L imagerie dentaire 3 D.

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1 L imagerie dentaire 3 D. Tomographie, tomodensitométrie, Scanner (Ct Scan), tomographie volumétrique à faisceau conique ou CBCT (Cone Beam Computerized Tomography) tous ce termes font appel à la reconstitution 3 D du crâne ou d une partie du crâne. La nécessité d avoir recours à la représentation tridimensionnelle afin de déterminer, par exemple, le site des implants, la positon d une troisième molaire incluse, l analyse de l articulation tempo-mandibulaire ou simplement la nécessité de déterminer la surimposition des différentes structures normales ou pathologiques a accéléré le développement de toutes ces techniques. Depuis 1990 nous utilisons cette technologie mais ce n est que de puis peu qu elle devient plus populaire en dentisterie. Nous vous présenterons dans un premier temps la technologie «scanner» qui est constitué de multiples coupes de la région qui nous intéresse et dans un second temps, la radiologie volumétrique ou «Cone Beam» (tomographie à faisceau conique) plus récente qui fait appel à la reconstruction volumétrique de l objet. L imagerie dentaire 3D Page 1

2 Principe du scanner L image tomodensitométrique fait appel aux rayons X et repose sur l absorption différentielle du rayonnement par les différentes structures anatomiques traversées. Le faisceau de rayons X est étroitement collimaté, réalisant des coupes fines (0,5 à 1 mm d épaisseur) du sujet traversé (ici les maxillaires). Les récepteurs du rayonnement sont constitués par des détecteurs électroniques qui transforment le rayonnement en signal électrique, lui même traduit en information numérique traitée par ordinateur. Le scanner ou tomodensitomètre permet la mesure précise de la densité des structures étudiées. Technique du scanner Technique de réalisation du scanner Des coupes axiales (perpendiculaires à l axe du corps) infra-millimétrique sont réalisées selon un plan parallèle au plan occlusal. L utilisation d un guide radio-chirurgical est préférable, afin de reporter en bouche du patient les constatations issues de l analyse scanographique, et son usage est de plus en plus fréquent. L imagerie dentaire 3D Page 2

3 Les reconstructions bi dimensionnelles comprennent : - des reconstructions coronales, perpendiculaires à la courbure des maxillaires pratiquées tous les mm et tous les 2 mm. Les images étant reproduites grandeur nature (échelle 1:1), on peut mesurer l épaisseur et la hauteur de l os disponible avec une simple règle graduée sur chaque reconstruction perpendiculaire. On peut aussi utiliser des calques des implants prévus, fournis par les producteurs d implant à l échelle 1/1. Sur des reconstructions espacées tous les 2 mm, il suffit de s assurer que la silhouette de l implant choisi est complètement incluse dans le volume osseux de trois images adjacentes (mésiale, centrale et distale) pour valider le site implantaire en ce qui concerne le volume osseux. - des reconstructions panoramiques, qui sont parallèles à la ligne tracée, donc à la courbure du maxillaire. Aucune mesure n est à réaliser sur ces «panoramiques» qui ne constituent que des images de «repérage» pour les reconstructions perpendiculaires. Les reconstructions tri-dimensionnelles sont de plusieurs types : les reconstructions de surface, ayant un intérêt limité en implantologie, sont utiles en cas de perte de substance importante, surtout en pathologie congénitale (malformations, fentes palatines...) et en traumatologie complexe ; les reconstructions d opacité variable permettent de visualiser en trois dimensions les rapports d implants ou de structure intra-osseuse avec les obstacles. Optimisation de la dosimétrie Elle permet la limitation de la dose délivrée et s obtient d une part, par la justification de chaque examen, en se limitant à ses indications (dont l implantologie) et d autre part, en limitant la dosimétrie par l utilisation, par un radiologue entraîné, de scanner 64 barrettes, autorisant des temps de pose limité à 1 ou 2 secondes, de constantes minimales: baisse de la tension (80 à 120 kv), de l intensité (40 à 100 ma) et d une hauteur limitée du volume d os alvéolaire étudié au strict nécessaire. Avantages Les avantages de l examen tomodensitométrique par rapport aux techniques radiologiques classiques sont fondamentaux. Ce sont l étude mensuratrice du volume osseux dans les trois dimensions et une approche plus fiable de la qualité de l os disponible. L imagerie dentaire 3D Page 3

