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KIEFERORTHOPÄDIE2
für das MSCT signifikant geringer dar als für
die untersuchten DVTs (SDDVT Krl – Krr – Ge:
0,51 – 0,75 mm; SDMSCT Krl – Krr – Ge: 0,22 mm).
SCHLUSSFOLGERUNG
Die untersuchten DVT-Geräte eignen sich für die
exakte dreidimensionale Vermessung anatomi-
scher Strukturen und erfüllen alle Voraussetzun-
gen für die 3D Kephalometrie.
EINLEITUNG
Seit 1997 besteht alternativ zur Mehrschicht-
Spiral-Computertomographie (MSCT), die in ihrer
Anwendung einem Radiologen vorenthalten ist,
mit der dentalen Volumentomographie (DVT/
CBCT) die Möglichkeit für den fachkundigen Zahn-
arzt oder Kieferorthopäden, dreidimensionale
Volumenaufnahmen des Viszerokraniums zu er-
stellen. Das Haupteinsatzgebiet der DVT ist die
Beurteilung von Hochkontraststrukturen im Ge-
sichtsschädelbereich [14], wie schwere kraniofazi-
ale Fehlbildungen, knöcherne Asymmetrien oder
ektope Verlagerung von Zahnanlagen. Als Haupt-
vorteil der DVT wird häufig die vergleichsweise
geringe Strahlenbelastung angeführt: So beträgt
nach der ICRP 2007 [35] bei Wahl eines vergleich-
baren Bildausschnitts (»field of view« FOV) die
Strahlenbelastung der DVT 3 – 66 % der effektiven
Dosis einer vergleichbaren MSCT-Aufnahme [5, 19,
21, 25, 26, 29, 34] und liegt mehrere hundert mal
über der Strahlenbelastung einer digitalen Pano-
ramaschichtaufnahme oder eines digitalen seit-
lichen Fernröntgenseitenbildes [29]. Für die DVT
liegt das räumliche Auflösungsvermögen im Sub-
millimeterbereich. Folglich wird der Cone-Beam-
Technologie eine hohe Dimensionstreue und
Genauigkeit in der Abbildung knöcherner Struk-
turen attestiert [3, 13]. Die Differenzierung zwi-
schen Hart- und Weichgewebe dagegen ist jedoch
weiterhin als problematisch zu betrachten [8, 12,
14]. Da in früheren Untersuchungen kein Vergleich
verschiedener Geräte bezüglich der Messpunkt-
ZUSAMMENFASSUNG
HINTERGRUND
Ziel dieser Studie war der Vergleich der Reprodu-
zierbarkeit anatomischer Messpunkte und somit
auch der Genauigkeit verschiedener dentaler
Volumentomographen (DVT) und eines Mehr-
schicht-Spiral-Computertomographen (MSCT).
MATERIAL UND METHODIK
Von einem gefrorenem Leichenkopf wurden mit
vier DVT-Geräten (Accuitomo 3D, 3D eXam, Pax
Reve 3D, Pax Zenith 3D) und einem MSCT (SOMA-
TOM Sensation 64) Volumenaufnahmen erstellt.
Die dreidimensionale Rekonstruktion dieser
Volumendatensätze und das Setzen der anthro-
pometrischen Messpunkte (n = 11) sowie lineare
(n = 5) und Winkelmessungen (n = 1) wurden im
Programm VoXim® 6.1 von drei Untersuchern
zweimal im Abstand von 14 Tagen durchgeführt.
Mittels deskriptiver Analyse wurde die Standard-
abweichung für die gesetzten Messpunkte ermit-
telt und diese innerhalb der unterschiedlichen
Datensätze verglichen.
ERGEBNISSE
Die deskriptive Statistik zeigte deutliche Unter-
schiede für die einzelnen Punkte in den drei
Achsen des Koordinatensystems. Aufgrund ana-
tomisch-morphologischer Kriterien wiesen die
Punkte Pogonion und Gnathion eine höhere
Standardabweichung (SDDVT Pog: 0,66 – 1,57 mm;
SDMSCT Pog: 0,14 – 1,09 mm; SDDVT Gn: 1,05 – 1,77 mm;
SDMSCT Gn: 0,20 – 0,85 mm) und eine dementspre-
chend niedrigere Präzision in der Transversalen,
aber eine niedrigere Standardabweichung in der
Sagittalen und in der Vertikalen auf. Genion, Spina
nasalis anterior und Infradentale zeigten eine sehr
geringe Standardabweichung in allen drei Ebenen.
Für die Strecke (Mfl – Mfr) und den Winkel
(Krl – Krr – Ge) stellte sich die Standardabweichung
DR. MED. DENT. JÜRGEN MEDELNIK1, DR. MED. DENT. KLAUS HERTRICH1,
DR. MED. DENT. STEFANIE STEINHÄUSER-ANDRESEN1,
PROF. DR. MED. DENT. URSULA HIRSCHFELDER1,
DR. MED. DENT. ELISABETH HOFMANN1
DVT- und MSCT-gestützter Vergleich
der Reproduzierbarkeit anatomischer
Messpunkte – Eine In-vitro-Studie
1 Kieferorthopädie
Universitätsklinikum
Erlangen-Nürnberg,
Erlangen
SCHLÜSSEL-
WÖRTER
n Mehrschicht-Spiral-
Computertomo-
graphie (MSCT)
n Dentale Volumen-
tomographie (DVT)
n Messpunkt-
identifikation
n Humaner
Leichenkopf
INSIDERMEDIZIN 3
Tabelle 1
n Übersicht über die
Einstellungen der unter-
suchten dentalen Volumen-
tomographen
reproduzierbarkeit erfolgte, wurde in der vorlie-
genden Studie anhand von im Programm VoXim®
rekonstruierter 3D-Datensätze verschiedener DVT-
und MSCT-Geräte die Präzision anatomischer
Referenzpunkte beurteilt.
