Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Onlangs zijn een indrukwekkend aantal cone-beam computed tomography (CBCT) scanners geïntroduceerd die gespecialiseerd zijn in dentomaxillofaciale beeldvorming. Met een traditionele multi-slice computed tomography (MSCT) scanner, worden enkele rota-ties van een portaal waarop een x-stralenbron en een x-stralenontvanger zijn gemonteerd, uitgevoerd rond de patiënt terwijl de patiënt door het portaal beweegt. Met een CBCT scanner, zijn een x-stralenbron en een twee-dimensionale (2-D) beeldontvanger gemonteerd op het portaal. In dit geval wordt slechts één rotatie van het portaal rond de patiënt uitgevoerd. Een reconstructiealgoritme wordt uitgevoerd voor de berekening van een drie-dimensionaal (3-D) beeldvolume op basis van de verkregen beeldgegevens. CBCT en MSCT scanners worden niet alleen meer gebruikt voor diagnostische taken, maar ze worden ook steeds belangrijker voor prechirurgische planning en beeldgeleide chirurgi-sche procedures in het dentomaxillofaciale gebied. 3-D beelden verkregen door deze machines kunnen gebruikt worden voor intra-operatieve navigatie en beeldgeleide operaties waarin orale implantaten geplaatst worden. Dergelijke toepassingen vereisen een voldoende geometrische nauwkeurigheid van de scans om op deze manier een geslaagde operatie te bereiken. De fabrikanten van CBCT scanners beloven dat deze scanners 3-D informatie genereren voor de dentomaxillofaciale radioloog met een lagere stralingsdosis dan de conventionele MSCT scanners, maar met voldoende kwaliteit zodat ze gebruikt kunnen worden in beeldgebaseerde operaties voor het plaatsen van orale implantaten. Om deze hypothese te testen, werden zowel de beeldkwaliteit en de stralingsdosis geëvalueerd op een MSCT scanner en vier verschillende CBCT scanners: de Accuitomo 3-D, de NewTom 3G, de MercuRay CB en de i-CAT. Dit waren de vier pioniers van CBCT scanners voor de dentomaxillofaciale radiologie. (1) De beeldkwaliteit werd geëvalueerd op basis van de nauwkeurigheid van de botsegmentatie in deze beelden. Een nauwkeurige botsegmentatie is een vereiste voor het gebruik van de CBCT scanner in beeldgeleide operaties voor het plaatsen van orale implantaten. (2) De stralingsdosis werd geëvalueerd door het meten van de effectieve stralingsdosis door middel van experimenten met het Rando-Alderson fantoom en thermoluminescente dosismeters. Deze methode genoot de voorkeur omdat er geen gestandaardiseerde technische dosis schatting beschikbaar was en simulaties te veel tijd in beslag nemen. De vraag over de beoordeling van de nauwkeurigheid werd onderzocht in verschillende stappen. In de eerste stap, werd de software ontwikkeld die gebruikt wordt voor het automatisch evalueren van de segmentatienauwkeurigheid van CT scanners. Daarvoor werd het European Spine Phantom (ESP), een semi-anthropomorfisch fantoom dat bestaat uit een simulatie van een menselijke ruggengraat, gebruikt. Dit fantoom is gebouwd met een nauwkeurigheid van 0,1 mm. Een computermodel van dit fantoom werd gebouwd en geregistreerd met de CT-beelden van het fantoom. Dankzij deze registratie kunnen meetlijnen die gedefinieerd zijn in het computermodel overgedragen wor-den naar het CT-beeld en kunnen botdiktes op overeenkomstige plaatsen worden gemeten en vergeleken. Deze software werd verder ontwikkeld en geoptimaliseerd voor gebruik met meer realistische fantomen voor de dentomaxillofaciale beeldvorming. In de volgende stap werden botdiktes gemeten op kaken gescand met CBCT scanners en MSCT scanners met elkaar vergeleken. De conclusie van deze studie was dat de dikte van het bot significant verschillend was als overeenkomstige diktes werden ge-meten op de twee verschillende soorten beelden. Het kleinste verschil werd gevonden voor de i-CAT (0,05 ± 0,47 mm) en het grootste verschil werd gevonden voor de Accuitomo 3D (1,2 ± 1,00 mm). Om de absolute nauwkeurigheid van botsegmentatie weer te geven, moest een betere gouden standaard ontwikkeld worden. Deze gouden standaard werd vastgesteld door het scannen van een droge schedel met een laser scanner. Gebaseerd op een pun-tenwolk afkomstig van de laser scanner, werd een 3-D volume berekend. Dit 3-D volume werd geregistreerd aan de 3-D scans van de schedel. De hoogste segmentatienauwkeurigheid werd bereikt met de i-CAT scanner. Deze nauwkeurigheid is uitgedrukt in de 90e percentiel van de absolute verschil