4 L étude du volume osseux disponible L étude du volume osseux disponible dans un site choisi dépend de l épaisseur de l os au niveau de la crête et sur toute la hauteur du procès alvéolaire, et de la hauteur d os disponible du sommet de la crête jusqu au premier obstacle anatomique. Au maxillaire : 1. Les sinus présentent des variantes anatomiques et des aspects pathologiques. Normalement, les sinus sont des cavités aériennes parfaitement «noires», cernées par une paroi osseuse dense (blanche) et fine, et tapissées en dedans par une muqueuse fine, non visible habituellement, la membrane de Schneider; le méat moyen, orifice de drainage principal vers la fosse nasale, situé au sommet de la paroi interne sinusienne, au niveau du plancher orbitaire, est perméable. Les variantes du normal sont les suivantes : - sinus hypoplasiques de façon souvent unilatérale, surmontant un volume osseux important, même en zone édentée ; - sinus hyperplasiques surmontant un volume osseux réduit ; - sinus cloisonnés, rendant parfois difficile une greffe sous-sinusienne et pouvant permettre une implantation dans la cloison. Les aspects pathologiques sont les suivants : - sinus anormaux, notamment en cas d édentement ancien, le sinus s évaginant en bas et en avant, participant - à l atrophie de l os alvéolaire sous-jacent ; - sinus inflammatoire : sinusite d origine inflammatoire et/ou allergique dont les causes dentaires sont fréquentes, notamment en cas de sinusite unilatérale. Les causes dentaires sont dominées par le kyste ou le granulome apical, ayant rompu le plancher sinusien, envahi la muqueuse et la cavité sinusienne; il peut s agir aussi de pâte dentaire intra-sinusienne qui peut être à l origine d une sinusite chronique voire d une aspergillose sinusienne ; les communications bucco-sinusiennes, souvent dues à une avulsion dentaire notamment des dents de sagesses, peuvent aussi entraîner une sinusite. - Enfin, l éventualité d une tumeur maligne d origine sinusienne (épithélioma) de même que d un os pathologique (dysplasie fibreuse et autres dystrophies) est une contre-indication de l implantation. 2. Les fosses nasales peuvent être aussi un obstacle en cas d atrophie osseuse sous-jacente. Elles peuvent présenter une déviation de la cloison et/ou un aspect bulleux des cornets moyens L imagerie dentaire 3D Page 4