Weiterhin soll auf diesem Weg über einen Ver-
gleich verschiedener Streckenmessungen inner-
halb dieser Datensätze evaluiert werden, ob
Verzerrungen oder Unschärfe in DVT-Aufnahmen
die Messungen beeinträchtigen. Da die exakte
verzerrungsfreie Darstellung medizinisch relevan-
ter Bereiche Voraussetzung für eine aussagekräf-
tige Beurteilung einer dreidimensionalen, wie
auch einer – aus einer Volumenaufnahme gene-
rierten – zweidimensionalen Röntgenaufnahme,
wie dem seitlichen Fernröntgenseitenbild – ist,
besitzt diese Fragestellung große klinische Rele-
vanz.
MATERIAL UND METHODIK
VERSUCHSKÖRPER
Für diese Studie wurde ein tiefgefrorener, nicht in
Formalin gelagerter, weiblicher Leichenkopf kau-
kasischer Herkunft verwendet. Der Kopf wurde
uns vom Institut für Anatomie I der Medizinischen
Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlan-
gen-Nürnberg (Deutschland) zur Verfügung ge-
stellt. Alle Aufnahmen (DVT- und MSCT-Scans)
wurden an diesem Kopf in einem Zeitraum von vier
Wochen angefertigt. Der Kopf wurde einge-
schweißt und bei einer Temperatur von -18°C
gelagert.
MEHRSCHICHT-SPIRAL-COMPUTER-
TOMOGRAPHIE (MSCT)
Die MSCT-Untersuchung erfolgte mit dem
SOMATOM Sensation 64® (Siemens Healthcare,
Forchheim, Deutschland), einem modernen
64-Zeiler Spiral-CT, unter Anwendung einer ana-
tomiebasierten Dosismodulation (CARE Dose4D,
Siemens Healthcare, Forchheim, Deutschland).
Die Röhrenspannung betrug 120 kV, der Röhren-
strom effektive 90 mAS. Die Rotationszeit war
1,0 s, der Pitch 0,9. Das FOV betrug 183 mm. Der
Kopf wurde so in einer Kopfschale gelagert, dass
die Okklusionsebene in der Aufnahmeebene lag.
Dies wurde mit dem Lichtvisier kontrolliert. Aus
den Rohdaten der CT-Aufnahmen wurden zu-
nächst im Knochenfenster (C/W: 700/4000) über-
lappende axiale Schnittbilder mit einer Schicht-
dicke von 0,75 mm und einem Inkrement von
0,4 mm mit einem kantenbetonten Rekonstruk-
tionskern (H60) berechnet und im DICOM-Format
gespeichert (Voxelgröße: 0,4 mm3).
DENTALE VOLUMENTOMOGRAPHIE
(DVT)
In dieser Studie wurden die Geräte folgender Her-
steller eingeschlossen: Accuitomo 3D (J. Morita
Inc, Kyoto, Japan), 3D eXam (KaVo, Biberach,
Deutschland), Pax Zenith 3D, Pax Reve 3D (beide
Vatech, Gyeonggi-Do, Korea). Die radiologischen
Untersuchungen wurden in den von den Herstel-
lern empfohlenen Standardeinstellungen für eine
ältere weibliche Person gefahren, wobei die von
manchen Geräten angebotenen Programme zur
KIEFERORTHOPÄDIE4
Abbildung 1
n Darstellung des aufnah-
mebedingten Koordinaten-
systems in VoXim® 6.1 mit
den drei Raumachsen: x-,
y- und z-Achse.
Reduktion von Metallartefakten nicht berücksich-
tigt wurden (Tabelle 1). Bei der Wahl der Scan-
Parameter und der Durchführung der dreidimen-
sionalen Volumenaufnahme wurden wir von
fachkundigem Personal unterstützt. Da bei eini-
gen, in diese Studie einbezogenen DVTs aufgrund
des vom Hersteller festgelegten Untersuchungs-
feldes (FOV) die vordere Gesichtshöhe des Schä-
dels nicht komplett abgebildet werden konnte,
beschränken sich die Messungen in dieser Studie
auf den Bereich zwischen Processus coronoideus
und Gnathion (Abbildung 1). Die Positionierung
des Kopfes erfolgte mithilfe des Lichtvisiers mittig
in der Median-Sagittalebene auf Höhe der Okklu-
sionsebene.
DATENTRANSFER
Die DVT- und MSCT-Daten wurden im DICOM-
Format abgespeichert und anschließend in die
Auswertungssoftware VoXim® (IVS Solutions AG,
Chemnitz, Deutschland) importiert. Die Bildmatrix
bestand aus 5122 Bildpunkten. Die Window-level-
Sets wurden vor der Analyse für jeden Datensatz
optimiert und während der gesamten Analyse
nicht verändert, um identische Auswertungsbe-
dingungen zu gewährleisten. Die Berechnung der
3D-Oberflächenrekonstruktion des Schädels und
der Dentition erfolgte beim MSCT ausschließlich
im harten Kern, bei den DVT-Datensätzen im vom
Gerät kreierten Datensatz. Die Hounsfield-Ebene
wurde schrittweise reduziert, wobei darauf geach-
tet wurde, dass der Knochen soweit als möglich
von den bedeckenden Weichteilen befreit wurde,
die grazilen Knochenstrukturen wie Spina nasalis
anterior aber dennoch möglichst vollständig dar-
gestellt wurden. Diese Einstellung erfolgte durch
die drei Untersucher im Konsens für jeden Daten-
satz separat und wurde während des Auswer-
tungsprozesses nicht mehr verändert.
