Сравнение результатов измерения величины внутрикостных дефектов на трехмерных и двухмерных рентгенологических изображениях. Оценка степени достоверности измерений в стоматологии

На современном стоматологическом приеме лучевая диагностика уже не рассматривается как дополнительный метод обследования, поскольку очевидно, что при обследовании и лечении большинства пациентов необходим последовательный рентгенологический мониторинг. В 90-х годах прошлого века на смену пленочной внутриротовой рентгенографии пришла цифровая, что позволило значительно уменьшить лучевую нагрузку на пациента, получать более качественное изображение, тиражировать его и хранить на электронных носителях. В то же время как пленочные и цифровые внутриротовые рентгенограммы зубов являются двухмерными и статичными изображениями. Это значит, что их информативность остается неизменной в процессе изучения изображения и степень достоверности зависит от соблюдения правил сканирования при лучевом обследовании. Провести измерение объекта исследования на обычном двухмерном изображения можно только в двух направлениях — вертикальном и горизонтальном, изучение изображения возможно только под определенным углом зрения, для получения дополнительной информации необходимо еще одно исследование в другой проекции. Кроме того, рентгенологическое 2D-изображение является суммарным, т.е. формирующимся из совокупности теней различных структур, находящихся последовательно по ходу луча и накладывающихся друг на друга. Таким образом, провести анализ строения исследуемой области в глубину и с разных точек зрения по двухмерному изображению невозможно. Поэтому для полноценного и полипозиционного изучения зубов и челюстей в современной стоматологии используется компьютерная томография.

Конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ) — наиболее совершенный и достоверный метод лучевой диагностики состояния челюстно-лицевой области. В настоящее время трехмерная диагностика в стоматологии используется очень широко, накоплен опыт работы с данным видом исследования и, как следствие, появились вопросы, ответы на которые необходимо получить экспериментально [1].

Несмотря на то что количество клиник, оснащенных конусно-лучевыми компьютерными томографами, неуклонно растет, проблема неверной интерпретации трехмерных данных при скиалогическом анализе двухмерных изображений остается актуальной. Это связано с отсутствием стандартов 3D-визуализации в стоматологии, широкой распространенностью двухмерной внутриротовой рентгенографии и отсутствием штатного рентгенолога или недостаточной подготовкой специалистов к работе с программным обеспечением конусно-лучевыми компьютерными томографами.

Внутриротовая рентгенография зубов во всем мире является наиболее востребованным и доступным методом лучевого обследования [2]. При скиалогическом анализе двухмерных изображений специалисты вначале оценивают качество изображения. Определяют наличие артефактов и проекционных искажений, которые могут значительно снизить информативность изображения. Если в процессе рентгенологического обследования не соблюдены правила позиционирования, размеры зуба и деструктивных периапикальных изменений могут быть увеличены или уменьшены, контуры и форма объектов искажены. Наиболее информативной с диагностической точки зрения является внутриротовая рентгенография зубов, выполненная параллельным методом в ортогональной проекции (рис. 1, а) [3]. В случае невозможности установить приемник изображения строго параллельно вертикальной оси зуба вариантом выбора является изометрический метод (рис. 1, б), в основе которого лежит техника «биссектрисы угла». В этом случае наблюдается изменение величины тени объекта или участка просветления по вертикали. Внутриротовую рентгенографию в косой проекции проводят интраоперационно в процессе эндодонтического лечения с целью получения раздельного изображения корней/каналов двухканальных или многокорневых зубов [4].

Рис. 1. Схема положения сенсора и направления падения луча относительно зуба при внутриротовой рентгенографии.

а — параллельный метод; б — изометрический метод.

При сканировании на современном конусно-лучевом компьютерном томографе проекционные искажения отсутствуют, объект сканируется в соотношении 1×1. Однако у практикующих врачей иногда возникают сомнения в достоверности результатов линейного измерения величин в виртуальном трехмерном пространстве. Периодически высказывается мнение о несоответствии размеров периапикального внутрикостного дефекта (Д) при хроническом периодонтите (гранулема, киста, рис. 2) размерам, определяемым во время хирургического вмешательства. При этом для измерения специалисты используют произвольные, не стандартизированные ориентиры, как в виртуальном пространстве, так и при оценке операционного поля [5].

