Рентгенологические методы обследования в эндодонтии
Интерпретация данных, полученных при помощи рентгенологических методов визуализации, является центральным звеном в процессе диагностики. Для того чтобы адекватно оценить анатомию и диагностировать патологию, очень важно получить диагностически ценное изображение, используя подходящие параметры экспозиции, и просмотреть его, интерактивно изменяя яркость и контрастность или окно/уровень (для изучения КЛКТ) в оптимальной среде.
Точное описание морфологии корня и канала, определение рентгенологической рабочей длины, диагностика корневых и околокорневых заболеваний (рис. 1), постхирургическая и долгосрочная оценка результата эндодонтического лечения — вот рутинные задачи методов визуализации в эндодонтии. Все изображения должны подвергаться систематической и методичной интерпретации. Важно распознать анатомию, анатомические варианты и патологические состояния или отклонения от нормы. В рентгенологии существуют различные методы визуализации.
Рисунок 1. А. Диагностическая периапикальная рентгенограмма первого моляра верхней челюсти справа, выполненная под правильным углом для эндодонтической оценки правого квадранта верхней челюсти. На первый взгляд есть небольшие рентгенологические признаки околоверхушечных изменений. В. Выполненная в то же время конусно-лучевая компьютерная томография того же зуба дает совершенно другую перспективу: околоверхушечные изменения определяются на всех трех корнях в трех анатомических плоскостях.
В основе некоторых лежит ионизирующее излучение, в других — ультразвуковые волны (ультрасонография) или мощные внешние магнитные поля (МРТ). Также доступны интервенционные и неинтервенционные методы визуализации. Методы с использованием ионизирующего излучения наиболее часто используют для постановки эндодонтического диагноза. Различные методы получения изображения включают стандартную интраоральную пленку и более современные цифровые датчики.
а) Методы визуализации. Цифровую рентгенографию, использующую электронные сенсоры или пластинки из фотостимулируемого фосфора (ФСФ), широко применяют в эндодонтии. У цифровых сенсоров масса преимуществ перед пленкой. Важные преимущества — значимое уменьшение дозы (особенно по сравнению с пленкой D-speed, используемой с круговой коллимацией); практически мгновенное получение цифровых изображений высокого разрешения, причем для отдельных диагностических задач разрешение приближается или равно таковому у пленки; возможность постобработки изображений для улучшения результатов диагностики; исключение вариаций изображения, связанных с этапом влажной проявки традиционной пленки; облегчение передачи, хранения и восстановления изображений из баз данных или систем передачи и архивации изображений (PACS); использование в электронной карте пациента; снижение взаимодействия персонала с опасными химическими веществами; уменьшение влияния на окружающую среду.
Цифровые методы визуализации в эндодонтии используют разные технологии получения изображения, включающие приборы с зарядовой связью (ПЗС, CCD), комплементарные структуры металл-оксид-полупро-водник (КМОП, CMOS) или ФСФ (который также называют непрямым методом получения). Изображения на пленке также могут быть оцифрованы при помощи планшетного сканера или камеры на основе CCD/ CMOS, установленной на подставку, где захват изображения происходит при помощи платы захвата кадра с возвышенной подсвеченной платформы.
Твердотельные датчики на основе ПЗС изначально широко использовали в эндодонтии. Однако сенсоры ранних поколений имели небольшую активную область, ограниченное поглощение рентгеновских лучей и эффективность преобразования, кроме того, они были громоздкими. Сенсоры используют массив элементов, чувствительных к излучению, которые создают электрические заряды пропорционально количеству полученного излучения. Чтобы уменьшить дозу излучения, необходимого для получения изображения, была разработана светочувствительная матрица со сцинтиллирующим слоем, нанесенным на ПЗС-чип или добавленным путем оптоволоконного соединения.
