6

下颌

快速扫描

34.5

39

164

19

17

81

808

30

109

31

528

30

824

16×8

双牙弓

快速扫描

39.2

44

177

22

19

92

917

57

125

34

621

34

942

16×11

双牙弓+TMJ

快速扫描

43.4

50

193

24

26

107

972

123

137

37

701

36

1004

16×13

标准ceph

快速扫描

54.5

56

257

30

39

123

1194

216

171

47

907

46

1220

8×8

牙列

标准扫描

44.5

31

222

22

12

71

1172

58

149

40

780

38

1079

16×6

上颌

标准扫描

31.6

29

101

12

11

73

719

131

119

29

629

25

867

16×6

下颌

标准扫描

61.3

59

290

33

18

124

1567

51

198

54

944

53

1519

16×8

双牙弓

标准扫描

69.8

70

329

40

23

150

1693

95

225

61

1131

60

1677

16×11

双牙弓+TMJ

标准扫描

79.4

81

353

43

41

176

1859

238

256

67

1333

65

1861

16×13

标准ceph

标准扫描

85.3

83

405

48

74

185

1898

380

265

71

1433

69

1875

8×8

牙列

高分辨率

85.1

62

434

42

23

139

2237

115

279

75

1470

73

2012

16×6

上颌

高分辨率

65.0

60

204

23

28

152

1488

276

244

59

1258

52

1809

16×6

下颌

高分辨率

126.5

126

620

72

40

263

3131

101

403

114

1972

113

3043

16×8

双牙弓

高分辨率

148.1

148

735

81

50

315

3527

199

473

131

2375

128

3518

16×11

双牙弓+TMJ

高分辨率

158.8

161

747

86

71

350

3641

452

508

136

2677

131

3667

16×13

标准ceph

高分辨率

171.1

163

821

96

145

365

3809

728

537

144

2899

140

3794

23×17

扩展扫描

标准扫描

69.2

84

301

39

50

202

1293

668

195

53

1038

49

1391

23×17

扩展扫描

增强

136.2

170

608

74

97

408

2530

1282

378

103

2027

97

2690

TMJ, temporomandibular joint颞下颌关节; ceph, cephalometric 头影测量。

 

 

 

VI  i-CAT FLX不同视野、目标区域和扫描方案下10岁儿童体模等效剂量的测量(μGy

 

FOV

(cm)

目标区域

扫描协议

有效剂量(μSv)

