Artefato de TCFC

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15276 (2022) Citar este artigo

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Artefatos de endurecimento de feixe induzidos por material altamente denso (por exemplo, metal) são um problema de qualidade comum em imagens de tomografia computadorizada de feixe cônico (CBCT-) maxilofaciais. Este estudo experimental e analítico investigou padrões de atenuação de dois materiais típicos de implantes dentários: zircônia-cerâmica e titânio puro. Pela aplicação de diferentes energias de feixe de raios X (60, 70, 80, 90 [kVp]), a atenuação dependente de energia desses materiais é avaliada e a indução de artefato resultante nas imagens de CBCT resultantes é avaliada. Um implante de zircônia (Y-TZP-) (\(\varnothing\): 4,1 mm) e uma haste de titânio puro (\(\varnothing\): 4,0 mm) foram expostos em uma TCFC comercial (3D Accuitomo 170). As radiografias de projeção bidimensional (2D) brutas que a TCFC utiliza para reconstrução tridimensional aplicada para aquisição de perfis de atenuação através da fatia central circular das imagens do fantasma do implante. As distâncias que os raios X atravessam através dos implantes fantasmas neste local foram computadas. Usando essas informações e o coeficiente de atenuação linear, a transmissão e a atenuação foram calculadas para cada material e energia do feixe. Esses dados estavam relacionados a artefatos de endurecimento do feixe que foram avaliados nas reconstruções axiais das imagens de TCFC dos implantes. A transmissão do titânio para todas as quilovoltagens de pico (kVp) foi maior e aproximadamente 200% daquela do Y-TZP a 60 kVp versus 530% a 90 kVp. Com 4 mm de diâmetro, a transmissão para Y-TZP foi de apenas aproximadamente 5% para todas as quatro energias do feixe. De acordo com esta descoberta, os artefatos de endurecimento do feixe para o Y-TZP não puderam ser reduzidos usando energias mais altas, enquanto para o titânio eles diminuíram com o aumento da energia. Para o espectro de energia utilizado neste estudo (60-90 kVp), o endurecimento do feixe causado pelo titânio pode ser reduzido usando energias mais altas, enquanto este não é o caso da cerâmica de zircônia (Y-TZP).

A Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico (TCFC) desempenha um papel importante no planejamento pré-operatório de implantes dentários1. Como os implantes se tornaram uma restauração comum em muitos países, muitas vezes eles também serão retratados em tomografias computadorizadas adquiridas de seus portadores. A grande maioria dos implantes dentários é feita de titânio altamente puro com uma superfície de óxido quimicamente muito estável2. Sua influência de artefatos em exames de TCFC foi descrita experimentalmente3,4,5 e também explicada analiticamente6. Nos últimos anos, implantes dentários feitos de zircônia são cada vez mais comercializados e inseridos7. Estes são feitos de dióxido de zircônio cristalino geralmente estabilizado com 3% molar de ítrio (Y-TZP)8. As dimensões e designs são aproximadamente os mesmos dos implantes de titânio. A parte fundamental dos artefatos de endurecimento do feixe ocorre devido ao efeito de filtragem do corpo do implante altamente denso, ou seja, severamente atenuante, que altera o espectro de energia do feixe de raios X. Após a penetração de tais corpos altamente densos (fortemente atenuantes), o feixe contém raios X de energia relativamente mais alta (comprimento de onda mais curto) do que o espectro emitido pela fonte. Este processo é denominado endurecimento de feixe. Infelizmente, a reconstrução assume energias idênticas nos espectros e este erro se propaga no processo de reconstrução tridimensional (3D) . Explicado resumidamente, a energia relativamente alta que chega ao detector “atrás” do objeto atenuante (aqui: o implante) está sendo retroprojetada no volume reconstruído, resultando em linhas escuras (hipodensas) na direção do feixe. A atenuação é causada principalmente por dois mecanismos principais: o espalhamento Compton e o efeito fotoelétrico . Embora o primeiro seja bastante estável ao longo do espectro de energia normalmente aplicado à TCFC, o efeito fotoelétrico é fortemente dependente da energia . Aqui, a energia do feixe é capaz de remover um elétron da órbita k interna, produzindo assim um íon com carga positiva. Em energias logo acima da energia necessária para remover o elétron da órbita k do respectivo material, há um aumento abrupto da atenuação do material. Esta chamada “aresta k” é específica do material e aumenta com o aumento do número atômico. A energia de atenuação da borda k dos dois materiais investigados aqui é 4.966,4 eV para o titânio versus 17.997,6 eV para o zircônio como principal composto da cerâmica de zircônia. Estudos empíricos investigando artefatos em imagens de TCFC causados ​​por zircônia foram publicados11,12,13. No entanto, para melhor compreender o contexto e potencialmente minimizar os seus efeitos, estes artefactos também devem ser estudados a partir de uma perspectiva analítica, utilizando dados físicos e conhecimentos sobre o processo de reconstrução 3D.