Imagerie de tomosynthèse dentaire panoramique à l'aide de données de projection CBCT

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8817 (2023) Citer cet article

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Le CBCT dentaire et les images panoramiques sont des modalités d'imagerie importantes utilisées dans le diagnostic dentaire et la planification du traitement. Afin d'acquérir une image panoramique sans balayage panoramique supplémentaire, dans cette étude, nous avons proposé une méthode de reconstruction d'une image panoramique en extrayant les données de projection panoramique des données de projection CBCT dentaires. Après avoir spécifié l'arcade dentaire du patient à partir de l'image CBCT du patient, les données de projection panoramique sont extraites des données de projection CBCT le long de la trajectoire de balayage panoramique appropriée qui correspond à l'arcade dentaire. Un total de 40 ensembles de données cliniques humaines et un ensemble de données fantôme de tête ont été utilisés pour tester la méthode proposée. L'ensemble de données cliniques humaines utilisé dans cette étude comprend des cas dans lesquels il est difficile de reconstruire des images panoramiques à partir d'images CBCT, telles que des données avec des artefacts métalliques graves ou des données sans dents. Grâce à l'application de la méthode de reconstruction d'image panoramique proposée dans cette étude, nous avons pu acquérir avec succès des images panoramiques à partir des données de projection CBCT de divers patients. La méthode proposée acquiert une image panoramique universellement applicable qui est moins affectée par la qualité de l'image CBCT et les artefacts métalliques en extrayant les données de projection panoramique des données CBCT dentaires et en reconstruisant une image panoramique.

En dentisterie, diverses technologies numériques avancées telles que l'imagerie optique, l'imagerie par rayons X 2D/3D et l'impression 3D sont activement étudiées et déployées1,2,3,4,5,6. En particulier, le CBCT dentaire et l'imagerie panoramique sont des modalités d'imagerie utilisées quotidiennement dans le diagnostic dentaire et la planification du traitement1,7. La radiographie panoramique joue un rôle important dans le diagnostic de diverses maladies dentaires et leur planification de traitement connexe car elle peut fournir des informations dentaires relativement riches sur un seul écran avec un large champ de vision à une faible dose de rayonnement d'imagerie8,9,10,11,12. Le degré de dose peut différer selon le modèle et la méthode de balayage, mais en général, une radiographie panoramique a une dose efficace de 8 à 14 µSv alors que celle d'un CBCT dentaire varie de 10 à 130 µSv13,14. Au prix d'une dose plus élevée de CBCT, sa capacité à afficher des informations anatomiques en 3D est considérée comme cruciale pour le diagnostic et la planification thérapeutique dans divers domaines tels que la planification d'implants, la visualisation des dents anormales et l'évaluation de la mâchoire7,15,16,17. La visualisation de l'image CBCT dentaire est généralement fournie avec une fonction de rendu de volume dynamique et également avec des tranches de reconstruction multiplanaire (MPR). Cependant, étant donné que l'image panoramique peut montrer de manière exhaustive des structures anatomiques avec un champ de vision large dans un seul plan, les demandes d'imagerie panoramique sont élevées même après l'acquisition d'images CBCT dans les cliniques18,19,20,21,22,23,24,25,26. Nous tenons à souligner que nous n'avons pas pour objectif de proposer de remplacer l'imagerie panoramique dentaire pour le diagnostic initial par l'imagerie CBCT dans ce travail, mais plutôt de proposer une méthode de synthèse de l'imagerie panoramique une fois que l'imagerie CBCT a eu lieu et qu'une imagerie panoramique supplémentaire est nécessaire par la suite. Avoir deux systèmes séparés n'est pas souhaitable en termes de coût et d'encombrement et il existe des dispositifs d'imagerie qui fournissent les deux modalités d'imagerie sur une seule plate-forme CBCT.

Il existe deux approches principales pour acquérir des images dentaires CBCT et panoramiques à partir d'un seul appareil : les approches matérielles et logicielles. Dans l'approche matérielle, le balayage panoramique est disponible avec l'équipement CBCT en permettant à l'arbre rotatif de l'équipement CBCT de se déplacer et en mettant en œuvre une géométrie de faisceau étroit à l'aide d'un collimateur. Les données de projection sont acquises le long de la trajectoire de balayage panoramique prédéfinie dans le système de balayage panoramique. Cependant, en raison de la trajectoire de balayage fixe, des images panoramiques floues peuvent être obtenues lorsque la dentition du patient est sensiblement hors du plan focal. Plus important encore, un balayage panoramique supplémentaire entraînerait une dose de rayonnement d'imagerie supplémentaire pour le patient.