tussen de dikte gemeten op de laser model en de over-eenkomstige dikte gemeten op de CT-scan. Voor de MSCT scanner was deze waarde 1,22 mm. Voor de andere geëvalueerde CBCT scanners, werden nauwkeurigheden tot 3 mm gevonden. In een laatste test werd de nauwkeurigheid beoordeeld op basis van fysische fantomen die geleverd werden bij de Accuitomo 3D. Het eerste fantoom was een cilinder in PMMA met cilindrische structuren van lucht-, bot-en aluminium in verwerkt. Het tweede fantoom was een cilinder in PMMA met dunne aluminium gevouwen platen in de vorm van een paddestoel in verwerkt. De proeven op het cilindrisch fantoom leerden ons dat met uitzondering van het klinische protocol van de Accuitomo 3D, de cilinders kunnen worden gesegmenteerd met een nauwkeurigheid die beter is dan 1 mm. De studie van het tweede fantoom leerde ons dat de MSCT scanner meer last heeft van metaalartefacten en bijgevolg is de segmentatienauwkeurigheid slechter voor de MSCT scanner dan voor de CBCT scanner voor structuren met een hoge densiteit. In het algemeen werden er op de fysische fantomen, bleek een betere segmentatienauwkeurigheid bekomen dan met het schedelfantoom. Gebaseerd op de studie van de stralingsdosis, kan men concluderen dat de laag-ste stralingsdosis werd bekomen door de Accuitomo 3D met 13 μSv en de hoogste dosis straling voor de Sensation 16 met 927 μSv. Maar voor de Accuitomo 3D, wordt slechts een klein deel van de onderkaak gescand en voor de Sensation 16 werd het volledige hoofd gescand. Voor de NewTom 3G lagen de waarden tussen 52 en 178 μSv. Voor de i-CAT lagen de waarden tussen 40 μSv en 180 μSv. Als men de stralingsdosis en de beeldkwaliteit combineert is echter te zien dat van de geëvalueerde scanners, alleen de i-CAT de belofte waarmaakt van het leveren van beelden met een lagere dosis maar met de mogelijkheid tot het verwerven van accurate botsegmentatie vergelijkbaar met de traditionele MSCT scanners. Voor de beoordeling van de juistheid van de segmentatie van het schedelbot, wordt bij voorkeur een fantoom met een nauwkeurige geometrische beschrijving, afkomstig van een laserscanner gebruikt. Hoewel geometrische objecten zeer goed dienen voor het bepalen van de segmentatienauwkeurigheid, missen zij de evaluatiemogelijkheden voor vergelijkende anthropomorfe studies. Recently, an impressive number of cone-beam computed tomography (CBCT) scanners have been introduced that are dedicated to dentomaxillofacial imaging. With a traditional multi-slice computed tomography (MSCT) scanner, several rotations of a gantry on which an X-ray source and an X-ray receptor are mounted, are performed around the patient while the patient moves through the gantry. With a CBCT scanner, an X-ray source and a two-dimensional (2-D) image receptor are mounted on the gantry. In this case, only one rotation of the gantry around the patient is performed. A reconstruction algorithm is performed to calculate a three-dimensional (3-D) volume, based on the ac-quired image data. Besides being solely used for diagnostic purposes, CBCT and MSCT scanners are gaining increasing importance for presurgical planning and image-guided surgical procedures in the maxillofacial area. 3-D images acquired by these machines can be successfully used for intra-operative navigation and image-guided endosseous dental implant placement. Such applications require a sufficient geometric accuracy of the scans to achieve satisfactory surgical results. The manufacturers of CBCT scanners promise that these scanners provide 3-D information to the dentomaxillofacial radiologist with a lower radiation dose than con-ventional MSCT scanners, but with sufficient image quality to be used in image guided endosseous implant placement. To test this hypothesis, both the image quality and the radiation dose were evaluated on one MSCT scanner and four different CBCT scanners: Accuitomo 3D, NewTom 3G, MercuRay CB and i-CAT. These were the four pioneering CBCT scanners for the field of dentomaxillofacial radiology. (1) The image quality was evaluated based on bone segmentation accuracy, be-cause accurate bone segmentation is a requirement for the use of CBCT scanner in image guided endosseous implant placement. (2) The radiation dose was evaluated by measuring the effective radiation dose through experiments with a Rando-Alderson phantom and Thermoluminescent Dosimeters. This method was preferred