Digitale Volumentomographie

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Volumen-Rendering einer DVT (Mundkrebspatient mit partieller Mandibula-Ektomie und Fibula-Transplantat)

Die digitale Volumentomographie (DVT) ist ein dreidimensionales, bildgebendes Tomographie-Verfahren unter Nutzung von Röntgenstrahlen, das vor allem in der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie und der Zahnmedizin zum Einsatz kommt. In der Zahnmedizin spricht man inzwischen von der Dentalen Volumentomographie. Im englischsprachigen Raum ist für dieses Verfahren die Bezeichnung Cone-Beam CT (CBCT) üblich.

Bildgebung[Bearbeiten]

Ähnlich wie bei der Computertomographie oder der Magnetresonanztomographie dient auch die DVT der Erzeugung von Schnittbildern. Wie beim digitalen Röntgen rotiert auch bei der DVT eine Röntgenröhre und ein gegenüberliegender digitaler Bildsensor, ein sogenannter Flatpanel-Detektor, der über eine röntgenempfindliche Szintillator-Schicht verfügt, um einen liegenden, sitzenden oder stehenden Patienten. Die um 180 bis 360 Grad rotierende Röntgenröhre sendet einen kegelförmigen, meist gepulsten Röntgenstrahl (Röntgenblitz) aus. Die Röntgenstrahlung durchdringt das 3-dimensionale Untersuchungsgebiet und erzeugt ein abgeschwächtes Grauwerte-Röntgenbild als 2D-Parallelprojektion. Die gesamte rotierende Anordnung wird dabei so geführt, dass das Zentrum immer exakt in der gewünschten Betrachtungsebene liegt. Dabei sind bewegungsbedingt Objekte außerhalb dieser Fokusebene zunehmend unscharf. Somit ist es möglich, durch beide Schädelhälften gleichzeitig hindurch zu sehen und nur eine davon scharf abzubilden.

2D-Panorama-Röntgenaufnahme

Während des Umlaufs der Röntgenröhre wird eine große Zahl von zweidimensionalen Einzelbildern aufgenommen, wobei die Breite des Bildes in Richtung des Umlaufs bei der Panoramaaufnahme meist sehr gering ist. Oft kommen hier eindimensionale Zeilensensoren oder schmale zweidimensionale Bildsensoren zum Einsatz. Durch die in etwa kreisförmig umlaufend geschossene Bilderserie entsteht ein fließend beobachtbares 2D-Panoramabild. Mit einer anschließenden mathematischen Verrechnung mittels eines PCs kann durch Skalierung, Identifizieren und Überlagern verwandter Bereiche, sowie Helligkeitskorrektur der Bilder ein optimiertes Panoramabild erstellt werden, wobei identische Pixel aus unterschiedlichen Bildern in Deckung gebracht werden können, um das Rauschen zu mindern und die Tiefenschärfe einzustellen.

Als weiterführender Schritt kann mit entsprechend aufwändigeren Rechenverfahren darüber hinaus ein Grauwert-Koordinatenbild in den drei Raumebenen erzeugt werden. Dieses dreidimensionale Koordinatenmodell entspricht einer Volumengrafik, die sich aus einzelnen Voxeln zusammensetzt. Dafür sind Bilderserien mit jeweils breiten 2-dimensionalen Bildern nötig, welche alle möglichen Projektionen des 3D-Raums in der jeweiligen 2D-Ebene auf dem Sensor zeigen. Aus diesem Volumen können später einzelne Schnittbilder (Tomogramme) in beliebigen Raumebenen sowie 3D-Ansichten von Körperregionen generiert werden.

Durch die für die Bildgebung entstehenden Umlaufzeiten von bis zu 30 Sekunden entstehen eventuell Bildfehler durch Verwackeln, die die Qualität der Bildgebung negativ beeinträchtigen, da sie sich bei der algorithmischen Bearbeitung aufgrund ihres zufälligen Charakters nicht vollständig eliminieren lassen. Metallische Objekte wie Zahnplomben können ebenfalls unerwünschte Bildstörungen erzeugen, da sie den Strahl z. T. vollständig absorbieren und dahinter liegende Gebiete abschatten, was zu Phantomobjekten führen kann.