Dans les approches logicielles, une image panoramique est fabriquée à partir de l'image CBCT dentaire18,19,20,21. Étant donné qu'une image CBCT dentaire contient des informations anatomiques 3D, il est possible de produire une image panoramique en extrayant les données nécessaires d'une image CBCT. En général, les méthodes de synthèse d'une image panoramique à partir d'une image CBCT dentaire consistent en deux étapes18. La première étape consiste à extraire une arcade dentaire appropriée qui représente les dents et la mâchoire à partir de l'image dentaire CBCT. La deuxième étape consiste à superposer les informations d'image volumétrique près de l'arcade dentaire extraite dans un plan d'image panoramique. Ainsi, une image panoramique peut être acquise sans modifications matérielles supplémentaires de l'équipement CBCT dentaire existant. De plus, contrairement au système de balayage panoramique, il n'y a pas de problème de flou car l'image panoramique est extraite de l'image CBCT le long de l'arcade dentaire. Cependant, ces méthodes sont fortement affectées par la qualité de l'image CBCT et la précision de l'arcade dentaire18,19,20,21,23,24,25,26,27,28,29,30. Plusieurs algorithmes ont été rapportés pour extraire automatiquement des arcades dentaires sophistiquées, mais la précision de l'arcade dentaire est dégradée lorsqu'il y a des dents manquantes et/ou des artefacts métalliques dans l'image CBCT18,24. En particulier, lorsque les artefacts métalliques sont graves, même si l'arcade dentaire idéale est définie, les artefacts métalliques de CBCT restent dans l'image panoramique, ce qui réduit la qualité de l'image panoramique.

Pour surmonter les limites de ces approches logicielles, dans cet article, nous proposons une nouvelle méthode de formation d'images panoramiques qui utilise les données de projection CBCT. Étant donné que le balayage CBCT fournit des données de projection du FOV dans toute la plage angulaire, il est en théorie possible d'extraire et de reformer de manière sélective les données de projection panoramique à partir des données de projection CBCT. En pratique, une géométrie de détecteur décalée est souvent utilisée pour couvrir un FOV plus grand dans le CBCT dentaire où le centre du détecteur à écran plat est placé horizontalement par rapport à la radiographie principale du système. Bien qu'il existe un problème d'insuffisance d'échantillonnage, en raison de la géométrie du détecteur décalé, dans le processus de conversion de la projection par faisceau conique en données de projection panoramique, nous avons conçu une méthode pour contourner ce problème, comme cela sera détaillé dans la section "Matériaux et méthode". Pour extraire les données de projection panoramique à partir des données de projection CBCT, une arcade dentaire appropriée est d'abord délimitée à partir d'une image CBCT18,23. Une trajectoire de balayage panoramique virtuel adaptée à l'arcade dentaire détectée est alors déterminée. A chaque position de source le long de la trajectoire de balayage panoramique virtuel, des données de projection panoramique sont extraites des données de projection CBCT par un processus de rebinning de données. Enfin, la méthode de reconstruction par tomosynthèse panoramique est appliquée pour obtenir une image panoramique à partir des données de projection panoramique extraites4,12,22. Par rapport à l'approche matérielle, la méthode de reconstruction d'image panoramique proposée présente l'avantage d'obtenir une image panoramique au plan focal optimisée pour un patient puisque l'arcade dentaire peut être définie spécifiquement pour le patient à partir de l'image CBCT. Par rapport à l'approche logicielle qui utilise l'image CBCT dentaire au lieu des données de projection, la méthode proposée est avantageuse car elle n'est pas dominée par la qualité de l'image CBCT puisqu'elle reconstruit l'image panoramique directement à partir des données de projection extraites.

Le reste de cet article est structuré comme suit. Dans la section "Matériel et méthode", la structure globale de l'algorithme proposé est donnée et les détails de chaque module sont décrits. Dans la section "Résultats", des résultats expérimentaux dans un ensemble de données d'analyse de fantôme de tête et de données cliniques sont fournis démontrant les avantages susmentionnés par rapport aux méthodes existantes. La discussion et les conclusions sont suivies dans les sections "Discussion" et "Conclusions", respectivement.

Un aperçu de la méthode proposée est schématiquement illustré à la Fig. 1. La première étape consiste à définir une arcade dentaire adaptée au patient dans l'image CBCT (Fig. 1c). L'étape suivante consiste à établir une trajectoire de balayage panoramique basée sur l'arcade dentaire définie (Fig. 1d) et à acquérir des données de projection panoramique virtuelle à partir des données de projection CBCT (Fig. 1e). Enfin, une image panoramique est reconstruite sur la base des données de projection panoramique acquises (Fig. 1h).