AUSWAHL DER ANATOMISCHEN
MESSPUNKTE
Die Wahl der anatomischen Messpunkte (n = 11),
Strecken (n=5) und Winkel (n = 1) erfolgte in
Anlehnung an das Standardwerk für anthropo-
metrische Wissenschaften nach Rudolf Martin
[23], wobei darauf geachtet wurde, dass die Mess-
punkte Strecken in horizontaler, sagittaler und
Tabelle 2
n Definition der Messpunkte und der daraus
resultierenden Strecken und Winkel.
INSIDERMEDIZIN 5
vertikaler Richtung beschrieben (Tabelle 2, Abbil-
dung 2, Abbildung 3).
DEFINITION DER ANATOMISCHEN
MESSPUNKTE, RESULTIERENDE
STRECKEN UND WINKEL IM
3D-DATENSATZ
Die Messpunkte wurden anhand der 3D-Darstel-
lung des Schädels gesetzt und in den axialen,
koronalen sowie sagittalen Darstellungen über-
prüft und ggf. korrigiert (Tabelle 2, Abbildung 4).
Das Setzen der Messpunkte wurde von drei Unter-
suchern, die über Erfahrung in der Auswertung
dreidimensionaler Datensätze verfügten, vorge-
nommen. Die Untersucher werteten die Datensät-
ze 2-mal an zwei Untersuchungstagen im Abstand
von zwei Wochen aus, um Lerneffekte zu minimie-
ren. Für jeden Datensatz wurden zwei Messvorla-
gen je Untersucher gespeichert und mit einem
Zahlencode versehen. Somit wurde eine genaue
Zuordnung für die spätere Datenanalyse gewähr-
leistet. Die Auswertung der Datensätze erfolgte
verblindet, d. h. die Untersucher konnten den
Datensatz während des Setzens der Messpunkte
keinem Gerät zuordnen.
DATENAUFBEREITUNG UND STATISTIK
Das Programm VoXim® 6.1 besitzt ein aufnahme-
bedingtes Datensatzkoordinatensystem, das auf
der Voxelmatrix des dreidimensionalen Datensat-
zes basiert und seinen Ursprung in der ventralen,
kranialen linken Ecke des Datensatzes hat (Abbil-
dung 1). Die xz-Richtung entspricht der Koronal-,
die xy-Richtung der Transversal- und die yz-Rich-
tung der Sagittalebene. Die x-, y-, und z-Koordina-
ten der Referenzpunkte wurden zunächst in das
Programm Microsoft EXCEL® exportiert. Insgesamt
ergab sich eine Anzahl von 102 Messwerten
(11 Messpunkte, 5 Strecken, 1 Winkel, 3 Untersu-
cher in Doppelmessung) je Datensatz. Aufgrund
des in VoXim® 6.1 vorgegebenen Datensatzkoor-
dinatensystems waren die Datensätze bezüglich
der Messpunktsetzung nicht direkt miteinander
vergleichbar, sodass die Ermittlung der Reprodu-
zierbarkeit der Messpunkte anhand der Standard-
abweichungen in den drei Raumebenen erfolgte.
Im Gegensatz dazu konnten die durch die Mess-
punktsetzung ermittelten Strecken (n = 5) und
Winkel (n = 1) direkt in den verschiedenen Daten-
sätzen miteinander verglichen werden, da es sich
hier um absolute Werte handelte.
Im Rahmen einer deskriptiven Statistik wurden für
jeden Referenzpunkt die individuellen Mittelwerte
und Standardabweichungen als Maß für die
Streuung der Messergebnisse in x-, y-, z-Richtung
sowie die Maximal- und Minimalwerte berechnet.
Die jeweiligen Standardabweichungen dienten zur
Charakterisierung der Messgüte (Präzision). Nach
Prüfung der Normalverteilung der Messergeb-
nisse für die Referenzpunktsetzung in Relation zu
dem systemeigenen räumlichen Koordinatensys-
tem wurde die Messgüte anhand der 1,96-fachen
Standardabweichung charakterisiert. Der Bereich
Abbildung 2
n Darstellung der horizon-
talen Messstrecken
(Tabelle 2) sowie des
Koronoid-Genion-Winkels
in VoXim® 6.1.
a) eXam (KaVo, Biberach,
Deutschland);
b) SOMATOM Sensation 64
(Siemens Healthcare,
Forchheim, Deutschland)
Kieferorthopädie6
insidermedizin 7
den drei Raumebenen. Aufgrund morphologisch-
anatomischer Kriterien zeigten beispielsweise die
Punkte Pogonion und Gnathion eine höhere Stan-
dardabweichung und demzufolge eine geringere
Präzision der Messpunktsetzung in der Transver-
salebene (x-Achse) als in den anderen beiden
Raumebenen. Ebenso wiesen die Punkte Genion,
Spina nasalis anterior und Infradentale in allen
drei Raumebenen eine niedrigere Standardab-
weichung auf.
Die Punkte Genion und Infradentale wiesen für die
DVTs in der x- und y-Richtung eine sehr geringe
der 1,96-fachen Standardabweichung entspricht
dem Bereich, in dem 95 % aller Messwerte liegen.
