利用锥形束和多层螺旋计算机断层扫描数据测定骨矿物质密度的X射线对比模板

封面图片

如何引用文章

全文:

详细

论证。锥形束计算机断层扫描（cone beam computed tomography，CBCT）允许在颌面部各种操作的规划阶段进行诊断，特别是在牙种植入方面。这种方法的优点是空间分辨率高、辐射量低、便于研究。然而，它也有一个明显的缺点：无法确定以亨氏（Hounsfield Unit，HU）单位的颌骨密度。CBCT中的X射线密度是以Gray Value（GV）单位确定的。

该研究的目的是根据磷酸氢二钾（DHP）和β-磷酸三钙（β-TCP）开发一套具有特定X射线密度的X射线对比模板，研究在CBCT和多层螺旋计算机断层扫描（MSCT）上扫描模板的结果，确定用于估算HU下颌骨矿物质密度的交叉校验算法，并根据C.Mish进行分类。

材料和方法。使用DHP溶液、β-TCP悬浮液作为X射线对比模板。模板的0.25ml微量试管中DHP的浓度分别为：49.96、99.98、174.99、349.99、549.98mg/ml，β-TCP悬浮液中DHP的等效浓度为1506mg/ml。这些模板根据C.Mish分类模拟了骨密度类型。这些模板检验是在2个MSCT和4个CBCT上进行的。在“标准”MSCT1模式120kV、200mA上进行了交叉校验；对所获得的依赖关系进行了线性和二次近似。

结果。在工作过程中，我们分析了CBCT的GV和MSCT的HU与IPC给定值的关系。我们发现了测量值存在显著差异。相关斜率角度和曲线形状各不相同。交叉校验后，与MSCT1模式相比，重新计算的数值具有良好的可比性。交叉校验前测量值的中位数差异为160个相对单 位（HU、GV），重新计算后显著减少了10倍，为16个相对单位（p=0,000），可靠显示了CBCT的平均差异（30个相对单位）大于MSCT的平均差异（8个相对单位），p=0,024；采用曼-惠特尼U检验进行了比较。

结论。我们开发的X射线对比模板允许使CBCT和不同MSCT模式的密度测定指数标准化，交叉校验后的分散平均减少了10倍，这提供根据C.Mish对HU中的骨组织进行分类的可能性。.

关键词：锥形束计算机断层扫描；多层螺旋计算机断层扫描；交叉校验；骨矿物质密度；X射线密度；密度测定；牙种植入。

作者简介

Shazmim D. Hossain

Peoples Friendship University of Russia

Email: shazmim@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5410-1849

Assistant Lecturer

俄罗斯联邦, Moscow

Alexey V. Petraikin

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies

编辑信件的主要联系方式.
Email: alexeypetraikin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1694-4682
SPIN 代码: 6193-1656

MD, Dr. Sci. (Med.), Assistant Professor, Chief Researcher

俄罗斯联邦, Moscow

Alexandr A. Muraev

Peoples Friendship University of Russia

Email: muraev_aa@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0003-3982-5512
SPIN 代码: 1431-5936

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

俄罗斯联邦, Moscow

Aslan B. Danaev

Stavropol State Medical University

Email: aslandanaev111@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4754-3101
SPIN 代码: 7266-7722

Assistant Lecturer

俄罗斯联邦, Stavropol

Dmitry V. Burenchev

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies

Email: BurenchevDV@zdrav.mos.ru
ORCID iD: 0000-0003-2894-6255
SPIN 代码: 2411-3959

MD, Dr. Sci. (Med.), Chief Researcher

俄罗斯联邦, Moscow

Alexander A. Dolgalev

Stavropol State Medical University

Email: dolgalev@dolgalev.pro
ORCID iD: 0000-0002-6352-6750
SPIN 代码: 5941-5771

MD, Dr. Sci. (Med.), Assistant Professor

俄罗斯联邦, Stavropol

Yuriy A. Vasilev

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies

Email: VasilevYA1@zdrav.mos.ru
ORCID iD: 0000-0002-0208-5218
SPIN 代码: 4458-5608

MD, Cand. Sci. (Med.)

俄罗斯联邦, Moscow

Darya E. Sharova

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies

Email: SharovaDE@zdrav.mos.ru
ORCID iD: 0000-0001-5792-3912
SPIN 代码: 1811-7595
俄罗斯联邦, Moscow

Sergey Yu. Ivanov

Peoples Friendship University of Russia; The First Sechenov Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: syivanov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5458-0192
SPIN 代码: 2607-2679