Workflow de la méthode proposée. (MIP représente la projection d'intensité maximale).

Un algorithme qui détecte automatiquement l'arcade dentaire à partir d'une image CBCT est décrit dans cette section. Nous utilisons la projection axiale d'intensité maximale (MIP) de l'image CBCT qui peut représenter la structure globale des dents18,23,24,25,26,27,28,29,30. Une image MIP des tranches axiales dans une plage spécifiée est souhaitable pour détecter l'arcade dentaire. Pour distinguer la mâchoire des dents dans l'image MIP axiale, la plage de génération de l'image MIP axiale doit être choisie de manière appropriée18. Si la plage de tranches est trop large, un excès de tissu osseux se superpose à l'image MIP axiale, ce qui complique la détection de l'arcade dentaire. D'autre part, il est possible que la région d'intérêt ne soit pas incluse lorsque la plage de tranches est trop étroite. Dans ce travail, nous avons déterminé automatiquement la plage de tranches à l'aide d'une image MIP coronale.

Tout d'abord, un masque binaire dentaire (Fig. 2b) est acquis en appliquant un seuil, qui a été déterminé empiriquement à partir de l'ensemble de données cliniques, à l'image MIP coronale (Fig. 2a). Un histogramme qui trace le nombre de pixels positifs dans chaque ligne de l'image du masque est préparé (Fig. 2c). À partir de l'histogramme, nous définissons les limites supérieure et inférieure des dents dans l'axe des lignes en seuillant les comptages. Ensuite, la plage de tranches axiales est définie en autorisant une marge supplémentaire de 20 tranches qui a également été déterminée empiriquement dans ce travail (Fig. 2d). Enfin, une image MIP axiale est obtenue à partir de l'image CBCT originale en utilisant la plage axiale sélectionnée (Fig. 2e).

Plage de la coupe axiale contenant les dents. (a) Image MIP coronale, (b) Image masquée des dents. (c) Histogramme de l'axe Y de l'image du masque dentaire, (d) Plage sélectionnée de la tranche axiale, (e) Image MIP axiale.

Après avoir acquis l'image MIP axiale appropriée, nous détectons l'arcade dentaire sur la base d'un ajustement parabolique dans l'image MIP axiale. L'arcade dentaire comprenant les dents et l'os de la mâchoire peut être obtenue en reliant en douceur la parabole représentant les dents et la parabole représentant l'os de la mâchoire, comme illustré à la Fig. 3. Tout d'abord, un masque dentaire est acquis en appliquant un seuil à l'image MIP axiale (Fig. 3b). Ensuite, après avoir divisé le masque dentaire uniformément dans la direction angulaire par rapport au centre de l'image, le point médian des dents masquées à l'intérieur de chaque case angulaire est marqué comme point d'ajustement. L'algorithme RANSAC (RANdom Sample Consensus) a été appliqué aux points marqués pour obtenir la parabole d'ajustement aux dents31. La parabole d'ajustement maxillaire a été obtenue en ajustant une parabole reliant les points marqués des molaires et les pointes de la mâchoire correspondante (Fig. 3c). Enfin, la parabole d'ajustement de la mâchoire et la parabole d'ajustement des dents ont été fusionnées en utilisant une fonction de pondération cosinus près des points d'intersection pour les connecter en douceur, ce qui a entraîné la délimitation de l'arcade dentaire (Fig. 3d).

(a) Image MIP axiale, (b) Ajustement de la trajectoire des dents, (c) Ajustement de la trajectoire de l'os de la mâchoire, (d) Détection de l'arcade dentaire.

Après avoir acquis l'arcade dentaire appropriée, l'arcade dentaire acquise est utilisée pour établir une trajectoire de balayage panoramique. A nouveau, on note que la trajectoire de balayage panoramique virtuel peut être établie en décalant la trajectoire de balayage panoramique de référence en fonction de l'arcade dentaire du patient. Dans cette étude, la trajectoire de balayage panoramique conventionnelle du fabricant a été utilisée comme trajectoire de référence.

Il existe deux défis majeurs dans l'imagerie panoramique virtuelle telle que proposée dans ce travail : la synthèse de données de projection panoramique à partir de données de projection à faisceau conique en demi-éventail et la compensation de non-uniformité d'intensité sur le FOV panoramique. Dans ce qui suit, nous abordons ces défis et solutions un par un.