Vergleich mit anderen radiologischen Bildgebungsverfahren[Bearbeiten]

Die Datenerfassung und Berechnung der Bilddaten der digitalen Volumentomographie ähnelt am ehesten der Rotationsangiographie. Zur Erfassung der Rohdaten kommt hier der Bildverstärker einer Angiographie-Anlage oder der eines C-Bogens zum Einsatz.[1]

Ein DVT erzeugt zur Berechnung dreidimensionaler Strukturen zweidimensionale Bilder als Datensatz, während die Bildgebung eines Computertomographen ursprünglich auf einer eindimensionalen Detektion auf einen einzeiligen Detektor beruhte.[2] Der Unterschied verwischt jedoch heute zunehmend, da aktuelle Computertomographen bis zu (2×) 320 Zeilen aufweisen und damit ebenfalls mit einer zweidimensionalen Projektion, also mit einem Kegelstrahl und nicht mehr mit einem Fächerstrahl arbeiten.

Effektive Dosis - Strahlenbelastung DVT und CT[Bearbeiten]

Entscheidend für die Strahlenbelastung von Organen ist die effektive Dosis, welcher ein Patient ausgesetzt ist und die Tatsache, daß es hierfür keinen Grenzwert gibt. Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch, daß die Strahlenexposition in jüngeren Lebensalter mit einem höheren Risiko verbunden ist und das Risiko mit zunehmenden Lebensalter abnimmt . Die ist für uns bei der Untersuchung von Kindern von immenser Bedeutung. So ist das Strahlenrisiko bei Kindern unter 10 Jahren im Vergleich zu einem 30-50 Jährigem bei gleicher Dosis 6x höher. Die Berechnung der Effektivdosen basiert auf einen Vorschlag der International Commission on Radiological Protection (ICRP, www.icrp.org)). Diese ICRP-Richtlinien gibt es in der Version von 1990,2005 und 2007. Die jeweilige Richtlinie muß mit Jahresangabe zur Vergleichbarkeit immer angegeben sein, da sich die ermittelten Werte für die effektive Dosis selbst bei gleichem Gerät und identischem Meßprotokoll je nach ICRP-Version erheblich unterscheiden können (4). Generell sollten daher bei der Frage der Strahlenbelastung nur Werte nach ICRP verglichen werden. Die wichtigsten Studien zu diesem Thema zeigen eine deutlichen Strahlenreduktion zugunsten des DVT. Im Bereich der Felsenbeine liegt bei einem DVT die effektive Strahlendosis unter 8 mikroSv. Dies entspricht gerade einmal 1% der Strahlenbelastung eines Spiral-CTs für diese Region. Dabei ist nicht nur die Strahlenbelastung der relativ unempfindlichen Knochenstrukturen zu beachten. Gerade bei der Röntgendiagnostik der Nasennebenhöhlen wird die Augenlinse durchstrahlt. Dieses Gewebe gehört mit zu den strahlensensibelsten Strukturen im Kopf-Hals-Bereich, gerade auch bei Kindern. Gemäß der S1 Empfehlung der Dt. Gesellschaft für Zahn-, Mund-und Kieferheilkunde (Leitlinie der DGZMK, www.dgzmk.de) beträgt die effektive Dosis nach ICRP Publikation103(8) von 2007 eines DVT 221+-275 mikroSv im Vergleich zu 788+-334 mikroSv bei einem CT. In der aktuellen Leitlinie (33) der Dt. Gesellschaft für Implantologie (S2.K-Leitlinie), die auch unter Beteiligung der Arbeitsgemeinschaft für Radiologie (ARö) sowie unter anderem der Kassenzahnärztlichen Bundesvereinigung (KZBV) und der DT. Gesell. füt ZMK-Heilkunde (DGZMK) entstanden ist, werden werden effektive Dosen für die DVT zwischen 11mikroSv und 674 mikroSv angegeben, für das CT liegen die Werte mit 180mikroSv und 2100 mikroSv mehr als deutlich darüber. In der Dokumentation „evidence-based- guidelines“ der EUROPÄISCHEN KOMMISSION (Radiation Protection N. 172) betreffend das Cone Beam CT für den zahnärztlichen und kiefergesichtschirurgischen Bereich (Cone Beam CT for dental and maxillofacial radiology) von 2012 werden für den dento-alveolaren Bereich Werte zwischen 11 und 674 mikroSv und für die craniofaciale Röntgenuntersuchung mittels CBCT von 30-1073 angegeben. Dem stehen für das konventionelle Multi-Slice-CT Werte von 280 bis 1410 mikroSv für Aufnahmen des maxillo-mandibulären Bereiches gegenüber. .