Генерируемый заряд считывается по цепочке и передается на аналогово-цифровой преобразователь в устройстве захвата изображения на рабочем месте. Цифровая информация обрабатывается, и формируется изображение. Сенсоры на основе КМОП, напротив, имеют активный транзистор на каждом элементе. Область, доступная для создания сигнала, сравнительно меньше, наблюдается сопутствующий шум с постоянным спектром. Производство таких сенсоров менее затратно, и они также показали свою ценность для конкретных диагностических задач. В отличие от ПЗС, чипы КМОП требуют очень мало электрической энергии, поэтому для использования USB не требуется дополнительных источников энергии, и есть возможность применения беспроводных приложений. Доступны и беспроводные датчики (рис. 2).
Рисунок 2. А и В. Датчики на основе комплементарного металлооксидного полупроводника доступны от многих производителей. Следует обратить внимание, что на изображении В представлен беспроводной КМОП-датчик, который передает изображения к рабочей станции с радиочастотным диапазоном 2,4 ГГц.
Однако проблемой при их использовании являются радиочастотные помехи. Современный Wi-Fi-датчик менее громоздкий и имеет провод, прикрепление к которому позволяет осуществлять передачу соответственно стандартам 802.11 b/g. Датчик имеет литий-ионную полимерную батарею, которой хватает примерно на 100 экспозиций.
Другой тип датчиков использует ФСФ для захвата изображения. Технологию ФСФ также называют компьютерной рентгенографией. В отличие от датчиков ПЗС и КМОП, датчики ФСФ являются беспроводными. Фосфор активируется в процессе легирования, что позволяет генерировать и сохранять заряды при действии излучения. Скрытое изображение хранится в датчике, для его извлечения используется устройство для считывания ФСФ с лазерным лучом или конкретной длиной волны. Изображения, полученные ранее, можно удалить, подвергнув датчик ФСФ действию белого света.
ФСФ-пластины подвержены царапинам, однако они дешевле датчиков ПЗС или КМОП. Неполное удаление изображения может привести к фантомным изображениям при повторном использовании пластины, а задержка обработки — привести к снижению четкости изображения. Датчики на основе ФСФ используют, если необходимо получить изображения большого объема тканей. Пространственное разрешение у данного типа датчиков ниже, однако они имеют более широкий динамический диапазон. Такие сенсоры можно использовать с различными диапазонами выдержки для получения диагностически ценного изображения.
Доза излучения продолжает вызывать беспокойство при любом методе визуализации. В каждом исследовании должна применяться наименьшая возможная доза. Большинство стоматологических кабинетов не будет соответствовать последним рекомендациям Национального совета по радиационной защите по уменьшению дозы излучения от внутриротовых рентгенограмм.
Совет по радиационной безопасности:
1. Стоматолог должен обследовать пациентов прежде, чем назначать рентгенологическое исследование (данная рекомендация не новая).
2. Использование свинцовых фартуков для пациентов не требуется при строгом соблюдении всех других рекомендаций из данного отчета.
3. Защиту щитовидной железы нужно применять у детей, следует применять и у взрослых, если это не мешает проведению обследования (например, панорамной рентгенографии).
4. Для ПА-рентгенограмм, как рекомендуется в течение многих лет, необходимо использовать прямоугольную коллимацию. Размеры пучка, измеренные в плоскости приемника изображения, не должны превышать его размеров более чем на 2% от расстояния между приемником и источником излучения. Такая же коллимация при возможности должна использоваться для рентгенограмм в прикус.
5. Приемники изображения с чувствительностью менее класса Е [по классификации Американского национального института стандартизации (ANSI)] нельзя использовать для внутриротовой рентгенографии. Для внеротовой рентгенографии необходимо использовать высокочувствительные (>400) системы экран-пленка на основе редкоземельных люминофоров или цифровые системы визуализации аналогичной чувствительности.
6. Стоматологическую рентгеновскую пленку необходимо проявлять в соответствии с инструкцией производителя, используя временно-температурный метод. В практическом применении это означает, что нельзя выполнять обработку пленки во время выполнения процедуры.
7. Рентгенологические техники цифровой визуализации должны быть скорректированы с учетом минимальной дозы облучения для пациента, требуемой для получения соотношения сигнал/шум, достаточного для обеспечения качества изображения, отвечающего целям исследования.
