Üç Boyutlu Dijital Volumetrik Tomografide Temel Kavramlar

Hassas bir radyolojik inceleme baÅŸarılı bir klinik muayene ile birlikte diÅŸlerde, çene kemiklerinde ve bunları çevreleyen dokularda oluÅŸabilecek hastalıkların deÄŸerlendirilmesinde tanıya önemli ölçüde katkıda bulunur. Buna baÄŸlı olarak,  diÅŸhekimleri arasında periapikal, okluzal, Water's grafileri ve panoramik radyografi gibi iki boyutlu görüntüleme imkanı sunan yöntemlerin kullanımı artmıştır. Ancak, günümüzün modern diÅŸhekimliÄŸi uygulamaları açısından bakıldığında “derinlik” ve “hacim” kavramlarının yer almadığı iki boyutlu görüntüleme yöntemlerinin yetersiz kaldığı açıktır. Bu kavramlar, temporomandibuler eklem (TME)  bozukluklarının, gömük diÅŸlerin hassas anatomik oluÅŸumlarla iliÅŸkilerinin, çene kemiklerinde geliÅŸen lezyonların ve implantoloji uygulamaları gibi durumların teÅŸhisinde, tedavisinde ve takibinde vazgeçilmez unsurlardır. Bu durumlarda üç boyutlu görüntüleme tekniklerine baÅŸvurulması gerekir.

Radyolojide üç boyutlu görüntülemenin amacı, tek bir nesneden ya da farklı nesnelerden oluşan karmaşık bir sistem hakkında bilgisayarlı tomografi (BT), manyetik rezonans görüntüleme (MRI), pozitron-emisyon tomografisi (PET), tek foton-emisyon tomografisi (SPECT) gibi yöntemler kullanılarak elde edilen verilerin bilgisayar yardımı ile işlenerek nitel ve nicel değerlendirme yapılabilmesini sağlamaktır. İncelenen bölgeler yapısal olarak sert (kemikler), esnek (kaslar), sabit ( kafatası) ya da hareketli (kalp ve eklemler) olabilir (1). Dentomaksillofasiyal radyoloji bilimi ve dişhekimliği mesleği açısından bakıldığında belirgin bir ihtiyaç olmasına karşılık üç boyutlu görüntüleme uzun süre yaygınlaşamamıştır. Talep edilen yüksek ücretleri, çevrede görüntüleme cihazlarının bulunmamasını, görüntü kalitesinin yetersizliğini ve kullanılan radyasyon dozlarının yüksek olmasını bunun nedenleri arasında sayabiliriz.

Bu sorunlara çözüm üretmek amacıyla 1997 yılında ilk örneği (Newtom QR

DVT 9000) satışa sunulan cone-beam dijital volumetrik tomografi (DVT) (konik huzme ışınlı hacimsel tomografi) cihazları, hekimlere görüntüleme alanında yeni olanaklar sunmaktadır. Bu yöntemle geleneksel BT'lere göre çok daha az radyasyon dozu uygulanarak aksiyal, sagital ve koronal planlarda (Resim 1) daha hızlı üç boyutlu görüntüleme yapılabilir (1,2). Bu tekniği daha yakından inceleyebilmek için öncelikle BT'ler hakkında genel bilgileri hatırlatmak yararlı olacaktır.

