Experimentelle Untersuchung zum Einfluss materialabhängiger Bildartefakte auf die Beurteilbarkeit im digitalen Volumentomogramm

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Einführung: Im Rahmen dieser Studie wurde mithilfe eines neu entwickelten Phantomkopfes der Einfluss von materialabhängigen Bildartefakten auf die Beurteilbarkeit der Bildqualität von dreidimensionalen Röntgenbildern untersucht.

Material und Methode: Hierfür wurden eine Oxidkeramik- und eine NEM-Brücke zur Versorgung der Schaltlücke von 22 bis 26 in einem Oberkiefermodell des Phantoms hergestellt. Mit beiden Brücken wurden je 6 nach Kontrast- und Belichtungseinstellung unterschiedliche DVT-Aufnahmen angefertigt. Aus diesen 12 Datensätzen wurden je 8 zu beurteilende Screenshots gewonnen. Diese 96 Screenshots wurden von 5 Zahnärzten sowie 5 Fachzahnärzten für Oralchirurgie nach dem festgestellten Artefakteinfluss qualitativ beurteilt.

Ergebnisse: Anhand der Auswertung der Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass der Einfluss einer Keramikversorgung auf die Artefaktbildung im DVT deutlich geringer ist als der Einfluss einer metallbasierten Versorgung. Der Einfluss der Kontrast- bzw. Belichtungseinstellungen auf die Beurteilung der verschiedenen regions of interest (ROI) war bei der kumulierten Bildbewertung nicht von statistischer Bedeutung. Die Aufnahmen mit der keramischen Brücke wurden hinsichtlich des Artefakteinflusses fast durchgehend als gut bis sehr gut bewertet.

Schlussfolgerung: Bei der zahnärztlichen DVT-Röntgendiagnostik ist der Artefakteinfluss durch metallische Versorgungen erheblich höher und in deutlicherem Maße abhängig von der Fragestellung als bei gleichartigen Versorgungen aus Vollkeramik.

Schlüsselwörter: Materialabhängige Artefakte; Digitale Volumentomographie; Metall-Restaurationen; Vollkeramik-Restaurationen

Zitierweise: Zimmermann K-P, Gehrke P, Neugebauer J: Experimentelle Untersuchung zum Einfluss materialabhängiger Bildartefakte auf die Beurteilbarkeit im digitalen Volumentomogramm. Z Zahnärztl Implantol 2014;30:38–52

DOI 10.3238/ZZI.2014.0038–0052

Einleitung

Physikalische, patientenunabhängige Artefakte spielen in der zahnärztlichen Röntgendiagnostik eine wichtige Rolle bei der Möglichkeit der Befundung und Auswertung von Röntgenaufnahmen. In der Regel handelt es sich hierbei um störende, materialabhängige Bildeinflüsse, die als solche erkannt und interpretiert werden müssen. Besonders wichtig ist dies bei dreidimensionalen Aufnahmen innerhalb der Implantatplanung und Therapie, die immer öfter mit der Unterstützung der digitalen Volumentomographie (DVT) durchgeführt werden [13]. Häufig werden solche Artefakte durch metallbasierten Zahnersatz verursacht [2]. Deren Auswirkungen auf die konventionelle zahnärztliche Röntgendiagnostik sind in der Literatur ausführlich beschrieben [7].

Während beispielsweise Bewegungsartefakte den gesamten Datensatz negativ beeinflussen, weisen Metallartefakte im DVT eher streifenförmige Störverläufe auf, deren metallischer Ursprung im Zentrum liegt. Diese Artefakte sind lokal begrenzt und manifestieren sich überwiegend horizontal entlang des röntgenologischen Strahlengangs im erhobenen Datensatz. Obwohl schon mehrfach versucht wurde, den Einfluss von dentalen Metallrestaurationen und physikalischen Effekten auf die Bildqualität mithilfe mathematischer Algorithmen zu verringern [8, 14], gehören Metallartefakte zu den häufigsten radiologischen Störfaktoren in der zahnärztlichen Praxis. Neben dem Einsatz metallbasierter Restaurationen wurde das Indikationsspektrum für vollkeramischen Zahnersatz durch die Einführung von Zirkoniumdioxid-Keramiken deutlich erweitert [6]. Untersuchungen der Röntgendichte von Zirkonkeramiken zeigen z.B. signifikant höhere Dichtewerte als bei anderen Dentalkeramiken [9]. Der mögliche Einfluss keramischer Werkstoffe auf die Beurteilbarkeit im DVT soll Bestandteil der vorliegenden Untersuchung sein.

