La Tomographie Volumique par Faisceau Conique « Cone beam »

La Tomographie Volumique par Faisceau Conique « Cone beam »

Introduction :

La Tomographie volumique à faisceau conique (TVFC) ou cône beam computed tomographie ( CBCT) est une modalité d’imagerie en coupe qui permet d’explorer l’ensemble du massif facial et tout particulièrement les structures maxillo-mandibulaires et dento-alvéolaires.

Dernier-né de l’imagerie sectionnelle, technique tomographique volumique numérisée, le cône beam connaît un succès justifié en imagerie dentomaxillaire, dont ce n’est toutefois pas le seul terrain d’application

Particulièrement économe la méthode est

mondialement reconnue comme le moyen sectionnel de référence en imagerie diagnostique odonto-maxillo-faciale.

Principe du cône beam :

Le Cône Beam est un système de radiographie spécifique au système maxillo-facial qui permet l’obtention d’images dans les 3 plans de l’espace, axial, coronal et dans le plan sagittal.

Il se compose d’un tube applicateur de rayon X et d’un récepteur qui sont solidaires, opposés et alignés entre eux. Ils effectuent une rotation unique qui est de 180° ou de 360° autour de la tête du patient qui forme un axe de rotation.

À chaque degré de rotation, le tube émetteur de rayon X envoie une impulsion de rayon X qui traverse le volume à étudier et ressort atténué, il est ensuite capturé sur la surface de réception.

Cela permetl’acquisition de l’ensemble des données qui sont alors brutes, en environ 15 secondes. La source de rayon X émet un faisceau pulsé le plus souvent, et de forme conique, à la différence du scanner qui émet lui un faisceau continu et de forme plate.

Ces données brutes sont ensuite transmises à un ordinateur, cela permet la reconstruction volumique de l’objet étudié grâce à des algorithmes mathématiques. On peut ensuite observer l’image reconstruite sur un ordinateur.

Figure 1 :Comparaison de l’acquisition numérisée cone beamet scanner Rx ou tomodensitométrie (ici, le principe initial incrémental). La succession des coupes scanner permet l’acquisition du volume alors que c’est l’acquisition volumique initiale du cone beam qui autorise, secondairement, les reconstructions 2D.

Il y a donc 4 étapes clés lors de la réalisation d’un Cône Beam.

1. La configuration du Cône Beam

Il s’agit de la partie la plus importante, la résolution de l’image est dépendante de cette configuration. La qualité du rayonnement est déterminée par la tension qui s’exprime en Kv et par l’intensité du signal qui s’exprime en mA .

Il faut aussi choisir la taille du champ, elle doit couvrir la zone cible pour obtenir l’information souhaitée mais ne pas être trop grande dans un souci d’optimisation de la radiographie et de perte d’informations.

Figure 2 :Principaux champs d’exploration en imagerie CBCT. Les petits champs, de dimensions inférieures à 8 x 8 cm couvrent une portion d’arcade voire les deux arcades. Les grands champs peuvent aller jusqu’à englober tout le massif crânio-facial

2. La détection de l’image :

La détection de l’image se fait grâce à un récepteur ou capteur qui est la somme de nombreux détecteurs disposés de façon matricielle (NxN ou NxM). Chaque détecteur enregistre les incidences des photons reçus. Il reçoit une certaine charge et transmet un signal à l’ordinateur. L’image est obtenue grâce à la transformation des valeurs numériques de chaque voxel en niveaux de gris. À chaque degré de rotation, les rayons X sont recueillis sur le détecteur, on appelle ce phénomène : la projection. L’ensemble des projections recueillies forme ainsi les données brutes (Raw data). Ces données brutes sont stockées et transformées par la suite en volume exploitable grâce à la reconstruction des images.

3. Qualité et précision de l’image :

La qualité et la précision des images en deux dimensions sont définies par les pixels. Un pixel est un point d’une image électronique défini par une hauteur et une largeur et est caractérisé par un niveau de gris. Ce sont ces milliers de pixels aux niveaux de gris différent assemblés qui forment une image.

Le voxel est l’unité qui permet de définir la qualité d’une image en trois dimensions puisqu’elle associe le pixel dans les trois sens de l’espace.

Le CBCT possède dont une plus grande précision et qualité d’image, c’est pourquoi, des structures ou éléments peuvent être visibles sur un CBCT et « floutés » sur un scanner.

