Atlas der digitalen Volumentomografie E-Book

• Herausgeber: Thieme
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 548

Veröffentlichungsjahr: 2021

Beschreibung

DVT verstehen und anwenden
In Zahnmedizin und MKG-Chirurgie hat die digitale Volumentomografie die konventionelle CT fast vollständig verdrängt. Die Strahlenbelastung für den Patienten ist bei diesem Verfahren wesentlich geringer als bei herkömmlichen Röntgen- oder CT-Untersuchungen - bei höherem Informationsgehalt der Bilder. Auch in der HNO-Heilkunde und der Orthopädie hat man die Vorteile erkannt und die Anwendungsgebiete für dreidimensionales Röntgen weiten sich aus.

Mit diesem Bildatlas arbeiten Sie sich spielend in die DVT ein:

• Physikalische und technische Grundlagen
• Genaue Handlungsanweisungen zur DVT-Durchführung
• DVT-Bildmaterial und Vergleichsbilder illustrieren die verschiedenen Untersuchungsmethoden
• Fallbeispiele veranschaulichen die Vorteile des Verfahrens
• DVT als Basis virtueller OP-Planung
• Informationen zum Fachkundeerwerb

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Leseprobe

Atlas der digitalen Volumentomografie

Max Heiland, Ralf Smeets, Dirk Schulze, Christian R. Habermann

Sebastian Bürklein, Carl-Peter Cornelius, Thomas Ebinger, Michael Ehrenfeld, Jochen Franke, Reinhard Edgar Friedrich, Alexander Gröbe, Paul Grützner, Henning Hanken, Markus Maria Hess, Ole Jung, Till Orla Klatte, Arndt Klocke, Wolfgang Lehmann, Levi Matthies, Steffen Maune, Marc C. Metzger, A. Mousli, M.Sc., Frank Müller, Clarissa Precht, Markus Preis, Florian Andreas Probst, Jörg Heino Schipper, Rainer Schmelzeisen, Wiebke Semper-Hogg, Nico Vrijens

536 Abbildungen

Vorwort

Die digitale Volumentomografie ist aus dem klinischen Alltag vieler Fachdisziplinen nicht mehr wegzudenken. Sei es in der ambulanten Diagnostik mit stationären Geräten oder intraoperativ mit mobilen Systemen. Ursprünglich Ende der 1990er Jahre in die zahnärztliche Röntgendiagnostik eingeführt, sind zum einen die Aufnahmequalität und die dafür benötigte Strahlendosis aktueller Systeme mit den Anfängen nicht mehr zu vergleichen, zum anderen ist das Bewusstsein der Anwender für eine adäquate und vollumfängliche Befundung deutlich gestiegen. Aus diesem Grund haben die Herausgeber herausragende Experten der verschiedenen Indikationsbereiche angesprochen und für die Mitarbeit an diesem DVT-Atlas gewinnen können, der den Anspruch hat, alle medizinischen Anwendungen der digitalen Volumentomografie „State of the art“ darzustellen und Anleitungen zur praktischen Umsetzung zu geben. Mithilfe zahlreicher Abbildungen werden in jedem Indikationsbereich die wichtigsten Befunde und Fragestellungen abgehandelt, die sich mit einem DVT diagnostisch weiter abklären lassen. Insofern kann das Werk sowohl für erfahrene Kliniker als auch für Weiterbildungsassistenten der unterschiedlichen Fachrichtungen hilfreich sein.

Dem Georg Thieme Verlag sei für die hervorragende Ausstattung des Buches und die Geduld bei der Konzeption und Realisierung dieses neuen Werks gedankt. Unser herzlicher Dank gilt auch allen beteiligten Autoren für Ihre wertvollen Beiträge und die hervorragende Zusammenarbeit.

Max Heiland

Ralf Smeets

Dirk Schulze

Christian R. Habermann

Inhaltsverzeichnis

Titelei

Vorwort

1 Physikalisch-technische Grundlagen

1.1 Funktionsweise und Bilddatenakquisition

1.2 Bilddatenrekonstruktion

1.3 Gerätekonfigurationen

2 Strahlenexposition

2.1 Ermittlung der effektiven Dosis

2.1.1 Strahlenrisiken

2.1.2 Dosisbegriffe

2.1.3 Literatur

2.2 Vergleich der effektiven Dosen verschiedener DVT-Systeme

2.2.1 Literatur

3 Benutzen eines DICOM-Viewers

3.1 Typische Anwendungsbeispiele

3.2 Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM) und Picture Archiving and Communication System (PACS)

