CBCT 인공물

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15276(2022) 이 기사 인용

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고밀도 재료(예: 금속)로 인해 발생하는 빔 경화 인공물은 악안면 콘빔 컴퓨터 단층촬영(CBCT-) 이미지에서 흔히 발생하는 품질 문제입니다. 이 실험 및 분석 연구는 두 가지 일반적인 치과용 임플란트 재료인 지르코니아-세라믹과 순수 티타늄의 감쇠 패턴을 조사했습니다. 다양한 X선 빔 에너지(60, 70, 80, 90[kVp])를 적용하여 이러한 재료의 에너지 의존적 감쇠를 평가하고 결과 CBCT 이미지에서 인공물 유도를 평가합니다. 지르코니아(Y-TZP-) 임플란트(\(\varnothing\): 4.1mm)와 순수 티타늄 막대(\(\varnothing\): 4.0mm)를 상업용 CBCT(3D Accuitomo 170)에 노출했습니다. CBCT가 임플란트 팬텀 이미지의 원형 중앙 슬라이스를 통해 감쇠 프로파일을 획득하기 위해 적용되는 3차원 재구성에 활용하는 원시 2차원(2D) 투영 방사선 사진입니다. 이 위치에서 임플란트 팬텀을 통과하는 X선 거리가 계산되었습니다. 이 정보와 선형 감쇠 계수를 사용하여 각 재료 및 빔 에너지에 대한 투과 및 감쇠를 계산했습니다. 이러한 데이터는 임플란트의 CBCT 이미지의 축 재구성에서 평가된 빔 경화 인공물과 관련이 있습니다. 모든 피크 킬로전압(kVp)에 대한 티타늄 투과율은 60kVp에서 Y-TZP의 투과율이 약 200%, 90kVp에서는 530%로 더 높았습니다. 4mm 직경에서 Y-TZP의 투과율은 4개 빔 에너지 모두에 대해 약 5%에 불과했습니다. 이 발견과 일치하여 Y-TZP의 선속 경화 인공물은 더 높은 에너지를 사용하여 줄일 수 없는 반면, 티타늄의 경우 에너지가 증가함에 따라 감소합니다. 본 연구에 사용된 에너지 스펙트럼(60-90 kVp)의 경우 티타늄으로 인한 빔 경화는 더 높은 에너지를 사용하여 줄일 수 있지만 지르코니아 세라믹(Y-TZP)의 경우에는 그렇지 않습니다.

콘빔 컴퓨터 단층촬영(CBCT)은 치과 임플란트의 수술 전 계획에 중요한 역할을 합니다1. 임플란트는 많은 국가에서 일반적인 복원이 되었기 때문에 종종 운송업체로부터 획득한 CBCT 스캔에도 표시됩니다. 대부분의 치과용 임플란트는 화학적으로 매우 안정적인 산화물 표면을 지닌 고순도 티타늄으로 만들어집니다2. CBCT 스캔에서 인공물 영향은 실험적으로 설명되었으며3,4,5 또한 분석적으로 설명되었습니다6. 최근에는 지르코니아로 만든 치과용 임플란트가 점점 더 많이 판매되고 삽입되고 있습니다7. 이는 일반적으로 3몰% 이트륨(Y-TZP)8으로 안정화된 결정질 이산화지르코늄으로 만들어집니다. 치수와 디자인은 티타늄 임플란트와 거의 동일합니다. 빔 경화 인공물의 근본적인 부분은 고밀도, 즉 X선 빔의 에너지 스펙트럼을 변경하는 심하게 감쇠되는 임플란트 본체의 필터링 효과로 인해 발생합니다. 이러한 고밀도(강하게 감쇠하는) 물체를 투과한 후 빔은 광원에서 방출되는 스펙트럼보다 상대적으로 더 높은 에너지(더 짧은 파장)의 X선을 포함합니다. 이 과정을 빔 경화라고 합니다. 불행하게도 재구성은 스펙트럼에서 동일한 에너지를 가정하고 이 오류는 3차원(3D) 재구성 프로세스9로 전파됩니다. 간단히 설명하면, 감쇠 대상(여기서는 임플란트) "뒤"의 검출기에 도달하는 상대적으로 너무 높은 에너지가 재구성된 볼륨으로 역투영되어 빔 방향에 어두운(저밀도) 선이 생깁니다. 감쇠는 주로 Compton 산란과 광전 효과라는 두 가지 주요 메커니즘에 의해 발생합니다. 전자는 일반적으로 CBCT에 적용되는 에너지 스펙트럼에 비해 안정적이지만 광전 효과는 에너지 의존성이 높습니다10. 여기서 빔의 에너지는 내부 k-궤도에서 전자를 제거하여 양전하를 갖는 이온을 생성할 수 있습니다. 각 물질의 k-궤도에서 전자를 제거하는 데 필요한 에너지 바로 위의 에너지에서는 물질의 감쇠가 급격히 증가합니다. 소위 "k-에지"라고 불리는 이 현상은 물질에 따라 다르며 원자 번호가 증가함에 따라 증가합니다. 여기서 조사된 두 재료의 k-edge 감쇠 에너지는 지르코니아-세라믹의 주성분인 티타늄의 경우 4966.4eV, 지르코늄의 경우 17,997.6eV입니다. 지르코니아로 인한 CBCT 이미지의 인공물을 조사하는 경험적 연구가 발표되었습니다11,12,13. 그러나 배경을 더 잘 이해하고 잠재적으로 그 영향을 최소화하려면 이러한 인공물을 3D 재구성 프로세스에 대한 물리적 데이터와 지식을 사용하여 분석적 관점에서 연구해야 합니다.