Ottobre 2014

Dose effettiva derivante dall’esame radiologico CBCT in odontoiatria

J A ROBERTS, MSc, 2N A DRAGE, BDS, FDS, DDRRCR, 3J DAVIES, BDS, MFDS, RCS(Ed) and 1D W THOMAS, MSc

1Department of Medical Physics, Velindre Cancer Centre, Velindre NHS Trust, 2Department of Dental Radiology,

University Dental Hospital, Cardiff and Vale NHS Trust, Cardiff and 3Department of Dental Radiological Imaging, Guy’s

Hospital, Guy’s Tower, London, UK

La tomografia computerizzata Cone Beam Computer Tomography (CBCT) sta diventando una tecnica di diagnostica per immagini sempre più utilizzata per gli esami radiografici dentali nel regno unito. Lavori precedenti hanno presentato poche informazioni sulla dose assorbita  dal paziente nel range del campo di visione utilizzato (FOVs) per questa analisi radiologica.

Scopo di questo studio è stato pertanto calcolare la dose effettiva sviluppata per il paziente durante una selezione di esami CBCT utilizzati per l’odontoiatria, in particolare lo scanner i-CAT CBCT è stato studiato per molti protocolli d’immagine comunemente impiegati nella pratica clinica. E’ stato scansito un manichino contenente dei dosimetri termoluminescenti. Sono state calcolate le dosi effettive utilizzando sia le norme del 1990 sia quelle raccomandate dalla Commissione Internazionale sulla radioprotezione del  2007. Le dosi  rilevate secondo le due classificazioni (E1990, E2007) sono state: FOV completo della testa (92.8 microSv, 206.2 microSv); 13 cm di scansione dei mascellari (39.5 microSv, 133.9 microSv); 6 cm di alta risoluzione nella mandibola 47.2 microSv, 188.5 microSv); 6 cm di alta risoluzione nella mascella (18.5 microSv, 93.3 microSv); 6 cm di mandibola a risoluzione standard (23.9 microSv, 96.2 microSv); e 6 cm standard per la mascella (9.7 microSv, 58.9 microSv).

Le dosi della tomografia computerizzata Cone Beam sono risultate decisamente basse rispetto alla TC convenzionale ma contemporaneamente sono  risultate significativamente più alte rispetto alle tecniche radiografiche dentali convenzionali.

La  Tomografia Computerizzata Cone Beam  (CBCT) fornisce informazioni tridimensionali sullo scheletro maxillo-facciale e sui denti e viene sempre più utilizzata in molte specialità odontoiatriche fra cui l’ortodonzia e la chirurgia ortognatica, la traumatologia e l’implantologia [1–11]. Le dosi di un esame CBCT sono significativamente più basse rispetto alla TC convenzionale, ma sono ancora più alte delle dosi degli esami radiologici classicamente utilizzati in odontoiatria [12, 13]. Per questo l’analisi del rapporto rischio/beneficio deve avvenire prima dell’esecuzione dell’esame CBCT. Per stabilire il rischio connesso con questo esame radiologico, bisognerebbe calcolare per prima la dose effettiva. Anche se parecchi autori hanno pubblicato lavori che hanno calcolato la dose derivante dagli esami CBCT,  nessuno  ha studiato finora il range completo dei protocolli di diagnostica per immagini che possono essere utilizzati in odontoiatria[12–15]. La commissione internazionale di radioprotezione (ICRP) ha recentemente pubblicato i fattori che modificano il peso dei tessuti per il calcolo della dose effettiva [16] per sostituire quelli pubblicate nel 1991 [17]. La differenza più rilevante fra questi fattori, per questo studio, si manifesta nell’inclusione delle ghiandole salivari come un tessuto individuale con peso individuale e l’aggiunta della mucosa orale al resto degli organi; entrambi non venivano inclusi nelle raccomandazioni precedenti. Il fattore peso degli altri organi è stato aumentato da 0.05 a 0.12. Scopo di questo studio era calcolare la dose effettiva per i pazienti (utilizzando i fattori correnti e precedenti secondo l’ICRP ) che si sottoponevano all’esame CBCT con scanner i-CAT (Imaging Sciences International, Hatfield, PA) per quei programmi che possono essere utilizzati per tutti gli aspetti dell’odontoiatria. Le dosi effettive sono state comparate con quelle riportate per le tecniche radiologiche convenzionali comunemente impiegate in odontostomatologia.