Aufgrund der geringen Fallzahl erschien eine Diffe-
renzierung in Inter- und Intrauntersucherfehler
statistisch nicht sinnvoll, weshalb in den Ergeb-
nissen alleine die Standardabweichung hinsicht-
lich der verschiedenen Geräte betrachtet wurde.
ERGEBNISSE
In der deskriptiven Statistik bestanden deutliche
Unterschiede für die einzelnen Referenzpunkte in
Tabelle 3
n Standardabweichungen,
Mittelwerte, Minimum und
Maximum aller untersuch-
ten Referenzpunkte in den
drei Raumebenen. Aufgrund
des aufnahmebedingten
Koordinatensystems im
Programm VoXim® (Abbil-
dung 1) wurde die Streuung
der gesetzten Referenz-
punkte innerhalb der
untersuchten DVT- und
CT-Geräte mit Hilfe der
Standardabweichung
verglichen.
Abbildung 3
n Darstellung der sagitta-
len und vertikalen Mess-
strecken sowie des
Koronoid-Genion-Winkels
(Tab. 2) in VoXim® 6.1.
a) 3D eXam (KaVo, Bibe-
rach);
b) SOMATOM Sensation 64
(Siemens Healthcare,
Forchheim)
KIEFERORTHOPÄDIE8
Tabelle 4
n Standardabweichungen,
Mittelwerte, Minima und
Maxima der untersuchten
Strecken Spa – Spp
(ANS – PNS), Krl – Krr,
Id – Gn, Spa – Pr (ANS – PR),
Mfl – Mfr und des Winkels
Krl – Krr – Ge (Tab. 2, Abb. 2,
Abb. 3).
Standardabweichung auf (SDGe: 0,08 – 0,49 mm;
SDId: 0,15 – 0,48 mm), wobei die Messpunktlokali-
sation für den Punkt Genion in y-Richtung beson-
ders gut übereinstimmte (SD: 0,08 – 0,13 mm). Für
das SOMATOM Sensation 64 betrug die Standard-
abweichung für den Punkt Genion 0,15 mm, für
den Punkt Infradentale 0,04 mm.
Die Standardabweichung für die Punkte Koronion
links und rechts lag in allen drei Richtungen zwi-
schen 0,18 und 0,66 mm (SDDVT: 0,18 – 0,66 mm;
SDCT: 0,19 – 0,40 mm), eine Ausnahme stellte das
Gerät 3D eXam dar, das in y-Richtung eine etwas
höhere Standardabweichung (SD: 0,99 mm) zeig-
te. Ferner stellte sich in der z-Achse für alle unter-
suchten Geräte eine relativ geringe Streuung dar
(SDDVT: 0,17 – 0,37 mm; SDCT: 0,08 – 0,13 mm).
Der Vergleich der Messpunktgenauigkeit der DVTs
lässt erkennen, dass die Messpunkte für Gnathion
in der x- (SD: 1,05 – 1,77 mm) und y-Achse (SD:
0,69 – 1,00 mm) eine relativ große Streuung auf-
weisen, eine Ausnahme bildet das Gerät Pax
Zenith 3D mit einer Standardabweichung von
0,33 mm in der x- und 0,39 mm in der y-Achse. Die
Streuung in der z-Achse war mit einer Standard-
abweichung von 0,08–0,37 mm bei allen unter-
suchten DVT deutlich geringer. Diese Tendenz war
auch beim CT zu beobachten (SDx-Achse: 0,85 mm;
SDy-Achse: 0,72 mm; SDz-Achse: 0,20 mm).
Bei Betrachtung der Messpunktstreuung für den
Punkt Pogonion zeigte sich für die untersuchten
DVTs in der x- und z-Achse eine vergleichsweise
hohe Standardabweichung (SDDVT: 0,66 – 1,57 mm),
in der y-Achse war die Abweichung deutlich gerin-
ger (SD: 0,12 – 0,27 mm). Etwas höhere Werte
zeigten sich für das Gerät Pax Reve 3D in der y-
(SD: 1,32 mm) und z-Achse (SD: 2,24 mm).
Auch beim CT fiel die Standardabweichung für den
Punkt Pogonion in der y-Richtung (SD: 0,14 mm)
etwas geringer aus, als in x- (SD: 0,36 mm) und
z-Richtung (SD: 1,09 mm).
Spina nasalis anterior und posterior wiesen für die
untersuchten DVT-Geräte in x- (SD: 0,21 – 0,66 mm)
und y-Richtung (SD: 0,23 – 0,51 mm) eine etwas
höhere Streuung als in z-Richtung auf, einzelne
Ausnahmen zeigten sich in der x-Achse
(SDPax Zenith 3D: 1,25 mm), der y-Achse (SD3D eXam/Pax Reve 3D:
0,95/1,30 mm) und der z-Achse (SDPax Reve 3D:
1,28 mm). Die Streuung für das SOMATOM Sensa-
tion 64 lag hier in allen drei Raumebenen im Be-
reich der DVT-Geräte (SD: 0,26 – 0,51 mm), nur für
Spina nasalis anterior war die Standardabwei-
chung mit 0,08 mm etwas geringer.
Die Streuung für den Messpunkt Prosthion war
sowohl für die DVTs als auch für das CT in der x-
und z-Richtung mit einer Standardabweichung
zwischen 0,12 – 0,29 mm relativ konstant, in der
y-Achse war die Streuung (SD: 0,36 – 0,93 mm)
etwas höher.