Figure 3 : Pixel à gauche et voxel à droite

4. La reconstruction de l’image :

Les données recueillies par le détecteur sont dites « brutes », elles ne sont pas exploitables dans l’état. Elles sont transmises à un système informatique qui grâce à des algorithmes reconstruit une image analysable. Il existe de nombreuses possibilités de reconstruction, elles peuvent être primaires, secondaires ou tridimensionnelles.

1. RECONSTRUCTIONS PRIMAIRES :

Les reconstructions primaires du volume exportable. Les reconstructions primaires se divisent en deux catégories, les reconstructions bidimensionnelles « directes » et les reconstructions DICOM (Digital Imaging COmmunications in Medicine).

• RECONSTRUCTIONS BIDIMENSIONNELLES «directes» : Elles permettent la visualisation d’une image en 2D dans les trois plans de l’espace, axiale, frontale et sagittale. , obtenues à partir des données brutes) ;
• RECONSTRUCTIONS DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine), Les reconstructions DICOM sont des images reconstruites à partir du plan axial, cela permet par la suite de réaliser des reconstructions secondaires grâce à l’utilisation de logiciels spécialisés.

Le DICOM est aussi un format d’imagerie standardisé, il a été créé en 1985. Toutes les machines d’imagerie sont au format DICOM. Cela permet à n’importe quel utilisateur ou à toute personne possédant un DICOMviewer de lire les images de la radiographie sans forcément posséder une machine d’imagerie 3D. Cela permet un échange facile des données.

Figure 4 :Reconstruction du volume (a) dans le plan perpendiculaire aux dents et implants, idéale pour des reconstructions verticales dans l’axe des dents (b).

2. Les reconstructions secondaires

Elles sont donc obtenues grâce aux reconstructions DICOM, elles sont de deux types : multiplanaires ou dentascanner.

• Les reconstructions multiplanaires (ou MPR):

Elles sont bidimensionnelles comme pour les reconstructions directes, mais elles sont aussi en 3D. Elles consistent en une reconstruction de coupe dans des plans choisis.

Figure 5 :Reconstructions multiplanaires (ici, fracture verticale de 46).

• Les reconstructions dentascanner (ou curved MPR) :

Elles sont réalisées selon les plans axiaux, panoramiques et orthogonaux à la crête alvéolaire, cette dernière nous permet d’obtenir des sections de la mandibule et est surtout intéressante en implantologie. Ces reconstructions peuvent aussi nous permettre d’obtenir des reconstructions 3D à la demande.

Figure 6 :Reconstructions dentascanner : bilan pré-implantaire mandibulaire.

3. Les reconstructions tridimensionnelles

Elles sont surtout exploitées en implantologie, cette reconstruction a une visée chirurgicale pré et per-opératoire. Elle permet de visualiser les rapports entre les dents et les structures anatomiques comme le nerf alvéolaire inférieur par exemple et permet la planification implantaire. Parfois orthodontique pour l’étude céphalométrique, pour visualiser les rapports de dents ou structures incluses ou afin de plus facilement appréhender une dysmorphie ou encore pour la modélisation prothétique. Elles peuvent avoir un rôle didactique mais aussi réellement diagnostique.

Figure 7 :Représentation d’une reconstruction tridimensionnelle

5. Qualité d’image et artefacts en cône beam :

Une image de qualité conjugue à la fois une bonne résolution spatiale et une bonne résolution en densité. Le bruit et les artéfacts déterminent, quant à eux, les facteurs susceptibles de nuire à la qualité de l’image

1. Le bruit

Le bruit est la présence d’informations parasites qui viennent perturber l’image et ainsi créer un flou sur l’image.

2. La résolution en densité

La résolution en densité est aussi appelée contraste, il s’agit de la capacité d’un système à distinguer deux structures de densité proche.

3. Les artéfacts

Les artéfacts peuvent avoir plusieurs origines, ils peuvent être créés par un mouvement du patient et sont alors dit cinétiques. Ils peuvent aussi être dus à des éléments métalliques, tel que les implants, les couronnes métalliques et les inlay-cores ou tout tenon métallique. Ces artéfacts peuvent nuire à l’interprétation de l’image, il faut savoir les repérer pour ne pas les confondre avec des lésions

1. Les artéfacts cinétiques :

Ces artéfacts sont dus à des mouvements du patient lors de l’acquisition des données par le Cone Beam. Ils sont mis en évidence sur l’image par un dédoublement des structures, on a alors une image qui paraît floue, la définition de l’image est ainsi de moins bonne qualité.