Allerdings ist mittels eines DVTs zur Zeit keine Bildgebung unterhalb des Kopfes möglich, so dass die DVT auf die Anwendung in der Zahnmedizin, der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde (Nasennebenhöhlen, Mittelohr und Kiefergelenk) beschränkt ist. Hier ergibt sich aber ein breites Spektrum für die Anwendung der DVT.

Nach der geltenden Röntgenverordnung ist in Deutschland der Betrieb eines derartigen Gerätes (im Gegensatz zu einem CT) in einer Zahnarztpraxis durch den Zahnarzt erlaubt, wenn dieser eine entsprechend erweiterte Fachkunde nach Röntgenverordnung und Fachkunderichtlinie hat. Gleiches gilt für Hals-Nasen-Ohrenärzte.

Erste Geräte für eine Anwendung der digitalen Volumentomografie als Ersatz für ein konventionelles CT befinden sich bereits in der Entwicklung und werden seit einiger Zeit in zunehmendem Maße neben Kliniken auch in zahlreichen privaten Praxen routinemäßig eingesetzt.

Einsatzgebiete[Bearbeiten]

Die DVT wurde in der Zahnheilkunde vornehmlich zur Planung von Operationen und dem Setzen von Implantaten verwendet.[3] Mittlerweile wird sie auch in der Traumatologie, Oral- bzw. Kieferchirurgie, Endodontie (Wurzelbehandlungen), Kiefergelenksbehandlung und Parodontologie (Zahnfleischbehandlung) eingesetzt. So können z. B. die genauen Lagebeziehungen von kompliziert retinierten (Weisheits-)Zähnen, etwa zum Canalis mandibulae oder zur Kieferhöhle, genau bestimmt werden[4]. In der zahnärztlichen Chirurgie wird die DVT vorwiegend zur Diagnostik von knöchernen, dento-maxillo-facialen Strukturen eingesetzt. Mögliche Indikationen sind Alveolarfortsatzfrakturen und knöcherne pathologische Veränderungen wie z. B. odontogene Tumoren und größere periapikale Läsionen.[5]

Dentale Volumentomografie einer Kieferhöhle mit Begleitsinusitis (*) nach akuter Zahnnerventzündung im Oberkiefer

In der HNO-Heilkunde wird sie ebenfalls zur Diagnostik und vor Operationen im Bereich der Nasennebenhöhlen oder der Schädelbasis herangezogen. Mittels DVT kann auch zwischen odontogener (vom Zahn ausgehender) Sinusitis und rhinogener (von der Nasenschleimhaut ausgehender) Sinusitis unterschieden werden.

Die hierbei im Mittelpunkt der Betrachtung stehende Kieferhöhle bildet somit die Schnittstelle zwischen Zahnmedizin und Hals-Nasen-Ohrenheilkunde.[6]

Gerätetechnik und Software dentaler Volumentomografen[Bearbeiten]

Dentale Volumentomografie des Unterkiefers, gerenderte Darstellung mit Unterkiefernerv