8. При проектировании новых кабинетов или переоборудовании старых обеспечением защиты от облучения должны заниматься квалифицированные специалисты.
В докладе Национального совета по радиационной защите были особо подчеркнуты 2 термина. Термины «должны» и «не должны» указывают на то, что рекомендации будут соблюдаться в соответствии со стандартами радиационной безопасности. Термины «следует» и «не следует» указывают на благоразумное применение и признают, что в конкретных условиях может быть сделано исключение. Кроме того, в докладе представлены 9 новых рекомендаций по обработке пленки для получения изображения.
Для врачей это может быть весомым аргументом для перехода к системе прямой цифровой рентгенографии, чтобы избежать всех кардинальных изменений, необходимых для соответствия новым рекомендациям. Несмотря на то что федеральным законом запрещено использование внутриротового дентального рентгеновского луча диаметром >7 см, доказано, что прямоугольная коллимация значимо уменьшает дозу излучения для пациента.
Совет по вопросам науки Американской ассоциации стоматологов (ADA) сделал следующее заявление: «Область тканей, подверженных попаданию первичного пучка рентгеновских лучей, не должна превышать минимума, соответствующего удовлетворению диагностических потребностей и клинической осуществимости. Для ПА- и прикусной рентгенографии при любой возможности следует применять прямоугольную коллимацию, поскольку круговое лучевое поле с использованием прямоугольного датчика создает...ненужную лучевую нагрузку на пациента».
б) Характеристики изображения и его обработка. Пространственное разрешение, которое достигается цифровыми датчиками последнего поколения, не хуже и даже лучше, чем у традиционной внутриротовой рентгеновской пленки. Внутриротовая пленка имеет разрешение 16 пар линий на миллиметр (п.л/ мм), при увеличении оно возрастает до 20-24 п.л./мм. Пространственным разрешением называют способность отображать 2 близко расположенных объекта как 2 отдельные фигуры. Контрастным разрешением называют способность различать области на изображении на основании их плотности. Большинство диагностических задач в эндодонтии требуют высококонтрастного разрешения. Однако качественное изображение — это задача не только пространственного разрешения. Выбор соответствующих параметров экспозиции, свойства датчика, используемая обработка изображения, условия и режимы просмотра напрямую влияют на точность диагностики.
Постобработку изображения можно выполнять для изменения его характеристик. Если качество изображения не соответствует, не всегда требуется повторное выполнение рентгенограммы. Диагностическую информацию можно получить из изображения при соответствующей обработке. Однако оригинал изображения должен быть получен с оптимальными параметрами экспозиции для достижения желаемой обработки изображения. Неоптимально экспонированные изображения нельзя обработать для получения диагностической информации, это может привести к уменьшению диагностической точности снимка. Улучшение изображения должно соответствовать задачам. Отношение сигнал/шум необходимо оптимизировать для получения необходимой информации из изображения. Глубина цветности (разрядность) изображения также имеет прямое отношение к его качеству и отражает количество оттенков серого, которое сенсор может захватить и показать.
Например, 8-битное изображение может показать 256 оттенков серого. Большинство датчиков имеют разрядность в 12 или 14 бит, захватывая 4096 или 65 536 оттенков серого соответственно. Если сенсор получает несколько тысяч оттенков серого, изображение можно изменять при помощи инструментов улучшения, чтобы отобразить именно те оттенки серого, которые наилучшим образом визуализируют интересующую анатомию. Зрительная система человека способна воспринимать ограниченное количество оттенков серого одномоментно. Следовательно, улучшение изображения необходимо для всех снимков, чтобы выявить интересующие синалы путем манипуляций со шкалой серого. Большинство эндодонтических задач требуют высокой контрастности и, таким образом, более короткой шкалы серых оттенков.