Bilgisayarlı Tomografi

BT görüntüleri, dairesel bir cihaza yerleÅŸtirilen X ışını üreten bir kaynak ile onun karşısına konumlandırılan algılayıcının hastanın çevresinde dönerek elde ettiÄŸi verilerin bilgisayar algoritmaları kullanarak iÅŸlenmesiyle elde edilirler (Resim 2). 1967 yılında Godfrey Hounsfield tarafından geliÅŸtirilen BT, cihazın parçalarına ve görüntüleme için kullanılan X ışınının fiziksel hareketine göre sınıflanan farklı geliÅŸim evrelerinden geçmiÅŸtir. Ä°lk BT'ler çizgisel bir ışık kaynağı (pencil beam) ile tek bir algılayıcıdan oluÅŸmaktaydı. 1972 yılında satışa sunulan bu cihazların ilginç bir özelliÄŸi sadece baÅŸ bölgesini görüntülemek amacıyla üretilmiÅŸ olmalarıdır. 1975 yılında  ikinci kuÅŸak BT cihazları ortaya çıktı. “Hibrid” sistemler adı verilen bu cihazlarda birden fazla algılayıcı kullanılmakta ve X ışınları kaynaktan yelpaze biçiminde ( fan-beam) açılarak yayılmaktaydı. Günümüzde yaygın olarak kullanılan BT cihazlarının ilk örnekleri ise 1976 yılında satışa sunuldu. Bu cihazlarda yay biçiminde büyük bir algılayıcı bulunduÄŸundan X ışınları daha geniÅŸ bir alanı taramakta ve etkin biçimde toplanabilmekteydi. Daha sonra üretilen BT'lerde yay ÅŸeklindeki algılayıcı tam dairesel bir algılayıcı ile deÄŸiÅŸtirildi. Ancak, X ışını kaynağının açısının deÄŸiÅŸmesinin radyasyon saçılımını arttırdığı ve cihazın hastanın istemsiz hareketlerine aşırı duyarlı hale geldiÄŸi görüldü. Bu sorunun üstesinden gelmek için üretilen yeni BT cihazları oldukça etkilidirler. Ancak fiziksel olarak çok yer iÅŸgal ederler ve oldukça pahalıdırlar. Ayrıca, üç boyutlu görüntüleme oluÅŸturulabilmesi için kesitlerin biraraya getirilerek iÅŸlenmesi gerekir. Bunun için özelleÅŸmiÅŸ bilgisayar platformları kullanılır (3,4).

Cone-Beam Dijital Volumetrik Tomografi

BT cihazları, X ışınının yayılım geometrisine göre, fan-beam (yelpaze biçiminde) ve cone-beam (konik biçimde) yayılanlar olarak ikiye ayrılırlar (Resim 3). Konvansiyonel Fan-beam kullanan cihazlarda, X ışını kaynağını ve algılayıcıları taşıyan dairesel metal iskelet (gantri) hastanın çevresinde döner. Hastadan geçerek algılayıcıya ulaşan X ışını ile görüntüleme yapılır. Hasta genellikle aksiyal düzlemde arka arkaya alınan kesitlerle taranır, bu kesitler birleştirildiğinde istenilen görüntü ortaya çıkar. Spiral hareket yapan ancak yelpaze biçiminde ışın yayan gelişmiş BT'lerde bir seferde 64 ve/veya 128 kesit elde etmek mümkündür. Bu durum algılayıcı sayısını arttırarak elde edildiğinden sistem daha pahalıdır, ancak daha kısa sürede ve düşük dozda çekim yapılabilir.

Cone-beam DVT teknolojisi ise hacimsel tomografi kavramına dayanır (Resim 4). Dentomaksillofasiyal radyolojide son on yıldır sık sık sözü geçse de kuramsal olarak yeni bir teknik değildir. Bu yöntemin etkin kullanımı ilk defa 1982 yılında Mayo Kliniği'nde anjiografi amacıyla gerçekleştirilmiştir (5). Daha sonradan farklı deneysel modellerde girişimsel anjiografi, dijital subtraksiyon anjiografisi ve radyoterapi yönlendirmesi amacıyla kullanıldığı görülür (6) .Bu sistemde kullanılan algılayıcılar iki boyutludur. Üç boyutlu konik yayılımlı X ışını bu bölgeye düştüğünde gantrinin tek bir dönüşünde geniş bir alanı tarayabilir. Cone-beam tekniği, alan algılayıcısının ve X ışını kaynağının başı bir tutucuyla sabitlenen hastanın çevresinde eş zamanlı olarak 360o 'lik bir tarama yapmasıyla uygulanır (8). Bu dönüş sırasında belirli açılarla izdüşümleri elde edilir. Bu izdüşümleri karmaşık algoritmalar kullanan bilgisayar yazılımlarıyla işlendiğinde ortaya üç boyutlu hacimsel veri setleri çıkar. Bu veriler aksiyal, sagital ya da koronal kesitlerden rekonstruksiyon yapmak için kullanılabilirler.