Comme le montrent les Fig. 4a et b, il existe certaines différences entre le système de balayage panoramique et le système de balayage CBCT. Contrairement au système de balayage panoramique, le système de balayage CBCT dentaire utilise un détecteur large mais utilise un mode de détection à demi-ventilateur avec un décalage. De plus, alors que l'axe de rotation du système de balayage dentaire CBCT est fixe, l'axe de rotation du système de balayage panoramique se déplace le long d'un segment de ligne pour minimiser le chevauchement des images des dents pendant un balayage.

(a) Système de balayage panoramique. (b) Système de numérisation CBCT dentaire. (c) Trajectoire panoramique initiale et problème d'échantillonnage. (d) Modification de la trajectoire de balayage panoramique.

En raison du mouvement de l'axe de rotation dans le système de balayage panoramique et de l'asymétrie de l'angle d'éventail du détecteur dans le système CBCT dentaire, certaines données de projection de la trajectoire de balayage panoramique définie ne peuvent pas être obtenues à partir des données de projection CBCT dentaire, comme illustré à la Fig. 4c. La partie supérieure droite de la queue de l'arcade dentaire, représentée par le segment de ligne jaune, dans ce travail serait sujette à une telle perte de données. La raison pour laquelle des données de projection panoramique spécifiques ne peuvent pas être extraites des données de projection CBCT dentaires est que le trajet du faisceau est trop éloigné de l'axe de rotation fixe du système CBCT dentaire pour être couvert par l'angle d'éventail court du détecteur de décalage. Dans ce travail, nous avons approximé les données de projection panoramique manquantes en étendant la plage de balayage panoramique virtuel afin que les données de projection CBCT qui couvrent la queue jaune de l'arcade dentaire puissent être utilisées pour la tomosynthèse panoramique, comme illustré à la Fig. 4d. L'extension de la trajectoire de balayage panoramique virtuel permet ainsi au trajet du faisceau de la vue correspondante d'être plus proche de l'axe de rotation du système de balayage CBCT dentaire.

Après avoir défini une trajectoire de balayage panoramique virtuel comme décrit ci-dessus, les données de projection panoramique virtuelle ont été extraites des données de projection CBCT. Étant donné que les positions de la source le long d'une trajectoire de balayage panoramique ne chevauchent pas exactement celles le long d'une trajectoire de balayage CBCT, l'appariement des rayons et le rebinning sont nécessaires. Le faisceau panoramique cible a d'abord été transformé en un faisceau parallèle par rebinning parallèle en éventail32. Après cela, le faisceau CBCT correspondant au faisceau panoramique cible a été trouvé en convertissant le faisceau parallèle en un faisceau en éventail selon le système CBCT. Les géométries du faisceau panoramique et du faisceau CBCT sont illustrées à la Fig. 5. Tout d'abord, nous convertissons le faisceau panoramique en faisceau parallèle, comme illustré à la Fig. 5a. Sop représente la position de la source du balayage panoramique, le plan du détecteur Dp et Op représente l'axe de rotation. \({\upbeta }_{\mathrm{p}}\) représente l'angle de la source du faisceau panoramique, \({\upgamma }_{\mathrm{p}}\) représente l'angle du ventilateur et \(\uptheta\) représente l'angle du faisceau parallèle correspondant. \({\mathrm{u}}_{\mathrm{p}}\) représente la coordonnée du détecteur de faisceau panoramique, \({\mathrm{s}}_{\mathrm{p}}\) représente la coordonnée virtuelle du détecteur de faisceau en éventail, \({\mathrm{t}}_{\mathrm{t}}_{\mathrm{p}}\) représente la coordonnée parallèle radiale, D est la distance entre la source et l'axe de rotation et R est la distance entre l'axe de rotation et la surface du détecteur. La relation entre \(\left(\uptheta ,{\mathrm{t}}_{\mathrm{p}}\right)\) et \(\left({\upbeta }_{\mathrm{p}},{\upgamma }_{\mathrm{p}},{\mathrm{s}}_{\mathrm{p}}\right)\) est donnée par l'équation. (1).

(a) Géométrie du faisceau panoramique. Position de la source ; Position du détecteur ; Centre de rotation), (b) Géométrie du faisceau CBCT. (\({\mathbf{S}\mathbf{o}}_{\mathbf{c}}\), position de la source ; \({\mathbf{D}}_{\mathbf{c}}\), position du détecteur ; \({\mathbf{O}}_{\mathbf{c}}\), centre de rotation).