3.2.1 DICOM

3.2.2 PACS

4 Anwendungsgebiete

4.1 Zahnheilkunde und Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie

4.1.1 Traumatologie

4.1.2 Literatur

4.1.3 Zahnärztliche Chirurgie

4.1.4 Literatur

4.1.5 Kieferorthopädie

4.1.6 Literatur

4.1.7 Tumorchirurgie

4.1.8 Literatur

4.1.9 Endodontologie

4.1.10 Literatur

4.2 Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde

4.2.1 Ohr und Felsenbein

4.2.2 Literatur

4.2.3 Nase und Nasennebenhöhlen

4.2.4 Literatur

4.2.5 Obere Luftwege und Kehlkopf

4.2.6 Literatur

4.2.7 Speichelgänge und Tränenwege

4.2.8 Literatur

4.3 Orthopädie und Unfallchirurgie

4.3.1 Obere Extremität

4.3.2 Literatur

4.3.3 Untere Extremität

4.3.4 Literatur

4.4 Intraoperative Anwendung

4.4.1 Einleitung

4.4.2 Gesichtsschädel

4.4.3 Literatur

4.4.4 Extremitäten

4.4.5 Literatur

4.4.6 Wirbelsäule und Becken

4.4.7 Literatur

5 Digitale Volumentomografie als Grundlage virtueller Operationsplanungen

5.1 Dentale Implantologie

5.1.1 Prinzipien und Indikationen für die DVT in der Implantologie

5.1.2 Navigationsassistierte Implantatchirurgie

5.1.3 Postoperative Diagnostik und Artefaktbildung

5.1.4 Fallbeispiele

5.1.5 Literatur

5.2 Rekonstruktion von Ober- und Unterkiefer

5.2.1 Einleitung

5.2.2 Computergestützte Rekonstruktionen – virtuelle Planungsphase, Computer-aided Design

5.2.3 Umsetzung der virtuellen Planung – Computer-aided Manufacturing

5.2.4 Computergestützte Rekonstruktionen – Operation

5.2.5 Computergestützte Rekonstruktionen – Bewertung des Operationserfolgs, weitere Maßnahmen

5.2.6 Vorteile, Nachteile und Limitationen der computergestützten Chirurgie

5.2.7 Literatur

5.3 Dysgnathiekorrektur

5.3.1 Datenerhebung

5.3.2 Datenbearbeitung

5.3.3 Segmentierung

5.3.4 Datenfusion

5.3.5 Virtuelle maxillare Korrektur

5.3.6 Erstellen des Zwischensplints

5.3.7 Virtuelle mandibulare Korrektur

5.3.8 Kinnkorrektur

5.3.9 Klinische Anwendungsbeispiele der virtuellen Planungen

5.3.10 Literatur

6 Gesetzliche Bestimmungen in Deutschland

6.1 Regelungen des Fachkundeerwerbs in der Humanmedizin

6.1.1 Gesetzliche Bestimmungen

6.1.2 Regelungen des Fachkundeerwerbs

6.1.3 Literatur

6.2 Regelungen des Fachkundeerwerbs in der Zahnmedizin

6.2.1 Literatur

Anschriften

Sachverzeichnis

Impressum/Access Code

1 Physikalisch-technische Grundlagen

D. Schulze

1.1 Funktionsweise und Bilddatenakquisition

Geräte zur Akquisition von DVT-Daten bestehen wie herkömmliche Röntgeneinrichtungen aus einem strahlenerzeugenden und einem strahlendetektierenden Teil. Zur Erzeugung der Röntgenstrahlung werden bis auf wenige Ausnahmen Stehanodenröhren verwendet, in selteneren Fällen werden Drehanoden in den Röntgenröhren eingesetzt.

Die Röhrenspannung liegt momentan bei 80–120 kV, in vielen Systemen wird insbesondere bei der dentalen Anwendung aus rechtlichen Gründen die Röhrenspannung auf unter 100 kV limitiert, da es in einigen Ländern Zahnärzten nicht erlaubt ist, mit einer höheren Röhrenspannung zu akquirieren. Die Stromstärke bewegt sich zwischen 5 und 15 mA. Die effektiven Expositionszeiten variieren sehr stark, derzeit liegen diese zwischen 3 und ca. 20 s.

Das Strahlenbündel wird in modernen Systemen mit einem motorisierten Blendensystem dem gewünschten Aufnahmevolumen angepasst. Die meisten Hersteller bieten dabei eine bestimmte Zahl von Zielvolumina an. Je nach Blendengeometrie entsteht ein kegel- bzw. pyramidenförmiges Strahlenbündel – daher rührt auch die Bezeichnung „cone beam computed tomography“.

Zur Detektion kommen aktuell nahezu ausschließlich Flachdetektorsysteme zum Einsatz, wobei diese noch in direkte und indirekte Detektoren differenziert werden können. Während bei der direkten Detektion keine weitere Umwandlung der Photonen stattfindet, so wird bei der indirekten Detektion der Aufzeichnung eine Umwandlung der Photonen in Licht unterschiedlicher Wellenlänge, z.B. durch Szintillatoren, vorgeschaltet.

Die eigentliche Datenakquisition entspricht einem Geräteumlauf um den Patienten, der Weg umfasst dabei in der Regel mindestens eine etwa halbkreisförmige Bahn ( ▶ Abb. 1.1). In vielen Fällen wird die Einheit aus Röhre und Detektor, die wegen der häufig starren Verbindung und Geometrie auch als C-Bogen bezeichnet wird, den Patienten auf einer Kreisbahn im Sinne einer Revolution vollständig umfahren.

Digitale Volumentomografie.

Abb. 1.1 Umlauf des Systems aus Röhre und Detektor um den Patienten, dabei Akquisition eines konusförmigen Strahlenbündels. DVT: digitaler Volumentomograf.

Die Photonen werden von der Röhre entweder kontinuierlich (Continuous Mode) oder gepulst (Pulsed Mode) emittiert. Dadurch ergeben sich zwangsläufig auch große Unterschiede zwischen Umlaufzeit und effektiver Expositionszeit.

Der Detektor erfasst dabeiDurchleuchtungsbilder (Fluoroskopien), die nur eine sehr kurze Belichtungszeit aufweisen, z.B. 20 ms ( ▶ Abb. 1.2). Bei gepulster Exposition können so die Photonenpulse auf den Detektor und dessen Auslese- und Abklingverhalten abgestimmt werden. Bei kontinuierlichen Expositionen wird der Detektor nach der Detektion einer Fluoroskopie ausgelesen und steht erst danach wieder zur Verfügung. Insgesamt werden bei einer Aufnahme mehrere Hundert Fluoroskopien akquiriert, die Summe dieser Aufnahme nennt man auchRohdatensatz.

Fluoroskopie des Unterkiefers.

Abb. 1.2

Aufgrund der auch preislich limitierten Detektorgröße werden häufig zur Vergrößerung des verfügbaren Aufnahmevolumens 2 zusätzliche Techniken angeboten:

Neben einer konzentrischen kann eine exzentrische Umlaufbahn verwendet werden, um den Durchmesser des Akquisitionsvolumens zu vergrößern. Dies führt zu einer Verringerung der Quellinformationen (Rohdaten) und kann sich auf die nachfolgende Datenrekonstruktion auswirken.

In der Vertikalen besteht sowohl durch den Detektor als auch durch die Gerätegeometrie eine echte Limitation der verfügbaren Höhe des Akquisitionsvolumens (z-Abdeckung). Um das Volumen auch in der Höhe zu vergrößern, muss eine Verschiebung des C-Bogens in z-Richtung erfolgen und eine erneute Akquisition erfolgen. Es entstehen dadurch 2 Rohdatensätze, die nach der Primärrekonstruktion mathematisch miteinander verbunden werden, dieser Vorgang wird auch „stitching“ genannt ( ▶ Abb. 1.3). Stitching kann selbstverständlich auch in der Horizontalen erfolgen, um das Untersuchungsvolumen entsprechend zu vergrößern. In beiden Fällen muss sichergestellt werden, dass die zu verbindenden Volumina eine genügend große Schnittmenge enthalten.

Vorsicht

Größere Achsabweichungen zwischen beiden Volumina, die beispielsweise durch eine veränderte Patientenpositionierung verursacht wurden, können zu fehlerhaften Ergebnissen der Datenfusion führen oder diese unmöglich machen.

Stitching.

Abb. 1.3 Vertikales Stitching (Pfeil) zweier Datensätze des Gesichtsschädels.

