15 minutes pour comprendre Journal d'imagerie diagnostique et interventionnelle 2019;2:294–299

Principes de l'imagerie
cone beam CT
Principles of cone beam CT imaging

M. Schmittbuhl a,b a
Faculté de médecine dentaire, université de
D. Turgeon a Montréal, Montréal, QC H3C 3J7, Canada
D. Matenine b,c b
Laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie,
J.-F. Matern d centre de recherche du centre hospitalier de
l'université de Montréal, Montréal, QC H2X 0A9,
Canada
c
Département de génie de la production automatisée,
École de technologie supérieure, Montréal,
QC H3C 1K3, Canada
d
Clinique Saint-François, 67500 Haguenau, France

Reçu le 25 avril 2019 ; accepté le 22 juillet 2019

Disponible en ligne sur ScienceDirect le 10 octobre
2019

RÉSUMÉ MOTS CLÉS

Introduction. – Le Cone beam CT (CBCT) ou tomographie volumique à faisceau conique (TVFC) TVFC
connait un développement sans précédent en particulier dans le domaine de l'imagerie dento- Tomographie
maxillo-faciale. Basse dose
Messages principaux. – Son principe de fonctionnement repose sur un mouvement tomogra- Imagerie dento-maxillo-
phique associant la rotation synchrone d'une source radiogène et d'un capteur plan autour du faciale
patient. Ces capteurs ont bénéficié de développements importants permettant au CBCT d'attein-
dre des niveaux de résolution inédits en imagerie médicale. Les images sont ensuite recon- KEYWORDS
struites par rétroprojection filtrée. L'algorithme de reconstruction le plus utilisé est celui de CBCT
Feldkamp, Davis et Kress (FDK) notamment pour sa rapidité et son comportement prévisible. Tomography
Un des atouts majeurs du CBCT concerne également les niveaux de dose qui restent très Low dose
inférieurs à ceux du scanner médical. Si la résolution spatiale est un point fort du CBCT, des Dento-maxillofacial imaging
évolutions technologiques sont cependant à prévoir concernant la résolution en contraste.
L'imagerie CBCT est en effet une imagerie de diffusé, ce qui, avec la polychromaticité du
faisceau et les phénomènes de durcissement de faisceau, constitue autant de contraintes
limitant la détermination des densités tissulaires. Dans un avenir très proche, les méthodes
de reconstructions itératives polychromatiques pourraient contribuer à améliorer la résolution en
contraste des parties molles en CBCT tout en permettant de réduire encore la dose.
Conclusion. – Grâce à une résolution spatiale particulièrement élevée et à des niveaux de dose
relativement bas, l'imagerie CBCT est devenue une approche de choix en radiologie dento-
maxillo-faciale. Avec les évolutions technologiques à venir, notamment en termes de résolution
en contraste, cette modalité poursuit son développement en élargissant progressivement ses
indications à l'imagerie ORL ainsi qu'à celle des pathologies ostéo-articulaires.
© 2019 Société française de radiologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

SUMMARY
Auteur correspondant :
Introduction. – There is an unprecedented development of Cone beam CT (CBCT), especially in
M. Schmittbuhl,
dento-maxillofacial radiology.
Faculté de médecine dentaire,
Main messages. – Its operating principle is based on a tomographic movement with a syn-
université de Montréal, Montréal,
chronous rotation between the tube head (X-ray source) and a flat sensor around the patient. QC H3C 3J7, Canada.
There have been important developments of these sensors, allowing them to reach resolution Adresse e-mail :
levels not seen in medical imaging. These images are then reconstructed by a filtered back- matthieu.schmittbuhl@umontreal.
projection. The most common algorithm used is that of Feldkamp, Davis, and Kress (FDK), ca