Dentomaksillofasiyal görüntüleme amaçlı cone-beam DVT, kuramsal olarak 20 yıldan fazla bir süredir bilinmesine karşılık X ışını tüplerinin ucuzlaması, algılayıcı kalitesinin artması ve bilgisayarların işlem yeteneklerinin gelişmesi sayesinde ameliyathanelerde,acil servislerde ve yoğun bakım servislerinde kullanılabilir hale gelmiş ve ticari olarak ancak 1990'lı yılların sonunda satışa sunulmuştur. Günümüzde bu teknolojiyi kullanan ve dört farklı firma tarafından üretilen cihazlar mevcuttur. Bunlar, Newtom QR DVT 9000 ( Quantitative Radiology, İtalya), CB Mercuray ( Hitachi Medical Corporation, Japonya), 3D Accuitomo ( J Morita Mfg Corporation, Japonya) ve I-CAD (Imaging Sciences International, A.B.D)'dir.

Cone-Beam Dijital Volumetrik Tomografinin Avantajları

Yumuşak dokuların görüntülemesinde sınırlı olması bir yana bırakılırsa; DVT baş ve yüz bölgesinin sert dokularının incelenmesinde tartışmasız bir yere sahiptir. Bu niteliklerini sahip olduğu bazı teknik özelliklere borçludur.

Radyasyon dozunun azaltılması

Konvansiyonel BT'lerle karşılaÅŸtırıldığında DVT'lerin en önemli avantajlarından biridir. Farklı çalışmalardan elde edilen sonuçlara göre, BT'lere göre aynı görüntüleri elde etmek için %98'e varan oranda daha az radyasyon uygulanmaktadır (2).  DVT'de ortalama 36.9–50.3 microsievert (μSv) dozunda radyasyon kullanılırken konvansiyonel fan beam BT'lerde  mandibula için ortalama 1,320–3,324 μSv; maxilla için ortalama 1,031–1,420 μSv dozunda ışın verilir (2,9-12). Bu dozlar yaklaşık olarak bir seri apikal film çekiminde (13–100 μSv) ya da 4-15 panoramik radyografi çekiminde (2.9–11 μSv) hastanın aldığı radyasyon dozuna eÅŸittir ( 2, 13-15) (Tablo 1).

Görüntü kalitesi

DVT görüntülemesi sonucunda elde edilen hacimsel veri setleri “voxel” adı verilen kubik ÅŸekilli üç boyutlu yapılar halinde saklanır. Her bir voxel farklı bir deÄŸerde X ışını emilimine sahiptir. Bu voxellerin boyutları görüntünün çözünürlüğünü belirler. BT'lerde voxeller dikdörtgen ÅŸeklindedir ve genellikle aksiyal kesitlerden elde edilirler. Bu yüzden  voxellerin boyutları eÅŸ deÄŸildir. DVT'de ise voxeller üç boyutuda (uzunluÄŸu, geniÅŸliÄŸi, derinliÄŸi) eÅŸit görüntü verirler. Bu durum detayı ve görüntü kalitesini arttıran bir etkendir (Resim 5).

Hızlı tarama

DVT cihazları, tek bir  dönüşle ham verileri elde ettiÄŸi için yüksek teknoloji ürünü yüksek doz uygulayan spiral BT'lerle hızları benzerdir (10-70 sn). Bu sayede hastanın cihazda kalış süresi azalır ve hasta memnuniyeti artar. Ayrıca klostrofobi gibi rahatsızlıklarda kontrollü çekim yapılabilmesini saÄŸlar.