Рис. 2. Компьютерная томография, мультипланарная реформация: визуализация мезиального корня зуба 46. Диагноз: хронический апикальный периодонтит зуба 46, апикальные гранулемы. Схема положения системы координат, выполненная в соответствии с дентоальвеолярными ориентирами.

Цель исследования: оценка точности измерений размеров внутрикостных дефектов с использованием инструментов визуализации КЛКТ и инструментов визуализации рентгенографии идентичной внутриротовой.

Для определения достоверности измерения внутрикостных дефектов проведено рентгенологическое исследование костей животных с искусственно созданными повреждениями. В качестве исследуемого материала использованы следующие препарированные костные фрагменты (П):

П1 — говяжья кость из области края лопатки;

П2 — скелетированное говяжье ребро;

П3 — скелетированное свиное ребро.

Дефекты в препаратах создавали при помощи зуботехнического микромотора с использованием сферической твердосплавной зуботехнической фрезы диаметром 5 мм. Были созданы 3 вида дефектов (Д), диаметры которых на 0,1—0,3 мм отличались от диаметра фрезы (рис. 3, 4):

Рис. 3. Визуализация сканированных макропрепаратов в режиме объемного рендеринга: 1 — Д1, 3 — Д3; дефект Д2 не визуализируется поскольку находится внутри костной ткани между сопоставленными фрагментами препаратов.

Рис. 4. Измерение диаметра дефекта по силиконовому оттиску макропрепарата Д1, П1.

Д1 — поверхностный дефект кортикальной кости и губчатого вещества на всю глубину головки фрезы (диаметром 5,3 мм);

Д2 — внутрикостный дефект только губчатого вещества (диаметром 5,1 мм);

Д3 — краевой дефект в виде пропила по краю препарата (диаметром 5,1 мм).

Созданные вручную с помощью вращающихся инструментов дефекты могут несколько превышать диаметр инструмента. Поэтому для уточнения размера с помощью силиконовой слепочной массы Альфасил были сделаны оттиски дефектов. Перед проведением оттиска дефекты были обработаны вазелином. Измерение размеров оттисков дефектов проведено с помощью зуботехнического микрометра (рис. 5).

Рис. 5. Измерение диаметра дефекта по силиконовому оттиску макропрепарата Д2, П1.

После измерений размеров внутреннего диаметра дефектов по оттискам препарированные костные фрагменты были установлены относительно друг друга в виде трапеции и залиты техническим силиконом, соответствующим по оптической плотности мягким тканям лица. Полученный экспериментальный блок создан с целью имитации фронтального и боковых отделов нижней челюсти в естественном положении при сканировании.

Подготовленный материал был отсканирован с помощью конусно-лучевых компьютерных томографов трех производителей: КТ1 — Planmeca 3D Mid («Planmeca», Финляндия), КТ2 — Rey Scan Alpha («Ray.Co», Южная Корея), КТ3 — Kavo OP 300 («PaloDEx», Финляндия).

Измерение размеров дефекта отсканированных препаратов проведено в программах для просмотра КТ (ПО): Romexis (Planmeca) (ПОR), Xelis Dental (Infinit) (ПОХD), OnDemand (ПОOD).

Для исключения разночтений в трактовке измерений визуализации препаратов по срезам в программах для просмотра КТ препараты были позиционированы по оси координат, где условная ось Х, параллельная большей стороне П1, соответствовала аксиальному срезу, а условная ось Y, параллельная большей стороне П2 и П3, соответствовала коронарному и сагиттальному срезам.

Для выявления возможных искажений, возникающих при экспорте исследования в другие программы, исходные файлы в формате DICOM были импортированы в программу EZ3D (ПОEz), где и были проведены контрольные измерения.

С помощью инструментов указанных выше программ определены размеры дефектов сканированных препаратов. Измерения проводили по стандартизированному алгоритму, используемому для диагностики состояния периапикальных тканей зубов (см. рис. 2) [1]. Положение системы координат выстраивали соответственно дентоальвеолярному принципу: сагиттальная плоскость — мезиодистально, корональная — вестибулоорально, аксиальная перпендикулярно вертикальной оси объекта (рис. 6). Измерения препарата Д1 проводили на границе кортикальной и губчатой кости, Д2 — по центру губчатого вещества. Визуализация выполнена в режиме мультипланарной реформации (МПР). Измерения проводили однократно.