Materiali e metodi

Le immagini per questo lavoro sono state acquisite con lo scanner cone beam i-CAT che consta di un tubo radiogeno con anodo fisso ad alta frequenza (120 kVp, 3–8 mA) e di un detettore con pannello piatto al silicio amorfo 20 x 25 cm (a-Si). La  performance del tubo radiogeno e del generatore sono state valutate prima dello studio per assicurare la compliance con i test raccomandati di tolleranza (Istituto di Fisica ed Ingegneria nel servizio di Medicina  91 [18]).

La performance del detettore digitale è stata anche valutata e comparata con i risultati ottenuti dalla commissione.

Tutti i risultati sono apparsi soddisfacenti. Tutte le misurazioni per questo lavoro sono state effettuate utilizzando un dosimetro termo-luminescente (TLD)-100 (LiF: Mg,Ti) con chips, calibrati per l’impiego nelle condizioni della CBCT (120 kV, 9.95 mmAl). I chips di calibrazione sono stati sottoposti a dosi di sufficiente magnitudo per riflettere la dose media TLD anticipata per questo lavoro. Come è pratica standard nella dosimetria radiologica, la calibrazione è stata  realizzata contro una camera di ionizzazione con una calibrazione tracciabile agli standard nazionali. I chips sono stati letti utilizzando un lettore calibrato per i gas ad alte temperature.

Tre chips sono stati posizionati ad ognuna delle 24 localizzazioni all’interno delle regioni  della testa e del collo di un  manichino antropomorfo “Rando” con tessuti equivalenti a quelli di un adulto (Figure 1). 10 chips addizionali sono stati presi fuori della stanza di scansione per consentire una valutazione a posteriori e la sottrazione della media della dose accumulata dovuta alla radiazione di fondo.

Per consentire il calcolo della dose effettiva in microsieverts (microSv), ogni sito è stato fatto il più vicino possibile agli organi critici, come descritto da  Ludlow ed altri [13]. Questo studio è stato selezionato per la sua metodologia ed è uno dei pochi che utilizza nel calcolo della dose effetiva  i nuovi fattori di peso dei tessuti rivisitati (discussi più avanti). Ogni localizzazione  TLD e numero identificativo viene mostrato nella tabella 1, insieme con il livello del manichino. Tutte le cavità non occupate all’interno del manichino sono state riempite con barrette di tessuto equivalente. Ognuna delle 24 localizzazioni corrisponde agli organi più radiosensibili nella regione della testa e del collo, e potrebbe così contribuire meglio alla quantificazione della dose effettiva in relazione alla frazione dell’organo irradiato dallo scanner. Le frazioni adottate in questo studio erano basate su quelle utilizzate da Ludlow ed altri [13], che hanno stimato la percentuale di tessuti/organi esposti da un esame con FOV completo (Tabella 2). Questi valori frazionari sono stati poi utilizzati come punto di partenza per ricavare i valori di ogni FOV più piccolo. Questi organi che si trovano all’esterno del fascio primario, ma che ricevono ancora una dose significativa (sopra il livello della radiazione di fondo)  dovuta alla radiazione dispersa  sono state pesati al 100% per evitare una sottostima della dose effettiva. Si è apprezzato che altri organi del corpo difficilmente ricevono una dose pari a zero; comunque si è ritenuto che questo abbia un contributo trascurabile per la dose effettiva. Come realizzato da Ludlow ed altri [13], la dose assorbita dalla superficie dell’osso è stata calcolata moltiplicando la dose assorbita dal midollo osseo per ogni localizzazione del dispositivo  TLD per il rapporto dei coefficienti di assorbimento di massa utilizzando un fattore del 4.64. Siccome la ghiandola sottomandibolare si trovava fuori del campo di visione delle scansioni mascellari, è stato utilizzato il valore della media del FOV completo. E’ stata fatta una stima conservativa del 100% d’irradiazione della mucosa orale.