because no standardized technical dose estimate was available and simulations were too time-consuming. The question about image quality assessment was studied in different steps. In the first step, software was developed which can be used to establish segmentation accuracy of CT scanners automatically. Therefore, the European Spine Phantom (ESP), a semi-anthropomorphic phantom that consists out of a spine with three inserts, was used. This phantom is built with an accuracy of 0.1 mm. A computer model of this phantom was built and aligned with the CT images of the phantom. Thanks to this alignment, measure lines defined on the computer model could be transferred to the CT image and bone thickness at corresponding places could be measured and compared. This software was further developed and optimised for use with more realistic phantoms for dentomax-illofacial imaging. In the next step the measured bone thickness from mandibles and maxillas de-rived from bone segmentations in both MSCT and CBCT scanners were compared. The conclusion of this study was that the bone thickness was significantly different. The smallest difference was found for the i-CAT (0.05 ± 0.47 mm) and the largest difference was found for the Accuitomo 3D (1.2 ± 1.0 mm). To express the absolute accuracy of bone segmentation, a better gold standard needed to be developed. This gold standard was found by scanning a dry skull with a laser scanner. Based on a point cloud derived of the laser scanner, a 3-D volume was calculated. This 3-D volume was matched with the 3-D scans of the dry skull. For the segmentation of the skull, the highest accuracy was achieved for the i-CAT. This accu-racy was expressed as the 90th percentile of the absolute difference between the thickness measured on the laser model and the corresponding thickness measured on the CT scan. For the MSCT scanner, this value was 1.22 mm. For the other evaluated CBCT scanners, the accuracy was larger than 3 mm. In a last test, the accuracy was assessed based on physical phantoms provided with the Accuitomo 3D. The first phantom was a cylinder in PMMA with cylindrical inserts of air, bone and aluminium. The second phantom was a cylinder in PMMA with thin aluminium plates inserts folded in the form of a mushroom. The tests on the first cylindrical phantom taught us that except for the clinical protocol of the Accuitomo 3D, the cylinders could be segmented with an accuracy which is better than 1 mm. The study of the second phantom taught us that the MSCT scanner suffered more from metal artefacts and thus the segmentation accuracy was worse for the MSCT scanner than for the CBCT scanner. In general, the results on the physical phantoms, showed a better accuracy for the scanners, than the results on the skull phantom. Based on the study of the radiation dose, one could conclude that the lowest ra-diation dose was acquired for the Accuitomo 3D with 13 μSv and the highest radiation dose for the Sensation 16 with 927 μSv. But for the Accuitomo 3D, only a small part of the mandible was scanned and for the Sensation 16 the complete head was scanned. For the NewTom 3G the values were between 52 μSv and 178 μSv. For the i-CAT the values ranged between 40 μSv and 180 μSv. If the combination of radiation dose and image quality is addressed however, one can see that of the evaluated scanners, only the i-CAT holds it promise of providing images with a lower dose but with the possibility to acquire accurate bone segmentations comparable to traditional MSCT scanners. For the assessment of this accuracy, a skull phantom with an accurate geometrical description derived from a laser scanner should preferably be used. While geometric objects seem to allow a good evaluation of segementation accuracy, more anthropomorphic structures, although essential, cannot be measured nor compared using such geometric objects. Onlangs zijn een indrukwekkend aantal cone-beam computed tomography (CBCT) scanners geïntroduceerd die gespecialiseerd zijn in dentomaxillofaciale beeldvorming. Met een traditionele multi-slice computed tomography (MSCT) scanner, worden enkele rotaties van een portaal waarop een x-stralenbron en een x-stralenontvanger zijn gemonteerd, uitgevoerd rond de patiënt terwijl de patiënt door het portaal beweegt. Met een CBCT scanner, zijn een x-stralenbron en een twee-dimensionale (2-D) beeldontvanger gemonteerd op het portaal. In dit geval wordt slechts één rotatie van het portaal rond de patiënt uitgevoerd. Een reconstructiealgoritme wordt uitgevoerd voor de berekening van een drie-dimensionaal (3-D) beeldvolume op basis van de verkregen beeldgegevens. CBCT en MSCT scanners worden niet alleen meer gebruikt voor diagnostische taken, maar ze worden ook steeds belangrijker voor prechirurgische planning en beeldgeleide chirurgische procedures in het dentomaxillofaciale gebied. 