Für DVT-Aufnahmen gilt, wie bei allen Röntgenaufnahmen, das ALARA-Prinzip (as low as reasonable achievable) [4]. Deshalb sind Untersuchungen der Abbildungsgenauigkeit oder über das Auftreten von Artefakten in Röntgen- bzw. DVT-Aufnahmen von Patienten ausschließlich retrospektiv anhand vorhandener und nach medizinischer Indikationsstellung angefertigter Aufnahmen möglich. Um eine unnötige Strahlenbelastung von Patienten zu vermeiden, wurde für diese Studie in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut caesar in Bonn ein anthropomorphes Phantommodell entwickelt, das eine prospektive Untersuchung mit definierten Testparametern ermöglicht.

Material und Methode

Zunächst wurden 12 DVT-Aufnahmen des gesamten Phantomoberkiefers mit einem Galileos-DVT-Gerät der Firma Sirona (Sirona GmbH, Bensheim, Deutschland) angefertigt. Die ersten 6 Aufnahmen wurden mit einer CAD/CAM-gefertigten vollkeramischen Brücke aus Aluminiumdioxid von regio 22 bis 26 auf den Pfeilern 23 und 25 erzeugt. Die weiteren 6 Aufnahmen wurden mit einer vestibulär kunststoffverblendeten Brücke aus einer Nichtedelmetalllegierung (NEM), ebenfalls von regio 22 bis 26 auf 23 und 25, angefertigt. Um eine konkrete Aussage über die Beurteilbarkeit der Bildeinflüsse zu ermöglichen, wurden 8 Regionen im Oberkiefer festgelegt, die von unabhängigen zahnärztlichen Untersuchern eingeschätzt werden sollten (regions of interest). Diese 8 Regionen wurden im Vorfeld für jede Aufnahme optimal in Schnittbild, Kontrast, Helligkeit und Größe für die spätere Präsentation im Betrachtungsprogramm des Galileos-Systems dargestellt und als Screenshot festgehalten. Diese so entstandenen 96 Screenshots wurden in zufälliger Reihenfolge in eine PowerPoint-Präsentation eingefügt. Den Untersuchern wurde vor der Befragung anhand dieser Präsentation eine Bewertungsskala mit den Stufen 1 (kein Artefakteinfluss) bis 5 (erheblicher Artefakteinfluss auf die region of interest) ausgehändigt und mit ihnen im Sinne einer Kalibrierung erläutert und besprochen. Dabei wurde darauf hingewiesen, dass für die Bewertung der gezeigten Bilder ausschließlich der Einfluss von Bildartefakten ausschlaggebend ist. Subjektive Einschätzungen hinsichtlich der Eignung von DVT-Aufnahmen für die Klärung einzelner diagnostischer Fragen wurden ausdrücklich als nicht bewertungsrelevant eingestuft. Die Beurteilungen wurden auf einem ebenfalls ausgehändigten Bewertungsbogen neben der aufgeführten Foliennummer durch Ankreuzen markiert.

Das verwendete Phantom bestand aus einem Schädel, der im Rapid Prototyping Verfahren aus einer Gips-Bariumsulfat-Mischung hergestellt wurde, und einem Weichgewebsanteil aus Silikon (Abb. 1a, 1b).

Die Kiefermodelle aus Kaltpolymerisat und Bariumsulfat wurden mittels Klemmpassung fixiert. Die verwendeten Zähne waren bis auf Zahn 27 ohne Hartgewebsdefekt. Zahn 27 war bereits mit einer VMK-Krone unbekannten Ursprungs versorgt. Die Zähne 22, 24 und 26 fehlten. Die Zähne 23 und 25 wurden in Form einer Schulterpräparation zur Aufnahme einer Brücke vorbereitet. Im Bereich der Extraktionsalveole 024 stellte sich ein V-förmiger knöcherner Defekt dar, der einer Verletzung der vestibulären Wand im Zuge der Zahnentfernung nachempfunden wurde. Die Wurzelspitze des Zahns 12 lag im Sinne einer apikalen, knöchernen Dehiszenz frei. Der Zahn 23 wies zervikal der Präparationsgrenze einen natürlich entstandenen keilförmigen, kariösen Defekt auf. Die Alveolen der Zähne 22, 24 und 26 waren leer. Die vollkeramische Brücke von 22 bis 26 wurde mit dem CAD/CAM-System Cerec (Sirona GmbH, Bensheim, Deutschland) hergestellt (Abb. 2a). Die NEM-Brücke wurde im klassischen Lost-Wax-Verfahren hergestellt und anschließend vestibulär mit Kunststoff verblendet (Abb. 2b).

Die regions of interest wurden den Untersuchern anhand der Tabelle 1 erläutert.

Die Aufnahmen wurden mit einer Belichtung von 14, 28 und 42 mAs jeweils in der Normalkontrast- und Hochkontrasteinstellung angefertigt. Ausgewertet wurden sie von 5 überwiegend prothetisch tätigen Zahnärzten sowie von 5 implantologisch tätigen Fachzahnärzten für Oralchirurgie. Alle 10 Zahnärzte verfügten zum Zeitpunkt der Untersuchung bereits über mehrjährige Erfahrung im Umgang und in der Auswertung von digitalen Volumentomographien.

