Riduzione degli artefatti metallici in ultra

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15549 (2022) Citare questo articolo

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La tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) ha dimostrato di essere un potente strumento per l'imaging 3D dello scheletro appendicolare, consentendo la visualizzazione dettagliata della microarchitettura ossea. Questo studio è stato progettato per confrontare gli artefatti in presenza di impianti osteosintetici tra CBCT e tomografia computerizzata multidetettore (MDCT) nelle scansioni del polso di cadavere. Sono stati impiegati un totale di 32 protocolli di scansione con potenziale e corrente del tubo variabili: sono stati inclusi sia studi convenzionali CBCT che MDCT con tensione del tubo compresa tra 60 e 140 kVp, nonché protocolli MDCT aggiuntivi con modellazione spettrale dedicata tramite prefiltrazione di stagno. Indipendentemente dal tipo di scanner, tutti gli esami sono stati condotti in modalità di scansione ad altissima risoluzione (UHR). Per la ricostruzione delle scansioni UHR-CBCT è stato impiegato un ulteriore algoritmo iterativo di riduzione degli artefatti metallici, uno strumento di correzione dell'immagine che non può essere utilizzato in combinazione con UHR-MDCT. Per confrontare le dosi di radiazioni applicate tra i due scanner, è stato valutato l'indice di dose della tomografia computerizzata del volume per un fantasma da 16 cm (CTDIvol). Le immagini sono state valutate per quanto riguarda la qualità dell'immagine soggettiva e oggettiva. Senza la modulazione automatica della corrente del tubo o il controllo del potenziale del tubo, le dosi di radiazioni variavano tra 1,3 mGy (con 70 kVp e 50,0 mA effettivi) e 75,2 mGy (con 140 kVp e 383,0 mA effettivi) in UHR-MDCT. Utilizzando il metodo di acquisizione di immagini pulsate dello scanner CBCT, CTDIvol variava tra 2,3 mGy (con 60 kVp e 0,6 mA medi per impulso) e 61,0 mGy (con 133 kVp e 2,5 mA medi per impulso). In sostanza, è stato riscontrato che tutti i protocolli UHR-CBCT che impiegano un potenziale del tubo di 80 kVp o più forniscono una qualità dell'immagine complessiva e una riduzione degli artefatti superiori rispetto a UHR-MDCT (tutti p < 0,050). L'affidabilità tra valutatori di sette radiologi per quanto riguarda la qualità dell'immagine è stata sostanziale per la valutazione dei tessuti e moderata per la valutazione degli artefatti con Fleiss kappa di 0,652 (intervallo di confidenza al 95% 0,618–0,686; p < 0,001) e 0,570 (intervallo di confidenza al 95% 0,535–0,606; p < 0,001 ), rispettivamente. I nostri risultati dimostrano che la modalità di scansione UHR-CBCT di un sistema a raggi X robotico gemello facilita un'eccellente visualizzazione dello scheletro appendicolare in presenza di impianti metallici. La qualità dell'immagine e la riduzione degli artefatti ottenibili sono superiori all'UHR-MDCT dose-comparabile e anche i protocolli MDCT che impiegano la modellazione spettrale con prefiltrazione di stagno non raggiungono lo stesso livello di riduzione degli artefatti nei tessuti molli adiacenti.

Nel follow-up postoperatorio dopo l'artroplastica articolare, la radiografia semplice è il metodo di imaging primario grazie alla disponibilità onnipresente, all'efficienza in termini di costi e ai risultati di imaging rapidi pur essendo relative a dosi di radiazioni relativamente basse. Per un'analisi più dettagliata delle sospette complicanze dopo l'intervento chirurgico, potrebbe essere necessaria una TC aggiuntiva, sebbene associata a una penalità di dose più elevata. Tuttavia, in ambito postoperatorio, gli artefatti causati da impianti metallici possono ostacolare l'accuratezza diagnostica per la valutazione dell'impianto stesso, dell'interfaccia impianto-osso e del tessuto adiacente1,2. I tipici artefatti metallici includono l'indurimento del fascio e la carenza di fotoni: l'indurimento del fascio si verifica quando i fotoni dei raggi X policromatici passano attraverso oggetti densi con conseguente maggiore assorbimento di fotoni a bassa energia, che provoca artefatti iperdensi con strisce scure adiacenti. Al contrario, gli artefatti da carenza di fotoni si manifestano a causa del completo assorbimento dei fotoni, che porta a strisce ipodense3,4,5. Di conseguenza, rilevare complicazioni in presenza di impianti metallici, come lussazioni secondarie, aree di riassorbimento osseo o allentamento dell’impianto come indicato da un bordo radiotrasparente circostante o persino raccolte di liquidi nei tessuti molli, può rappresentare una sfida significativa.

In passato sono stati valutati diversi approcci per la riduzione degli artefatti metallici (MAR) prevalentemente per gli scanner TC multidetettore (MDCT) convenzionali basati su gantry6,7. La carenza di fotoni può essere ridotta aumentando la corrente del tubo al fine di aumentare il numero di fotoni nel fascio di raggi X. Una maggiore tensione del tubo e quindi una maggiore energia dei fotoni porta ad una maggiore velocità di penetrazione del materiale denso. A tensioni del tubo più elevate, il rumore dell'immagine e la carenza di fotoni possono essere ridotti al minimo a scapito della diminuzione del contrasto dei tessuti. Tuttavia, la riduzione degli artefatti metallici a scapito di dosi di radiazioni più elevate è discutibile, soprattutto nei pazienti giovani e nei pazienti con esami ricorrenti8. Un effetto simile può essere osservato quando si utilizza la prefiltrazione dello stagno, che aumenta la penetrazione dei fotoni riducendo la quantità di fotoni a bassa energia e quindi indurendo il fascio di raggi X7,9. Sebbene questi approcci MAR basati su protocollo debbano essere stabiliti prima dell'acquisizione dell'immagine, algoritmi come le tecniche di ricostruzione iterativa possono essere eseguiti retrospettivamente senza influire negativamente sulla dose di radiazioni. Lo svantaggio è che gli algoritmi di ricostruzione iterativa possono introdurre artefatti secondari ed è stato segnalato che alterano le informazioni dell'immagine in generale10,11. Inoltre, i dati dell'immagine potrebbero andare persi in prossimità del bordo metallico a causa dell'interpolazione12. Oltre all'ottimizzazione degli impianti metallici e dei protocolli di scansione, altri approcci per ridurre tali artefatti includono la correzione dei dati basata su modello e la postelaborazione basata su immagini13.