Mittlerweile haben sich immer mehr große Dentalfirmen auf die Herstellung oder den Vertrieb von dentalen Volumentomografen verlegt. Durch die sinkenden Anschaffungskosten für DVT-Geräte sind diese mittlerweile auch für allgemeine Zahnarztpraxen interessant. Insbesondere sogenannte Kombinationsgeräte mit zusätzlichen Sensoren (für Orthopantomogramm und Fernröntgenseitenbild) bieten sich für eine allgemein-zahnmedizinische Zahnarztpraxis an. Derzeit zeichnet sich auch ein Trend zu Geräten mit volumenspezifisch frei einstellbaren Untersuchungsfeldern (Field of View=Sichtfeld) zur weiteren Strahlenreduktion ab. Die Datenformate sind mehr und mehr standardisiert, jedoch stellen nicht alle Hersteller den DICOM-Standard für die Archivierung und den Austausch der digitalen Tomografien zwischen den Ärzten bereit. Teilweise werden völlig herstellerspezifische Dateiformate gewählt, wodurch der ungehinderte Austausch zwischen Ärzten erschwert wird. Es gibt einige wenige Geräte welche speziell für die Anforderungen im HNO-Bereich entwickelt wurden. Diese Geräte stellen neben der DVT auch die klassische 2D-Projektionsradiographie zur Verfügung, welche bei einfachen Fragestellungen, wie einer Nasenbeinfraktur, Ihre Berechtigung haben. Geräte mit einer 2D-Projektionsradiographie dienen der teilradiologischen Befähigung des HNO-Arztes, welche mit reinen DVT-Geräten aktuell nicht vermittelt werden kann.

DVT-Geräte in der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde[Bearbeiten]

In der Hals-Nasen und Ohrenheilkunde haben die DVT-Geräte, auch aufgrund der wesentlich kleineren Anzahl der in diesem Fachgebiet tätigen Ärzte, noch nicht so häufig Einzug in die Diagnostik gehalten. Die in diesem Bereich nötigen DVT-Geräte müssen notwendigerweise große Volumen abbilden und sind somit auch wesentlich teurer als viele dentale Volumentomografen.

Weitere Einsatzgebiete[Bearbeiten]

Abseits der Medizintechnik wird das Verfahren in leicht veränderter Form auch zur Materialprüfung eingesetzt. Dabei kommen größere Sensoren mit veränderter Empfindlichkeit, längerer Belichtungszeit, höhere Röntgendosen und durchdringendere Röntgenstrahlung (höhere Spannung der Röntgenröhre; für schwerere chemische Elemente wie Eisen oder Kupfer) zum Einsatz.

Literatur[Bearbeiten]