Ergebnisse

Die 8 ROI wurden für 12 Aufnahmen von 10 (Fach-)Zahnärzten bewertet. Daraus ergibt sich eine Gesamtzahl von 8x12x10 = 960 Einzelbewertungen. Diese Einzelbewertungen wurden nach Aufnahmeparametern zusammengefasst und miteinander verglichen.

Bei der kumulierten Beurteilung aller Befunde ergibt sich, dass bei allen Aufnahmen mit der Keramikbrücke der Median bei 2 liegt. Das entspricht einem geringen Artefakteinfluss mit guter Erkenn- und Beurteilbarkeit der zu untersuchenden Strukturen. Die Beurteilungen der Aufnahmen mit der Metallbrücke zeigen einen deutlich höheren Artefakteinfluss: Während bei den Aufnahmen mit einer Belichtung von 14 mAs sowie bei der Aufnahme mit 42 mAs und dem Hochkontrastprogramm der Median 3 ist (Artefakteinfluss, untersuchte Struktur nicht eindeutig erkenn- bzw. beurteilbar), liegt die Bewertung der Aufnahmen mit einer Belichtung von 28 mAs und der Aufnahme mit 42 mAs und Standardkontrast bei einem Medianwert von 4 (deutlicher Artefakteinfluss, untersuchte Struktur teilweise erkenn-, aber nicht mehr beurteilbar).

ROI: Approximal ZE

Bei der Fragestellung zur Beurteilung des approximalen Zahnersatzes (Approximal ZE) wurde der Artefakteinfluss durch den eingegliederten Zahnersatz auf die Beurteilbarkeit des distalen Approximalkontakts des Zahns 21 in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Schwebeglied 22 untersucht. Bei den Aufnahmen mit keramischem Zahnersatz zeigte sich eine einheitliche Bewertung mit einem Median von 2. Bei den Aufnahmen mit NEM-Brücke lag der Median einmal bei 4 und viermal bei 5 (erheblicher Artefakteinfluss, untersuchte Struktur absolut nicht erkenn- und beurteilbar). Die Ergebnisse in den jeweiligen Zahnersatzgruppen (Keramik bzw. NEM) zeigen innerhalb der veränderten Aufnahmeparameter keine signifikanten Abweichungen. Der Vergleich der Bewertungen nach ZE-Material zeigt für alle Aufnahmeparameter eine signifikante Abweichung zugunsten der keramischen Versorgung (Abb. 3a, 3b).

ROI: Putzdefekt

Bei der ROI Putzdefekt wurde der Artefakteinfluss durch den eingegliederten Zahnersatz auf die Beurteilbarkeit des cervikalen keilförmigen Defekts im Sinne eines kariösen Putzdefekts an Zahn 23 untersucht. Bei den Aufnahmen mit keramischem Zahnersatz zeigte sich, mit Ausnahme der Aufnahme mit einer Belichtung von 42 mAs und der Standardkontrasteinstellung (Median = 2), eine einheitliche Bewertung mit einem Median von 1 (kein Artefakteinfluss, untersuchte Struktur problemlos erkenn- und beurteilbar). Die Bewertungen der Aufnahmen mit der NEM-Brücke zeigen überwiegend einen deutlichen Artefakteinfluss (Median = 4), lediglich die Aufnahmen mit 28 mAs im Standardkontrastmodus (Median = 3) und 42 mAs mit Hochkontrasteinstellung (Median = 2) wurden besser bewertet. Die Aufnahmen mit der Keramikbrücke weichen untereinander für die verschiedenen Aufnahmeparameter nicht signifikant voneinander ab. Darüber hinaus konnte keine statistisch relevante Abweichung zwischen der Aufnahme mit Keramik-ZE und einer Belichtung von 42 mAs im Standardmodus und den Aufnahmen mit Metallbrücke bei 14 mAs im Hochkontrast- bzw. 28 mAs im Standardmodus festgestellt werden. Die Bewertungen der Aufnahmen mit NEM-Brücke zeigen untereinander bis auf eine Ausnahme ebenfalls keine statistisch signifikanten Abweichungen. Lediglich die Aufnahme mit NEM-Brücke und einer Belichtung von 42 mAs im Hochkontrastprogramm weicht ausschließlich von den Bewertungen der Aufnahmen mit NEM-ZE und einer Belichtung von 42 mAs bzw. 14 mAs im Standardmodus signifikant ab (p = 0,014 bzw. p = 0,002). Die Bewertungen der Aufnahmen mit Keramikbrücke zeigen für alle Aufnahmeparameter eine signifikante Abweichung von den Bewertungen der Aufnahmen mit NEM-Brücke, ausgenommen die oben beschriebene Aufnahme (NEM, 42 mAs, Hochkontrast). Im klinischen Alltag kann daher davon ausgegangen werden, dass Hartsubstanzdefekte im Randbereich keramischer Versorgungen sicher, im Randbereich metallbasierter Versorgungen nur eingeschränkt bis schlecht im DVT beurteilt werden können (Abb. 4a, 4b).