Yazılım kolaylıkları

Tıp radyolojisinde kullanılan cihazlarla elde edilen verilerle doğrudan çalışmak güçtür. Bu cihazlar özel tasarlanmış platform bilgisayarlar gerektirirler. Elde edilen verilerin hekim tarafından incelenmesini sağlamak için özel yazılımlar kullanılarak yeniden oluşturulması gerekir. Bu durum, ileri düzeyde bilgisayar kullanımı bilgisini gerektirir. Bu işlemler zaman aldığından görüntünün elde edilmesi daha geç olur. DVT'lerde ise üzerinde yazılım yüklü olan tek bir kişisel bilgisayar görüntüleri incelemek için yeterlidir. Bu yazılımların kullanıcı ara birimleri oldukça kolaydır ve hekime hızlı bir şekilde değerlendirme yapma olanağı sunarlar.

X ışının sınırlanması

Üretici firmaya göre değişmekle beraber DVT'ler genel olarak baş ve yüz bölgesini görüntülemek için üretilmiş özel cihazlardır. Bu özellikleri cone beam teknolojisi ile birleştiğinde ilgili bölgede çok küçük alanlara odaklanmış bir tarama yapabilirler. Bu sayede hastanın aldığı radyasyonun dozu ve saçılımı sınırlanır ve çevre dokuların gereksiz yere radyasyon alması engellenir.

3 Boyutlu Rekonstruksiyon özelliği

DVT'den elde edilen veri setleri kullanılarak bilgisayar ekranında detaylı ve hızlı bir şekilde üç boyutlu, reklendirilebilen görüntüler yaratılabilir. Görüntüler bilgisayar ortamında her yöne rahatlıkla döndürülebildiğinden patolojilerin izlenmesi kolaylaşır. Görüntüler üzerinde implant yönlendiriciler, yapay greft hacimlerinin hesaplanması, otojen kemik greftlerinin boyutlarının belirlenmesi gibi operasyon öncesi hazırlık yöntemleri uygulanabilir (Resim 6). Bu teknikler operasyonun başarısını arttırır ve süresini kısaltırlar.

“Cone beam”, “Volumetrik”, “ Tomografi” “Panoramik” ve “Üç boyutlu görüntü”: radyolojik kavramların yanlış kullanımları  

Cone beam ışının yayılımı ile ilgili bir terimdir. Volumetrik ise, voxellerden oluşan hacimsel verinin ifadesidir. Tomografi ideal olarak 360º hasta etrafında dönmeli ve her bir derecede bir görüntü elde edebilmelidir.Panoramik görüntüleme, alt ve üst çeneyi tek bir düzlem üzerinde iki boyutlu görüntüleme tekniğidir, bu teknikte cihazlar hastanın çevresinde 360º dönmezler. Üç boyutlu görüntü ise elde edilen verilerden oluşturulan bir rekonstruksiyondur, bilgisayar yazılımları ile yapılır. Eğer incelenen bölgenin üç boyutlu görüntüsünün tasarlanması amaçlanıyorsa, yukarıda bahsedilen görüntü elde etme teknikleri kullanıldığında elde edilecek üç boyutlu görüntüler ile gerçek boyutlar arasında farklılıklar olması kaçınılmazdır. Panoramik radyografi için üretilmiş cihazlardan elde edilen veriler ile üç boyutlu görüntüler oluşturulabilir. Ancak, bu verilerin tek bir düzlemden elde edilmesi ve dönüş açısının 360º olmaması ulaşılmak istenen gerçek üç boyutlu görüntüyü vermemekte, açısal olarak eksik kalan kısımlar için olasılık algoritmaları kullanılmaktadır. Diğer yandan, 360º dönebilen tomografi cihazlarında da veriler voxel olarak elde edilmezler. Bu nedenle hem panoramik hem de tıp tomografi cihazlarının elde ettiği üç boyutlu görüntüler DVT’lerin elde ettiklerine gore daha fazla olasılık hesabı içerirler. Gerçeğe en yakın üç boyutlu rekonstruksiyonu; “cone-beam” teknolojisi kullanan “volumetrik” veri işleyen “tomografik” kesit elde edebilen cihazlar verebilir.

Dentomaksillofasiyal bölgedeki ileri görüntüleme gereksinimlerini karşılamak için özel olarak üretilen DVT cihazları, iki ve üç boyutlu görüntüleri istenilen yönlerde etkili biçimde yaratabilmektedirler. Dişhekimliğinin uzun süredir ihtiyacı olan kolaylıkları sağladığından bu sistemlerin çok daha uzun süre gündemde kalarak gelişecekleri kesindir.