Цифровые рентгенограммы можно сохранять в разных файловых форматах. Доступны несколько форматов: DICOM (цифровые изображения и обмен ими в медицине); tiff (файловый формат подписанных изображений); jpeg (объединенная группа экспертов по фотографии); gif (формат для обмена изображениями); BMP (файлы растрового изображения); PNG (портативная сетевая графика) и т.д. Также существует несколько собственных форматов. Для сохранения изображения могут быть использованы схемы сжатия «с потерями» и «без потерь»; естественно, предпочтение отдается второму типу сжатия.
в) Цифровые изображения и обмен ими в медицине (DICOM). DICOM — это набор международных стандартов, установленный в 1985 г. Американской коллегией радиологии и Национальной ассоциацией производителей электрооборудования для решения вопроса о независимых от производителей форматах данных и передаче цифровых медицинских изображений. ADA способствовала совместимости стоматологических изображений благодаря усилиям Рабочей группы 12.1.26. DICOM является стандартом передачи рентгенологических изображений и другой медицинской информации между компьютерами, делая возможной цифровую связь между системами разных производителей и различными платформами (например, Apple iOS или Microsoft Windows). Стандарт DICOM обеспечивает несколько сотен добавочных полей в заголовке записи, которые содержат информацию об изображении (например, плотность пикселей, размер и количество бит в пикселе) в дополнение к соответствующим данным о пациенте и медицинской информации.
Хотя ранние версии не уточняли конкретный порядок и значение полей в заголовке, каждый производитель обязан опубликовать положение о DICOM-соответствии, что определяет расположение соответствующих данных. Большие затруднения вызывает проведение медицинских и стоматологических консультаций между двумя или более медицинскими учреждениями или отделениями с разным программным обеспечением для обработки изображений. При наличии DICOM стоматологи могут менять поставщиков и поддерживать взаимодействие с базами данных. Большинство поставщиков программного обеспечения стремятся к достижению полного соответствия DICOM, а некоторые соответствуют по меньшей мере частично. Однако собственные DICOM-изображения все еще производятся в различных системах с возможностью экспорта при необходимости в универсальном DICOM-формате. Диагностические изображения лучше всего хранить в DICOM-формате, чтобы сохранить точность изображения, или как tiff-файлы, чтобы избежать сжатия. При использовании сжатия изображений с потерями нарушается процесс диагностики.
Основываясь на модели DICOM, Комитет по стандартам в стоматологической информатике ADA определил 4 основные цели для электронных стандартов в стоматологии:
1) совместимость;
2) дизайн электронной карты пациента;
3) архитектура клинической рабочей станции и
4) электронное распространение стоматологической информации.
Стоматологи должны продолжать способствовать совместимости DICOM, чтобы собственное программное обеспечение и типы файлов не нарушали коммуникации и имеющаяся информация не устаревала.
г) Диагностические задачи в эндодонтии:
1. Определение рабочей длины. Цифровые системы изображений, как и внутриротовая пленка и даже лучше, помогают при определении рабочей длины. Между измерениями, проведенными на цифровых изображениях, не отмечено значимой разницы. В давно проведенных иследованиях сравнивали раннее поколение цифровых сенсоров с ограниченной глубиной цветности и пленку D-speed, и пленка показала большую эффективность. Важно проанализировать тип используемого сенсора, программное обеспечение, обработку, видеокарту и монитор и условия просмотра, чтобы установить, подходит ли сенсор для конкретной диагностической задачи. Калибровка улучшает точность диагностики.
Точно так же использование оптимальных параметров обработки улучшает качество изображения до такой степени, что делает значимым различие в результатах диагностики. Например, при измерении эндодонтических файлов помогает анализ плотности изображения. Главное преимущество прямой цифровой рентгенографии (ПЗС, КМОП) заключается в том, что доза необходимого излучения значимо меньше по сравнению с той, что требуется для пленки. Таким образом, использование прямой цифровой рентгенографии оправдано в тех случаях, когда изображение сопоставимо с пленочным без статистически значимых отличий.
Цифровое программное обеспечение для обработки изображений позволяет выполнить 3 типа измерений:
1) линейное измерение расстояния между двумя точками в миллиметрах (рис. 3);
2) измерение угла между двумя линиями и
3) измерение площади изображения или его сегмента.