ROI: Extrakionsalveole

Die Fragestellung Extraktionsalveole untersuchte den Artefakteinfluss auf die Beurteilbarkeit des V-förmigen Defekts der bukkalen Knochenwand der Extraktionsalveole 024. Bei allen Aufnahmen zeigte sich, unabhängig vom eingegliederten Zahnersatz, eine deutliche Einschränkung der Beurteilbarkeit der ROI. Unabhängig von ZE-Material und Aufnahmeparametern (Ausnahme: NEM-Brücke mit 42 mAs und Hochkontrasteinstellung, Median = 3) wurde die Beurteilbarkeit als unzureichend (Median = 4) bewertet. Ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Bewertungen einzelner Aufnahmen konnte nicht festgestellt werden (Abb. 5a, 5b).

ROI: Kieferkamm im Frontzahnbereich

Bei der Fragestellung zur Beurteilung des Kieferkamms im Frontzahnbereich (Kieferkamm FZ ) wurde der Artefakteinfluss durch den eingegliederten Zahnersatz auf die Beurteilbarkeit der Knochenstruktur am krestalen Alveoleneingang in regio 022 untersucht. Bei den Aufnahmen mit keramischem Zahnersatz zeigte sich eine einheitlich sehr gute Bewertung mit einem Median von 1. Bei den Aufnahmen mit der NEM-Brücke wurden erkennbare (Median = 3) bis deutliche (Median = 4) Artefakteinflüsse festgestellt. Die Ergebnisse innerhalb einer Zahnersatzgruppe (Keramik bzw. NEM) zeigen für die veränderten Aufnahmeparameter keine statistisch signifikanten Abweichungen. Der Vergleich der Bewertungen nach ZE-Material zeigt für alle Aufnahmeparameter eine signifikante Abweichung (p = 0,000 bis p = 0,007). Es ist daher davon auszugehen, dass metallbasierte Schwebeglieder die Diagnostik des krestalen Knochens im Gegensatz zu vollkeramischen deutlich negativ beeinflussen (Abb. 6a, 6b).

ROI: Axialansicht OK

Bei der Fragestellung Axialansicht OK wurde die Erkennbarkeit der ZE-Umrisse in der Axialansicht untersucht. Die Bewertung der Aufnahmen mit Keramik-Brücke zeigte eine durchgehend sehr gute Erkennbarkeit (Median = 1). Bei den Aufnahmen mit der NEM-Brücke war der Artefakteinfluss deutlich bis erheblich, bei einem Median von 4 bzw. 5. Die Ergebnisse innerhalb einer Zahnersatzgruppe (Keramik bzw. NEM) zeigen für die veränderten Aufnahmeparameter keine statistisch signifikanten Abweichungen. Der Vergleich der Bewertungen nach ZE-Material zeigt für alle Aufnahmeparameter eine signifikante Abweichung (p = 0,000). Dies belegt die horizontale Zeichenschärfe keramischer Prothetik im dentalen DVT (Abb. 7a, 7b).

ROI: Apikale Dehiszenz

Die Fragestellung apikale Dehiszenz untersuchte den Artefakteinfluss durch den eingegliederten Zahnersatz auf die Beurteilbarkeit der apikalen Knochendehiszenz im zur prothetischen Versorgung kontralateralen Quadranten an Zahn 12. Die Aufnahmen mit keramischem Zahnersatz zeigten eine gute (Median = 2) bis sehr gute Bewertung (Median = 1). Die Bewertungen der Aufnahmen mit der NEM-Brücke zeigten einen Median von 2 bzw. 3. Eine statistisch signifikante Abweichung zwischen den einzelnen Bewertungsergebnissen konnte nicht festgestellt werden (Abb. 8a, 8b).

ROI: Approximale Zahngesundheit

Bei der Fragestellung zur Beurteilung der approximalen Zahngesundheit (Approximal Zahn) wurde der Artefakteinfluss auf die Beurteilbarkeit des distalen Approximalkontakts des Zahns 11 ohne unmittelbare Nachbarschaft zu dem eingegliederten Zahnersatz untersucht. Bei allen Aufnahmen zeigte sich eine einheitlich gute Bewertung mit einem Median von 2. Die Bewertungen zeigten keine statistisch signifikanten Abweichungen (Abb. 9a, 9b).