INSIDERMEDIZIN 9
Aus Tabelle 3 ist des Weiteren für den Punkt Fora-
men mentale rechts in allen drei Raumebenen für
die DVT-Geräte eine relativ gleichmäßige Vertei-
lung der Standardabweichungen zu erkennen
(SDx-Achse: 0,18 mm – 0,58 mm; SDy-Achse: 0,62 – 0,80 mm;
SDz-Achse: 0,10 – 0,70 mm), wobei hier das Gerät Pax
Zenith 3D in x- (SD: 0,18 mm) und z-Richtung (SD:
0,10 mm) eine geringere Standardabweichung als
die übrigen Geräte besaß. Die Standardabwei-
chungen für das SOMATOM Sensation 64 lag in
allen Achsen (SDx-Achse: 0,21 mm, SDy-Achse: 0,58 mm,
SDz-Achse: 0,27 mm) in der gleichen Größenordnung.
Für den Punkt Foramen mentale links konnte für
alle untersuchten Geräte eine deutlich höhere
Streuung auf der x- und y-Achse beobachtet
werden: Auf der x-Achse betrug die Standardab-
weichung für das SOMATOM Sensation 64, das
Accuitomo 3D und das Pax Reve 3D zwischen 0,28
und 0,41 mm. Ausnahmen stellten hier das 3D
eXam und Pax Zenith 3D mit 1,61 mm und 2,03 mm
dar. Ferner betrug auf der y-Koordinate die
Abweichung der Messpunktstreuung für das
Accuitomo 3D, das Pax Reve 3D und Pax Zenith 3D
zwischen 0,27 mm und 0,98 mm, wobei auch hier
eine größere Standardabweichung für das 3D
eXam und das SOMATOM Sensation 64 mit Werten
zwischen 1,16 mm und 4,04 mm vorlag. Im Gegen-
satz hierzu betrug die Messpunktabweichung auf
der Z-Raumkoordinate 0,09 mm (SD: 0,12 – 0,21 mm).
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, stimmten die
Strecken Id – Gn und Spa – Pr für alle untersuch-
ten Geräte hinsichtlich der Mittelwerte und Stan-
dardabweichungen gut überein. Während die
Standardabweichung für das SOMATOM Sensa-
tion 64 für die Strecke Id – Gn etwas geringer war
als für die anderen Geräte, entsprach sie für die
Strecke Spa – Pr den übrigen Geräten. Betrachtet
man den Koronoidabstand (Krr – Krl), so liegen
hier die Standardabweichungen etwas höher (SD:
0,61 – 1,10 mm). Bezüglich der Standardabwei-
chung waren hier keine Unterschiede zwischen
den DVT und dem CT zu erkennen. Die Oberkiefer-
länge (Spa – Spp) zeigt für das Accuitomo 3D,
das Pax Zenith 3D und das SOMATOM Sensation
Abbildung 4
n Zwei- und dreidimensio-
nale Darstellung der Punkte
Spina nasalis anterior (Spa)
und Spina nasalis posterior
(Spp) sowie der resultieren-
den Strecke Oberkieferlän-
ge (Spa – Spp) im Pro-
gramm VoXim® 6.1.
a) Accuitomo 3D (J. Morita
Inc., Kioto, Japan);
b) SOMATOM Sensation 64
(Siemens Healthcare,
Forchheim)
Tabelle 5
n 95%-Konfidenzintervall
bezogen auf die Bi metal-
breite (Mfl – Mfr). Die
halbfett gesetzte Angaben
zeigen an, dass die
Standardabweichung (SD)
beim SOMATOM Sensation
64 signifikant besser war
als bei den übrigen Geräten.
KIEFERORTHOPÄDIE10
Abbildung 5
n Error-Bar-Plot der
Strecken Spina nasalis
anterior – Spina nasalis
posterior (ANS – PNS,
Spa – Spp), Foramen
mentale links und Foramen
mentale rechts (Mfl – Mfr)
und des Koronoid-Genion-
Winkels (Krl – Krr – Ge)
unter Angabe des Mittel-
wertes (Punkt) und des
Bereichs der 1,96-fachen
Standardabweichung (+/ –)
Datensätze wurden meist an knöchernen Präpara-
ten [2, 17, 27, 31], physikalischen Prüfkörpern und
Messphantomen [8, 14] oder anhand vorliegender
Patientendatensätze [4, 9, 33] durchgeführt. Da
diese Studien meist auf ein Gerät beschränkt sind
[2, 3, 4, 9, 27, 33] und bezüglich der Abbildungs-
qualität Unterschiede zwischen den auf dem
Markt erhältlichen dentalen Volumentomogra-
phen [17, 30] existieren, war es Ziel unserer Studie,
die Messpunktreproduzierbarkeit und geometri-
sche Genauigkeit verschiedener dentaler Volu-
mentomographen miteinander zu vergleichen. Der
CT werden in verschiedenen Studien hohe Dimen-
sionstreue, Abbildungsgenauigkeit und Mess-
punktreproduzierbarkeit attestiert [10, 11, 12, 14,
33], daher betrachteten wir diese als Goldstan-
dard und stellten den untersuchten Volumen-
tomographen ein MSCT gegenüber.