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

参考

  1. Hounsfield GN. Computerized transverse axial scanning (tomography). Description of system. Br J Radiol. 1973;46(552): 1016–1022. doi: 10.1259/0007-1285-46-552-1016
  2. Bornstein MM, Scarfe WC, Vaughn VM, Jacobs R. Cone beam computed tomography in implant dentistry: A systematic review focusing on guidelines, indications, and radiation dose risks. Int J Oral Maxillofac Implants. 2014;29(Suppl):55–77. doi: 10.11607/jomi.2014suppl.g1.4
  3. DenOtter TD, Schubert J. Hounsfield Unit. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022.
  4. Kim Y, Oh TJ, Misch CE, Wang HL. Occlusal considerations in implant therapy: Clinical guidelines with biomechanical rationale. Clin Oral Implants Res. 2005;16(1):26–35. doi: 10.1111/j.1600-0501.2004.01067.x
  5. Woelber JP, Fleiner J, Rau J, et al. Accuracy and usefulness of CBCT in periodontology: A systematic review of the literature. Int J Periodontics Restorative Dent. 2018;38(2):289–297. doi: 10.11607/prd.2751
  6. Song D, Shujaat S, de Faria Vasconcelos K, et al. Diagnostic accuracy of CBCT versus intraoral imaging for assessment of peri-implant bone defects. BMC Med Imaging. 2021;21(1):23. doi: 10.1186/s12880-021-00557-9
  7. Savoldi F, Yon MJ, Kwok VM, et al. Accuracy of CBCT in the identification of mental, lingual, and retromolar foramina: A comparison with visual inspection of human dry mandibles. Int J Periodontics Restorative Dent. 2021;41(6):e277–e286. doi: 10.11607/prd.4770
  8. Levi C, Gray JE, McCullough EC, Hattery RR. The unreliability of CT numbers as absolute values. AJR Am J Roentgenol. 1982;139(3): 443–447. doi: 10.2214/ajr.139.3.443
  9. Petraikin AV, Skripnikova IA. Quantitative computed tomography, modern data. Review. Medical Imaging. 2021;25(4):134–146. (In Russ). doi: 10.24835/1607-0763-1049
  10. Ivanov DV, Kirillova IV, Kossovich LY, et al. Influence of convolution kernel and beam-hardening effect on the assessment of trabecular bonemineral density using quantitative computed tomography. News Saratov University. 2020;20(2):205–219. (In Russ). doi: 10.18500/1816-9791-2020-20-2-205-219
  11. Petraikin AV, Smorchkova AK, Kudryavtsev ND, et al. Comparison of two asynchronous QCT methods. Medical Imaging. 2020;24(4): 108–118. (In Russ). doi: 10.24835/1607-0763-2020-4-108-118
  12. Witt RM, Cameron JR. Bone Standards. USAEC Progress Report No. COO-1422-42 US Atomic Energy Comission, Madison, Wisconsin; 1969.
  13. Cann CE, Genant HK. Precise measurement of vertebral mineral content using computed tomography. J Comput Assist Tomogr. 1980;4(4):493–500. doi: 10.1097/00004728-198008000-00018
  14. Hubbell JH. Photon cross sections, attenuation coefficients, and energy absorption coefficients from 10 keV to 100 GeV. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD; 1969. doi: 10.6028/NBS.NSRDS.29
  15. International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU). Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement. ICRU Report.1989;(44):1–189.
  16. Nikolaev AE, Korkunova OA, Blokhin IA, et al. Calcification density oncomputed tomography depending on scanning parameters: Phantom study. (In Russ). Med Imaging. 2020;24(4):119–132. doi: 10.24835/1607-0763-2020-4-119-132
  17. Gaur A, Dhillon M, Puri N, et al. Questionable accuracy of CBCT in determining bone density: A comparative CBCT-CT in vitro study. Dent Med Probl. 2022;59(3):413–419. doi: 10.17219/dmp/143504
  18. Martinez C, de Molina C, Desco M, Abella M. Optimization of a calibration phantom for quantitative radiography. Med Phys. 2021;48(3):1039–1053. doi: 10.1002/mp.14638
  19. Hu Z, Wang T, Pan X, et al. Comparison of diagnosis of cracked tooth using contrast-enhanced CBCT and micro-CT. Dentomaxillofac Radiol. 2021;50(7):20210003. doi: 10.1259/dmfr.20210003
  20. Lehmann L, Alvarez R, Macovski A, et al. Generalized image combinations in dual KVP digital radiography. Med Phys. 1981;8(5):659–667. doi: 10.1118/1.595025
  21. Chuang KS, Huang H. Comparison of four dual energy image decomposition methods. Physics Med Biol. 1988;33(4):455. doi: 10.1088/0031-9155/33/4/005
  22. Gingold EL, Hasegawa BH. Systematic bias in basis material decomposition applied to quantitative dual-energy X-ray imaging. Med Phys. 1992;19(1):25–33. doi: 10.1088/0031-9155/33/4/005
  23. Cardinal HN, Fenster A. An accurate method for direct dual-energy calibration and decomposition. Med Phys. 1990;17(3):327–341. doi: 10.1118/1.596512
  24. Jacobs R, Salmon B, Codari M, et al. Cone beam computed tomography in implant dentistry: recommendations for clinical use. BMC Oral Health. 2018;18(1):88. doi: 10.1186/s12903-018-0523-5
  25. Dolgalev AA, Danaev AB, Yusupov RD, et al. Objective assessment of measurement error in significant cone-beam computed tomography in dental practice. Med Alphabet. 2022;(7):65–68. (In Russ). doi: 10.33667/2078-5631-2022-7-65-68
  26. Cassetta M, Stefanelli LV, Di Carlo S, et al. The accuracy of CBCT in measuring jaws bone density. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2012;16(10):1425–1429.
  27. Harvey S, Patel S. Guidelines and template for reporting on CBCT scans. Br Dent J. 2020;228(1):15–18. doi: 10.1038/s41415-019-1115-8
  28. Cassetta M, Stefanelli LV, Pacifici A, et al. How accurate is CBCT in measuring bone density? A comparative CBCT-CT in vitro study. Clin Implant Dent Relat Res. 2014;16(4):471–478. doi: 10.1111/cid.12027
  29. Parsa A, Ibrahim N, Hassan B, et al. Bone quality evaluation at dental implant site using multislice CT, micro-CT, and cone beam CT. Clin Oral Implants Res. 2015;26(1):e1–7. doi: 10.1111/clr.12315
  30. Van Dessel J, Nicolielo LF, Huang Y, et al. Accuracy and reliability of different cone beam computed tomography (CBCT) devices for structural analysis of alveolar bone in comparison with multislice CT and micro-CT. Eur J Oral Implantol. 2017;10(1):95–105.
  31. Dillenseger JP, Matern JF, Gros CI, et al. MSCT versus CBCT: Evaluation of high-resolution acquisition modes for dento-maxillary and skull-base imaging. Eur Radiol. 2015;25(2):505–515. doi: 10.1007/s00330-014-3439-8
  32. Schegerer AA, Lechel U, Ritter M, et al. Dose and image quality of cone-beam computed tomography as compared with conventional multislice computed tomography in abdominal imaging. Invest Radiol. 2014;49(10):675–684. doi: 10.1097/RLI.0000000000000069
  33. Veldhoen S, Schöllchen M, Hanken H, et al. Performance of cone-beam computed tomography and multidetector computed tomography in diagnostic imaging of the midface: A comparative study on Phantom and cadaver head scans. Eur Radiol. 2017;27(2):790–800. doi: 10.1007/s00330-016-4387-2
  34. Grunz JP, Weng AM, Gietzen CH, et al. Evaluation of ultra-high-resolution cone-beam CT prototype of twin robotic radiography system for cadaveric wrist imaging. Acad Radiol. 202;28(10):e314–e322. doi: 10.1016/j.acra.2020.06.018
  35. Medelnik J, Hertrich K, Steinhäuser-Andresen S, et al. Accuracy of anatomical landmark identification using different CBCT- and MSCT-based 3D images: An in vitro study. J Orofac Orthop. 2011;72(4):261–278. doi: 10.1007/s00056-011-0032-5
  36. Elshenawy H, Aly W, Salah N, et al. Influence of small, midi, medium and large fields of view on accuracy of linear measurements in CBCT imaging: Diagnostic accuracy study. Open Access Maced J Med Sci. 2019;7(6):1037–1041. doi: 10.3889/oamjms.2019.232