https://doi.org/10.1016/j.jidi.2019.07.009
© 2019 Société française de radiologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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mostly because of its speed and robustness. One of the best aspects of a CBCT is its dosimetry, which is much lower to that of a
medical CT-scan. Even though spatial resolution is excellent with CBCT, technological advancements are expected regarding
contrast. CBCT produces a diffused-type imaging which, along with its polychromatic beam and the beam-hardening pheno-
menon, creates limitations for quantifying tissue densities. Soon, polychromatic iterative reconstruction methods could help
increase the soft tissues contrast with CBCT and reduce patient's dose at the same time.
Conclusion. – Using high spatial resolution and low dose levels, CBCT imaging has become the imaging modality of choice in
dento-maxillofacial radiology. Considering the expected technological advancements, specifically in terms of contrast resolution,
CBCT will continue to advance while exploring new indications as ENT and osteoarticular imaging.
© 2019 Société française de radiologie. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

INTRODUCTION PRINCIPES DE L'IMAGERIE CONE BEAM CT

Le cone beam CT (ou tomographie volumique à faisceau Le fonctionnement du cone beam CT repose sur un mouve-
conique) connaît un développement sans précédent, en parti- ment tomographique associant la rotation synchrone d'une
culier dans le domaine de l'imagerie dento-maxillaire. Les clés source radiogène et d'un capteur plan autour du patient
de cette réussite reposent sur une série d'évolutions techno- (Fig. 2). Les tubes à RX utilisés fonctionnent selon un mode
logiques qui ont permis à cette modalité d'offrir des images des d'émission pulsée avec des énergies comprises généralement
structures osseuses et dentaires avec des résolutions toujours entre 90 et 120 kVp. Alors que la géométrie du faisceau en
plus élevées (Fig. 1) tout en maintenant des niveaux de dose CT-scan est celle d'un éventail de faible épaisseur (fan beam),
bien inférieurs à ceux du CT médical. En repoussant toujours celle du cone beam CT correspond à un cône dont le diamètre
un peu plus loin les performances de cette technologie, elle en varie en fonction de la taille du champ d'exploration utilisé.
devient non seulement une modalité d'imagerie de choix en Si les dimensions des champs d'acquisition proposés sur la
radiologie dento-maxillaire, mais trouve des applications tou- plupart des machines se situent autour de 8  8 cm (Fig. 3),
jours plus nombreuses, notamment dans les domaines de certains appareils sont capables d'offrir des volumes d'explo-
l'ORL ou encore des pathologies ostéoarticulaires. ration beaucoup plus importants correspondant pratiquement

Figure 1. Exemples d'images cone beam CT des structures dento-maxillaires . a : coupe coronale des sinus maxillaires ; b : coupe axiale
centrée sur les portions apicales des dents supérieures ; c : coupe verticale oblique mésio-distale passant par les molaires inférieures et le
canal mandibulaire ; d : série de coupes radiales mandibulaires ; e : coupe sagittale de l'articulation temporomandibulaire.

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Figure 2. Principe d'acquisition du cone beam CT. Géométrie de faisceau conique et mouvement de rotation synchrone de la source et du
détecteur autour du patient permettant d'obtenir une série de projections du volume exploré.

Figure 3. Volumes d'exploration en cone beam CT. Ces volumes correspondent à des cylindres dont les dimensions varient de 5  4 cm
pour les plus petits champs à 21  19 cm pour les plus grands.

à celui de la tête au complet (21  19 cm). Les plus petits barrettes de détecteurs utilisées en CT-scan permettent
volumes (4  4 cm ou encore 5  4 cm) sont en général réser- d'obtenir des résolutions optimales comprises entre 0,3 et
vés aux acquisitions en très haute résolution afin de ne pas 0,4 mm, les capteurs plans des cone beam CT offrent en
trop allonger les temps de calcul pendant la phase de routine des résolutions de grille 3D de 200 microns sur les
reconstruction. trois axes, voire même davantage pour certaines machines
Bénéficiant d'importantes évolutions technologiques, les cap- (50 microns).
teurs ont gagné aussi bien en sensibilité de détection qu'en Le processus d'acquisition comprend deux étapes. La pre-
résolution physique. Non seulement ils sont essentiels à la mière consiste à recueillir de multiples projections du volume
réduction de la dose, mais permettent également d'atteindre d'intérêt (Fig. 2). En fonction des protocoles d'acquisition,
des niveaux de résolution inédits en imagerie médicale. Si les notamment de la résolution spatiale recherchée, le nombre