Da die den Schädel bedeckenden Weichgewebe
über eine Schwächung der Röntgenstrahlen die
Bildqualität und somit auch die Genauigkeit drei-
dimensionaler Volumenaufnahmen negativ beein-
flussen können [27], entschieden wir uns für einen
frisch gefrorenen, kompletten menschlichen Kopf
als Versuchsobjekt. Aufgrund der aufwendigen
Versuchsdurchführung in den teilnehmenden
Praxen beschränkten wir uns auf einen Leichen-
kopf, darin liegt allerdings auch der kritische
Punkt dieser Studie: Ihr liegt nur eine relativ gerin-
ge Anzahl von Messungen zugrunde und damit
besteht die Gefahr, dass einzelne stark divergie-
rende Messwerte das Ergebnis verfälschen. Inso-
fern kann diese Studie nur eine Tendenz aufzei-
gen. Da allerdings das Ergebnis dieser Studie mit
den in der Literatur bereits vorliegenden Unter-
suchungen [8, 10, 11, 12, 14, 16, 17] zum Vergleich
zwischen DVT und MSCT bzw. der Dimensions-
treue für das MSCT übereinstimmt und die Mess-
punktreproduzierbarkeit für das MSCT bereits in
einer früheren Studie [33] nachgewiesen wurde,
kann gefolgert werden, dass die geringe Anzahl
der Messwerte keinen negativen Einfluss auf den
Ausgang unserer Untersuchung hatte.
Bei der Beurteilung in den verschiedenen Geräten
erhaltenen volumetrischen Datensätzen muss
allerdings bedacht werden, dass die dreidimensio-
nale Darstellung eines Datensatzes von einer
adäquaten Einstellung der Segmentierung (Win-
dow-level-Sets) – also Enhancement des Kno-
chens und Unterdrückung der umgebenden
Weich gewebe – abhängt. Einfluss auf das Ergeb-
64 Standardabweichungen zwischen 0,44 und
0,63 mm. Dagegen wurde beim 3D eXam (SD:
1,37 mm) und dem Pax Reve 3D (SD: 1,40 mm) eine
ca. dreifach höhere Standardabweichung ermittelt
(Abbildung 5). Für den Abstand zwischen den bei-
den Foramina mentalia (Mfl – Mfr) existierten
deutliche Unterschiede hinsichtlich der unter-
suchten Geräte (Abbildung 5, Tabelle 5): Während
die Standardabweichung beim Accuitomo 3D
0,49 mm und dem Pax Reve 3D 0,71 mm betrug,
war diese beim SOMATOM Sensation 64 mit
0,14 mm signifikant kleiner (Tabelle 5). Deutlich
höher lag die Standardabweichung beim 3D eXam
(SD: 1,36 mm) und beim Pax Zenith 3D (SD:
1,93 mm). Betrachtet man den Winkel Krl – Krr – Ge
so liegen die Standardabweichungen der unter-
suchten DVT-Geräte in der gleichen Größenord-
nung (SD: 0,51 – 0,75 mm), wohingegen die Stan-
dardabweichung beim SOMATOM Sensation 64
mit 0,22 signifikant geringer ausfiel (Tabelle 6,
Abbildung 5).
DISKUSSION
Nur wenige Studien beschäftigten sich bisher mit
der Reproduzierbarkeit und Validität der Mess-
punktsetzung anatomischer Referenzpunkte [2, 3,
4, 9, 27, 33]. Bisher durchgeführte Studien zur
geometrischen Genauigkeit dreidimensionaler
INSIDERMEDIZIN 11
die feststellten, dass es in den drei Raumebenen
Unterschiede bezüglich der Reliabilität der Mess-
punkte gibt. Manche Messpunkte können also in
ein oder zwei Raumebenen leicht bestimmt wer-
den, ihre Identifikation in der dritten Raumebene
kann jedoch Probleme bereiten. Ursächlich dafür
ist die Morphologie des Gesichtsschädels sowie
der Lage des betreffenden Referenzpunktes [1].
Befindet sich dieser in einer Prominenz oder Kur-
vatur, wie die gewählten Punkte Pogonion oder
Gnathion, so kann dort nach Baumrind u. Frantz [1]
eine größere Standardabweichung erwartet wer-
den als bei Punkten mit einer eng definierten
Lage, wie etwa Koronion als die Spitze des Pro-
cessus coronoideus oder Genion als Spitze des
Processus mentalis interna. Auch das stimmt mit
unseren Beobachtungen überein. So zeigten die
Punkte Pogonion und Gnathion in unserer Studie
in der Transversalen (x-Achse) eine deutlich grö-
ßere Streuung bei der Messpunktsetzung als in
den übrigen Raumebenen, während beispiels-
weise der Punkt Genion nur eine sehr geringe
Standardabweichung aufwies.
Vergleicht man die untersuchten Volumentomo-
graphen und das MSCT bezüglich der Standardab-
weichung der Messpunktsetzung miteinander, so
fällt auf, dass es abgesehen von wenigen Aus-
nahmen in einzelnen Raumachsen nur geringe
Unterschiede zwischen den verschiedenen DVT-
Gerätetypen gibt und dem SOMATOM Sensation
64 allenfalls im Rahmen einer Tendenz eine besse-
re Präzision in der Messpunktsetzung attestiert
werden kann. Etwas deutlicher sind die Unter-
schiede zwischen MSCT und DVT, wenn man die
Unterschiede in den Standardabweichungen be-
zogen auf die ermittelten Strecken und den Winkel
betrachtet. Hier besaß die CT für die Oberkiefer-
länge (Spa – Spp), die Unterkieferhöhe (Id – Gn),
die Bimentalbreite (Mfl – Mfr) und den Koronoid-
Genio-Winkel (Krl – Krr – Ge) eine zum Teil signifi-
nis dieses Prozesses haben der Algorithmus der
Software, die räumliche Auflösung und die Kon-
trastauflösung des Scans, die Dicke und der
Kalzifizierungsgrad des Knochens und die Erfah-
rung des jeweiligen Untersuchers [27]. Wesent-
lichen Einfluss auf die Bildqualität haben zwei
Faktoren, nämlich der Kontrast, der durch das
Quantenrauschen, die Strahlenqualität, Objektab-
sorption und die Streustrahlung beeinflusst wird,
sowie die Bildschärfe, die von der Größe der ana-
tomischen Details und deren Kontrast, dem Kon-
trastgradienten, der räumlichen Auflösung und
dem Rauschen abhängt. Da das Rauschen bei
digitalen Systemen mit zunehmender Dosis sinkt,
weisen DVT-Datensätze in der Regel deutlich mehr
Rauschen als MSCT-Datensätze auf [28]. Punkte,
die besonders von einer inadäquaten Segmentie-
rung betroffen sind, sind zarte knöcherne Struktu-
ren, wie die Spina nasalis anterior und posterior.