Vor der eigentlichen Untersuchung muss der Patient im System korrekt positioniert werden, da häufig nicht der gesamte Körperquerschnitt akquiriert wird. Für diePatientenpositionierung sind je nach Hersteller verschiedene Halterungen (Patientensupport) verfügbar, die entweder manuell oder motorisiert in Höhe und/oder Position verschoben werden können. Gleichzeitig wird mittels Laserlichtvisieren die Position des Akquisitionsvolumens angezeigt. Dabei können die Grenzen des Volumens mittels horizontal und vertikal verlaufender Visierlinien angezeigt werden.

In vielen Fällen wird jedoch nur die Mittellinie des geplanten Aufnahmevolumens dargestellt, die bei einer konzentrischen Umlaufbahn auch der Rotationsachse des C-Bogens entspricht. Dies kann folglich zu Ungenauigkeiten bei der Datenakquisition führen, weshalb die Volumenpositionierung inzwischen häufig um sogenannteScout-Aufnahmen ergänzt wird. Dabei werden in der Regel aus 2 verschiedenen und häufig im rechten Winkel aufeinander stehenden Projektionsebenen 2 Fluoroskopien erzeugt, mit deren Hilfe der Anwender die Positionierung des Patienten überprüfen kann. Es besteht auch die Möglichkeit der aktiven Positionierung des Akquisitionsvolumens innerhalb der Scout-Aufnahmen ( ▶ Abb. 1.4). Nach Korrektur der Position des gewünschten Aufnahmebereichs werden die Parameter an das Gerät gesendet und der C-Bogen entsprechend positioniert.

Scout-Aufnahme.

Abb. 1.4 Auswahl des Akquisitionsbereichs per „drag and drop“.

1.2 Bilddatenrekonstruktion

Nach der Rohdatenakquisition werden die aufgezeichneten Daten rekonstruiert. Dieser Prozess erfolgt entweder automatisch nach Beendigung oder sogar schon während der Aufnahme oder muss manuell angestoßen werden.

Vor der eigentlichen Rekonstruktion müssen die aufgezeichneten Rohdaten zunächst korrigiert werden, da physikalische Eigenschaften und/oder Schäden des Detektors jedes einzelne Rohbild überlagern. Außerdem findet in der Regel noch eine mathematische Normalisierung der Daten statt und es fließen Informationen über die Gerätegeometrie zur Korrektur der Rohdaten ein.

Die Mehrzahl der Hersteller verwendet zur Rekonstruktion eine Modifikation des von Feldkamp, David und Kress vorgestellten Algorithmus(FDK). Dabei erfolgt im Gegensatz zur normalen Rückprojektion eine Filterung der einzelnen Rohbilder bezüglich der im Bild auftretenden Dichteunterschiede. Dies führt zur Verringerung typischer streifenförmiger Artefakte, die bei Rückprojektionsdaten grundsätzlich beobachtet werden können. Bei Rückprojektionsverfahren werden im Wesentlichen aufgezeichnete Absorptionswerte in den Akquisitionsraum mathematisch zurückprojiziert. Auffällig ist dabei die direkte Abhängigkeit der Qualität der rekonstruierten Daten von der Anzahl und dem Projektionswinkel der Rohdaten.

Prinzipiell sind auch andere Rekonstruktionsverfahren denkbar. Am bekanntesten dürfte die sogenannte algebraische Rekonstruktionstechnik(ART) sein. Bei diesem Vorgehen werden die rekonstruierten Daten mit den Originaldaten verglichen und in erneute Rekonstruktionen (Iterationen) mit einbezogen. Durch dieses Vorgehen könnten bei einer genügend hohen Zahl von Iterationen auch Artefakte suffizient reduziert werden. Allerdings wird ART derzeit nur selten eingesetzt, da die benötigte Rekonstruktionszeit im Vergleich zur gefilterten Rückprojektion deutlich erhöht ist.

Das Ergebnis der Primärrekonstruktion ist in der Regel ein zylinderförmiges Volumen, das sich aus kleinen kubischen Elementen (Voxeln) zusammensetzt ( ▶ Abb. 1.5). Die Voxelkantenlänge und der durch die Rekonstruktion für das Voxel bestimmte Absorptionswert sind die einzigen für die Weiterverarbeitung bekannten Charakteristiken. Die räumliche Auflösung einer DVT-Aufnahme ergibt sich rein mathematisch aus der Voxelkantenlänge, wobei verschiedene Limitationen zu berücksichtigen sind. Entgegen dem mathematischen Modell ist die Projektionsrichtung im Objekt ja nicht parallel, sondern divergent. Des Weiteren werden an der horizontalen Volumengrenze – sozusagen an der Wand des Datenzylinders – nur unvollständige Projektionen aufgezeichnet. Ungeachtet dessen werben die Hersteller mit den Voxelkantenlängen als „Ortsauflösungen“; es wäre wohl vorteilhafter, in diesem Fall vom „kleinsten darstellbaren Detail“ zu sprechen. Alle derzeit auf dem Markt verfügbaren Systeme liefern nach der Rekonstruktion Voxel mit einer Voxelkantenlänge von ca. 200 µm.

Merke

Die Parametrierung des Rekonstruktionsergebnisses ist in der Regel abhängig vom Volumendurchmesser, d.h. bei einem kleinen Volumendurchmesser (z.B. 4 cm) kann eine wesentlich kleinere Voxelkantenlänge, wie beispielsweise 80 µm, errechnet werden.

Primärrekonstruktion.

Abb. 1.5 Ergebnis der Primärrekonstruktion ist in der Regel ein aus Voxeln aufgebauter Zylinder.

Allen Datensätzen gemein ist die überzeugende Darstellung von Hochkontraststrukturen wie Knochen und anderen Hartsubstanzen und die nahezu vollständig fehlende Differenzierbarkeit im Niedrigkontrastbereich. Je nach Röhrenkonfiguration können Weichgewebsstrukturen wie Fett und Muskulatur u.U. separiert werden, allerdings ist die Unterscheidung zwischen Drüsengewebe und Muskulatur nicht möglich.

Die rekonstruierten Voxel sind in der Regel isotrop, da eine A-priori-Parametrierung der Schichtdicke wie in der Computertomografie nicht vorgenommen wird ( ▶ Abb. 1.6). Dadurch ergibt sich unter Vernachlässigung von Bewegungsartefakten und bereits erwähnten Limitationen in alle Raumrichtungen mathematisch eine gleich große Genauigkeit.

Rekonstruktion.

Abb. 1.6 Vergleich zwischen isotropem Voxel (DVT) und anisotropem Voxel (CT).