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d'énergie des faisceaux de RX généralement plus bas (90–

120 pour le CBCTvs 100–150 kVp pour le CT-scan). Toutefois,
Tableau 1. Dose efficace et modalités d'imagerie dento- le choix des constantes d'acquisition (kVp, mAs), du champ de
maxillo-faciale (EC, 2012) [7]. vue et de la résolution spatiale influencent significativement
Modalité d'imagerie Dose efficace (mSv) les niveaux d'exposition qui, pour un même volume d'acquisi-
tion, peuvent varier dans un rapport de 1 à 5, voire davantage
Radiographie intra-orale < 1,5
(Fig. 4). Ce constat impose donc d'adapter les protocoles
Radiographie panoramique 2,7–24,3 d'exploration en fonction des nécessités cliniques de l'exa-
CBCT petit champ 11–674 (médiane : 61) men. Dans un avenir très proche, des perspectives très pro-
CBCT grand champ 30–1073 (médiane : 87) metteuses concernant la réduction de dose commencent à se
dessiner, notamment grâce à l'intégration des algorithmes
CT-scan maxillo-mandibulaire 280–1410
itératifs dans les solutions de reconstruction des images [2].

de projections peut varier de 180 à 720 incidences. La deu-

xième étape est celle de la reconstruction. À partir du sino- LIMITES ET PERSPECTIVES DU CONE BEAM CT
gramme des projections, les images sont reconstruites par
rétroprojection filtrée. Cette méthode, développée au départ L'imagerie cone beam CTest une imagerie de diffusion et donc
pour le CT-scan, a été adaptée à la problématique du faisceau relativement assujettie aux biais qui en découlent. En raison
conique par Feldkamp et al. [1]. Actuellement, l'algorithme de de la géométrie du faisceau, le volume exposé au cours de
Feldkamp, Davis et Kress (FDK) est très largement utilisé en l'acquisition est relativement important, ce qui augmente
imagerie cone beam CT, notamment pour sa rapidité et son d'autant les probabilités d'interactions avec la matière notam-
comportement prévisible. ment de type Compton et donc la genèse de rayonnement
Un des atouts majeurs du cone beam CT se situe sur le terrain diffusé (Fig. 5). Le capteur utilisé étant un capteur plan, ce
dosimétrique. De nombreuses données de la littérature confir- rayonnement diffusé sera davantage détecté, ce qui contribue
ment que les doses en cone beam CT sont très inférieures encore à la dégradation de la qualité de l'image, comme en
à celles du scanner médical (Tableau 1). Cette situation est témoigne le ratio rayonnement diffusé/rayonnement primaire
entre autres le résultat de champs d'exploration relativement en CT-scan hélicoïdal (0,05–0,15) comparativement à celui du
plus petits que ceux utilisés en CT-scan ainsi que de niveaux CBCT (0,4–2,0) [3]. Dans ce contexte, les images cone beam

Figure 4. Variation de la dose en fonction du protocole d'acquisition. Pour un même volume d'acquisition (15  12 cm), l'indice de dose
CTDIw pour un fantôme de tête varie en fonction du temps d'acquisition et du nombre de projections dans des proportions de 1 à 5
environ. Enhanced : 480 projections ; regular : 360 projections ;Eco : 240 projections ; B : boosted dose. Protocoles d'acquisition
disponibles sur un appareil Cone Beam CT NewTom 5G (Vérone, Italie).

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Figure 5. Rayonnement diffusé en cone beam CT. La quantité de rayonnement diffusé détecté en cone beam CT est toujours plus
importante qu'en CT-scan en raison notamment de la géométrie conique du faisceau et de la taille du capteur plan. Le faisceau
particulièrement collimaté en CT-scan et la barrette de détecteurs contribuent à limiter d'autant le rayonnement diffusé.