Comme le montrent les Fig. 5b, le faisceau parallèle est à nouveau converti en un faisceau en éventail CBCT. \({\mathrm{So}}_{\mathrm{c}}\) représente la position de la source du système de balayage CBCT, \({\mathrm{D}}_{\mathrm{D}}_{\mathrm{c}}\) le plan du détecteur et \({O}_{\mathrm{c}}\) représente l'axe de rotation. Contrairement à \({O}_{p}\), \({O}_{\mathrm{c}}\) a une position fixe. \({\upbeta}_{\mathrm{c}}\) représente l'angle de la source du faisceau CBCT, \({\upgamma}_{\mathrm{c}}\) représente l'angle de l'éventail, \({\mathrm{s}}_{\mathrm{c}}\) représente la coordonnée virtuelle du détecteur de faisceau en éventail, \({\mathrm{t}}_{c}\) représente la coordonnée virtuelle du détecteur de faisceau en éventail la coordonnée parallèle radiale. La relation entre \(\left(\uptheta ,{\mathrm{t}}_{\mathrm{p}},{t}_{c}\right)\) et \(\left({\upbeta}_{\mathrm{c}},{\upgamma}_{\mathrm{c}},{\mathrm{s}}_{\mathrm{c}}\right)\) est donnée par l'équation. (2).

Nous pouvons convertir le faisceau panoramique \(\left({\upbeta}_{\mathrm{p}},{\upgamma}_{\mathrm{p}},{\mathrm{s}}_{\mathrm{p}}\right)\) en faisceau CBCT \(\left({\upbeta}_{\mathrm{c}},{\upgamma}_{\mathrm{c}} }},{\mathrm {s}}_{\mathrm{c}}\right)\) en utilisant les deux ensembles d'équations. Dans ce procédé, les données de projection panoramique peuvent être extraites des données de projection CBCT le long de la trajectoire de balayage de projection panoramique virtuelle.

Le deuxième problème à résoudre est la correction d'atténuation dans la synthèse de données de projection panoramique. Dans les rayons de projection qui traversent la vertèbre cervicale notamment, les intégrales des rayons des coefficients d'atténuation sont beaucoup plus élevées que celles des rayons de projection qui ne traversent pas la vertèbre cervicale. Dans les systèmes de balayage panoramique existants, les projections de faible intensité causées par les vertèbres cervicales sont généralement compensées en augmentant l'énergie du faisceau ou en augmentant efficacement l'exposition dans la plage de balayage pertinente. Cependant, dans le cas d'une synthèse de données de projection panoramique à partir de données de projection CBCT, l'intensité du faisceau dans le domaine de projection brut doit être corrigée de manière appropriée par le logiciel.

Comme on peut le voir sur la figure 6, les données de projection panoramique synthétisées présentent une non-uniformité substantielle, et cette non-uniformité se traduit directement dans l'image panoramique reconstruite. Dans cette étude, après avoir calculé la valeur moyenne des pixels de l'ensemble des données de projection panoramique (\({\mathrm{m}}_{\mathrm{tot}}\)) et la valeur moyenne des pixels de chaque donnée de projection (\({\mathrm{m}}_{\mathrm{proj}}\)), un poids approprié pour chaque donnée de projection est calculé en fonction du rapport des valeurs moyennes des pixels (\({\mathrm{w}}_{\mathrm{proj}}= {\ mathrm{m}}_{\mathrm{tot}}/{\mathrm{m}}_{\mathrm{proj}}\)). Le facteur de pondération vue par vue ainsi acquis a ensuite été multiplié à tous les pixels de la projection correspondante.

(À gauche) La valeur moyenne en pixels des données de projection panoramique en fonction de la position angulaire, (À droite) la valeur moyenne en pixels de l'image panoramique en fonction de la position angulaire.

Une image panoramique est maintenant reconstruite à l'aide des données de projection panoramique acquises. Dans cet article, la méthode de reconstruction d'image panoramique basée sur la tomosynthèse, qui est fréquemment utilisée dans le système de balayage panoramique conventionnel, a été utilisée. La méthode de reconstruction d'image panoramique basée sur la tomosynthèse utilise la méthode de décalage et d'addition avec des quantités variables de décalage pour produire des images planes multifocales10,12. La position du plan focal sur lequel l'image panoramique est formée dépend de la quantité de décalage10,12. Lorsque la quantité de décalage augmente, un plan focal est généré plus loin de la source ; et lorsque la quantité de décalage diminue, un plan focal est généré plus près de la source. Il est donc possible de créer une image panoramique de plusieurs coupes avec différentes profondeurs de focalisation le long de l'arcade dentaire. Pour obtenir une seule image panoramique avec la meilleure mise au point, une méthode de mise au point automatique est appliquée qui divise l'image découpée en patchs et trouve et combine ceux avec la plus grande netteté. Nous renvoyons à notre publication précédente pour plus de détails sur la méthode de mise au point automatique12. Enfin, l'algorithme d'amélioration des bords suivant a été appliqué pour augmenter la visibilité de l'image panoramique acquise18.