Die Daten werden in der Regel auch intern schon als DICOM-Daten gespeichert (DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine), in einigen Fällen werden von den Herstellern proprietäre Pixelformate verwendet. Typische Pixelmatrizen sind z.B. 400 × 400 oder 512 × 512, die dann unter Multiplikation mit der Voxelkantenlänge die eigentliche Bildgröße ergeben: 400 × 200 µm = 8 cm – dies entspricht einem Volumendurchmesser von 8 cm. Die Graustufentiefe beträgt für alle DVT-Daten 12 Bit, eine echte Analogie zu Hounsfield-Einheiten ist allerdings derzeit noch nicht verfügbar, da die Graustufenwiedergabe nicht mit Wasserphantomen oder vergleichbaren Prüfkörpern kalibriert wird. Die eigentliche Speichertiefe beträgt 16 Bit, wodurch sich beispielsweise für ein Volumen von 8 × 8 cm mit einer Voxelkantenlänge von 200 µm eine Datenmenge von ca. 130 MB ergibt.

Nach der Primärrekonstruktion kann der Datensatz beliebigenSekundärrekonstruktionen unterzogen werden (s.a. Kap. ▶ 3.1). Ganz allgemein wird bei der Anzeige von Volumendaten wie auch in der Computertomografie eine 3-dimensionale Bildinformation in einer 2-dimensionalen Ebene dargestellt. Der „3-D-Eindruck“ ergibt sich erst durch die gleichzeitige Visualisierung anderer Ebenen, wie sie typischerweise bei einermultiplanaren Rekonstruktion (MPR) vorliegt, oder durch die Rekonstruktion eines rotierbaren Volumenobjekts. Dies wird vor allem bei Einsatz derVolumen-Rendering-Technik (VRT) oder der Erzeugung einer Maximum-Intensity-Projektion (MIP) mit großer Schichtdicke deutlich. MPR können in Echtzeit erstellt werden, für großvolumige VRT muss mit einem zeitlichen Aufwand von bis zu einigen Minuten gerechnet werden ( ▶ Abb. 1.7).

Volumen-Rendering-Technik.

Abb. 1.7 VRT eines DVT-Datensatzes des Gesichtsschädels.

Sofern eine räumliche Adjustierung des untersuchten Objekts erforderlich ist, beispielsweise durch eine fehlerhafte Patientenpositionierung während der Aufnahme, kann ein Primärdatensatz auch als Basis einer erneuten Rekonstruktion entlang der z-Achse dienen. Dieser Vorgang wird häufig„Re-Slicing“ genannt, der dabei generierte Datensatz ist durch die Qualität des Primärdatensatzes limitiert.

Ein weiteres wesentliches Ergebnis der Primärrekonstruktion sind verschiedeneArtefakte, deren Kenntnis für die Beurteilung der Bilder zwingend erforderlich ist.

DVT ist bei Weitem anfälliger fürStreustrahlung als CT, da suffiziente Methoden zur Unterdrückung vollständig fehlen. Die Streustrahlung wird daher in die Rekonstruktion mit einbezogen und beeinflusst dadurch die rekonstruierten Absorptionswerte der Voxel.

Bei der Durchstrahlung eines dichten Gewebes oder Objektes kann durch diese Quasifilterung der Röntgenphotonen eine Aufhärtung der Strahlung stattfinden. Durch dieses auch„beam-hardening“ genannte Phänomen stellt sich das durchstrahlte Gewebe in der Rekonstruktion weniger dicht als in Wirklichkeit dar. Bei einer weiteren Zunahme des Absorptionsvermögens im durchstrahlten Gewebe/Material ist auch eine vollständige Absorption der Photonen möglich. Dies führt zu einer Fehlregistrierung auf dem Detektor, was letztlich durch komplett schwarze Streifen im rekonstruierten Volumen sichtbar wird ( ▶ Abb. 1.8). Derartige Artefakte treten häufig an Grenzflächen mit großen Kontrastunterschieden, z.B. am Übergang Knochen – Luft, oder beim Durchtritt durch metallische Objekte auf.

Das allerdings mit Abstand am häufigsten zu beobachtende Artefakt ist eine Bewegungsunschärfe im rekonstruierten Datensatz, die durch Patientenbewegungen während der Datenakquisition verursacht wird ( ▶ Abb. 1.9).

Auslöschungsartefakte.

Abb. 1.8

Bewegungsunschärfe.

Abb. 1.9 Durch Patientenbewegungen hervorgerufene Doppelkontur im Unterkiefer.

1.3 Gerätekonfigurationen

Initial müssen an dieser Stelle einige Vorbetrachtungen erfolgen. Die nachfolgenden Gerätekonfigurationen repräsentieren einerseits den aktuellen Stand und können andererseits eindeutig von Hochleistungssystemen wie beispielsweise C-Bögen für die angiografische Anwendung unterschieden werden. Daher beschränkt sich dieses Kapitel auf DVT-Systeme für die Anwendung zur Hochkontrastdarstellung im Kopf-Hals-Bereich sowie an den Extremitäten und mobile DVT-Systeme wie z.B. intraoperative 3-D-C-Bögen.

Die größte Verbreitung haben DVT-Systeme zur zahnmedizinischen Anwendung erfahren, ihre Zahl dürfte in Deutschland aktuell bei ca. 6500 liegen. Nahezu baugleich sind aufgrund der vergleichbaren anatomischen Zielregion Systeme für den Einsatz in der HNO-Heilkunde ( ▶ Abb. 1.10).

Accuitomo 170 p.

Abb. 1.10 Einsatz in Zahn- und HNO-Heilkunde.

(Quelle: Fa. J. Morita Co., Kyoto, Japan)

Es lassen sich bezogen auf diePatientenpositionierung 3 verschiedene Gerätegruppen unterscheiden, da der Patient entweder in stehender, sitzender oder liegender Position untersucht wird ( ▶ Abb. 1.11). DVT-Systeme mit integriertem Patientensitz oder -liege sind aufgrund des Platzbedarfs in Praxen eher seltener anzutreffen, sodass dort häufig Geräte zu Akquisition im Stand eingesetzt werden. Derartige Geräte werden in zahnärztlichen Praxen auch häufig als sogenannte Kombinationsgeräte implementiert, sodass sowohl die Akquisition 2-dimensionaler Aufnahmen (Panoramaschichtaufnahmen, Fernröntgenseitenaufnahmen) als auch von DVT-Daten mit einer Modalität erfolgen kann. Derartige Systeme werden in Zukunft von Lösungen verdrängt, die eine 2-dimensionale Darstellung aus der Akquisition eines limitierten Volumens erzeugen können, erste Lösungen sind bereits verfügbar.