5 (concha bullosa) pouvant participer à l obstruction d une narine voire d un méat moyen ; elles peuvent être aussi le siège de pathologie inflammatoire ou tumorale. 3. Le canal palatin antérieur peut aussi constituer un obstacle en cas d édentement incisif central. Un kyste du canal palatin peut aussi être un obstacle à l implantation. 4. Si les apophyses ptérygo-palato-maxillaires sont choisies comme site implantaire, les obstacles anatomiques que constituent l artère palatine descendante, l artère maxillaire et sa branche collatérale alvéolaire postéro-supérieure sont à éviter autant que possible. À la mandibule : Les obstacles anatomiques sont les suivants : 1. Le canal mandibulaire qui présente aussi des variantes intéressantes à connaître. Typiquement le canal naît en arrière au niveau de l épine de Spix, de la corticale linguale. Il se dirige, sur un plan quasi linéaire, en avant et en dehors pour donner le foramen mentonnier, vestibulaire. Les variantes du normal concernent : - le trajet du canal, qui peut être soit totalement lingual sur tout son trajet, offrant la possibilité d implanter en dehors de lui, en vestibulaire, soit plus rarement totalement vestibulaire, soit récurent, son trajet décrivant une courbe antérieure juste avant de donner le foramen mentonnier. Cette récurrence ou trajet rétrograde est fréquente, habituellement limitée à 2 ou 3 mm, mais pouvant atteindre 1 cm. - son siège : il peut être haut situé, voire crestal en cas d atrophie sévère ; - l aspect du canal qui est rarement dédoublé, le plus souvent de façon partielle. Le canal est parfois difficile à mettre en évidence, surtout en cas de déminéralisation ; c est parfois la confrontation des différents plans de coupes par un radiologue entraîné qui permet de le situer. 2. Le trou ou foramen mentonnier : typiquement, il s ouvre à mi-hauteur du procès alvéolaire et est situé soit à l apex de la deuxième prémolaire, soit entre les apex des deux prémolaires. Ses variantes concernent son siège et son nombre. Le siège peut être soit situé très haut voire au niveau de la crête, soit plus antérieur, en regard de la première molaire, soit plus postérieur, en avant de la première molaire. Il peut exister des trous mentonniers doubles, soit sur un plan vertical, soit sur le plan mésiodistal. 3. Le canal incisif mandibulaire s étendant du canal mandibulaire jusqu à l apex de l incisive centrale, contient une branche trophique du nerf mandibulaire et n est pas considéré comme un véritable obstacle. 4. La lacune de Stafné est une variante du normal correspondant à une cavité mandibulaire linguale postérieure, occupée par des éléments glandulaires salivaires et/ou des reliquats graisseux. L imagerie dentaire 3D Page 5

6 L étude de la qualité de l os disponible Elle est au mieux jugée sur les coupes axiales. Elle est appréciée par l étude de la densité de l os spongieux et de l épaisseur des corticales, mesurée en mm. Dans certains cas, les corticales peuvent apparaître très épaisses, voire exubérantes : c est le cas du «torus» palatin ou lingual, variantes du normal permettant dans certains cas un appui cortical confortable, voire un prélèvement autogène généreux d os cortical. Artefacts et limites du scanner Les Artéfacts Ce sont les altérations de l image qui rendent celle-ci peu ou non interprétable. Les artéfacts de mouvement ou cinétiques sont dus aux mouvements du patient lors de la réalisation des coupes axiales. Ils sont responsables de mesures erronées, dangereuses en implantologie, mais sont de plus en plus rares du fait de la plus grande rapidité de réalisation des coupes axiales (1 à 10 secondes d immobilité requise). Cependant, ils peuvent être discrets et sont à dépister par un radiologue expérimenté. Les artéfacts métalliques, quand ils sont dus aux couronnes, sont peu gênants car en général, l édentement est responsable d une résorption refoulant les crêtes alvéolaires édentées à distance des couronnes. Seuls les tenons intra-canalaires et certains piliers implantaires sont parfois gênants. Les pièges Ils concernent surtout les reconstructions panoramiques: ce sont des fausses images de pseudo kyste dues au passage de la ligne de reconstruction en région vestibulaire ou linguale. C est pourquoi ces images panoramiques doivent être utilisées uniquement pour repérer les reconstructions perpendiculaires. Les autres limites du scanner La limite en résolution, notamment sur les reconstructions et en cas d os très déminéralisé, peut rendre difficile la distinction du canal mandibulaire, comme nous l avons vu. Une autre limite est due au fait que théoriquement les reconstructions perpendiculaires sont strictement L imagerie dentaire 3D Page 6