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. 图1。研究阶段的总体演示：a——空气中带有不透射线造影剂的初始试管（不透射线矿物质密度模板）；b——水中带有不透射线造影剂的初始试管；c——在锥形束计算机断层扫描仪上固定和检查模板的示例；d——多层螺旋计算机断层扫描检查中的BMD重建；e——在该研究中的第三多层螺旋计算机断层扫描扫描仪上以DICOM格式查看和处理初始试管切片（Radiant程序）和特征的示例（见表2第7行）。

下载 (313KB)
索引源数据
3. 图2。在相同的窗成像参数（window level 100/window width 1500，用于骨组织）下，研究中第三多层螺旋计算机断层扫描仪（a）和第二锥形束计算机断层扫描仪（b）的带有骨矿物质密度模板的不透射线模型：视觉上可以看到不同的对比度，测得的水密度值：多层螺旋计算机断层扫描仪上的水密度值为٠.85HU，锥形束计算机断层扫描仪上的水密度值为360GV。

下载 (186KB)
索引源数据
4. 图3。交叉校验前X射线密度测量值（MSCT的HU值和CBCT的GV值）对骨矿密度给定值的依从性：在进行MSCT检查时，不同模式和断层扫描仪的HU值分散性很大；在进行CBCT检查时，不同设备的GV值分散性也很大。MSCT——多层螺旋计算机断层扫描仪；CBCT——锥形束计算机断层扫描仪。

下载 (236KB)
索引源数据
5. 图4。与图٢中图表相比的反比关系：矿物质密度对X射线密度的依从性，以GV和HU单位。获得的近似线被用于确定交叉校验公式。

下载 (341KB)
索引源数据
6. 图5。交叉校验后重新计算的X射线密度值（MSCT为HU，CBCT为GV）对给定的骨矿密度值的依从性。校正数据具有良好的一致性。交叉校验是关于MSCT1断层扫描仪和٠120kV、200mA模式进行的。MSCT1——该研究中的第一多层螺旋计算机断层扫描仪；CBCT——锥形束计算机断层扫描仪。

下载 (174KB)
索引源数据

版权所有 © Eco-Vector, 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».