NewTom 5G.

Abb. 1.11 Untersuchung in liegender Position.

(Quelle: F. Ull. IMAGE Photographie Frank Ullmer)

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist das maximal verfügbareAkquisitionsvolumen. Für den Einsatz in der HNO-Heilkunde sollte zur Darstellung des gesamten Nasennebenhöhlen-Systems ein Volumen von mindestens 10 cm Durchmesser × 14 cm Höhe akquiriert werden. Gleichzeitig werden zur Darstellung von Mittel- und Innenohrstrukturen sehr hohe Auflösungen benötigt. Für den Einsatz in der Zahnheilkunde haben sich Volumina von 8 × 8 bis zu 10 × 10 cm (Durchmesser × Höhe) durchgesetzt. Dadurch können Ober- und Unterkiefer gleichzeitig akquiriert werden, für höhere Auflösungen sind kleinere Akquisitionsvolumina verfügbar. Daher lassen sich DVT-Systeme für den Einsatz in der Zahnheilkunde (limitierte Volumina bis beispielsweise 10 × 10 cm) von Systemen für die HNO-Heilkunde bzw. die Mund-Kiefer-Gaumen-Chirurgie (Volumen ab 12 × 12 cm) anhand des verfügbaren Akquisitionsvolumens differenzieren.

Die Darstellung von Extremitäten ist derzeit nur mit wenigen ausgewiesenen DVT-Systemen möglich ( ▶ Abb. 1.12). Dabei werden gantryähnliche Einheiten zum Einsatz gebracht, die im Vergleich zur konventionellen Computertomografie eine kleinere Gantryöffnung aufweisen. Gleichzeitig kann zumindest bei einem System die Gantry um 90° gedreht werden, um beispielsweise Aufnahmen des Sprung- oder des Kniegelenks im Stand zu akquirieren. Es kommen die gleichen Röntgenröhren wie für die oben beschriebenen Systeme zum Einsatz, die Röhrenspannung liegt zwischen 80 und 120 kV, der Röhrenstrom bei bis zu 12 mA, die Voxelkantenlänge liegt zwischen 200 und 400 µm bei rekonstruierten Volumengrößen von bis zu 20 × 16 cm.

Gänzlich von den bisher beschriebenen Gerätekonfigurationen zu unterscheiden sind mobile DVT-Einheiten, die häufig als C-Bögen mit 3-D-Funktion intraoperativ zum Einsatz kommen.

Planmed Verity.

Abb. 1.12 DVT zur Untersuchung der Extremitäten.

(Quelle: Fa. Planmed Oy, Helsinki, Finnland)

3 Benutzen eines DICOM-Viewers

3.1 Typische Anwendungsbeispiele

D. Schulze

Die Betrachtung von DVT-Datensätzen erfolgt in der Regel unter Verwendung eines DICOM-Viewers oder einer herstellerspezifischen Software, die mit einem vergleichbaren Funktionsempfang aufwartet und häufig auch zusätzliche Module enthalten kann.

Die eigentlichen Datensätze können dabei auf verschiedenen Wegen in die Betrachtungsoberfläche gelangen:

Der Datensatz wird über eine Netzwerkverbindung aus dem PACS (Picture Archiving and Communication System) angefordert. In diesem Fall wird über den DICOM-Viewer eine Anfrage an das PACS vollzogen und nach einer erfolgreichen Antwort der Datensatz auf den Arbeitsplatz geladen. Anschließend kann der Datensatz geöffnet werden.

Der Datensatz liegt als DICOM-Stapel (Stack) lokal auf einem Datenträger vor. Hierbei muss der Datensatz lediglich in die Betrachtungsoberfläche importiert werden.

Der Datensatz liegt inklusive des Betrachtungsprogramms auf einem Datenträger vor. Häufig findet sich auf diesen Datenträgern eine Autostartfunktion, wobei Programm und anschließend der Datensatz automatisch geöffnet werden.

Nach dem Öffnen des Datensatzes muss in Abhängigkeit von den im Datensatz hinterlegten Parametern häufig eine gewisse Fensterung (Windowing) erfolgen ( ▶ Abb. 3.1). Dabei wird zum einen die Zahl der dargestellten Graustufen modifiziert (Fensterbreite – Window Width), wobei es zu einer Änderung des Bildkontrasts kommt. Zum anderen kann dieHelligkeit (Window Level) verändert werden. Fest eingestellte Werte für beide Parameter können bei der Betrachtung von DVT-Datensätzen nicht immer zur Anwendung gebracht werden, da eine HU-konforme Darstellung (HU: Hounsfield Unit) wie bei der Computertomografie in Ansätzen nur im Hochkontrastbereich und bei hohen HU-Werten vorliegt. Dies wird besonders bei der Betrachtung von Datensätzen verschiedener Hersteller deutlich.

Praxistipp

Folgende Einstellungen können als Faustregeln für eine sinnvolle Fensterung eingesetzt werden:

Kompakter Knochen sollte hellgrau zur Darstellung kommen, die Spongiosa dagegen sollte vergleichbar mit dem Weichgewebe dunkelgrau dargestellt sein.

Luft sollte, wenn möglich, pechschwarz dargestellt werden, bei DVT-Datensätzen wird in luftgefüllten Räumen (Nasennebenhöhlen, Pharynx) häufig ein störendes dunkelgraues Signal sichtbar sein.

Speziell bei der Darstellung von Zähnen ist auf eine Differenzierbarkeit von Schmelz und Dentin zu achten.

Fensterung (Windowing).

Abb. 3.1 Jeweils in der axialen Ebene.

Abb. 3.1a Regulär gefensterter Datensatz.

Abb. 3.1b Zu hoher Kontrast (zu „steil“).

Abb. 3.1c Zu niedriger Kontrast (zu „flach“).

Abb. 3.1d Geringe Helligkeit.

Abb. 3.1e Hohe Helligkeit.

Über den Datensatz werden Informationen zu Patient und Serie aus dem Header eingeblendet. DieseTextinformationen (Overlay) befinden sich in den Ecken des Ansichtsfensters und können bei Bedarf teilweise sogar selektiv ausgeblendet werden ( ▶ Abb. 3.2). Meist befindet sich seitlich des Datensatzes auch ein Maßstab, mit dem sich ohne Messungen auch Größenabschätzungen vornehmen lassen.

Ein-/Ausblendung von Textinformationen.

Abb. 3.2 (Axiale Ebene).

Abb. 3.2a Darstellung mit Overlay.