7 orthogonales aussi au plan d acquisition axial. Or, le trajet implantaire est souvent plus ou moins divergent par rapport au plan occlusal tant dans le plan vestibulo-lingual que dans le plan mésiodistal. Les logiciels de reconstruction multiplanaire permettent la pratique de reconstructions obliques, dans l axe d un guide radio-chirurgical incliné dans le sens mesio-distal. Conclusion sur le scanner L examen tomodensitométrique permet de poser avec rigueur l indication opératoire, évitant les interventions chirurgicales inutiles et permettant a contrario la mise en place d implants qui paraissaient impossibles sur les seules données du panoramique dentaire. Il permet en outre une stratégie opératoire permettant de prévoir au mieux le nombre, la répartition, le diamètre, la longueur et l orientation optimale des implants, en fonction du volume osseux disponible, ainsi que de sa qualité et du projet prothétique. Enfin, l examen tomodensitométrique a un intérêt médico-légal aujourd hui reconnu et est toujours considéré comme l examen de référence en implantologie. Tiré de : Dr Norbert BELLAICHE, Radiologie conventionnelle et scanner en implantologie, L imagerie dentaire 3D Page 7

8 La radiologie volumétrique (CBVI ou CBCT) Pour commencer établissons la différence entre le «scanner» (CTScan) et la tomographie volumétrique. Le scanner effectue des coupes linéaires à chaque révolution. Suivant sa précision (résolution) et le champ que l on souhaitera radiographier, il faudra effectuer un certain nombre de coupes pour un examen. Le tomographe volumétrique à faisceau conique, que nous appellerons CBCT pour faire plus rapide, travaille non plus sur un faisceau RX mince, mais avec un faisceau conique, ce qui lui permettra en une seule révolution de balayer l ensemble(*) de la zone à radiographier. Avec ce type d appareils la dose effective administrée au patient est environ 10 à 30 fois inférieure à celle dispensée par un CTScan, pour le même examen. Le faisceau de rayons X, de forme conique, traverse l objet à explorer avant d être analysé après atténuation par un système de détection. Le tube et le système de détection tournant autour du sujet (192 à 360 selon les constructeurs), plusieurs centaines d analyses (prises de vues) sont réalisées dans les différents plans de l espace, permettant après transmission des données à un ordinateur, la reconstruction volumique contenant l objet (ici, les maxillaires). Le volume étudié est composé de voxels dont le côté est de la taille d un pixel, mesuré en μm. L imagerie dentaire 3D Page 8

9 Avec notre CBCT, nous allons radiographier un patient. Tout d abord, le positionnement, bien que très important, n est pas aussi pointu et critique pour la qualité du résultat que sur un panoramique. Fig. : Section de l objet avec la technique panoramique La raison est extrêmement facile à comprendre: avec le panoramique, nous travaillons sur une épaisseur de coupe tomographique de quelques millimètres au niveau antérieur et de quelques centimètres au niveau postérieur. Avec notre CBCT, nous travaillons dans l espace, et n avons pas les mêmes contraintes de profondeur de coupe limitée, ni de chevauchement des structures (ex: de la voûte palatine avec les apex du bloc incisivo-canin...). Une fois notre patient positionné, nous préparons l informatique à une acquisition. La première chose à faire étant de déterminer une zone d examen (le champ). L imagerie dentaire 3D Page 9

10 Fig. : i-cat Ensuite, la résolution des images virtuelles. Il faut bien avoir à l esprit, pour travailler en 3D, et même pour le praticien correspondant qui demandera ce type d examen, que le poids d un examen est très lourd, en fichier informatique (de quelques dizaines de Mo à plusieurs centaines). Nous ne stockons pas des images, mais des piles d images qui, reconstituées par calculs, donneront alors des images 3D. Si vous souhaitez par exemple une résolution de 0,125 mm et l équivalent du champ 2D d un panoramique, comptez 500 ou 600 Mo de données. Votre disque dur de 250 Go, sera alors vite saturé. Ce qui est nouveau dans l esprit est donc le volume radiographié. Comme on le voit sur l image ci-avant, il faut donc intégrer une zone d examen dans ses prescriptions. Ce qui va être également très inhabituel, c est le résultat obtenu. Il n est pas question ici de se contenter de récupérer une ou deux images radiologiques. Soit il est possible d éditer une planche constituée de plusieurs vues, comme vous en recevez lors d examens avec scanner. L imagerie dentaire 3D Page 10