Figure 8 :Artéfacts cinétiques avec double contours: interprétation impossible.

2. Les artéfacts métalliques

Ils peuvent être causés par tout élément métallique se trouvant dans la bouche du patient ou même à l’extérieur, on pensera aux boucles d’oreilles par exemple. Les artéfacts métalliques sont le résultat de la rencontre entre les rayons X avec des zones de transition de densité trop rapide.

Figure 9 : Artéfacts métalliques de couronne (région de 16)

Indications :

6. Orthopédie dentofaciale

Sur la base de l’examen clinique initial, tout traitement d’orthopédie dentofaciale (ODF) repose sur une évaluation anatomique radiologique et biomensurative précise en pré-, per et post-traitement. Jusqu’à ces dernières années, il reposait sur l’orthopantomogramme (ou encore OPT, panoramique dentaire), associé le plus souvent aux téléradiographies et éventuellement aux clichés rétroalvéolaires (au mieux en technique long cone).

Le développement du CBCT modifie aujourd’hui le protocole diagnostique : irradiation limitée en particulier dans le domaine pédiatrique, obtention de clichés panoramiques sans déformation, en taille réelle, et d’images occlusales sans irradiation supplémentaire, résolution osseuse optimale et limitation des artefacts métalliques, images en 3D.

La substitution des téléradiographies nécessite cependant par définition l’utilisation d’un appareil grand champ pour ne pas multiplier les examens et augmenter a contrario l’irradiation du patient.

• Dysmorphoses dento-maxillo-faciales complexes :

L’analyse de ces dysmorphoses peut profiter d’un bilan céphalométrique 3D que l’imagerie par CBCT grand champ est susceptible de fournir.

• Traitements orthodontiques accélérés par piézocision : La planification de la phase chirurgicale nécessite un bilan par CBCT, notamment pour positionner les futurs tracés de corticotomie en fonction de l’emplacement des racines dentaires et pour éventuellement modéliser des guides chirurgicaux de piézocision.
• Implants d’ancrages orthodontiques. Si une proximité radiculaire ou avec un obstacle anatomique est suspectée, un bilan d’exploration par CBCT est recommandé.
• Chirurgie orthognatique :

la Planification chirurgicale :Ce volet est étroitement lié au bilan orthodontique, notamment pour la caractérisation de dysmorphoses sévères. La modélisation des corrections squelettiques et la confection des gouttières occlusales de repositionnement maxillaire et mandibulaire se font sur la base du rendu volumique CBCT du complexe cranio-facial.

• Voies aériennes supérieures

Analyse des voies aériennes supérieures. Dans un contexte d’apnées-hypopnées obstructives du sommeil, la recherche de constriction des voies aériennes supérieures peut se faire à partir de l’exploration par CBCT grand champ des trois étages pharyngés.

L’évaluation de la taille des tonsilles pharyngées et palatines vient compléter l’analyse

7. Anatomie radiologique en chirurgie buccale,anomalies dentaires (nombre, forme,position) :

Le plus souvent secondaire à l’OPT l’orthopantomogramme (ou encore OPT, panoramique dentaire), l’examen CBCT peut alors évaluer l’ensemble des rapports craniofaciaux, les articulations temporomandibulaires (ATM), le stade de croissance dentoalvéolaire, l’état parodontal, les filières aériques, etc.

• Il peut aussi évaluer les variantes anatomiques dento-maxillaires, sources possibles de complications opératoires, en particulier neurovasculaires : siège, trajet et rapports dentaires du canal mandibulaire, des foramens mentonniers (principaux et accessoires), mais aussi des canaux incisifs mandibulaire et lingual, du canal nasopalatin, rapports dentaires avec les sinus maxillaires, qualité et quantité de l’os alvéolaire,

etc.