Рисунок 3. А. Отдельную область интереса можно выделить при помощи предустановленного инструмента контрастирования, который можно передвигать по изображению. В. Для оптимизации полученного изображения можно выбрать заранее созданные фильтры, которые улучшат резкость и контрастность.
Поскольку увеличение и ошибки искажения играют важную роль в точности двумерных рентгенологических измерений, и пленочные, и цифровые системы подвержены ошибкам параллакса (изменения видимого положения объекта в зависимости от положения наблюдателя). Однако в исследовании, в котором сравнивали длину эндодонтического файла на изображениях зубов человека, полученных с использованием специального зажима, было выдвинуто предположение, что ошибки измерения на цифровых изображениях были значимо меньше, чем на пленочных снимках. Это оказалось верно, хотя, как отметили авторы, различия в измерениях не могут быть клинически значимыми. Сложные алгоритмы калибровки находятся в стадии разработки, и в будущем точное измерение параллельных изображений должно стать более доступным.
2. Диагностика и заживление. Улучшение изображения прямой или непрямой цифровой рентгенографии, основанное на конкретной диагностической задаче, продемонстрировало увеличение точности диагностики по сравнению с пленочными изображениями, которые нельзя улучшить. Эндодонтическая оценка заживления ПА-очага разрежения после лечения всегда проблематична. При традиционной или цифровой рентгенографии сложно обнаружить ранние изменения, свидетельствующие о заживлении и восстановлении кости. Однако костное восстановление можно оценить с помощью более чувствительных техник, таких как цифровая субтракционная рентгенография. При этом методе 2 изображения, разделенных во времени, но выполненных в одинаковой геометрической проекции и при аналогичных технических параметрах, можно вычитать одно из другого, обнаруживая слабые изменения в периодонте и окружающей кости. Субтракционная техника очень сложна для использования в рутинной практике, поскольку она сильно зависит от условий выполнения и может обеспечить неверной инфомацией при неправильном выполнении. Некоторые исследования показали пользу субтракционной рентгенографии с применением цифровых датчиков.
3. Трехмерные изображения. Компьютерная томография (КТ) была предложена Годфри Хаунсфилдом (Sir Godfrey Hounsfield) в 1970-х годах. Томография означает «запись слоев», при этом тонкие слои изучаемой анатомической области захватываются и синтезируются вручную или при помощи алгоритма. КТ использует автоматическую реконструкцию. Медицинская КТ использовала пошаговую схему получения изображения, согласно развитию технологии, но этот способ сопровождался большой дозой облучения из-за избыточного захвата информации, а также большой длительностью сканирования с вероятностью получения артефактов движения. В поздних поколениях КТ-аппаратов для уменьшения времени сканирования использовали множественные детекторы и источники излучения. До недавнего времени недостатками, ограничивающими применение КТ в стоматологии, являлись повышенная доза излучения, артефакты от металлических реставраций, стоимость сканирования, длительное время выполнения и отсутствие соответствующего стоматологического программного обеспечения. Появление конусно-лучевой объемной КТ обеспечило быстрое получение высококонтрастных трехмерных изображений, используя низкую дозу облучения и ограниченное поле обзора.
Конусно-лучевая объемная КТ, или КЛКТ, — это относительно новый диагностический метод получения изображений, который недавно был добавлен в арсенал методов визуализации в эндодонтии. Данный метод использует конусный луч вместо веерообразного, применяемого в мультидетекторной компьютерной томографии (МДКТ), захватывающий изображения всего объема в процессе вращения вокруг изучаемого анатомического образования. По сравнению с изображениями МДКТ КЛКТ обеспечивает изотропные изображения относительно высокого разрешения, позволяющие эффективно оценивать морфологию и другие тонкие изменения в системе корневых каналов. Несмотря на не такое высокое разрешение, как при традиционной рентгенографии (18 микрон), возможность получения трехмерной (3D) информации, относительно высокое разрешение и значимо более низкая доза излучения по сравнению с МДКТ делают КЛКТ методом выбора в сложных ситуациях, требующих нахождения и детализации корневых каналов.