有效剂量计算中的权重组分

其他组分

骨髓

甲状腺

食管

皮肤

骨表面

唾液腺

其他均值

淋巴结

胸腔外气道

肌肉

口腔黏膜

16×6

上颌

快速扫描+

4.7

2

20

1

7

7

115

25

18

4

93

4

128

8×8

牙齿

快速扫描+

6.8

3

45

2

3

13

163

12

22

5

116

5

163

16×6

下颌

快速扫描+

9.4

5

78

4

5

21

189

9

27

7

137

7

197

16×8

双牙弓

快速扫描+

12.3

8

117

5

5

32

212

15

31

8

167

8

222

16×11

双牙弓+TMJ

快速扫描+

13.3

9

121

5

9

34

221

52

34

9

186

9

233

16×13

标准ceph

快速扫描+

17.5

12

160

8

11

46

277

98

42

11

235

11

292

16×6

上颌

快速扫描

22.8

11

102

7

31

24

541

130

82

19

440

19

592

8×8

快速扫描

33.9

18

242

12

13

42

762

69

106

26

557

26

769

16×6

下颌

快速扫描

42.6

26

355

18

23

64

856

50

122

32

625

32

895

16×8

双牙弓

快速扫描

50.3

31

412

20

26

74

973

142

143

36

758

36

1023

16×11

双牙弓+TMJ

快速扫描

55.6

36

417

22

42

84

1045

330

156

39

845

39

1103

16×13

标准ceph

快速扫描

69.6

51

637

30

43

120

1085

429

166

44

935

44

1138

16×6

上颌

标准扫描

38.7

19

158

11

69

43

889

252

142

30

820

30

969

8×8

牙齿

标准扫描

60.1

33

403

20

20

77

1401

134

191

45

1059

45

1331

16×6

下颌

标准扫描

73.2

41

530

30

34

98

1654

106

224

57

1133

57

1670

16×8

双牙弓

标准扫描

85.1

53

659

35

39

126

1754

192

248

62

1343

62

1763

16×11

双牙弓+TMJ

标准扫描

115.1

80

1001

53

81

190

2045

391

302

77

1713

77

2060

16×13

标准ceph

标准扫描

120.1

91

1003

53

82

211

2038

731

303

77

1729

77

2054

TMJ, temporomandibular joint颞下颌关节; ceph, cephalometric 头影测量。

 

 

VII  QUART体模图像测量

 

快速扫描+

快速扫描

标准扫描

高分辨率

高分辨率

高分辨率

快速扫描+

FOV(mm)

8×8

8×8

8×8

8×8

8×8

8×8

16×8

扫描角度(°)

180

180

360

360

360

360

180

体素尺寸(mm)

0.3

0.3

0.3

0.125

0.2

0.25

0.3

3次测量平均值

  PMMA体素

709.4

742.1

733.0

734.5

741.2

740.4

864.7

  PMMA噪声

105.1

52.5

38.2

88.7

90.7

88.5

96.6

  同质性

17.0

18.0

49.0

52.0

63.0

60.0

15.7

  对比

722.7

724.2

690.4

632.1

644.6

714.6

629.0

  CNR

7.7

16.3

22.3

7.0

7.6

9.0

5.8

  MTF 10%

1.0

1.1

1.1

1.6

1.3

1.3

0.9

  MTF 50%

0.6

0.6

0.6

0.9

0.8

0.7

0.5

  Nyquist频率

1.7

1.7

1.7

4.0

2.5

2.0

1.6

测量值的标准差

  PMMA体素

1.8

4.8

2.9

1.0

5.1

0.2

2.5

  PMMA噪声

0.7

0.6

0.3

0.8

1.4

1.0

2.2

  同质性

1.0

1.0

4.4

6.1

16.1

2.6

1.2

  对比

28.9

62.5

6.5

16.9

32.7

56.4

43.8

  CNR

1.1

3.1

2.2

0.8

0.5

1.4

0.3

  MTF 10%

0.0

0.2

0.1

0.1

0.2

0.4

0.0

  MTF 50%

0.0

0.0

0.0

0.1

0.1

0.2

0.0

  Nyquist频率

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

PMMA, Polymethylmethacrylate 聚甲基丙烯酸甲酯; CNR, contrast-to-noise ratio 对比度噪声比; MTF, modulation transfer function 调制传递函数。

 

VII 

快速扫描

标准扫描

快速扫描+

快速扫描

标准扫描

高分辨率半扫描

高分辨率半扫描

16×8

16×8

16×8

16×8

16×8

8×8

8×8

180

360

180

180

360

180

180

0.3

0.3

0.4

0.4

0.4

0.2

0.25

 

889.6

890.4

861.1

890.5

886.9

743.7

725.4

50.8

37.7

95.6

50.4

37.1

122.8

122.4

16.0

16.0

17.7

17.0

15.7

15.3

17.0

649.0

627.3

715.5

673.7

635.5

637.0

723.6

11.4

20.6

8.2

16.7

18.2

4.8

6.4

0.9

0.9

0.9

0.9

0.9

1.7

1.6

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

1.0

0.9

1.6

1.7

1.3

1.3

1.2

2.5

2.0

 

0.9

0.6

1.2

0.3

0.5

33.5

0.6

0.1

2.1

0.9

0.7

1.3

0.5

1.0

1.0

1.0

1.2

1.0

0.6

0.6

1.0

35.8

40.8

43.9

50.9

35.2

4.5

37.4

0.6

1.3

0.5

4.1

0.1

0.4

0.8

0.0

0.0

0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

 

 

儿童和成人甲状腺层次的对比。红线表示扫描下缘。

 

 

参考文献

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