Abb. 3.2b Darstellung ohne Overlay.

DasBlättern durch einen Datensatz (Browsing) kann häufig mit einem Mausrad erfolgen, nach Auswahl eines speziellen Tools können auch Mausbewegungen zum Blättern eingesetzt werden. Der Datensatz kann vergrößert betrachtet und auch im Ganzen verschoben werden (Pan) ( ▶ Abb. 3.3). Hierfür ist in der Regel auch eine Funktion auszuwählen.

Messungen können linear oder auch zur Bestimmung eines Winkels erfolgen ( ▶ Abb. 3.4). Für die Bestimmung einer Fläche ist häufig das Anlegen einer ROI (Region of Interest) erforderlich. Werden mehrere miteinander korrespondierende Flächen in direkt aufeinanderfolgenden Schickten erzeugt, so lassen sich daraus häufig auch Volumina berechnen. Häufig stellen sich Anwender die Frage, welche Genauigkeit diese Messwerte haben und ob denn ohne einen Referenzkörper überhaupt eine akkurate Messung möglich sei. Da im DICOM-Header ausreichende Informationen für alle Raumrichtungen vorliegen, sind die Messungen bezüglich ihrer Genauigkeit letztlich von der räumlichen Auflösung und damit von der Voxelkantenlänge abhängig. Mathematisch betrachtet liegt die Ungenauigkeit der Messungen zwischen 1 und 2 Voxelkantenlängen, dies sollte bei der Wahl des Akquisitionsvolumens und der damit verbundenen Rekonstruktionsparameter berücksichtigt werden. Im Übrigen ist eine korrekte Repräsentation von DICOM-Daten innerhalb eines Viewers ohne Angabe der Voxelkantenlängen nicht möglich, d.h. sofern diese Informationen fehlen, können weitere Ebenen (s.u.) nicht dargestellt und Messungen nicht durchgeführt werden.

Abbildung vergrößert und verschoben.

Abb. 3.3 (Axiale Ebene).

Längenmessung.

Abb. 3.4 Ein Referenzkörper ist nicht erforderlich (axiale Ebene).

Neben der Darstellung des Datensatzes entlang der Körperlängsachse (axiale Ansicht) können auch andere Ebenen gleichzeitig abgebildet werden. In diesem Fall werden üblicherweise die koronare und sagittale Ebene in 2 weiteren Fenstern zur Ansicht gebracht ( ▶ Abb. 3.5). Alle 3 Ebenen sind dabei rechtwinklig zueinander orientiert, diese Darstellung wird auchorthogonale multiplanare Rekonstruktion (MPR) genannt. Dabei kann das Durchblättern des Datensatzes auch durch Verschieben der Referenzlinie in einer der korrespondierenden Ebenen erfolgen. Ebenso kann der Datensatz mittels Drehung der Referenzlinie auch rotiert werden, andere Programme lassen eine Rotation auch durch direktes Drehen in der jeweiligen Ebene zu ( ▶ Abb. 3.6). Dadurch können beispielsweise Rotationsabweichungen während der Datenakquisition ausgeglichen werden, um eine symmetrische Abbildung des Datensatzes zu erzielen ( ▶ Abb. 3.7).

Orthogonale multiplanare Rekonstruktion (MPR).

Abb. 3.5 Oben links: koronale Ebene, oben rechts: sagittale Ebene, unten links: axiale Ebene. Im Fenster unten rechts Darstellung einer Maximum Intensity Projection (MIP).

Drehung.

Abb. 3.6 Drehung der Achsen bzw. des Datensatzes zur besseren sagittalen Darstellung. Oben links: schräg-koronale Ebene (bezogen auf den Unterkiefer auch transversale Ebene), oben rechts: schräg-sagittale Ebene, unten links: gedrehte axiale Ebene. Im Fenster unten rechts Darstellung einer Maximum Intensity Projection (MIP).

Drehung.

Abb. 3.7 Achsendrehung zur symmetrischen Darstellung eines leicht nach links gedrehten Gesichtsschädels. Oben links: koronale Ebene, oben rechts: sagittale Ebene, unten links: axiale Ebene. Im Fenster unten rechts Darstellung einer Maximum Intensity Projection (MIP).

Neben der MPR sind meist auch zusätzliche Sekundärrekonstruktionen verfügbar, die den Datensatz 3-dimensional, z.B. als Oberflächenrekonstruktion, darstellen (SSD, Surface Shaded Display). Diese Ansichten sind in der Regel eher der Orientierung bzw. der Besprechung mit dem Patienten vorbehalten, da bis auf die Darstellung von Frakturen kein diagnostischer Zugewinn attestiert werden kann.

Eine weitere interessante und ggf. auch für DVT nützliche Sekundärrekonstruktion wirdMIP (Maximum Intensity Projection) genannt. Dabei wird im Gegensatz zur MPR auch die Intensität der Voxel in die Berechnung mit einbezogen, sodass hyperdense Strukturen deutlicher hervortreten ( ▶ Abb. 3.5). Diese Technik kann für die Fremdkörpersuche oder das Auffinden verlagerter Strukturen hilfreich sein. In der Radiologie wird dieses Verfahren sehr häufig bei kontrastmittelgestützten Untersuchungen und zur selektiven Gefäßdarstellung eingesetzt.

Wesentlich häufiger wird dagegen eine Rekonstruktion der Daten entlang einer arbiträr erzeugten Bahn benötigt. Ein typisches Einsatzgebiet ist dabei die Zahnheilkunde, weil die Zähne bogenförmig in Ober- und Unterkiefer angeordnet sind. Der Anwender erzeugt zu diesem Zweck manuell entlang des Verlaufs des Alveolarfortsatzes eine Rekonstruktionsebene, diese Form der Sekundärrekonstruktion wird auch alsFreihand-MPR bezeichnet. Dadurch entsteht zum einen eine panoramaartige Anordnung des ausgewählten Areals, zum anderen entstehen zusätzlich senkrecht auf der bogenförmigen Rekonstruktionslinie ausgerichtete Schnittbilder, diese werden auch transversale Ansichten oder Cross Sections genannt.

Eine weitere Option ist die parallele Betrachtung von 2 Datensätzen eines Patienten, z.B. prä- und postoperativer Datensatz ( ▶ Abb. 3.8). Dazu werden beide Serien in einer Split-Screen-Ansicht in den Viewer geladen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Ansicht beider Datensätze in jeder Raumebene zu synchronisieren. Einige Programme bieten sogar die Möglichkeit, die Datensätze automatisch zu synchronisieren, dies ist jedoch bei der DVT aufgrund der häufig nicht exakt reproduzierbaren Patientenpositionierung nur eingeschränkt möglich.