La dose effettiva è stata calcolata per sei scansioni di volume comunemente utilizzate in odontoiatria: (i)  FOV completo della testa, (ii) 6 cm con risoluzione standard per la  mandibola, (iii) 6 cm di risoluzione standard per il mascellare superiore, (iv) 6 cm in alta risoluzione per la mandibola, (v) 6 cm in alta risoluzione per il mascellare superiore e (vi )la scansione di  13 cm di entrambi i mascellari utilizzando sia i pesi dei tessuti secondo l’ICRP 1990  [17] e quelli recentemente approvati (2007) sempre dall’ ICRP [16] per sostutuire i fattori precedentemente suggeriti (Tabella 3). Prima di applicare i dosimetri al manichino, è stata acquisita  un’immagine guida per verificarne il corretto posizionamento all’interno dello scanner. La dose effettiva calcolata non dovrebbe quindi includere la dose derivante da questa immagine di proiezione iniziale. Per ridurre le variazioni random e per registrare una dose al di sopra del minimo livello rilevabile, ogni scansione è stata presa per 10 volte. La dose media registrata dai 3 dosimetri in ognuno dei 24 siti è stata utilizzata per calcolare la dose di radiazione pesata (HT) data dal prodotto della dose di fondo sottratta della dose TLD media d’organo e la frazione di quel tessuto/organo nel campo di irradiazione. La dose effettiva E  (espressa in microSv) è stata calcolata come prodotto della dose di radiazione pesata e del fattore peso rilevante del tessuto secondo la ICRP (wT) per il totale dei tessuti/organi esposti (cioè E=EwTxHT). Il fattore peso tessutale rappresenta la radiosensibilità relativa degli organi, e così il contributo di quell’organo al rischio totale. La dose effettiva E consente di esprimere il rischio per l’intero corpo, dando così un’indicazione ampia del livello di danneggiamento della salute derivante dall’esposizione. Per testare la riproducibilità della procedura, l’esame del FOV completo è stato  realizzato in due occasioni separate. Questo consentirebbe di stabilire le differenze nel calcolo della dose effettiva dovute alle variazioni nel set-up, causato da piccoli cambiamenti nelle posizioni individuali del chip all’interno delle cavità del manichino o dipendenti dall’allineamento dello stesso all’interno dello scanner.

Risultati

E’ stata calcolata la massima deviazione dalla dose media per ogni sito. Per ogni protocollo di scansione studiato, è stata registrata una variazione media del 5%. Si è raggiunto un alto livello di riproducibilità fra scansioni con FOV completo eseguito in occasioni separate. La dose effettiva media è stata calcolata in 92.8 microSv e 206.2 microSv, con un range percentuale di variazione fra le ripetizioni del 4.8% e del 2.7% per i fattori di peso della ICRP 1990 e della  ICRP 2007 rispettivamente. Sono inclusi anche i risultati ottenuti da Ludlow ed  altri [13] per l’esame con FOV completo calcolato utilizzando solo i criteri descritti nel 1990. I fattori di peso dei tessuti definiti  nel 2007 non erano disponibili per Ludlow ed altri [13] al tempo della loro pubblicazione (2005).

La comparazione della dose effettiva, calcolata come multiplo della scansione a FOV completo per ogni scansione di volumi più piccoli, può essere osservata nella Tabella 4. Viene mostrata anche la dose come percentuale della radiazione di fondo annuale nel Regno Unito[19].

Discussione

L’effetto del cambio dei fattori peso del tessuto secondo l’ICRP è significativo per gli esami radiologici della testa (Figure 3). Per gli esami a FOV pieno in cui le ghiandole salivari vengono irradiate completamente dal fascio primario, la dose che utilizza i fattori del 2007 è circa doppia se confrontata con i parametri del 1991. Questo è in accordo con i rilevamenti di altri autori che hanno riportato una differenza di un fattore doppio per gli esami che coinvolgono il cranio [20], cioè l’esame ortopantomografico dentale.

La dose effettiva per una scansione a FOV completo dovrebbe essere in buon accordo con gli studi precedenti per lo scanner che utilizza gli schemi di peso tessutale secondo l’IRCP del 1990 [13]. Così è probabile che si possa osservare fra le dosi effettive calcolate utilizzando i dati ICRP del 2007. La scansione a FOV completo può essere utilizzata per la diagnostica per immagini delle anomalie craniofacciali che colpiscono la volta cranica. La CBCT può essere impiegata nel piano di trattamento ortodontico[4–7] e la scansione di 13 cm viene impiegata localmente quando viene programmato il piano di trattamento ortodontico tridimensionale, come è possibile vedere nella rappresentazione totale della mandibola e del mascellare superiore.