• Le bilan préopératoire pour dent incluse est fréquent, qu’il s’agisse en particulier des troisièmes molaires mandibulaires ou de canine maxillaire : le CBCT évalue le siège précis de la dent, sa morphologie (dysmorphie radiculaire, racines en crochet

8. Cone beam CT et implants

• Bilan préimplantaire : dans le bilan préimplantaire, Le CBCT doit essayer de préciser l’état osseux local,à savoir les dimensions vestibulolinguale, vestibulopalatine et verticale des procès alvéolaires et leur inclinaison, les hauteurs d’os disponible entre la crête alvéolaire et les structures anatomiques à respecter (plancher des fosses nasales, des sinus, foramen et canal incisif, artère alvéolaire postérosupérieure, canal mandibulaire,etc.), ainsi que la qualité de l’os alvéolaire et l’épaisseur des corticales. Il recherche la présence de variantes anatomiques ;source d’éventuelles complications postopératoires, la présence de racines résiduelles.
• Bilan pré-greffe : Il analyse les sites de prélèvement osseux en vue de possibles greffes ou, à l’inverse, l’état des comblements alvéolaires et des greffons (qu’il s’agisse de greffe de comblement alvéolaire, de greffe crestale, d’apposition ou encore de greffe sous-sinusienne – lift de plancher sinusien) . Un champ suffisamment large doit en particulier être utilisé en maxillaire pour vérifier la perméabilité des ostia et l’état sinusal.
• Suivi postopératoire : Les contrôles postopératoires s’imposent en cas de complications. Ils peuvent évaluer une malposition de l’implant(orientation, rapport avec le canal dentaire inférieur), rechercher la présence de signes de péri-implantite sous forme d’une image radio claire bordant l’implant, évaluer l’ostéo-intégration des implants et des greffes osseuses ; ailleurs devant une sinusite, ils recherchent une sinusite post-effraction du plancher sinusien (secondaire au passage de fragments de greffons en intrasinusien), une rupture de greffe lors de la pose de l’implant, ou encore une ostéite du greffon sinusien (cavitation).

9. Pathologie infectieuse et inflammatoire maxillomandibulaire,

• Lésions osseuses :

Le CBCT est également tout à fait indiqué dans le bilan des lésions infectieuses osseuses proprement dites (ostéites, ostéomyélites, : elles sont de diagnostic difficile, clinique comme radiologique, sous-estimées en radiologie conventionnelle comme au scanner, et c’est la finesse des rétroreconstructions au mieux inférieures à 100 _ qui permet une analyse précise de la structure osseuse associant de façon variée :

• Lésions inflammatoires d’origine dentaire
  • Détection de lésions péri-apicales et de leurs complications notamment osseuses (ostéites,ostéomyélites) et dentaires (résorption apicale).
  • Analyse des complications sinusiennes d’origine dentaire (communication alvéolo-sinusale, sinusite d’origine dentaire) .
  • Exploration de kystes radiculo-dentaires, latéroradiculaires ou résiduels

10. Indications de l’imagerie CBCT en endodontie :

L’endodontie a largement bénéficié de l’imagerie tomographie volumique à faisceau conique (Cone Beam ComputedTomography, CBCT), notamment grâce aux possibilités d’exploration en haute résolution que cette modalité offre.

La qualité des images obtenues permet en effet des observations que nulle autre approche radiologique ne peut atteindre et contribue donc à fournir des informations très précieuses sur le plan à la fois du diagnostic et de la planification endodontique.

• Recherche de complications périapicales,notamment des parodontites péri-apicales dans un contexte clinique non contributif.
• Évaluation de la complexité morphologique radiculaire et appréciation de la configuration canalaire.
• Analyse des résorptions radiculaires internes, externes ou cervicales.
• Recherche de fractures ou de fêlures radiculaires.
• Planification des modalités de traitement canalaire ou encore des séquences de chirurgies endodontiques

11. Traumatologie dento-alvéolaire

• En fonction de l’orientation des traits de la fracture radiculaire ou alvéolaire, la radiologie conventionnelle ne permet pas forcément de les détecter.

L’imagerie CBCT complétera utilement le bilan traumatologique, aussi bien sur le plan fracturaire que sur celui d’éventuelles luxations ou déplacements dentaires associés :

• en urgence : excellente détection des luxations alvéolaires partielles ou complètes, recherche de fractures horizontales très sous estimées en conventionnel (secteurs antérieurs en particulier) ou verticales. Les fractures et fêlures verticales ou transverses peuvent être très fines et de mise en évidence difficile, surtout dans les cas de traitement orthodontique de voisinage ; tardivement, une résorption osseuse en regard du foyer de fracture visible sous forme d’une hypodensité périradiculaire parfois très discrète doit orienter les rétroreconstructions les plus fines possibles en s’affranchissant des hypodensités artefactuelles éventuelles générées par la densité d’un matériel orthodontique
• En préopératoire et en urgence, les indications peuvent être élargies aux structures maxillomandibulaires, en l’absence de complications neurologiques et/ou vasculaires. Le champ est adapté pour fournir un bilan traumatologique complet. Il peut s’agir de fractures mandibulaires, bi- ou trifocales, portions dentées ou non, isolées ou associées à des fractures condyliennes ou sous-condyliennes qui doivent être recherchées avec soin,de fractures de l’os zygomatique, de fractures dentoalvéolairesirradiées en palatomaxillaire,