, où \({\alpha }_{\mathrm{n}}\) désigne les facteurs de pondération utilisés pour contrôler le niveau de détails et \({G}_{n}\) représente une image filtrée gaussienne 2D de l'image panoramique d'origine \({I}_{0}\). Les valeurs de \({\alpha }_{\mathrm{n}}\) utilisées dans ce travail ont été fixées empiriquement par : \({\alpha }_{0}=1.0,{\alpha }_{1}=1.0,{\alpha }_{2}=1.5,{\alpha }_{3}=1.5\). Les tailles des fonctions de filtrage gaussiennes étaient : \({\upsigma }_{\mathrm{G}1}=2,4,{\upsigma }_{\mathrm{G}2}=4,8,{\upsigma }_{\mathrm{G}3}=19,2\). \(I\) représente l'image panoramique finale.

Les données de projection CBCT dentaires cliniques de 40 patients ont été recueillies rétrospectivement après l'anonymisation dans le cadre de l'approbation de toutes les méthodes par le comité d'examen institutionnel (IRB) et la renonciation au consentement éclairé par la clinique dentaire Well à Teheran-ro, Séoul, République de Corée. Toutes les méthodes de ce travail ont été réalisées conformément aux directives et aux règlements de Well Dental Clinic IRB. De plus, un fantôme de tête a été scanné pour une étude comparative. Les ensembles de données ont été acquis à l'aide d'un scanner rainbow CT (Dentium, République de Corée) avec des paramètres de 94 kVp, 8 mA (mode pulsé). Le scanner CBCT utilisé dans cette étude est un appareil 2 en 1 avec une capacité de balayage panoramique. Les paramètres de numérisation utilisés dans le système de numérisation CBCT et le système de numérisation panoramique sont résumés dans le tableau 1.

La méthode proposée a été testée sur un ordinateur avec les spécifications suivantes (Intel(R) Core(TM) i7-10700 K CPU 3.80 GHz, 64 GB RAM, NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti, Windows 10). La méthode a été implémentée en utilisant la bibliothèque CUDA pour l'accélération. Le temps d'exécution moyen nécessaire pour acquérir des données de projection panoramique était d'environ 5,5 s, et la reconstruction de l'image a pris environ 6,2 s.

Pour vérifier les effets de la correction de la trajectoire du balayage panoramique et de la correction de l'intensité du faisceau, des images panoramiques sans chaque correction ont été acquises et comparées sur la Fig. 7. Sur la Fig. 7a, l'image panoramique sans correction de l'intensité du faisceau montre que la zone incisive utilisant les données de projection passant par la vertèbre cervicale a une intensité significativement élevée par rapport aux autres zones. À moins que l'intensité du faisceau ne soit corrigée, la visibilité globale est réduite. De plus, comme on peut le voir sur l'image panoramique sans correction de trajectoire de balayage panoramique (Fig. 7b), lorsque la trajectoire de balayage panoramique n'est pas corrigée, certaines des données de projection ne sont pas échantillonnées. Ainsi, la visibilité globale est également compromise.

(a) Une image panoramique sans correction d'intensité de faisceau, (b) Une image panoramique sans correction de trajectoire de balayage panoramique. ( c ) Une image panoramique avec à la fois l'intensité du faisceau et la correction de la trajectoire de balayage.

Pour la comparaison de la qualité d'image, une image panoramique acquise avec un système de balayage panoramique (Fig. 8a) et une image panoramique synthétisée à partir d'un volume d'image CT (Fig. 8b) à l'aide d'une méthode conventionnelle, qui est brièvement décrite dans la partie d'introduction, ont été comparées avec une image panoramique acquise à l'aide de la méthode proposée (Fig. 8c). La figure 8a est considérée comme un étalon-or.

(a) Une image panoramique obtenue par le système de balayage panoramique, (b) Une image panoramique synthétisée à partir de l'image CBCT dentaire, et (c) Une image panoramique obtenue par la méthode proposée.