ROI: Kieferkamm Seitenzahnbereich

Bei der Fragestellung zur Beurteilung des Kieferkamms im Seitenzahnbereich (Kieferkamm SZ) wurde der Artefakteinfluss durch den eingegliederten Zahnersatz auf die Beurteilbarkeit der Knochenstruktur am krestalen Alveoleneingang in regio 026 untersucht. Bei den Aufnahmen mit vollkeramischem Zahnersatz zeigte sich eine einheitlich gute Bewertung mit einem Median von 2. Bei den Aufnahmen mit der NEM-Brücke wurden deutliche (Median = 4) Artefakteinflüsse festgestellt. Lediglich die Aufnahme mit NEM-Brücke und 14 mAs im Hochkontrastmodus wurde etwas besser bewertet (Median = 3). Statistisch signifikante Abweichungen der Bewertungen fanden sich lediglich zwischen den Aufnahmen „NEM 28 mAs HC“ und „Keramik 14 mAs HC“ (p = 0,001), „Keramik 28 mAs HC“ (p = 0,003), „Keramik 42 mAs HC“ (p = 0,034) und „Keramik 42 mAs Std“ (p = 0,034). Außerdem wichen die Bewertungen der Aufnahme „NEM 14 mAs Std“ signifikant von denen der Aufnahme „Keramik 14 mAs HC“ (p = 0,034) ab. Daraus ergibt sich der hohe Anspruch an die optimale Einstellung des DVT-Geräts entsprechend den gewünschten Bildeigenschaften in dieser ROI (Abb. 10a, 10b).

Eine vollständige Übersicht der Bewertungen der implantologisch tätigen Fachzahnärzte für Oralchirurgie ist in der Tabelle 2 und die der überwiegend prothetisch tätigen Zahnärzte in der Tabelle 3 dargestellt.

Diskussion

In dieser Arbeit wurde der Artefakteinfluss auf die Erkenn- und Beurteilbarkeit vorher festgelegter Regionen in DVT-Aufnahmen bewertet. Dies erfolgte anhand von Screenshots. Die DVT-Aufnahmen wurden im Vorfeld ausgewertet und die fraglichen Regionen optimal in Kontrast und Helligkeit sowie Schnittebene eingestellt. Anschließend wurde das Betrachtungsfenster entsprechend der Foliengröße einer PowerPoint-Präsentation angepasst und das dargestellte Schnittbild übertragen. Auf diese Weise wurde sichergestellt, dass alle Untersucher die gleichen Voraussetzungen für die Bewertung des Artefakteinflusses vorfanden. Bei einer individuellen Einstellung der ROI durch jeden einzelnen Betrachter hätte es zu Darstellungsunterschieden und somit zu einstellungsbedingt unterschiedlichen Einschätzungen der materialabhängigen Bildeinflüsse kommen können.

Die Folien dieser Präsentation wurden im Rahmen einer geführten Befragung bewertet. Dafür wurden den Untersuchern eine Tabelle mit den Definitionen der Bewertungsstufen, eine Beispielliste der ROI sowie ein Bewertungsbogen ausgehändigt. Die Bewertungsstufen wurden vor Beginn der Präsentation ausführlich erklärt und nach einer Kalibrierungsrunde rekapituliert. Dadurch wurden ein sicherer Umgang mit den Bewertungsstufen sowie eine unmissverständliche Beschreibung der gefragten Region gewährleistet. Irrtümer bezüglich der Bewertungsskala bzw. der ROI konnten somit ausgeschlossen werden.

Die Befragung wurde an einem 22 Zoll großen LCD-Bildschirm bei gleichmäßiger, reproduzierbarer Beleuchtung durchgeführt. Negative Einflüsse durch zu kleine Darstellungen oder die Zimmerbeleuchtung wurden so bestmöglich minimiert.

Die Auswertung der 960 Einzelbewertungen erfolgte zunächst kumuliert nach Aufnahmeparametern. Hierfür wurden die Bewertungen der 10 (Fach-)Zahnärzte für die 8 ROI pro Aufnahmeparameter (ZE-Material, Belichtung, Kontrasteinstellung) zusammengefasst und miteinander verglichen. Dabei zeigte sich erwartungsgemäß eine eindeutig bessere Bewertung der Aufnahmen mit vollkeramischem Zahnersatz. Ein Einfluss der Belichtung oder des Kontrastmodus auf die Bewertung war nicht erkennbar. Im Gegensatz dazu ergaben sich bei den Aufnahmen mit NEM-Brücke Unterschiede zwischen den einzelnen Parametergruppen. So schienen die Bewertungen bei einer Belichtung von 14 bzw. 28 mAs eher unabhängig von der gewählten Kontrasteinstellung zu sein, wobei bei einer Belichtung von 42 mAs das Hochkontrastprogramm einen positiven Einfluss auf die Vermeidung von metallabhängigen Artefakten hatte. Aufgrund der geringen Abweichungen der Beurteilungen kann von einer gleichmäßigen Bewertung der jeweiligen Parametergruppe ausgegangen werden.

