Redução de artefatos de metal em ultra

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15549 (2022) Citar este artigo

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A tomografia computadorizada de feixe cônico (CBCT) demonstrou ser uma ferramenta poderosa para imagens 3D do esqueleto apendicular, permitindo a visualização detalhada da microarquitetura óssea. Este estudo foi desenhado para comparar artefatos na presença de implantes osteossintéticos entre CBCT e tomografia computadorizada com múltiplos detectores (MDCT) em varreduras de punho cadavérico. Um total de 32 protocolos de varredura com potencial e corrente de tubo variados foram empregados: estudos convencionais de CBCT e MDCT foram incluídos com voltagem de tubo variando de 60 a 140 kVp, bem como protocolos adicionais de MDCT com modelagem espectral dedicada via pré-filtração de estanho. Independentemente do tipo de scanner, todos os exames foram realizados no modo de ultra-alta resolução (UHR). Para reconstrução de varreduras UHR-CBCT, um algoritmo iterativo adicional de redução de artefatos de metal foi empregado, uma ferramenta de correção de imagem que não pode ser usada em combinação com UHR-MDCT. Para comparar as doses de radiação aplicadas entre os dois scanners, o índice de dose de tomografia computadorizada de volume para um fantoma de 16 cm (CTDIvol) foi avaliado. As imagens foram avaliadas quanto à qualidade subjetiva e objetiva da imagem. Sem modulação automática da corrente do tubo ou controle do potencial do tubo, as doses de radiação variaram entre 1,3 mGy (com 70 kVp e 50,0 mAs efetivos) e 75,2 mGy (com 140 kVp e 383,0 mAs efetivos) em UHR-MDCT. Usando o método de aquisição de imagens pulsadas do scanner CBCT, CTDIvol variou entre 2,3 mGy (com 60 kVp e 0,6 mAs médio por pulso) e 61,0 mGy (com 133 kVp e 2,5 mAs médio por pulso). Em essência, todos os protocolos UHR-CBCT empregando um potencial de tubo de 80 kVp ou mais foram encontrados para fornecer qualidade de imagem geral superior e redução de artefato em comparação com UHR-MDCT (todos p < 0,050). A confiabilidade entre avaliadores de sete radiologistas em relação à qualidade da imagem foi substancial para avaliação de tecido e moderada para avaliação de artefato com Fleiss kappa de 0,652 (intervalo de confiança de 95% 0,618–0,686; p <0,001) e 0,570 (intervalo de confiança de 95% 0,535–0,606; p <0,001 ), respectivamente. Nossos resultados demonstram que o modo de varredura UHR-CBCT de um sistema robótico duplo de raios X facilita a visualização excelente do esqueleto apendicular na presença de implantes metálicos. A qualidade de imagem alcançável e a redução de artefatos são superiores à UHR-MDCT de dose comparável e mesmo os protocolos de MDCT que empregam modelagem espectral com pré-filtração de estanho não atingem o mesmo nível de redução de artefatos em tecidos moles adjacentes.

No acompanhamento pós-operatório de artroplastia articular, a radiografia simples é o principal método de imagem devido à disponibilidade onipresente, custo-benefício e resultados de imagem rápidos, embora pertençam a doses de radiação relativamente baixas. Para uma análise mais detalhada das suspeitas de complicações após a cirurgia, a TC adicional pode ser necessária, embora esteja associada a uma penalidade de dose mais alta. No entanto, em ambientes pós-operatórios, artefatos causados ​​por implantes metálicos podem prejudicar a precisão diagnóstica para avaliação do próprio implante, da interface implante-osso, bem como de seus tecidos adjacentes1,2. Artefatos metálicos típicos incluem endurecimento do feixe e privação de fótons: o endurecimento do feixe ocorre quando fótons de raios X policromáticos passam por objetos densos, resultando em absorção mais forte de fótons de baixa energia, o que causa artefatos hiperdensos com faixas escuras adjacentes. Em contraste, os artefatos de fome de fótons se manifestam devido à absorção completa de fótons, o que leva a estrias hipodensas3,4,5. Como resultado, a detecção de complicações na presença de implantes metálicos, como luxação secundária, áreas de reabsorção óssea ou afrouxamento do implante, conforme indicado por uma borda radiotransparente ao redor ou mesmo coleções de fluidos nos tecidos moles, pode representar um desafio significativo.

Diferentes abordagens para redução de artefatos de metal (MAR) foram avaliadas predominantemente para scanners convencionais de TC multidetectores baseados em pórticos (MDCT) no passado6,7. A privação de fótons pode ser diminuída aumentando a corrente do tubo para aumentar o número de fótons no feixe de raios-X. O aumento da voltagem do tubo e, portanto, maior energia do fóton leva a uma maior taxa de penetração de material denso. Em tensões de tubo mais altas, o ruído da imagem e a privação de fótons podem ser minimizados ao custo da diminuição do contraste do tecido. Entretanto, a redução de artefatos metálicos em detrimento de maiores doses de radiação é discutível, principalmente em pacientes jovens e pacientes com exames recorrentes8. Um efeito semelhante pode ser observado ao empregar a pré-filtração de estanho, que aumenta a penetração de fótons ao reduzir a quantidade de fótons de baixa energia e, portanto, endurecer o feixe de raios-X7,9. Embora essas abordagens MAR baseadas em protocolo precisem ser estabelecidas antes da aquisição da imagem, algoritmos como técnicas de reconstrução iterativas podem ser executados retrospectivamente sem afetar negativamente a dose de radiação. No lado negativo, os algoritmos de reconstrução iterativos podem introduzir artefatos secundários e foram relatados para alterar as informações da imagem em geral10,11. Além disso, os dados da imagem podem ser perdidos perto da borda de metal por interpolação12. Além da otimização de implantes metálicos e protocolos de varredura, outras abordagens para reduzir artefatos semelhantes incluem correção de dados baseada em modelo e pós-processamento baseado em imagem13.