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DENTAL MAGAZINE デンタルマガジン

Clinical Hint
CBCT読影虎の巻Part2 CBCTのアーチファクトとその画像障害
デンタルスキャン院長 歯科放射線専門医・指導医 九州大学名誉教授 神田 重信

歯科用コーンビームCT(以下CBCT)は一般CT(MD-CT)に比べて、そのCT画像は物理学的にアーチファクトだらけの画像だと言われている。しかし、実際の臨床画像では微弱なアーチファクトは装置メーカーの工夫によって補正や減弱により目立たなくしているので、臨床医の目には認識されなかったり、注意を引かないことがある。X線写真では被写体(歯・顎骨)を透過して来た直接X線がそのまま検出器(フィルムやセンサー)に画像として記録されるので、アーチファクトが生ずることが少ないし、むしろ散乱線によるノイズが問題となる。しかし、CBCTでは被写体を通過してきたX線を検出器で受光したX線画像を数学的計算(再構成画像構築)により、CT断面画像に作り変える過程で各種のノイズや不安定さが原因となって様々な人工的で不整な白黒画像が出現する。これらをアーチファクトと称して、被写体の歯・顎骨像と重なって障害像となる。CBCTでは理論的にもかつ構造的にも各種のアーチファクトが非常に多く発生する宿命を持っているが、それらのアーチファクトの発現を防いだり、目立たないような工夫もされているものの、強いアーチファクトは臨床画像上でも残ってしまい、読影障害となる場合がある。本稿では、もっとも良く知られた金属アーチファクトを主体として、どんなアーチファクトがCBCT画像に現れているか、それらがどんな障害を起こしているかについて解説したい。また工夫によっては障害を避けながら読影する方法も紹介したい。2. 各種のアーチファクトによる障害像1)歯科金属から発現した金属アーチファクト(メタルピンアーチファクト、メタルアーチファクト)成人の多くは、歯の治療により金属の充填物、補綴物、インプラントなどが施されている。CT撮影により金属部を通過したX線は、そこで大部分が吸収され透過してくる線量が格段に低下してしまう。X線の吸収は原子番号が高い金属(Au、Pt、Baなど)ほど、また厚くなるほど強くなる。金属部を通過したX線は非常に減弱し、射出側ではX線信号がゼロに近づくために、この部分の画像を再構成するコンピュータアルゴリズムでは画像を作成することができず、無構造の黒い領域や白い放射状像として描出される(図1)。CBCT撮影では、照射X線は照射野の中心を回転中心として、かつ水平方向に回転しながら照射されるので、金属部からはほぼ全回転方向にアーチファクトが発現する。しかし、金属の位置や大きさ、他の金属アーチファクトとの関連などにより、アーチファクトの出現は方向や強弱が様々に変化する。一般に、歯列上にある歯の金属部から発現するアーチファクトは、発生原因となる金属から前後的方向(臼歯では近遠心方向)に黒い領域として見られる(図1、2)。また、金属の左右方向(臼歯では?舌方向)には白い放射状の無構造障害像が見られることが多い(図1、3)。これらのアーチファクトは、横断像で明瞭に観察することができ、矢状断像や冠状断像では、アーチファクトの一部だけが観察される。2)インプラント体から発現した金属アーチファクトインプラント体の表面を構成しているチタン(Ti:原子番号22)の原子番号はやや低いが、数ミリの厚さを持っているので、やはりこのインプラント体からアーチファクトが発生する。横断像(図4)では、インプラント体が1本だけの場合はその前後に黒いアーチファクト領域が見られ、左右方向(?舌方向)には白い放射状のアーチファクトが見られる。しかし、歯列並行断像(図5)では近心側と遠心側に黒いアーチファクトが発生して、歯槽骨をburn-outしている。?舌方向の白いアーチファクトは、歯列並行断像ではほとんど障害されない。しかし、歯列直交断像(図6)では白いアーチファクトが強くでるので、インプラント体自体も膨張して描出され、周囲の歯槽骨を強く障害している。