Selbstverständlich können auch die Informationen aus dem DICOM-Header eingesehen werden. In manchen Fällen werden diese Daten auch Meta-Informationen genannt. Dabei wird in einem separaten Fenster der Header geöffnet und die verfügbaren Module und die dazu gehörenden Attribute aufgelistet ( ▶ Abb. 3.9).

Betrachtung von 2 Datensätzen.

Abb. 3.8 Parallele und synchrone Darstellung einer Voruntersuchung (rechts) und der dazugehörigen Folgeuntersuchung (links), jeweils in der axialen Ebene.

Darstellung des DICOM-Headers.

Abb. 3.9

3.2 Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM) und Picture Archiving and Communication System (PACS)

D. Schulze und C. R. Habermann

3.2.1 DICOM

DICOM steht als Abkürzung für „Digital Imaging and Communication in Medicine". Dabei handelt es sich um eine Sammlung von einzelnen Standards, die beispielsweise Routinen für die Verwaltung von Patienten, die Datenakquisition, den Datentransfer und die Datenspeicherung hinterlegt. In der Agenda des DICOM-Standards werden unter anderem folgende Ziele definiert (Auszug):

Kommunikation zwischen verschiedenen Modalitäten (bilderzeugenden Geräten) verschiedener Hersteller auf der Basis des TCP/IP-Protokolls (auch bekannt als Internetprotokoll)

Integration eines Off-line-Mediums, z.B. CD-ROM

Konformitätserklärung von Geräten/Herstellern zu diesem Standard

Definition von Objekten anstelle von „Bildern“, d.h. Bilder sind DICOM-Objekte, auch Töne, Videos etc.

Die Dokumente der Einzelstandards sind frei verfügbar (http://dicom.nema.org/standard.html), für ein grundlegendes Verständnis des Konzeptes von DICOM ist jedoch lediglich Kenntnis der beiden Hauptstränge erforderlich: des DICOM-Dateiformats und des Nachrichtenaustausches.

Zur Betrachtung desDICOM-Dateiformats kann ein typischer DVT-Datensatz herangezogen werden. Dieser besteht als Stapel (Stack) in der Regel aus mehreren Hundert Einzeldateien. Eine DICOM-Datei wiederum setzt sich dabei aus dem Dateikopf (Header) und dem Bilddatenbereich (Pixelcontainer) zusammen ( ▶ Abb. 3.10).

Der Header enthält neben den wesentlichen Informationen zum Patienten (Name, Geburtsdatum, Geschlecht) und zu dem bilderzeugenden System (u.a. Name der Modalität [z.B. CT], Gerätename, Name des Herstellers) auch verschiedenen Identifikationsziffern (sogenannte Unique Identifiers). Letztlich sind es diese Identifikationsziffern, die eine Verbindung zwischen der objektorientierten DICOM-Welt und der realen Welt herstellen. Des Weiteren sind im Header Informationen über die Untersuchung, im Sinne einer Studienbeschreibung, sowie Datum und Uhrzeit der Untersuchung, die Expositionsparameter als auch Angaben zur Patientenpositionierung enthalten ( ▶ Abb. 3.11). Letztlich finden sich im Dateikopf auch Angaben zur räumlichen Auflösung, zur Graustufentiefe und zur Fensterung, diese werden auch als Bildinformationen zusammengefasst.

Die einzelnen Einträge (Attribute) im Header werden in Modulen zusammengefasst, z.B. Patient Module, General Study Module, Radiation Dose Module usw. Diese unterliegen wiederum einer Information Entity (IE), wie z.B. Patient, Study usw. Dadurch kann für jedes Attribut eine genaue Definition erzeugt werden (Information Object Definition, IOD).

Aufbau einer DICOM-Datei.

Abb. 3.10

Typischer Header einer DICOM-Datei.

Abb. 3.11

Natürlich drängt sich die Frage auf, warum die Definitionen so komplex und verschachtelt sind, bei genauerer Betrachtung wird aber deutlich, dass genau diese IOD die Grundlage für einen reibungslosen Datentransfer darstellen.

Vergleichen wir doch einmal eine große Menge an gespeicherten Datensätzen mit einem Frachtterminal. Dabei entspricht jeder Frachtcontainer einem Datensatz. Selbstverständlich käme niemand auf die Idee, jeden einzelnen Container zu öffnen, um die Ladung zu prüfen und den Bestimmungsort festzustellen. Für diesen Zweck besitzen Container Frachtbriefe, sodass ohne Ansicht des Containerinhalts Kenntnisse über den Inhalt erlangt werden können. Das gleiche Ziel wird im DICOM-Standard verfolgt, die Metainformationen lassen sich indizieren und geben Aufschluss über alle wesentlichen Aspekte einer Untersuchung und dem damit verbundenen Datensatz. Diese Sichtweise steht im diametralen Widerspruch zu einer insbesondere in der Zahnheilkunde noch sehr weit verbreiteten Akquisitionsmethodik, wonach medizinische Bilddaten in Formaten wie JPEG oder TIFF gespeichert werden. Teilweise erfolgt die Speicherung sogar in völlig proprietären Formaten, sodass das Öffnen eines Bildes nur unter der Verwendung eines vom Hersteller spezifizierten Betrachtungsprogramms erfolgen kann.

Ein derartiges Vorgehen entspricht so gar nicht einer arzt- respektive patientenfreundlichen Lösung. Derartige Probleme gehören mit DICOM der Vergangenheit an. Kostenlose DICOM-Viewer können online problemlos bezogen werden. Sofern die Bilddaten gemäß den Vorgaben gespeichert wurden, können neben der reinen Bildinformation auch alle anderen oben genannten Informationen nachvollzogen werden.

Ein Betrachtungsprogramm kann beispielsweise aus den Metainformationen entnehmen, in welcher räumlichen Auflösung das Bild vorliegt. In Schnittbilddatensätzen sind hierfür die Attribute (auch Tags genannt) „SliceThickness“ und „PixelSpacing“ vorgesehen. „SliceThickness“ ist letztlich selbst erklärend die Schichtdicke des Bildes in Millimetern (z.B. 0,2), „PixelSpacing“ liefert den Abstand der Mittelpunkte zweier benachbarter Pixel von Zeile zu Zeile und Spalte zu Spalte (0,2/0,2) – letztlich entspricht dieses Attribut der Pixelkantenlänge. Bei Kenntnis dieser Werte können Messungen im Datensatz ohne jede weitere Referenzierung vorgenommen werden. Auch die Position des Patienten im Raum wird im Header gespeichert. Dies ist sowohl für die seitenrichtige Darstellung des Untersuchungsvolumens als auch für die vom DICOM-Viewer bereitgestellt Ansicht von Bedeutung. So wird eine Akquisition in Rückenlage mit der Abkürzung HFS im Attribut „PatientPosition“ codiert, dabei steht HFS für „head first supine“. Der Patient liegt also mit dem Kopf voran auf dem Rücken, eine entsprechende Schnittbildansicht ist daher seitenverkehrt und der Betrachter schaut in kaudokranialer Richtung – quasi so, als würde der Patient vor ihm im Bett liegen.