L'image panoramique obtenue à partir de l'image CBCT (Fig. 8b) montre la structure globale des dents du patient, mais la résolution de l'image panoramique est plutôt médiocre. De plus, on observe que l'artefact métallique de l'image CBCT reste dans l'image panoramique sous forme de nuances striées près de l'objet métallique. Sur la figure 8c, il est confirmé que la résolution de l'image reconstruite par le procédé proposé est supérieure à celle d'une image panoramique directement obtenue à partir d'une image CBCT. L'image CBCT est composée de pixels d'une taille de 0,31 mm alors que l'image panoramique est présentée par des pixels d'une taille de 0,11 mm. Étant donné que la méthode proposée utilise des données de projection originales CBCT dont la taille de pixel du détecteur est de 0,24 mm, l'image panoramique résultante a une résolution spatiale plus élevée. Il est également à noter que la résolution spatiale de l'image panoramique réelle est la plus élevée puisque la taille du pixel du détecteur est plus petite et le nombre de vues de projection est plus grand que ceux de CBCT, respectivement.

L'arcade dentaire et l'axe de balayage panoramique virtuel extraits par la méthode proposée pour divers cas cliniques sont illustrés à la Fig. 9. Comme le montre la figure, il est confirmé que l'arcade dentaire et l'axe de balayage panoramique virtuel sont systématiquement formés non seulement lorsque toutes les dents sont présentes (Fig. 9a–c) mais aussi lorsqu'il existe de graves artefacts métalliques (Fig. 9d–f) ou des dents manquantes (Fig. 9g–i).

Trajectoire de l'arcade dentaire et du panoramique extraite du cas clinique. (a–c) Cas où toutes les dents sont présentes, (d–f) Cas avec de nombreuses prothèses métalliques, et (g–i) Cas de dents manquantes.

Les images panoramiques reconstruites par la méthode proposée pour les cas cliniques sont présentées à la Fig. 10. Des images panoramiques de qualité ont été obtenues à partir des données cliniques de divers cas. Même dans les cas d'artefacts métalliques graves, des images panoramiques ont été acquises avec succès sur la base de la trajectoire de balayage panoramique établie. De plus, dans les cas de nombreuses dents manquantes, les images panoramiques harmonisent naturellement la partie sans dents et la partie avec dents.

Images panoramiques obtenues à l'aide de la méthode proposée. (a–c) Cas où toutes les dents sont présentes, (d–f) Cas avec de nombreuses prothèses métalliques, et (g–i) Cas de dents manquantes.

Pour comparer la méthode proposée avec la méthode basée sur l'image CBCT, ou une méthode conventionnelle, dans le cas clinique qui présente de graves artefacts métalliques, nous montrons les images reconstruites à la Fig. 11. Comme le montre l'encadré rouge de la Fig. 11a, les dents entre la prothèse peuvent apparaître plus sombres en raison du durcissement du faisceau qui contribue principalement aux artefacts d'image métallique en TDM. Cependant, dans le cas de la méthode proposée, puisque des données de projection panoramique étroite sont extraites et utilisées, les effets de la prothèse sont bien moindres. Les images agrandies de la boîte jaune de la Fig. 11 révèlent également que la reconstruction d'image panoramique basée sur l'image CBCT peut perdre une anatomie substantielle en raison de la mauvaise qualité d'image du CBCT avec de graves artefacts d'image.

(a) Une image panoramique synthétisée à partir de l'image CBCT dentaire en utilisant une méthode conventionnelle, (b) Une image panoramique obtenue par la méthode proposée.

La méthode de synthèse d'images panoramiques à partir d'images CBCT dentaires est fortement soumise non seulement à la qualité d'image du CBCT mais également à la précision de l'arcade dentaire. Nous avons développé une méthode fiable de délimitation de l'arcade dentaire qui peut être utile à la fois pour la méthode basée sur l'image CBCT et la méthode de synthèse de données proposée, bien que la méthode basée sur l'image CBCT souffre toujours de la dégradation de la qualité de l'image en raison d'artefacts d'image tels que les artefacts métalliques. Il a été démontré avec succès que la méthode de reconstruction d'image panoramique proposée peut reconstruire de manière robuste les images dans divers cas cliniques et que la méthode proposée surpasse la synthèse d'image panoramique basée sur l'image CBCT existante. En particulier, les avantages de la méthode proposée par rapport à celle existante dans les cas avec de graves artefacts métalliques dans les images CBCT ont été mis en évidence.