CT seront affectées par des ombrages caractéristiques plus Concernant l'exploration des parties molles, plusieurs problé-
importants qu'en CT [4]. matiques physiques en restreignent la visualisation. Le rayon-
Si la résolution spatiale est un point fort du cone beam CT, des nement diffusé supplémentaire causé par la divergence du
évolutions technologiques sont cependant à prévoir concernant faisceau correspond à une des contraintes limitant la détermi-
la résolution en contraste. À ce jour, cette modalité reste en effet nation des densités tissulaires [5]. À cette contrainte s'ajoute la
réservée à l'analyse des structures osseuses et dentaires. polychromaticité du faisceau de RX et les phénomènes

Figure 6. Comparaison des modalités d'acquisition en cone beam CT et CT-scan. L'acquisition en cone beam CT se fait sur une révolution
alors que le CT-scan décrit typiquement un mouvement hélicoïdal autour du patient.

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de durcissement de faisceau, qui sont particulièrement pré- volumiques) mais aussi celles de l'imagerie dento-maxillaire
sents en raison de la densité structures osseuses maxillo- (reconstructions panoramiques et radiales). De nombreuses
faciales traversées et des nombreux matériaux de restauration solutions de planification implantaire, chirurgicale ou orthodon-
dentaire utilisés. Toutefois, des solutions commencent progres- tique sont également disponibles.
sivement à émerger. Là encore, les méthodes de reconstruc-
tions itératives polychromatiques pourraient constituer une Déclaration de liens d'intérêts
piste de travail intéressante pour améliorer la résolution en Les auteurs déclarent ne pas avoir de liens d'intérêts.
contraste des parties molles en cone beam CT [6,7].
Les artéfacts cinétiques constituent un autre point à considérer.
L'acquisition du volume d'intérêt se faisant au cours d'une
seule révolution, cette étape est donc relativement sensible RÉFÉRENCES
aux éventuels mouvements du patient (Fig. 6). D'autre part, le
temps de récupération de l'électronique du détecteur entre les [1] Feldkamp LA, Davis LC, Kress JW. Practical cone-beam algo-
expositions RX (rémanence) limite la fréquence d'acquisition rithm. J Opt Soc Am 1984;1:612–9.
en mode pulsé et donc constitue une autre contrainte à la [2] Matenine D, Goussard Y, Després P. GPU-accelerated regula-
réduction du temps d'acquisition. Des développements venant rized iterative reconstruction for few-view cone beam CT. Med
de la radio-oncologie pourraient bénéficier prochainement au Phys 2015;42:1505–17.
cone beam CT à visée diagnostique. Des tentatives de syn- [3] Scarfe WC, Farman AG. What is cone-beam CT and how does it
chronisation de l'acquisition sur le mouvement respiratoire (4D work? Dent Clin North Am 2008;52:707–30.
CBCT) semblent en effet donner des résultats intéressants. [4] Despres P, Jia X. A review of GPU-based medical image recon-
struction. Phys Med 2017;42:76–92.
[5] Pauwels R, Araki K, Siewerdsen JH, Thongvigitmanee SS.
Technical aspects of dental CBCT: state of the art. Dentomaxillofac
POST-TRAITEMENT DES IMAGES CONE BEAM CT
Radiol 2015;44:20140224.
Les solutions de visualisation proposées par les constructeurs [6] Castonguay-Henri A, Matenine D, Schmittbuhl M, de Guise J.
ont elles aussi largement évolué. Tous les systèmes travaillent Image quality optimization and soft tissue visualization in cone-
avec le standard DICOM et permettent donc d'exporter les beam CT imaging. IFMBE Proc 2018;68:283–8.
images sur le PACS et de les travailler sur des consoles de [7] European Commission (EC). Radiation protection No. 172, cone
post-traitement. Les constructeurs proposent toutefois des beam CT for dental and maxillofacial radiology. Evidence based
solutions de visualisation intégrées (viewer) qui offrent en guidelines. Directorate-general for energy. Brussels: European
routine non seulement les spécificités de l'imagerie section- Commission; 2012 [https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/
nelle (mode multiplanaire, reconstruction curviligne, rendus documents/172.pdf].

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