図7のようにインプラントが数本隣接して埋入されていると、黒いアーチファクトはお互いに連続したり、さらに強調されて障害が非常に強くなりやすい。これらのインプラント体から発生したアーチファクトにより、障害された歯槽骨の状態を観察する場合(例えば、インプラント周囲炎の疑い)、そのままでは歯槽骨の変化を見ることができないので、CT画像を軟調に画像調整したり、あるいは、画像を白黒反転することにより、アーチファクトにより障害された領域が見えてくることがある(図8、9)。しかし、インプラント埋入後の予後観察には、CBCTではアーチファクトが出やすく観察に向いていないので、デンタルX線写真を利用するのが妥当だろう。3)根充ポイントから発現した金属アーチファクト根充剤の主成分はBa(原子番号56)で相当に原子番号が高く、金属アーチファクトを発現しやすい。一般には根充ポイントは細いので(径が小さく、すなわち薄い)、高い原子番号の割には強烈なアーチファクトを生ずるまでには至らないが、横断像では根充ポイントから放射状に白いアーチファクトが発現している(図10)。さらに詳細に観察すると、白い放射状の間に小さな黒い領域(アーチファクト)も見られる。黒いアーチファクトは近心側や遠心側に出ていることが多い。このように金属アーチファクトの発現状態は、横断像で観察すると一目瞭然で、歯列並行断像や歯列直交断像ではあまり目立たない。これらの断面像では、白い根充ポイントがやや膨張したり、ポイントに沿ってその近心側や遠心側が黒くなり、あたかもポイントと歯質との間に隙間が生じたように見られることがある(図11?13)。4)歯冠エナメル質から発現した金属アーチファクト歯の大部分を構成する歯質はアパタイトが主成分で、カルシウム(Ca:原子番号20)の含有量が多い。したがって、X線の吸収も高くなる。その中でエナメル質がもっとも実効原子番号(15)が高く、次に象牙質の実効原子番号(13)となり、金属のアルミニウム(Al:原子番号13)とほぼ同じとなる。顎骨の皮質もほぼ同じ実効原子番号を持つ。したがって、歯や顎骨皮質はX線工学的には金属の範疇に入る。しかし、原子番号13?15では強いアーチファクトは発生しにくいけれど、厚みが増すと白い放射状アーチファクトが出やすい(図14、15)。歯の歯冠部レベルの横断像(図16)では、エナメル質に対して接線方向は厚くなり、その方向に白いアーチファクトが出ている。同じ被写体の歯根レベルの横断像(図17)では、エナメル質が無くなり象牙質だけになるのでアーチファクトの目立った出現はない。5)顎骨皮質から発現したビームハードニングによるアーチファクト顎骨皮質は骨を構成する骨質としては最も骨密度が高く、実効原子番号(13)は象牙質と同じレベルにある。通常は強いアーチファクトの出現がないものの、皮質にたいして接線方向では、X線が通過する皮質成分が非常に厚くなり、皮質内部に黒いアーチが出やすくなる(図18?21)。これはビームハードニング(beam hardening)と言われ、X線が強く吸収されるだけでなく、X線の線質が変化して固くなり皮質の画素値が低くなる現象であり、臨床画像では本来の骨質の白い画像が、やや黒い画像に変化する。すなわち、その部の領域は画素値が低く計算される。一般CTではCT値が低くなる。CBCTでは撮影するX線の管電圧が80?90kVと低いので(一般CTでは120?130kV)、ビームハードニングが生じやすい。3. おわりにCBCTの画像において、発現したアーチファクト(主に金属アーチファクト)の状態は横断像において明瞭に現れる。しかし、歯列並行断像や歯列直交断像では部分的に障害像が見られる。特に歯列並行断像では金属の近心側や遠心側に局所的な黒いアーチファクトが目立ち、他のアーチファクト障害は強くないので、読影には大きな障害にならない場合が多い。CBCT画像では金属アーチファクトだけでなく、各種のアーチファクトが発現しているので、臨床画像上では異常で不自然な所見には注意を要する。アーチファクトと思われる障害像や異常な所見が見られた場合は、断面の位置を変えたり画像処理を加えたりして、障害像を外しながら読影することが必要である。