11 Soit vous recevrez (si vous n êtes pas équipé du CBCT et de sa station de travail) un fichier informatique, sous forme de CD ou DVD. Bien entendu, il est techniquement possible d envoyer le tout par , mais bien souvent les envois sont limités à quelques Mo par , reste alors la solution de serveur FTP. Les radiologues utilisent le DICOM, système de transcription et d envoi d imagerie médicale par le Net, mais ce protocole nécessite la détention de licence à un coût non négligeable, ou de travailler avec des versions limitées. L imagerie dentaire 3D Page 11

12 En restant pragmatique, vous pourrez recevoir ou envoyer le fichier d examen sur CD ou DVD, en joignant avec, «un Viewer», une «Visionneuse» qui permettra au correspondant, sans disposer du logiciel d application spécifique de pouvoir déplacer des lignes de coupes dans les trois axes X, Y et Z. Voici un écran de visualisation classique d un fichier images 3D, où vous pourrez de votre microordinateur déplacer la ligne de coupe dans l une des trois fenêtres des plans : Axial, Coronal et Sagittal. Il est également possible de lancer une reconstitution en pseudo 3D, à partir des images radiologiques. Mais dans la plupart des cas, cela ne sert à rien au niveau du diagnostic, sauf exception (ATM, Traumato ou Ortho, ORL,...). Mais laissons parler l image par elle-même L imagerie dentaire 3D Page 12

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17 Champs d application du CBCT (CBVI) Pour les dents incluses Pour la localisation du canal dentaire au mandibule Pour l étude des voies respiratoires tel que l apnée du sommeille. Pour la préparation des cas d endo. Pour l estimation de la distance puisque le ratio de représentation est de 1:1 Pour l évaluation des sinus Pour la visualisation des lésions ondontogéniques Pour la visualisation de l ATM Pour l évaluation des traumas Pour l installation des implants Pour créer des modèles virtuels 3D Pour l utilisation dans le CAD/CAM Pour l étude des structures osseuses tel que : déhiscence, fenestration, défauts parodontaux Artéfacts et limites du Cone Beam Artéfacts - cinétiques : Ils sont plus fréquents qu au scanner si les temps de pose sont plus longs. Une contention fiable est donc indispensable en Cone Beam ; - métalliques : Ils seraient moins importants sur certains Cone Beam bien calibrés alors que certains capteurs, surtout s ils sont mal calibrés, peuvent donner des artéfacts encore plus importants et plus gênants qu au scanner. L utilisation d algorithmes appropriés et/ou de logiciels éliminent ce problème. Objets causant des artéfacts : Artéfacts Restaurations d amalgame Bagues orthodromiques Couronnes Traitement de canal en pointes d argent Marqueur métallique ( metallic «ball») Feuille de plomb pour le marquage des implants sulfate de baryum (utiliser en tomographie) Pas d artéfacts La plus part des implants Gutta percha (endo) Gutta percha comme marqueur pour implant L imagerie dentaire 3D Page 17