Рис. 6. Мультипланарная реформация, П2: визуализация положения системы координат для измерения внутрикостных дефектов в данном исследовании.

С целью сравнения информативности и степени достоверности измерений на двух- и трехмерных рентгенологических изображениях в процессе исследования была сделана серия двухмерных изображений с использованием цифрового приемника изображения — радиовизиографа. Проведено исследование, идентичное внутриротовой рентгенографии зубов, с помощью цифрового внутриротового сенсора EZSensor 1,5 и дентального рентгенологического аппарата Kodak 6100. На протяжении всего исследования расстояние от объекта до фокусного пятна трубки составляло стандартное кожно-фокусное расстояние в пределах от 10 до 12 см. Двухмерные изображения препарата П1 сделаны параллельным и изометрическим методом (см. рис. 1) в ортогональной (орторадиальной) и косой (эксцентрической) проекциях (рис. 7, а—г). Измерения на полученном двухмерном изображении, соответствующем по технике исполнения внутриротовой полипозиционной рентгенографии зуба нижней челюсти, проводили в программе просмотра EZDent с помощью инструментов измерения (рис. 8) [2].

Рис. 7. Двухмерные изображения, комбинированное изображение.

а — параллельный метод, ортогональная проекция; б — параллельный метод, косая проекция; в — изометрический метод, ортогональная проекция; г — изометрический метод, косая проекция.

Рис. 8. Двухмерное изображение препарата Д1, выполненное в ортогональной проекции параллельным методом, результаты измерения величины дефектов в программе для просмотра EZDent.

При анализе результатов исследования сравнению подвергли размеры оттиска дефектов в соотношении с размером фрезы и размером дефекта на компьютерной томограмме (КТ). С учетом увеличения размера дефекта относительно размеров фрезы, наличия смазочного слоя и незначительной усадки слепочного материала априори допускается наличие разницы между истинным внутренним размером дефекта, наружным размером оттиска и размером фрезы в долях миллиметра. Так, разница между размером оттиска и диаметром фрезы составила в среднем 0,1 мм по всем препаратам (см. рис. 5).

Форма, конфигурация и размер дефектов, визуализируемых на КТ, полученных с помощью всех трех компьютерных томографов, оказались абсолютно одинаковыми. При исследовании томограмм, сделанных на разных томографах и исследованных в разных программах для просмотра, размеры дефектов оказались идентичными (см. таблицу).

Сопоставление размера оттиска дефекта и размера дефекта на компьютерных томограммах (КТ)

Поскольку наибольшую актуальность для практической медицины имеет исследование необработанной костной ткани, для демонстрации результатов исследования выбран препарат П1, представляющий собой скелетированный фрагмент края лопаточной кости с сохраненной надкостницей, окруженный массой из силикона.

В результате измерений получены следующие данные:

П1, Д1 — размер оттиска 5,3 мм; размер дефекта на КТ 5,4 мм (рис. 9).

Рис. 9. Мультипланарная реформация, П1, Д1: стандартизированное измерение дефекта, диаметр дефекта 5,4 мм; сканирование на КТ3, измерение в OnDemand (ПОOD).

П1, Д2 — размер оттиска 5,1 мм; размер дефекта на КТ 5,2 мм (см. рис. 5).

Таким образом, разница между размером оттиска фактического дефекта костной ткани препарата П1 и его измеренной на КТ составила 0,1 мм.

При оценке участков низкой плотности на двухмерных изображениях, соответствующих дефектам Д1 и Д2, выяснилось, что по форме, конфигурации и размеру истинным дефектам костной ткани (см. рис. 3) соответствуют только изображения дефектов на рентгенограмме идентичной внутриротовой, выполненные в ортогональной проекции параллельным методом (см. рис. 7, а). Во всех остальных случаях определяется искажение по форме, величине и положению по сравнению с изображением, полученным параллельным методом в ортогональной проекции. При измерении диметра участков низкой плотности получены следующие результаты: Д1 — 5,8 мм; Д2 — 5,6 мм (см. рис. 7 а, б). Таким образом, выявлено проекционное увеличение размера просветления относительно размера оттиска на 0,5 мм, что составляет около 10%.

