CBCT アーティファクト

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15276 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

高密度の材料（金属など）によって引き起こされるビーム硬化アーティファクトは、顎顔面のコーンビームコンピュータ断層撮影（CBCT）画像における一般的な品質問題です。 この実験的および分析的研究では、ジルコニアセラミックと純チタンという 2 つの典型的な歯科用インプラント材料の減衰パターンを調査しました。 異なる X 線ビーム エネルギー (60、70、80、90 [kVp]) を適用することにより、これらの材料のエネルギー依存の減衰が評価され、結果として得られる CBCT 画像におけるアーティファクトの誘発が評価されます。 ジルコニア (Y-TZP-) インプラント (\(\varnothing\): 4.1 mm) と純チタン ロッド (\(\varnothing\): 4.0 mm) が市販の CBCT (3D Accuitomo 170) で露出されました。 CBCT は、生の 2 次元 (2D) 投影放射線写真を 3 次元再構成に利用し、インプラント ファントム画像の円形の中央スライスを介して減衰プロファイルを取得します。 この位置で X 線がインプラント ファントムを通過する距離が計算されました。 この情報と線減衰係数を使用して、各材料とビーム エネルギーの透過率と減衰率が計算されました。 これらのデータは、インプラントの CBCT 画像の軸方向再構成で評価されたビーム硬化アーティファクトに関連していました。 すべてのピークキロ電圧 (kVp) でのチタンの透過率は高く、60 kVp では Y-TZP の透過率が約 200% であるのに対し、90 kVp では 530% でした。 直径 4 mm では、Y-TZP の透過率は 4 つのビーム エネルギーすべてに対してわずか約 5 % でした。 この発見と一致して、Y-TZP のビーム硬化アーチファクトは、より高いエネルギーを使用しても低減できませんでしたが、チタンの場合、ビーム硬化アーチファクトはエネルギーの増加とともに減少しました。 この研究で使用したエネルギー スペクトル (60 ～ 90 kVp) では、チタンによって引き起こされるビーム硬化は、より高いエネルギーを使用することで軽減できますが、ジルコニア セラミック (Y-TZP) の場合はそうではありません。

コーンビームコンピュータ断層撮影法 (CBCT) は、歯科インプラントの術前計画において重要な役割を果たします1。 インプラントは多くの国で一般的な修復物となっているため、キャリアから取得した CBCT スキャンでもインプラントが描写されることがよくあります。 歯科インプラントの大部分は、化学的に非常に安定した酸化物表面を備えた高純度のチタンで作られています2。 CBCT スキャンにおけるアーティファクトの影響は実験的に説明されており 3、4、5 、また分析的にも説明されています 6。 近年、ジルコニア製の歯科インプラントが販売され、挿入されることが増えています7。 これらは、通常 3 mol% イットリウム (Y-TZP)8 で安定化された結晶質二酸化ジルコニウムでできています。 寸法やデザインはチタンインプラントとほぼ同じです。 ビーム硬化アーティファクトの基本的な部分は、X 線ビームのエネルギー スペクトルを変化させる高密度、つまり大幅に減衰するインプラント本体のフィルタリング効果によって発生します。 このような高密度 (減衰が強い) 物体を透過した後のビームには、線源から放射されるスペクトルよりも比較的高エネルギー (波長が短い) X 線が含まれます。 このプロセスはビーム硬化と呼ばれます。 残念ながら、再構成ではスペクトル内のエネルギーが同一であると想定されており、この誤差が 3 次元 (3D) 再構成プロセスに伝播します 9。 簡単に説明すると、減衰対象 (ここではインプラント) の「後ろ」にある検出器に到達する比較的高すぎるエネルギーが再構成されたボリュームに逆投影され、ビーム方向に暗い (低密度の) 線が生じます。 減衰は主に、コンプトン散乱と光電効果という 2 つの主要なメカニズムによって引き起こされます10。 前者は CBCT に通常適用されるエネルギー スペクトルにわたってかなり安定していますが、光電効果はエネルギーに強く依存します 10。 ここで、ビームのエネルギーは内側の k 軌道から電子を除去し、それによって正電荷をもつイオンを生成することができます。 それぞれの材料の k 軌道から電子を除去するのに必要なエネルギーをわずかに超えるエネルギーでは、材料の減衰が急激に増加します。 このいわゆる「k エッジ」は材料に特有であり、原子番号の増加とともに増加します。 ここで調査した 2 つの材料の k エッジ減衰エネルギーは、チタンでは 4966.4 eV であるのに対し、ジルコニア セラミックの主化合物であるジルコニウムでは 17,997.6 eV です。 ジルコニアによって引き起こされる CBCT 画像内のアーティファクトを調査する実証研究が発表されています 11、12、13。 ただし、背景をよりよく理解し、その影響を最小限に抑えるためには、物理​​データと 3D 再構成プロセスに関する知識を使用して、これらのアーティファクトを分析的な観点からも研究する必要があります。