Drs.Ramming/Dr. Waller: DVT und virtuelle Endoskopie, Vortrag , Symposium der Dt. Gesellschaft für digitale Volumentomographie, Kiel 2011 Drs.Ramming/Dr. Waller,: Wissenschaftlich-Kritische Stellungnahme DVT-CT, HNO-Forum (15) 2011 Drs.Ramming/Dr. Waller :DVT und HNO- second wind in der täglichen Praxis durch in office imaging und virtueller Realität Deutsche Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie. 83. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie. Mainz, 16.-20.05.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. Doc12hnod092 Ramming,J., Waller,T., Ramming,M.: Die digitale Volumentomographie (DVT): Indikationen und Anwendungsspektra in der täglichen klinischen Praxis, Vortrag und Abstract, 9. Kongreß der Spanische-Deutschen Hesellschaft für HNO-Heilkunxde, Kopf-und Halschirurgied,,Dresden, 13.-15.09.2012,V71. Ramming,J., Waller,T., Ramming,M.:Die digitale Volumentomographie (DVT) in der HNO-Praxis Geräte, Indikationen und Anwendungsspektra,HNO-Forum (15),2013,54-61 Waller, T., Ramming,J.: DVT und Kiefergelenksdarstellungen, Indikationen und Befundung,Vortrag, Symposoim Status quo und Perspektive des DVT in der HNO-Heilkunde und Nachbargebiete, Charite`Berlin, Campus Virchow Klinikum, Berlin, März 2013 Ramming,J., Waller,T., Ramming,M. :Die digitale Volumentomographie (DVT) in der HNO-Praxis -Teil 1: Grundlagen und rechtlich Voraussetzungen ,HNO-Forum (15),2013, 113-122 Ramming,J., Waller,T., Ramming,M. :Die digitale Volumentomographie (DVT) in der HNO-Praxis -Teil 2: Klinische Anwendungen, Diagnostik der Nase und der Nasennebenhöhlen ,HNO-Forum (15),2013, 148-154 Ramming,J., Waller,T., Ramming,M. :Die digitale Volumentomographie (DVT) in der HNO-Praxis -Teil 3 Klinische Anwendungen, Diagnostik der Felsenbeine und anderer Strukturen ,HNO-Forum (15),2013, 198-208 Ramming,J., Waller,T., Ramming,M. :Die digitale Volumentomographie (DVT) in der HNO-Praxis-Teil 4, Vierter Teil: Praktische Fragen, Wirtschaftlichkeit, Diskussionen und Kontroversen HNO-Forum : (15)2013, 252-261 CONE-BEAM COMPUTERTOMOGRAPHY: A NEW STANDARD IN DIAGNOSING CHRONIC INFLAMMATIORY PROCESSES OF THE PARANASAL SINUSES, Jürgen G. RAMMING1, Tobias S. WALLER, Ent And Dental Medical Center Schweinfurt, Germany, Vortrag 20th IFOS World Congress 2013, Seoul, Südkorea, Juni2013 Ramming, J. und Ramming, M.: Cone-Beam Computertomography and „virtual reality“, our experiences in diagnosing chronic inflammatiory processes of the paranasal sinuses and craniofacial region, Vortrag 54 th Annual Meeting of the Irish Otorhinolary ngology, Head and Neck Society, Ashford Castle, Cong, Co. Mayo, Irland, 2013 Ramming, J.G., Waller, T.S, Ramming, M., ENT and Dental Medicine Center Schweinfurt, Germany, Spitalstr. 32, 97421 Schweinfurt, Dental or not dental - that is the sinus question! Is the virtuel reality in the cone beam ct diagnosis helpful? Dubai 2014, 4th Emirates Rhinology & Otology Conference, Abstract and Oral Presentation, Ramming, J.G., Waller, T.S, Ramming, M., Radiology and Radiation : How and why should we reduce exposure rates in the the CT-imaging of the nose and paranasal sinuses? Oral Presentation 55 th Annual Meeting of the Irish Otorhinolaryngology, Head and Neck Society, Lough Eske Castle, Co. Donegal Lough Eske , Irland, 2014, Abstract and Oral Presentation Ramming, Jürgen: Reduction in exposure rates in the cbct. Why and how should we do that? 5th Emirates Rhinology & Otology Conference ,14th - 176h January 2015 Dubai, UAE, Abstract and Oral Presentation Ramming J G, Waller, TS, Ramming M. ENT and Dental Medicine Center Schweinfurt, Germany: The Cone Beam CT Of The Nose And Paranasal Sinuses: Indications And Aspects Of Radiation and Exposure Rates. 9th International Academic Conference in Otology, Rhinology and Laryngology, ORLIAC2015, The Royal Chulan Hotel, Kuala Lumpur, Malaysia, 5-7-March 2015,. Abstract and Presentation

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Die 3-D-Rotationsangiographie in der Neuroradiologie Springerlink
  2. R. Schulze: Aktueller Stand der digitalen Röntgentechnik. Band 96, Nr. 6, 16. März 2006, Seite 42-48.
  3. R. Schulze: DVT-Diagnostik in der Implantologie: Grundlagen - Fallstricke. zmk-aktuell.de, 17. Februar 2011.
  4. J. Voßhans et al: Lagebestimmung der unteren Achter prä operationem. zm 95, Nr. 2, 16. Januar 2005, Seite 32-36
  5. M-A. Geibel "DVT-Kompendium ISBN 978-3-88006-300-6"
  6. Jungehülsing, M.: Der Sinuslift aus der Sicht des HNO-Arztes Teil 1 bis 3 zmk-aktuell.de, 14. Juli 2010.
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