Dies wird besonders bei Beurteilung dieser Punk-
te in der sagittalen Raumebene im Vergleich zu
den axialen Primärschnitten deutlich. Aus diesem
Grund wurden die anatomischen Referenzpunkte
im dreidimensionalen Datensatz gesetzt und an-
schließend in den axialen Primärschnitten, die
durch die Segmentierung nicht verändert wurden,
kontrolliert und ggf. in den axialen Primärschnit-
ten korrigiert, um möglichst exakte Ergebnisse zu
erhalten.
Um dreidimensionale Volumenaufnahmen hin-
sichtlich Ihrer Eignung für die Vermessung von
Strecken und Winkeln sinnvoll beurteilen zu
können, ist als erster Schritt erforderlich, die Re-
produzierbarkeit und Reliabilität der Identifikation
anatomischer Referenzpunkte in allen Achsen (x-,
y-, und z-Achse) zu überprüfen.
Hier erwies sich die Präzision als messpunkt- und
richtungsabhängig. Dies entspricht den Ergebnis-
sen von de Oliveira et al. [7] und Kusnoto et al. [15],
Tabelle 6
n Die halbfett gesetzte
Angaben zeigen an, dass es
hier bezüglich der Mittel-
werte dieses Winkels beim
SOMATOM Sensation 64
einen Signifikanznachweis
gegenüber den übrigen
untersuchten Geräten gab.
Kieferorthopädie12
KLINISCHE SCHLUSSFOLGERUNG
In unserer Studie fanden wir bei allen untersuch-
ten Volumenaufnahmen eine gute Messpunkt-
reproduzierbarkeit. Bei den Absolutwerten zeigte
sich für die Bimentalbreite und den Koronoid-Ge-
nion-Winkel eine signifikant geringere Standard-
abweichung für das MSCT, insgesamt stimmten
die vermessenen Strecken und Winkel allerdings
gut überein. Somit eignen sich alle untersuchten
Geräte für detail- und dimensionsgetreue Ver-
messungen skelettaler Strukturen. Dies ist eine
wesentliche Voraussetzung zur Erstellung und
Befundung aus Volumenaufnahmen generierter
Fernröntgenseitenbilder. Im Vergleich zu dem
Informationsgehalt einer konventionellen zwei-
dimensionalen Röntgenaufnahme bietet die drei-
dimensionale überlagerungsfreie Darstellung der
skelettalen und dentalen Strukturen ein deut-
liches Mehr an Information. Die Frage, die sich der
Kliniker selbstkritisch stellen muss, ist ob diese
zusätzlichen Informationen die Diagnose und
Therapie des Patienten positiv beeinflussen wer-
den, da sonst der Patient eine vergleichsweise
hohe Strahlenbelastung ohne therapeutische Not-
wendigkeit erfährt. Zumindest sollte die Schluss-
folgerung von Kyriakou et al. [14] bei Anwendung
der MSCT berücksichtigt werden, d. h. vor Anord-
nung einer MSCT sollte ein optimiertes Untersu-
chungsprotokoll erstellt werden, weil dadurch die
Strahlenexposition deutlich, zum Teil bis auf das
Niveau einer DVT, gesenkt werden kann.
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abhängig von der Höhe der erhobenen Messwerte
[16, 17, 36]. Cavalcanti et al. [3] stellten fest, dass
die kleinste Messstrecke den größten Intra- und
Interuntersucherfehler aufwies. Zu ähnlichen Er-
gebnissen kamen Periago et al. 2008 [27], die bei
zwei Dritteln der Streckenmessungen statistisch
signifikante, aber klinische nicht relevante Abwei-
chungen fanden. Eggers et al. [8] beschrieben,
dass der mittlere Fehler und seine Streuung bei
DVT-Datensätzen größer sind, als bei MSCT-Auf-
nahmen. Da sich dieser auf 0,35 mm belief, erwar-
ten Eggers et al. [8] aufgrund dieses minimal
größeren räumlichen Fehlers nur geringfügige
Auswirkungen auf die diagnostische Bildqualität
von DVT-Bildern.
In verschiedenen Studien [17, 32] wird der DVT
eine – verglichen mit der MSCT – schlechtere
Segmentationsgenauigkeit attestiert. Zu den
mög lichen Ursachen dafür zählen physikalische
Effekte, wie Streustrahlung, Detektorschwächen,
besonders bei Bildverstärkern und Aufhärtung so-
wie die aufwendige Rekonstruktionstechnik [14,
18]. Dies führt – verglichen mit dem MSCT – zu
einer verminderten Bildqualität [14] und höheren
Rausch-Level, was die Genauigkeit dreidimensio-
naler Datensätze negativ beeinflusst [12, 18, 24].