• Dans un contexte de traumatisme plus sévère, le bilan d’évaluation repose essentiellement sur le scanner médical afin de détecter non seulement les fractures osseuses mais aussi de possibles complications neurologiques ou hémorragiques.

12. Articulations temporo-mandibulaires :

• Pathologies articulaires dégénératives. Au-delà des remodelages des surfaces articulaires, les performances du CBCT en termes de résolution trouvent un intérêt particulier pour

détecter de subtiles manifestations osseuses comme des érosions, des zones d’ostéosclérose sous-chondrale ou encore des néoformations osseuses.

Dérangements internes de l’articulation temporomandibulaire. Si l’imagerie par CBCT permet d’évaluer l’interligne articulaire, la modalité de choix pour le diagnostic des déplacements discaux reste l’IRM.

• Fractures condylaires. Ces fractures s’inscrivent dans un tableau de traumatisme facial et font donc l’objet d’un bilan d’évaluation par scanner. L’exploration par CBCT est

généralement une approche de seconde intention, notamment pour l’évaluation de fractures anciennes

OPTIMISATION DE LA DOSIMETRIE EN CONE BEAM

Elle comporte, comme au scanner :

13. Justification:

Tout examen devrait être réalisé après avoir été justifié pour chaque patient, afin de tenter de s’assurer que les avantages de l’examen l’emportent sur les risques. Les examens cone beam ne devraient pas être répétés en routine, sans qu’une nouvelle évaluation « avantages contre risques» n’ait été réalisée.

14. Optimisation:

Dose limitée à la plus petite nécessaire et suffisante pour le diagnostic recherché (principe ALARA : As Low As Reasonably Achievable). La dose délivrée devrait ainsi être limitée en implantologie (la dose de 250mGy.cm2 est retenue par le SEDENTEXCT* comme valeur de référence pour une étude implantaire 3D en site de la première molaire maxillaire chez un homme de corpulence moyenne). En outre, comme pour le scanner, le type et même la marque voire le modèle de cône beam peuvent influer grandement sur la dose émise.

Avantages et inconvénients de la tomographie volumique à faisceau conique (cone beam CT) parrapport au scanner

• Résolution osseuse optimale du cone beam CT (CBCT) grâce à un voxel isométrique (isotrope), opposé au voxel parallélépipédique du scanner : résolution identique quelle que soit l’orientation des coupes
• Résolution en densité très médiocre et mesure de densités visuelle (pas d’équivalent de l’échelle Hounsfield) : mauvaise analyse des tissus mous et notion de prise de contraste non évaluable
• Bruit de fond plus élevé que celui du scanner réduit par informatique
• Taille de champ variable en fonction des appareillages
• Sensibilité aux artefacts (surtout métalliques) très réduite
• Sensibilité au flou cinétique : nécessité d’une grande coopération du patient
• Irradiation limitée (très inférieure à celle du scanner) Nécessité d’examens dirigés
• Taille des voxels diminuant proportionnellement au volume exploré
• Épaisseur des coupes reconstruites pouvant atteindre 75μ
• Optimisation de l’apport diagnostique passant par l’adaptation du volume exploré à la finesse de la pathologie recherchée et donc par la précision de la demande clinique
• Travail de post-traitement possiblement long.

Comparaison des qualités techniques du cone beam et du scanner

Conclusion :

Les caractéristiques propres du CBCT modifient aujourd’hui l’approche radiologique de la région dento-maxillo-faciale. Sa résolution osseuse optimale, son irradiation faible, ses artefacts limités, l’ont fait adopter de façon privilégiée par les radiologues, mais aussi par les cliniciens en charge de ces pathologies.

Si ses apports et ses limites sont mieux connus, il importe aujourd’hui de préciser sa place dans l’arbre diagnostique décisionnel.

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La Tomographie Volumique par Faisceau Conique « Cone beam »

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La Tomographie Volumique par Faisceau Conique « Cone beam »