3-D beelden verkregen door deze machines kunnen gebruikt worden voor intra-operatieve navigatie en beeldgeleide operaties waarin orale implantaten geplaatst worden. Dergelijke toepassingen vereisen een voldoende geometrische nauwkeurigheid van de scans om op deze manier een geslaagde operatie te bereiken. De fabrikanten van CBCT scanners beloven dat deze scanners 3-D informatie genereren voor de dentomaxillofaciale radioloog met een lagere stralingsdosis dan de conventionele MSCT scanners, maar met voldoende kwaliteit zodat ze gebruikt kunnen worden in beeldgebaseerde operaties voor het plaatsen van orale implantaten. Om deze hypothese te testen, werden zowel de beeldkwaliteit en de stralingsdosis geëvalueerd op een MSCT scanner en vier verschillende CBCT scanners: de Accuitomo 3-D, de NewTom 3G, de MercuRay CB en de i-CAT. Dit waren de vier pioniers van CBCT scanners voor de dentomaxillofaciale radiologie. (1) De beeldkwaliteit werd geëvalueerd op basis van de nauwkeurigheid van de botsegmentatie in deze beelden. Een nauwkeurige botsegmentatie is een vereiste voor het gebruik van de CBCT scanner in beeldgeleide operaties voor het plaatsen van orale implantaten. (2) De stralingsdosis werd geëvalueerd door het meten van de effectieve stralingsdosis door middel van experimenten met het Rando-Alderson fantoom en thermoluminescente dosismeters. Als men de stralingsdosis en de beeldkwaliteit combineert is echter te zien dat van de geëvalueerde scanners, alleen de i-CAT de belofte waarmaakt van het leveren van beelden met een lagere dosis maar met de mogelijkheid tot het verwerven van accurate botsegmentatie vergelijkbaar met de traditionele MSCT scanners. Voor de beoordeling van de juistheid van de segmentatie van het schedelbot, wordt bij voorkeur een fantoom met een nauwkeurige geometrische beschrijving, afkomstig van een laserscanner gebruikt. Hoewel geometrische objecten zeer goed dienen voor het bepalen van de segmentatienauwkeurigheid, missen zij de evaluatiemogelijkheden voor vergelijkende anthropomorfe studies. Recently, an impressive number of cone-beam computed tomography (CBCT) scanners have been introduced that are dedicated to dentomaxillofacial imaging. With a traditional multi-slice computed tomography (MSCT) scanner, several rotations of a gantry on which an X-ray source and an X-ray receptor are mounted, are performed around the patient while the patient moves through the gantry. With a CBCT scanner, an X-ray source and a two-dimensional (2-D) image receptor are mounted on the gantry. In this case, only one rotation of the gantry around the patient is performed. A reconstruction algorithm is performed to calculate a three-dimensional (3-D) volume, based on the acquired image data. Besides being solely used for diagnostic purposes, CBCT and MSCT scanners are gaining increasing importance for presurgical planning and image-guided surgical procedures in the maxillofacial area. 3-D images acquired by these machines can be successfully used for intra-operative navigation and image-guided endosseous dental implant placement. Such applications require a sufficient geometric accuracy of the scans to achieve satisfactory surgical results. The manufacturers of CBCT scanners promise that these scanners provide 3-D information to the dentomaxillofacial radiologist with a lower radiation dose than conventional MSCT scanners, but with sufficient image quality to be used in image guided endosseous implant placement. To test this hypothesis, both the image quality and the radiation dose were evaluated on one MSCT scanner and four different CBCT scanners: Accuitomo 3D, NewTom 3G, MercuRay CB and i-CAT. These were the four pioneering CBCT scanners for the field of dentomaxillofacial radiology. (1) The image quality was evaluated based on bone segmentation accuracy, be-cause accurate bone segmentation is a requirement for the use of CBCT scanner in image guided endosseous implant placement.