Bezüglich skelettaler Strukturen wird der DVT eine
hohe Abbildungsgenauigkeit bescheinigt [13, 16,
17, 20, 22]. Allerdings wurden deutliche Unter-
schiede zwischen verschiedenen DVT-Geräten be-
obachtet [17, 30]. Weiterhin ist die geometrische
Genauigkeit von DVT-Datensätzen im Zentrum
höher als am Rand des akquirierten Volumens [8,
17], was aber in unserer Studie aufgrund der Lage
des Kopfes im Zentrum des generierten Volumens
keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Mess-
punktsetzung hatte.
Außerdem konnte festgestellt werden, dass die
Voxelgröße keinen negativen Einfluss auf die
untersuchten Standardabweichungen hatte, was
den Ergebnissen von Damstra et al. [6] entspricht.
Die Kantenlänge eines Voxels betrug in der vor-
liegenden Studie im CT-Datensatz 0,4 mm und lag
bei den DVT-Datensätzen zwischen 0,125 mm
(Accuitomo 3D) und 0,3 mm (3D eXam).
Interessenkonflikt
Die korrespondierende Au-
torin gibt an, dass kein Inte-
ressenkonflikt besteht.
insidermedizin 13
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DANKSAGUNG
Die Autoren möchten
sich herzlich bei Prof. Dr.
Winfried Neuhuber und
seinen Mitarbeitern am
Institut für Anatomie für
die freundliche Betreu-
ung und die Überlassung
des Prüfkörpers bedan-
ken. Weiterhin gilt unser
besonderer Dank den
Kollegen, die uns für die
Messungen die DVT-Ge-
räte zur Verfügung stell-
ten und uns während der
Aufnahmen beratend zur
Seite standen: Dr. Dr. Ste-
phan Eulert, Bayreuth,
Dr. Stefan Kleinmayer,
Amberg, Dr. Dr. Alexander
von Moller, Bamberg,
Prof. Dr. Dr. Friedrich
Neukam, Erlangen, Dr. Dr.
Eike Palluck, Bayreuth,
Dr. Dr. Thomas Kühnel
und Dr. Dr. Frank Schmidt,
Forchheim und Dr. Gilbert
Vanderborght, Fürth.
Erstveröffentlichung:
Journal of Orofacial Ortho-
pedics / Fortschritte der Kie-
ferorthopädie, August 2011,
Volume 72: Issue 4, pp.
261 – 278. »DVT- und MSCT-
gestützter Vergleich der
Reproduzierbarkeit anato-
mischer Messpunkte. Eine
In-vitro-Studie«. J. Medelnik,
K. Hertrich, S. Steinhäuser-
Andresen, U. Hirschfelder,
Dr. E. Hofmann. Mit freund-
licher Genehmigung von
Springer Science + Business
Media.
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Dr. Elisabeth Hofmann absolvierte von 1992
bis 1993, an der Sanitätsakademie der Bun-
deswehr in München eine Ausbildung zum
Sanitätsoffizier. Anschließend studierte sie,
von 1993 bis 1998, Zahnmedizin an der Univer-
sität Regensburg. Nach ihrer Zahnärztlichen
Prüfung und Approbation im Jahre 1998, arbei-
tete sie als Wissenschaftliche Mitarbeiterin an
der Klinik und Poliklinik für zahnärztliche
Prothektik der Universität Regensburg (Lehr-
stuhlinhaber Prof. Dr. G. Handel). Dort machte
sie 2000 ihre Promotion über das Thema
»Nachuntersuchung von fesitzendem und her-
ausnehmbarem Zahnersatz hinsichtlich tech-
nischer Komplikationen«.
2001 nahm sie am »Short Terme Course in
Orthodontics« der Universität in Aarhus, Däne-
mark unter Leitung von Frau Prof. Dr. odont.
Birte Melsen und Herrn Prof. Dr. odont. Isidor
Fleming teil. Anschließend übernahm sie eine
Stelle als Kinderzahnärztin in Dublin, Irland.
2002 wechselte sie nach Weiden und über-
nahm dort die Stelle als Weiterbildungsassis-
tentin für das Gebiet Kieferorthopädie bei Dr.
Sigrun Zeitler. Von 2002 bis 2009 arbeitete sie
in verschiedenen Praxen in Deutschland. 2009
nahm sie die Anstellung als Weiterbildungs-
assistentin Kieferorthopädie an der Zahn-
klinik 3 – Kieferorthopädie des Universitäts-
klinikums Erlangen an. 2012 erfolgte ihre
Facharztprüfung in Kieferorthopädie. Seitdem
ist sie als Fachzahnärztin für Kieferorthopädie
an der Zahnklinik 3 – Kieferorthopädie des
Universitätsklinikums Erlangen tätig. Zur Zeit
bereitet sie sich auf die Habilitation im Fach-
gebiet Kieferorthopädie an der Zahnklink 3 –
Kieferorthopädie des Universitätsklinikums
Erlangen vor.
AUSZEICHNUNGEN
2012 wurde sie, im Rahmen der 85. Jahres-
tagung der DGKFO, mit dem Jahresbestpreis
aus der Hochschule, für die beste Publikation
des Jahrgangs aus dem »Journal of Orofacial
Orthopedics« ausgezeichnet.
Dr. med. dent. Elisabeth Hofmann
Department of Orthodontics
Zahnklinik 3 – Kieferorthopädie
Universitätsklinikum Erlangen
Glückstraße 11
91054 Erlangen
E-Mail:
Elisabeth.hofmann@uk-erlangen.de
KONTAKT