Использование таких усовершенствованных методов визуализации, как КЛКТ, для отдельных диагностических задач становится популярным среди стоматологов-эндодонтистов. Двумерные изображения со шкалой серого, как пленочные, так и цифровые, не могут точно отобразить полную 3D-реконструкцию зуба и поддерживающих структур. По сути, традиционные снимки плохо отображают даже анатомию пульпы. Они сильно недооценивают структуру канала и часто не могут точно показать ПА-изменения, особенно в присутствии толстой кортикальной кости или при наличии анатомических преград (рис. 4, А).
Рисунок 4. Данный клинический случай демонстрирует сложность оценки поражений в области жевательных зубов нижней челюсти, где расположена плотная кортикальная пластинка. На данной периапикальной рентгенограмме, выполненной под правильным углом (А), четко не определяется никакая рентгенопрозрачная зона в области второго моляра нижней челюсти слева, для обследования и возможного лечения которой обратился пациент. На исправленных и реконструированных в сагиттальной, корональной и аксиальной плоскостях мультиплоскостных срезах (В, слева направо, сагиттальный, корональный и аксимальный срезы) визуализируется проведенное ранее эндодонтическое лечение и рентгенопрозрачный участок 6 мм в диаметре с четкими, умеренно уплотненными краями вокруг верхушки и с щечной стороны корня, на 2 мм корональнее верхушки; эти признаки соответствуют апикальному рарефицирующему остеиту. Конечные изображения в сагиттальной проекции, где изображение истончается путем уменьшения количества смежных векселей при помощи программ постобработки, имитируют криволинейную проекцию, демонстрируя уменьшение наложения (С, слева направо, изображение слоем в 10; 5; 2 и 0,076 мм). [Данные получены и преобразованы при размере вокселя 0,076 мм на аппарате CS 9000 3D]
КЛКТ, однако, позволяет врачу увидеть зуб и пульпарные структуры в тонких слоях в трех анатомических плоскостях: аксиальной, сагиттальной и корональной. Только такая возможность сама по себе позволяет увидеть ПА-патологию и морфологию корня, к которым не было доступа ранее (рис. 4, Б и В). В КЛКТ доступно несколько инструментов, таких как возможность изменять вертикальный или горизонтальный наклон изображения в настоящем времени, в дополнение к тонкослойным изображениям в шкале серого, разной толщины, которые никогда не будут доступны традиционной или цифровой рентгенографии. Помимо этого, использование данных КЛКТ для обзора области интереса в трех анатомических плоскостях при очень низкой дозе излучения никогда не было так доступно, как сегодня.
Микрокомпьютерную томографию (микроКТ) также изучали как метод визуализации в эндодонтии. Сравнение эффектов биомеханического препарирования пространства канала в удаленных зубах с использованием микроКТ помогло охарактеризовать морфологические изменения, связанные с данными техниками. Peters и соавт. использовали микроКТ для оценки относительной эффективности никель-титановых (Ni-Ti) инструментов после обработки корневых каналов с различной геометрией (примеры приведены в отдельных статьях на сайте - просим пользоваться формой поиска выше). Исследование, в котором оценивали возможности и точность микроКТ для получения изображений запломбированных каналов, показало, что это высокоточный и недеструктивный метод оценки пломбировки корневого канала и его составляющих. Качественная и количественная корреляция между гистологической и микроКТ-оценкой пломбирования была высока. Однако важно отметить, что микроКТ остается методом научных исследований и не может использоваться для получения изображений у человека in vivo.
В последующих статьях данного раздела сайта представлены принципы, приложения, характеристики изображений, артефакты и потенциал применения КЛКТ для эндодонтии. Получив такие сведения, студент-эндодонтист начнет осознавать значимые преимущества, ограничения и возможности для диагностики и планирования лечения данного рентгенологического метода визуализации.