Prof. Dr. Şükrü Şirin

İstanbul Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi Oral Diagnoz ve Radyoloji Anabilim Dalı

           Kaynaklar

1.      Udupa JK.Three-dimensional visualization and analysis methodologies: a current perspective.Radiographics. 1999 May-Jun;19(3):783-806.

2.       Scarfe WC, Farman AG, Sukovic P.

Clinical applications of cone-beam computed tomography in dental practice. J Can Dent Assoc. 2006 Feb;72(1):75-80.

3.      Sukovic P. Cone Beam Computed Tomography in Dentomaxillofacial Imaging Winter 2004 AADMRT Newsletter

4.       Kau CH, Richmond S, Palomo JM, Hans MG.Three-dimensional cone beam computerized tomography in orthodontics. J Orthod. 2005 Dec;32(4):282-93.

5.      Robb, R.A., Dynamic Spatial Reconstructor: An X-ray Video Fluoroscopic CT scanner for dynamic volume imaging of moving organs. IEEE Trans Med Im, 1982. MI-1(1): p. 22-23.

6.      Wiesent, K., et al., Enhanced 3D reconstruction algorithm for c-arm systems suitable for interventional procedures. IEEE Trans Med Im, 2000. 19(5): p. 391-403.

7.      Marmulla R, Wortche R, Muhling J, Hassfeld S.Geometric accuracy of the NewTom 9000 Cone Beam CT. Dentomaxillofac Radiol. 2005 Jan;34(1):28-31.

8.      Sukovic P.Cone beam computed tomography in craniofacial imaging.

Orthod Craniofac Res. 2003;6 Suppl 1:31-6; discussion 179-82.

9.      Ludlow JB, Davies-Ludlow LE, Brooks SL. Dosimetry of two extraoral direct

digital imaging devices: NewTom cone beam CT and Orthophos Plus DS

panoramic unit. Dentomaxillofac Radiol 2003; 32(4):229–34.

10.  Scaf G, Lurie AG, Mosier KM, Kantor ML, Ramsby GR, Freedman ML.

Dosimetry and cost of imaging osseointegrated implants with film-based and

computed tomography. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 1997;

83(1):41–8.

11.  Dula K, Mini R, van der Stelt PF, Lambrecht JT, Schneeberger P, Buser D.

Hypothetical mortality risk associated with spiral computed tomography of the

maxilla and mandible. Eur J Oral Sci 1996; 104(5-6):503–10.

12.   Mah JK, Danforth RA, Bumann A, Hatcher D. Radiation absorbed in maxillofacial

imaging with a new dental computed tomography device. Oral Surg

Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2003; 96(4):508–13.

13.  White SC. 1992 assessment of radiation risk from dental radiography.

Dentomaxillofac Radiol 1992; 21(3):118–26.

14.  Danforth RA, Clark DE. Effective dose from radiation absorbed during a

panoramic examination with a new generation machine. Oral Surg Oral Med

Oral Pathol Oral Radiol Endod 2000; 89(2):236–43.

15.  Gibbs SJ. Effective dose equivalent and effective dose: comparison for

common projections in oral and maxillofacial radiology. Oral Surg Oral Med Oral

Pathol Oral Radiol Endod 2000; 90(4):538–45.

Prof. Dr. Şükrü Şirin

1946 yılında İstanbul’da doğdu. 1964’de İstanbul Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi’ne girdi. 1976-1978 tarihleri arasında İngiltere-Londra’da Royal Dental Hospital’de çalıştı. 1979 yılında doçent, 1988 yılında da profesör ünvanını aldı. İstanbul Üniversitesinde dekan yardımcılığı yaptı. Halen Oral Diagnoz ve Radyoloji Anabilim Dalı Başkanlığı ve Klinik Bilimler Başkanlığı görevlerini sürdürmektedir. Oral Diagnoz ve Maksillo Fasiyal Radyoloji Derneği ve Endodonti Derneği’nin üyesidir.