Im Anschluss an die kumulierten Beurteilungen wurden die ROI-Bewertungen nach Aufnahmeparametern miteinander verglichen. Die Beurteilungen des distalen Approximalkontakts des Zahns 21 in unmittelbarer Nachbarschaft zum eingegliederten Zahnersatz (ROI Approximal ZE ) zeigten analog zu den kumulierten Bewertungen einen deutlichen Unterschied hinsichtlich des Artefakteinflusses durch das verwendete Material. Die Aufnahmen mit der Metallbrücke waren aufgrund der Bildartefakte für die Diagnostik der Zahngesundheit in der fraglichen Region vollständig unbrauchbar, auch wenn die Standardkontrastaufnahme mit einer Belichtung von 28 mAs etwas weniger schlecht beurteilt wurde. Der Einfluss der Keramikbrücke auf die Bildqualität wurde für alle Aufnahmeparameter als nicht entscheidend für die Fragestellung eingestuft. Bewertungsabweichungen bei den Parametern Kontrast und Belichtung wurden innerhalb der Keramikgruppe nicht deutlich.

Die Beurteilung der Erkennbarkeit des kariösen Putzdefekts zervikal des Kronenrands an Zahn 23 (ROI Putzdefekt ) zeigte deutliche Unterschiede zwischen den Aufnahmen mit der Metall- und der Keramikbrücke. Für Letztere wurde der Artefakteinfluss auf die Erkennbarkeit der gefragten Region als nicht vorhanden bis gering eingestuft. Bei der Metallbrücke variieren die Bewertungen zwischen den einzelnen Aufnahmeparametern z.T. erheblich. Für die Beurteilung des Kronenrandes scheint eine Belichtung von 14 mAs unabhängig von dem gewählten Kontrastprogramm weniger geeignet zu sein als die Standardkontrastaufnahme mit 28 mAs bzw. die noch besser bewertete Hochkontrastaufnahme mit 42 mAs.

Die Beurteilung der ROI Extraktionsalveole war von den Parametern unabhängig einheitlich schlecht. Die große Streuung der Beurteilungen innerhalb einer Aufnahme und die einheitliche Bewertung unabhängig von ZE-Material, Belichtung und Kontrasteinstellung lassen darauf schließen, dass eine Longitudinalschnittdarstellung durch eine dünne Knochenlamelle nicht zur Beurteilung der Hartgewebskontinuität in diesem Bereich geeignet ist.

Bei der Beurteilung des krestalen Knochens im Bereich des Alveoleneingangs in regio 022 bei direkter Nachbarschaft zu dem eingesetzten Zahnersatz zeigte sich ebenfalls ein signifikanter Unterschied zwischen den Materialien. Bei den Aufnahmen mit der Keramikbrücke waren die Ergebnisse unabhängig von Belichtung und Kontrastprogramm einheitlich sehr gut. Bei Aufnahmen mit der NEM-Brücke legen die Ergebnisse für eine niedrige bis mittlere Belichtung (14 bzw. 28 mAs) die Einstellung des Hochkontrast-, bei Aufnahmen mit einer Belichtung von 42 mAs die Verwendung des Standardkontrastprogramms nahe. Die Bewertungen zeigen, dass die Darstellungsgenauigkeit der Aufnahmen mit der Metallbrücke inhomogener beurteilt wurde und nicht so eindeutig interpretierbar ist wie bei keramischem Zahnersatz.

Die ROI Axialansicht OK diente der Beurteilung der Darstellungsgenauigkeit der eingegliederten Prothetik. Bei eingesetztem keramischem Zahnersatz wurde die Erkennbarkeit der Brückenumrisse einheitlich als sehr gut eingestuft, bei den Aufnahmen mit der NEM-Brücke war der Artefakteinfluss deutlich bis erheblich, so dass eine gesicherte Aussage über die Umrisse nicht gemacht werden konnte. Die Parameter Kontrast und Belichtung zeigten keinen nennenswerten Einfluss auf die Bewertungen.

Die Beurteilungen des krestalen Knochens im Bereich des Alveoleneingangs in regio 026 (ROI Kieferkamm SZ ) zeigen ebenfalls einen klaren Unterschied zwischen den Bewertungen der Aufnahmen mit der keramischen und den Aufnahmen mit der Metallbrücke. Die Untersuchung des Knochenangebots scheint auch in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem keramischen Schwebeglied nicht durch materialbedingte Artefakte beeinflusst zu werden. Eindeutige Einflüsse von Kontrastmodus oder Belichtungseinstellung konnten nicht festgestellt werden. Im Gegensatz zum metallfreien Zahnersatz macht das NEM-Schwebeglied eine eindeutige Diagnostik unmöglich. Selbst die für diese Fragestellung besten Aufnahmeparameter, 14 mAs und Hochkontrastprogramm, liefern keine valide Grundlage für eine weitere therapeutische Planung.