Questa scansione può essere utilizzata anche nella valutazione del trauma maxillo-facciale severo. L’esame CBCT viene molto consigliato per la valutazione della morfologia mandibolare prima dell’inserzione degli impianti [1]. Le scansioni di 6 cm con  risoluzione standard della mandibola o della mascella sono ideali per valutare l’anatomia ossea per il trattamento di questi casi. Tutte le scansioni precedentemente descritte avevano una risoluzione standard di 0.4 mm. La CBCT può essere impiegata anche per ottenere le immagini delle anomalie dentali e nella valutazione dei denti inclusi [8, 9, 21]. Se devono essere studiati gli elementi dentali,  viene generalmente impiegato uno scanner con risoluzione più alta utilizzando un protocollo di scansione che impiega voxel da 0,2 mm. La dose effettiva è risultata doppia per le scansioni ad alta risoluzione. Questo è la diretta conseguenza della necessità di raddoppiare il numero di proiezioni per ottenere l’alta risoluzione. Per una scansione a risoluzione standard, durante la rotazione vengono prodotte 306 esposizioni che portano a 306 proiezioni impiegate per la costruzione del set di dati tridimensionali. Per la scansione ad alta risoluzione, sono necessarie 599 esposizioni separate. In contrasto con altri studi, sono stati posizionati tre dosimetri in ognuno dei 24 siti interni o circostanti il manichino e sono state prese 10 scansioni. Questo dovrebbe fornire dati più reali e consistenti, cosa dimostrata nei risultati di un alto livello di riproducibilità e di una bassa variazione nelle dosi registrate fra ogni set dei tre dosimetri. Il metodo di calcolo della dose impiegato da Ludlow ed  altri [13] è stato modificato per aggiustare gli esami a FOV non pieno adattando i valori della frazione irradiata. Per questo motivo sono state adottate le frazioni più basse per alcuni dei tessuti solo parzialmente irradiati. Comunque, si è assicurato che le frazioni modificate ed assegnate a questi tessuti dovrebbero ancora fornire una stima conservativa del contributo alla dose effettiva.

Gli scanner cone beam disponibili sul mercato possono avere volumi grandi o piccoli. L’ i-CAT può essere considerato uno scanner con volume grande, poichè può rilevare immagini da gran parte dello scheletro maxillo-facciale. Altri autori hanno riportato che le dosi fra gli scanners CBCT di volume grande possono variare da 50 microSv a 1024 microSv. Questa  importante differenza nella dose riportata viene principalmente attribuita alle differenze fra i modelli degli scanner, fra i protocolli di acquisizione delle immagini e le tecniche di calcolo [12, 13, 15, 22]. Con l’eccezione dello scanner CBCT Mercuray, le dosi sono significativamente più basse rispetto alla TC convenzionale che comporta un assorbimento, precedentemente riportato pari 2000 microSv per gli esami di routine della testa [23].

E’ utile comparare le dosi a quelle pubblicate per le radiografie convenzionali comunemente impiegate in odontoiatria. I seguenti valori sono basati sul fattori peso tessutali della  ICRP del 1990. La dose effettiva per una radiografia panoramica è circa 13 microSv [12], per una radiografia cefalometrica 1–3 microSv [24], per una radiografia periapicale 1–8 microSv [25] e per una radiografia occlusale 8 microSv [25]. Il nostro studio mostra come la CBCT i-CAT sviluppa una dose per il paziente più alta e pari a 5-16 volte rispetto alla tipica ortopantomografia. L’ ICRP propone un coefficiente di probabilità nominale medio per tutti i tumori maligni-radioindotti pari al 5% per Sievert sul totale della popolazione [16]. Così il rischio di neoplasie maligne connesse con l’esame CBCT  dei mascellari è compreso fra 1 su 100 000 ed 1 su 350 000. Il rischio è calcolato su un paziente adulto. In ortodonzia molti pazienti sono bambini ed il rischio è più alto (rischio all’incirca doppio rispetto ad un adulto). [26]. Per questo l’impiego di questa metodica dev’essere pienamente giustificata e si auspica che vengano presto prodotti criteri di selezione basati sull’evidenza per aiutare i clinici che dovranno decidere quando prescrivere l’esame CBCT.

Conclusioni

Nonostante le  dosi di un esame CBCT siano in ordine di magnitudo  molto al di sotto della TC convenzionale, sono ancora molto significativamente più alte rispetto alle radiografie convenzionali. I benefici potenziali della CBCT in odontostomatologia sono indiscussi; comunque è imperativo che il suo uso sia pienamente giustificato rispetto alle tecniche convenzionali prima che l’esame radiologico venga intrapreso.

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