L'un des points forts de la méthode proposée réside dans la sélection flexible de l'arcade dentaire et de sa trajectoire de balayage panoramique virtuel associée une fois que les données de projection CBCT sont disponibles. La figure 12 montre un exemple de démonstration d'une telle flexibilité. Lorsque la tête du patient est positionnée avec un désalignement angulaire, comme illustré sur la figure 12a, cela peut entraîner une arcade dentaire inclinée ou déformée et, par conséquent, une image panoramique désalignée, comme illustré sur la figure 12b. On peut faire pivoter l'image CBCT d'origine et recalculer l'arcade dentaire et la trajectoire de numérisation panoramique virtuelle, comme illustré à la Fig. 12c. L'image panoramique acquise à partir de cette trajectoire virtuelle modifiée fournit une image sans distorsion, comme illustré sur la figure 12d. De nos jours, les approches automatisées axées sur l'intelligence artificielle sont activement étudiées et déployées dans diverses procédures de traitement d'images cliniques. Bien que nous pensons que de telles innovations peuvent également trouver des applications dans la détection des arcades dentaires, la construction de trajectoires panoramiques virtuelles, etc., nous pensons que la comparaison avec de telles techniques dans cet article dépasse le cadre.

(a) L'arcade dentaire détectée et la trajectoire de balayage panoramique lorsque la tête du patient est mal alignée, (b) Une image panoramique obtenue par la méthode proposée. (c) Arc dentaire et trajectoire de scan panoramique extraits après réalignement de la tête, (d) Une image panoramique obtenue par la méthode proposée.

Notons à nouveau que la méthode proposée ne vise pas à remplacer le système d'imagerie panoramique utilisé dans le diagnostic initial, qui est assez souvent pratiqué dans les cliniques sans passer de scanner CBCT. Dans diverses applications cliniques, après l'imagerie CBCT, notre approche constituerait un moyen plus efficace de synthétiser une image panoramique virtuelle que la synthèse d'image panoramique basée sur l'image CBCT. Nous notons également que les effets de grossissement, s'il existe une différence de distance source-détecteur dans le système panoramique virtuel et le système de balayage panoramique réel, peuvent exister dans les images produites par la méthode proposée par rapport aux images panoramiques réelles.

Dans cette étude, une méthode de reconstruction d'image a été proposée pour obtenir une image panoramique virtuelle à partir des données de projection CBCT au lieu d'utiliser directement une image CBCT. Il se compose de la délimitation de l'arcade dentaire, de la mise en place d'une trajectoire de balayage panoramique virtuel, du recrutement de données panoramiques virtuelles à partir de la projection CBCT, de la reconstruction des tranches d'image panoramique et de la composition de l'image panoramique finale en appliquant une technique de mise au point automatique. La méthode proposée a reconstruit avec succès des images panoramiques même en présence d'artefacts métalliques graves ou de dents manquantes dans les images CBCT. On pense que la méthode proposée joue un rôle important dans diverses procédures dentaires qui nécessitent des images panoramiques au-dessus des images CBCT.

Les ensembles de données générés et/ou analysés dans cette étude ne sont pas accessibles au public en raison des restrictions sous licence pour l'étude en cours, mais sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Cette recherche a été financée en partie par la Korea National Research Foundation [NRF-2018M3A9E9024949, NRF-2021M3I1A1097909] et par le ministère des Sciences et des TIC (MSIT, Corée) et le ministère du Commerce, de l'Industrie et de l'Énergie (MOTIE, Corée) [Numéro de projet : 20014921].

Département de génie nucléaire et quantique (NQE), Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon, 34141, Corée

Taejin Kwon, Da-in Choi, Jaehong Hwang, Taewon Lee et Seungryong Cho

Département des TIC, Dentium Co., Ltd., Suwon, Corée

Inje Lee

KAIST Institutes for ITC and HST, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon, 34141, Corée

Seungryong Cho

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L'auteur principal de TK a contribué à la présentation et à l'application de la méthodologie de l'article. A contribué à l'acquisition et à l'analyse de l'image panoramique. à la présentation de la méthodologie de base de l'étude. Contribution à la rédaction et à la révision globales de l'article en tant qu'auteur correspondant.

Correspondance avec Seungryong Cho.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Kwon, T., Choi, Di., Hwang, J. et al. Imagerie de tomosynthèse dentaire panoramique à l'aide de données de projection CBCT. Sci Rep 13, 8817 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35805-1

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Reçu : 18 novembre 2022

Accepté : 24 mai 2023

Publié: 31 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35805-1

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