Die ROI apikale Dehiszenz weist, anders als die bisher betrachteten ROIs, keine unmittelbare Nähe zum eingegliederten Zahnersatz auf. Der fragliche Knochendefekt befindet sich im ersten Quadranten (Zahn 12), die eingegliederte Brücke befindet sich im zweiten Quadranten (22 bis 26). D.h., eventuelle Beeinträchtigungen der Beurteilbarkeit können ihre Ursache einerseits in aufgetretener Streustrahlung haben, die bis in den kontralateralen Quadranten reicht. Andererseits kann eine Einschränkung der Beurteilbarkeit der veränderten Grauwertdarstellung geschuldet sein, die sich aus dem größeren Spektrum an Dichtewerten im Untersuchungsraum ergibt. Da das menschliche Auge nicht in der Lage ist, alle möglichen Grauwerte, die sich aus der Zuordnung eines jeden gemessenen Absorptionswerts ergeben, zu unterscheiden, werden entsprechend den gemessenen Dichtewerten die Grauwerte über eine eingeschränkte Skala verteilt, um diagnostisch relevante Befunde besser erkennen zu können. Die Bewertungen der ROI apikale Dehiszenz zeigten eine etwas bessere Beurteilbarkeit der Aufnahmen, die mit der Keramikbrücke gemacht wurden. Statistisch signifikante Unterschiede zwischen den Aufnahmen mit der keramischen und der NEM-Brücke konnten jedoch nicht festgestellt werden.

Die ROI Approximal Zahn untersuchte, wie die vorangestellte ROI, eine Region im ersten Quadranten ohne direkten Kontakt zum eingegliederten Zahnersatz. Feststellbare Minderungen der Beurteilbarkeit wären auf die gleichen Gründe zurückzuführen. Bei der Auswertung der Beurteilungen zeigte sich ein einheitliches Ergebnis ohne erkennbare Einflüsse durch ZE-Material, Kontrasteinstellung oder Belichtung. Da die ROI Approximal Zahn sich auf einer horizontalen Ebene mit der Brücke und räumlich näher an dem Zahnersatz befindet, ist davon auszugehen, dass die etwas schlechtere Beurteilbarkeit der ROI apikale Dehiszenz durch die veränderte Grauwertdarstellung und nicht durch auftretende Metallartefakte verursacht wurde.

Die hier beschriebenen Materialeinflüsse auf die Beurteilbarkeit der DVT-Aufnahmen durch Artefakte decken sich mit den in der Literatur beschriebenen Phänomenen [1, 5, 12]. Studien zum Artefakteinfluss keramischen Zahnersatzes auf die Bildqualität von dreidimensionalen Röntgensystemen lagen zum Zeitpunkt der Studie nicht vor. Matthew Sanders zeigte jedoch schon 2007, dass verschiedene Bracketmaterialien, die in der Kieferorthopädie eingesetzt werden, die diagnostische Qualität von DVT-Aufnahmen beeinträchtigen können [11]. So fand er einen statistisch signifikanten Einfluss bei Aufnahmen mit Titan- und Keramikbrackets. Die Aufnahmen wurden im Gegensatz zu den Scans der vorliegenden Arbeit nicht mit einem Phantom, sondern mit Humanpräparaten angefertigt.

Der Einfluss von Metallartefakten in dreidimensionalen Röntgenaufnahmen wurde in der Literatur ausführlich beschrieben [3, 10]. Unabhängig davon, ob für diese Studien Humanpräparate oder Phantome verwendet wurden, zeigte sich eine deutliche Beeinflussung der angefertigten Aufnahmen durch metallische Fremdkörper im Strahlengang. Das in dieser Arbeit untersuchte Phantom könnte zukünftig die Möglichkeit bieten, die materialbedingten Einflüsse von Zahnersatz auf die Beurteilbarkeit von DVT-Aufnahmen weiter zu untersuchen und zu quantifizieren.

Schlussfolgerung

Die Beurteilungen der ROIs „Putzdefekt“, „Approximal ZE“, „Kieferkamm FZ“ und „Axialansicht OK“ machen deutlich, dass der Materialeinfluss auf die Artefaktbildung bei unmittelbarer Nachbarschaft zu dem eingegliederten Zahnersatz erheblich ist. Eine Auswirkung der Aufnahmeparameter Kontrast und Belichtungszeit konnte bei der Betrachtung der jeweiligen ROIs nicht festgestellt werden. Lediglich für die ROI „Putzdefekt“ wurde ein Hinweis darauf festgestellt, dass durch eine Aufnahme mit einer Belichtungszeit von 42 mAs im Hochkontrastmodus ähnlich gute Beurteilungen erreicht werden können wie bei Aufnahmen mit keramischem Ersatz. Insgesamt konnten die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass bei direkter Nachbarschaft zwischen Zahnersatz und zu untersuchender Region metallbasierte Restaurationen im Gegensatz zu Keramik die Beurteilbarkeit von DVT-Aufnahmen deutlich verschlechtern können. Eine prinzipielle Empfehlung zugunsten einer konkreten Kontrasteinstellung oder Belichtungszeit für eine bestimmte Fragestellung, insbesondere für die Implantatplanung, lässt sich statistisch nicht herleiten. Befindet sich die untersuchte Region mindestens eine Frontzahnbreite von der Restauration entfernt, ist der Einfluss des Restaurationsmaterials statistisch nicht mehr feststellbar. Für die Beurteilung dünner Knochenstrukturen sind Longitudinalschnitte unabhängig von Zahnersatzmaterial oder Aufnahmeparameter nicht verwertbar.

