Efeitos da variação da espessura do corte tomográfico e da largura do campo de visão (FOV) na reprodução de estruturas ósseas finas, com a finalidade de prototipagem rápida - estudo in vitro

Abstract

A prototipagem rápida aplicada à área biomédica possibilita novas formas de planejamento cirúrgico de casos complexos, para os quais não existem protocolos definidos. A precisão dimensional e anatômica do biomodelo depende principalmente da qualidade das imagens tomográficas, definida pela escolha de parâmetros durante a aquisição. Dois parâmetros foram estudados nesta pesquisa: a largura do campo de visão (Field Of View - FOV) e a espessura do corte tomográfico. Três pegas de osso cortical bovino foram tomografadas previamente à confecção do corpo de prova e sua densidade tomográfica mensurada através do software Cyclops MedStation, para definição do padrão-ouro. 0 corpo de prova constituiu-se de dez placas de osso cortical bovino, com as espessuras de 0,6 mm, 1,1 mm, 1,5mm, 2,0mm e 2,8mm. As placas foram agrupadas em duplas e fixadas em cera utilidade, uma perpendicular e outra obliqua em relação ao plano de corte tomográfico. Quarenta e cinco imagens foram obtidas no modo não-helicoidal, 120 kVp, 150 mA, matriz de 512x512, sendo quinze com FOV 180mm, quinze com o FOV de 250mm e quinze com o FOV de 430mm. Nos grupos definidos pelos FOVs, variou-se a espessura do corte tomográfico, a cada cinco imagens, em 1 mm, 2,5 mm e 5 mm.O software Cyclops MedStation foi utilizado para a análise da densidade óssea. 0 intervalo de reconstrução (threshold) selecionado neste software foi de 1300 a 4000, como resultado da transposição da faixa de valores recomendada para o osso cortical. Quatrocentas e cinqüenta áreas foram avaliadas visualmente e através da média dos valores de TC. Em comparação com a densidade de uma peça inteira de osso cortical, estruturas ósseas finas (entre 0,6 e 2,8 mm) apresentaram menores valores médios de densidade tomográfica. De forma similar, placas ósseas dispostas obliquamente em relação ao plano de corte tomográfico expressaram valores médios de densidade óssea menores que placas perpendiculares, devido ao maior efeito de volume parcial. Neste estudo, ambos os parâmetros interferiram na reprodução de paredes ósseas finas. A espessura de corte tomográfico teve relação inversa com a média dos números de TC nas imagens, sendo esta mais expressiva em placas ósseas mais finas que 1 mm de espessura. O tamanho do FOV demonstrou ser um parâmetro muito importante, sendo que quanto maior foi o FOV de obtenção, maior a redução do número de voxels dentro do intervalo de reconstrução para osso cortical, em todas as placas ósseas.A análise visual das imagens de paredes ósseas muito finas e discretamente inclinadas em relação ao plano de corte tomográfico demonstrou que pode haver queda drástica do valor de densidade tomográfica em vários voxels adjacentes, resultando em uma faixa considerável desta parede que não seria reproduzida na reconstrução.

The application of rapid prototyping on the biomedical area has provided new forms of surgery planning for complex cases for which there are not defined protocols. The setup of the acquisition parameters are determinant in the dimensional and anatomic precisions of the biomodel as they are very much dependent on the quality of the tomographic images. Two parameters have been evaluated in this research: the width of the field of view (FOV) and the tomographic slice thickness. Three samples of the bovine cortical bone were scanned and its tomographic density was measured via Cyclops MedStation software. The phantom was composed of ten plates of bovine cortical bones with thickness of 0,6 mm, 1,1mm, 1,5mm, 2,0mm e 2,8mm in order to simulate thin bone walls. These plates were grouped in pairs and held in wax, one perpendicular and the other one oblique to the tomographic slice plan. Forty five images were obtained in a non-helical way, 120 kVp, 150 mA, matrix 512x512, where fifteen with FOV 180mm, fifteen with FOV 250mm and fifteen with FOV 430mm. In these groups of FOV, images were obtained with tomographic slices thickness of 1 mm, 2,5 mm and 5 mm. The Cyclops MedStation software was used to analyze the bone's density. As a result of the values range transposition required to cortical bones in this software, the selected threshold was set to 1300 to 4000. Four hundred fifty areas were evaluated both visually and through the tomographic density mean value. Thin bone plates presented lower mean tomographic density values in comparison to the density of an entire piece of cortical bone. In a similar way, oblique plates expressed mean values of bone density lower than perpendicular plates due to the larger partial volume effect. Both FOV and slice thickness have impacted the reproduction of thin bone walls. The slice thickness had an inverse relation to the mean tomographic density values, in particular in bone plates thicker than 1mm. The FOV shows to be an extremely import parameter. The larger FOV was, the lower was the number of reproduced voxels in the reconstruction interval for the cortical bone. There was a large reduction in the tomographic density in an adjacent group of voxels in the plate of 0,6mm when it was slightly inclined in relation to the tomographic slice plan. This can explain the difficulty to reproduce structures like medial bone walls of maxillary antra and orbit.