18 Limites - en résolution spatiale : surtout en cas de pixel supérieur ou égal à 300 μm. Par contre, l utilisation de voxels isotopiques de petite taille (125 voire 80 μm) dans les trois plans de l espace permet une résolution spatiale meilleure qu en scanner. - en résolution en densité : d où l étude médiocre des parties molles et l incapacité à mesurer des densités. Cette limite affecte peu le domaine dentaire puisque c est ordinairement les tissus durs ou les cavités des ces tissus durs qui nous interpellent. Quelques points à retenir sur les CBCT - Ce type d appareil peut réaliser suivant la taille des coupes que l on aura programmées, de 100 à 600 coupes en une seule rotation! Cerise sur le gâteau, l émission de rayons X n est pas continue mais pulsée, ce qui veut dire que, par exemple, pour une rotation sur 360 de 20, on aura un temps de rayonnement effectif de seulement 3,5. C est ce qui explique l énorme facteur de différence avec le CT-Scan. - La taille des coupes peut être déterminée par avance en fonction du type d examen à pratiquer. On n aura pas les mêmes exigences en implanto et en ortho. En fonction de la qualité des appareils et de la taille de leurs voxels, on obtiendra des résultats de 2 à 4 paires de lignes / mm. - Les niveaux de gris : un CBCT, tout comme un scanner est capable d enregistrer une multitude de niveaux de gris, beaucoup plus que l œil humain est capable d en distinguer. Un CBCT qui fonctionne en 12 bits, par exemple, est capable de restituer niveaux de gris par voxel! À quoi cela sert-il, vu que nous n en distinguons qu une trentaine? Le but est de créer d énormes distinctions entre les différents tissus, de manière à les isoler le mieux possible. Les systèmes d imagerie de ces appareils offrant la possibilité de déplacer une «fenêtre» de visualisation de quelques dizaines de niveaux de gris, que l on pourra monter ou descendre entre la densité minimum et maximum. On verra alors apparaître ou disparaître par exemple les tissus osseux, pour laisser place aux tissus mous. Cette possibilité n est pas seulement apportée par l informatique et ses bits de cryptage, mais résulte aussi de la qualité de la chaîne de génération des rayons X et de la qualité et précision des capteurs qui recueillent les données de l irradiation du patient. Le nombre de L imagerie dentaire 3D Page 18

19 bits de cryptage des niveaux de gris dans un système d imagerie médicale (à ne pas confondre avec celui des pixels ou voxels) est donc primordial pour affiner les diagnostics. On trouve des appareils offrant un cryptage sur 14 bits, soit niveaux de gris! On constate que les 2 bits de cryptage supplémentaires multiplient par 4 les niveaux de gris! Il va de soit qu on ne peut également prétendre réaliser des interprétations d images radiologiques correctes avec un moniteur informatique bon marché. - «Pixel» et «Voxel» L imagerie en 3D nécessite en effet énormément plus d informations et de calculs que l image en 2D (autrement dit une photo). En simplifiant à l extrême, la photo 2D précédente aurait 9 pixels (si un carré représentait un pixel) et l autre image en volume (sous entendu d avoir un logiciel de 3D, pour la faire tourner) aurait 54 «pixels» (27 voxels). Un Pixel est par définition un point carré! Plus petit élément d une image informatique, il n a que deux côtés que l on appelle communément X et Y. Pour une image en 3D, notre pixel se retrouve avec une dimension supplémentaire, «la profondeur»; il ne ressemble plus à un carré plat, mais à un cube, on ne peut donc plus l appeler «Pixel». Il a donc été baptisé Voxel et se matérialise par trois coordonnées : X, Y et Z. Un Voxel n est pas nécessairement un cube, il peut aussi se présenter sous forme de parallélépipède. Ce voxel est également utilisé dans les jeux vidéo, qui comme chacun sait, sont très gourmands en calculs et en affichage vidéo. L imagerie dentaire 3D Page 19

20 Tout d abord, il faut préciser que l on n obtient pas une image 3D, mais une reconstitution 3D. Car dès que l image est affichée sur l écran de l ordinateur, elle n est qu en 2D ; la 3D est toujours virtuelle, et on ne l exploite qu en se déplaçant avec la souris dans les axes X, Y et Z et en constatant les changements continus de plans qu engendrent ces déplacements de souris. La seule image que l on pourrait réellement qualifier de 3D est l hologramme. Tiré de : Georges Blanc, La radiographie dentaire 3D, LE FIL DENTAIRE N 20 février Dale A. Miles, Robert A. Danforth, A Clinician s Guide to Understanding Cone Beam Volumetric Imaging (CBVI), Norbert BELLAICHE, Cone Beam et implantologie assistée par ordinateur, LE FIL DENTAIRE N 42 avril L imagerie dentaire 3D Page 20