Interessenkonflikt: Der Autor J. Neugebauer gibt als möglichen Interessenkonflikt an, für die Firma Sirona, Bensheim, Vortragstätigkeiten durchgeführt zu haben. Die Autoren K.-P. Zimmermann und P. Gehrke erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.

Zitierweise: Zimmermann K-P, Gehrke P, Neugebauer J: Experimentelle Untersuchung zum Einfluss materialabhängiger Bildartefakte auf die Beurteilbarkeit im digitalen Volumentomogramm. Z Zahnärztl Implantol 2014;30:38–52

DOI 10.3238/ZZI.2014.0038–0052

Korrespondenzadresse

Dr. Kai-Peter Zimmermann

Praxis Prof. Dr. Dhom & Partner

Bismarckstraße 27

67059 Ludwigshafen

Tel.: 0621 6812-4444

kai_peterz@hotmail.com

Literatur

1. Baba R, Ueda K, Okabe M: Using a flat-panel detector in high resolution cone beam CT for dental imaging. Dentomaxillofac Radiol 2004;33:285–290

2. Bechara BB, Moore WS, McMahan CA, Noujeim M: Metal artefact reduction with cone beam CT: an in vitro study. Dentomaxillofac Radiol 2012;41: 248–253. doi: 10.1259/dmfr/80899839.

Epub 2012 Jan 12

3. Draenert FG, Coppenrath E, Herzog P, Muller S, Mueller-Lisse UG: Beam hardening artefacts occur in dental implant scans with the NewTom cone beam CT but not with the dental 4-row multidetector CT. Dentomaxillofac Radiol 2007;36:198–203

4. Farman AG: ALARA still applies. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2005;100:395–397

5. Jackowski C, Lussi A, Classens M et al.: Extended CT scale overcomes restoration caused streak artifacts for dental identification in CT – 3D color encoded automatic discrimination of dental restorations. J Comput Assist Tomogr 2006;30:510–513

6. Kappert H, Krah M: Keramiken – eine Übersicht. Quintessenz Zahntech 2001; 27:668–704

7. Kaugars GE, Collett WK: Panoramic ghosts. Oral Surg Oral Med Oral Pathol 1987; 63:103–108

8. Lund H, Grondahl K, Grondahl HG: Accuracy and precision of linear measurements in cone beam computed tomography Accuitomo tomograms obtained with different reconstruction techniques. Dentomaxillofac Radiol 2009;38:379–386

9. Okuda Y, Noda M, Kono H, Miyamoto M, Sato H, Ban S: Radio-opacity of core materials for all-ceramic restorations. Dent Mater J 2010;29:35–40

10. Perrella A, Lopes PM, Rocha RG, Fenyo-Pereira M, Cavalcanti MG: Influence of dental metallic artifact from multislice CT in the assessment of simulated mandibular lesions. J Appl Oral Sci 2010; 18:149–154

11. Sanders MA, Hoyjberg C, Chu CB, Leggitt VL, Kim JS: Common orthodontic appliances cause artifacts that degrade the diagnostic quality of CBCT images. J Calif Dent Assoc 2007;35:850–857

12. Schulze RK, Berndt D, d'Hoedt B: On cone-beam computed tomography artifacts induced by titanium implants. Clin Oral Implants Res 2010;21: 100–107

13. Visconti MA, Verner FS, Assis NM, Devito KL: Influence of maxillomandibular positioning in cone beam computed tomography for implant planning. Int J Oral Maxillofac Surg 2013;42:880–886. doi:pii: S0901–5027(13)00109–4.10. 1016/j.ijom.2013.03.001

14. Zhang Y, Zhang L, Zhu XR, Lee AK, Chambers M, Dong L: Reducing metal artifacts in cone-beam CT images by preprocessing projection data. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2007;67:924–932

Fussnoten

1 Praxis Prof. Dr. Dhom & Partner, Ludwigshafen, Rheinland-Pfalz, Germany

2 Praxis Dr. Bayer, Dres. Kistler, Dr. Elbertzhagen, Landsberg am Lech, Bayern, Germany, und Interdisziplinäre Poliklinik für Orale Chirurgie und Implantologie und Klinik und Poliklinik Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie des Klinikums der Universität zu Köln,Germany


(Stand: 12.06.2015)

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