Образцы П1, Д1 — размер оттиска составил 5,3 мм; размер дефекта в 3D —1 5,4 мм; размер просветления на 2D — 5,8 мм (см. рис. 5, 8, 9). Образцы П1, Д2 — размер оттиска составил 5,1 мм; размер дефекта в 3D − 5,2 мм; размер просветления на 2D — 5,6 мм (см. рис. 5).

В процессе анализа двухмерных изображений аналогичных внутриротовой рентгенограмме препарата П1 (см. рис. 3, 7, 8) установлено, что контурообразующим элементом изображения, создающим четкие очертания исследуемого повреждения, в данном исследовании является контур дефекта кортикальной пластинки кости, соответствующий образцу Д1 (см. рис. 3, 7 а). Внутрикостный дефект образца Д2 распознается на двухмерной суммарной рентгенограмме идентичной внутриротовой как нечеткий перекрытый тенью сохранившегося массива наружной и внутренней кортикальными пластиками. Наиболее соответствующими по размеру и конфигурации являются изображения участков разряжения структуры костной ткани, соответствующих дефектам образцов Д1 и Д2, выполненных в ортогональной проекции параллельным методом (см. рис. 7, а; см. рис. 8).

При проведении исследования, идентичного внутриротовой рентгенографии, наблюдается проекционное увеличение размеров исследуемого объекта в пределах 10%, в случае проведения исследования параллельным методом в ортогональной проекции. Косые (эксцентрические) проекции не могут быть использованы для достоверной оценки формы и размера исследуемого объекта в связи с возникновением очевидного проекционного искажения.

Наибольшую степень искажения наблюдали на рентгенограммах идентичных внутриротовым, выполненным в косой проекции изометрическим методом (см. рис. 7, в).

Анализ полученных результатов позволил установить, что разница в размере дефекта, определяемого по оттиску, и видимого на КТ составила 0,1 мм, что является величиной, не имеющей клинической значимости и может расцениваться как погрешность измерения. Таким образом, можно считать, что измеряемая во всех трех программах для просмотра величина видимого на КТ участка разряжения структуры костной ткани, определяемого как дефект костной ткани, соответствуют его фактическим размерам, а измерения являются относительно точными.

Для получения точного результата измерений необходимо использовать принцип стандартизации манипуляций, основанный на наличии навыков работы с программным обеспечением и соблюдении правил позиционирования и визуализации как при оценке результатов 3D-исследования, так и при оценке дефекта во время хирургического вмешательства.

При использовании метода, идентичного внутрировтой рентгенографии, наиболее достоверным с диагностической точки зрения является изображение, полученное параллельным методом в ортогональной проекции. При этом допускается искажение в виде проекционного увеличения в пределах 10%.

Представленное экспериментальное исследование направлено на оценку достоверности измерений в стоматологии путем сравнения результатов измерения величины внутрикостных дефектов на трех- и двухмерных рентгенологических изображениях. В силу специфики сканирования и обработки информации конусно-лучевые компьютерные томографы рассчитаны на работу только в диапазоне визуализации костной ткани. При возникновении внутрикостных дефектов челюстей происходят снижение плотности, декальцинация костной ткани или ее механическое разрушение, аналогичное дефекатам в исследуемых костных фрагментах, в результате чего на компьютерных томограммах визуализируется участок разряжения структуры костной ткани определенной конфигурации, имеющий мягкотканную плотность. При наличии навыков работы с программным обеспечением и соблюдении правил визуализации и позиционирования исследователь имеет возможность получить достоверную информацию о размере, конфигурации и положению дефектов костной ткани челюстей. Для получения точных данных при двухмерном исследовании от исследователя требуется умение проведения обследования параллельным методом в ортогональной проекции. Трехмерное исследование в стоматологии следует считать более достоверным и информативным, чем традиционное двухмерное.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.