Merke

Als Attribut „modality“ taucht im Header derzeit übrigens CT auf, für DVT als Modalität existiert derzeit noch keine definierte Abkürzung wie zum Beispiel CBCT.

Schließlich kann auch die Datenweiterverarbeitung nur zuverlässig unter der Verwendung von DICOM-Datensätzen erfolgen, da wie beschrieben im Header alle wesentlichen Parameter an eine Software für Post-Processing (Navigation, Planung usw.) übergeben werden. In diesen Anwendungen kann auch eine Kombination mit nicht standardisierten Daten wie STL-Datensätzen erfolgen (STL: Standard Transformation Language). Dies ist beispielsweise erforderlich, um Patienten und Datensatz zu kopositionieren.

3.2.2 PACS

Wie eingangs erwähnt, beschreibt DICOM nicht nur das Dateiformat, sondern auch die Methoden des Datenaustauschs ( ▶ Abb. 3.12). Dabei sind im klinischen und praktischen Umfeld vor allem Kenntnisse zu Grundlagen der Datenhaltung in Bildspeichern von Vorteil.

In Kliniken als auch in radiologischen Praxen erfolgt die Verwaltung von Bilddaten mittels PACS (Picture Archiving and Communication System).

Dabei war die Schaffung einer derartigen Infrastruktur eine Notwendigkeit, denn mit dem Aufkommen digitaler bildgebender Verfahren ergaben sich neben der Akquisition neue Herausforderungen für die Verteilung und Speicherung dieser Bilddaten. Die fehlende Interoperabilität der Modalität führte zwangsläufig zur Standardisierung, die initial als ACR-NEMA (American College of Radiology and National Electrical Manufacturers Association Standards Publication 1.0 und 2.0) und ab 1992 als DICOM-Standard bekannt wurde. Vor allem konnte dank der im Standard beschriebenen Konformitätsvereinbarungen für künftige Modalitäten ein Protokoll definiert werden, dass die Implementierung neuer Systeme in eine bestehende Modalitäten-„Landschaft“ vereinfachte.

DICOM.

Abb. 3.12 DICOM-Standard enthält nicht nur Informationen zum DICOM-Format, auch alle prozeduralen Abläufe unter der Oberfläche sind definiert. DICOM: Digital Imaging and Communication in Medicine; GSDF: Grayscale Standard Display Function.

Gleichwohl wurde nun ein Verfahren benötigt, das auch den klinischen Partnern ermöglichte, auf die so erzeugten Daten zuzugreifen. Unabhängig vom Ort des Geschehens innerhalb einer Einrichtung musste ein Zugriff auf den Bilddatenbestand realisiert werden, eine Ad-hoc-Verfügbarkeit kann daher nur bei einer gleichzeitig vorhandenen Netzwerkverfügbarkeit angeboten werden.

Daher kann ein PACS ganz simpel als Server aufgefasst werden, der von Clienten Aufträge erhält, diese verwaltet, Daten speichert und auf Abfragen an die Clienten sendet und im radiologischen Umfeld auch zur Visualisierung herangezogen wird.

Dabei lassen sich diese Prozesse recht gut anhand eines Patientenfalls darstellen ( ▶ Abb. 3.13). Tritt ein Patient in eine Klinik ein, werden dessen demografische Daten und ggf. auch andere verwaltungsrelevante Informationen im Krankenhausinformationssystem (KIS oder auch engl. HIS) erfasst. Dies führt beispielsweise auch zur automatischen Erzeugung einer elektronischen Patientenakte, die dann beispielsweise auf der jeweiligen Station mit Informationen gefüttert wird. Fällt nun im Rahmen der Visite die Entscheidung den Patienten einer Untersuchung z.B. mit einem Computertomografen zuzuführen, so wird im KIS ein Auftrag erzeugt, der in einer speziellen PACS-Instanz, dem PACS-Broker, verwaltet wird.

Die Patientendaten werden einerseits im PACS angelegt, andererseits wird gemäß der Anforderung ein Auftrag für die Erfassung einer Computertomografie generiert und auf einerArbeitsliste (DMWL, DICOM Modality Worklist) erzeugt. Dabei können auch modalitätenspezifische DMWL erzeugt werden, d.h. in diesem Fall landet der Patient auf der CT-DMWL. Die hier verfügbaren Patientendaten werden dann an der Konsole der Modalität abgerufen und in einer u.U. vorhandenen, modalitätenspezifischen Oberfläche abgelegt. Danach erfolgt die Untersuchung und die auf diesem Wege akquirierten Bilddaten können dem Patienten zugeordnet werden, dies ist quasi die grundlegende Aufgabe der Modalität. Des Weiteren können an den Konsolen auch zusätzliche Rekonstruktionen der Primärdaten erfolgen, sofern dies vom Auftraggeber gewünscht wird.

Danach werden die Bilddaten von der Konsole an das PACS gesendet. Dabei wartet die Konsole auf eine Bestätigungsmeldung vom PACS, ob der Speicherungsauftrag erfolgreich war (Storage Commitment). Außerdem wird der Auftrag auf der DMWL quittiert. Dieser Prozess kann auch die Übermittlung der Expositionsdaten umfassen, die dann beispielsweise auch im KIS hinterlegt werden können. Gleichzeitig wird der PACS Broker auch Informationen für den Abruf der Bilddaten an das KIS übermitteln. Dabei wird in den meisten Fällen ein Zugriff auf Bilddaten in Kliniken rollenbasiert differenziert, d.h. dass unterschiedliche Zugriffsrechte für die Daten existieren. Während in der Radiologie in der Regel ein direkter Zugriff auf das PACS erfolgt, werden Bilddaten für den „externen“ Abruf über Webbrowser bereitgestellt. Diese Technik wird im DICOM-StandardDICOMwebTM genannt und ermöglicht eine installationsfreie Datenpräsentation, da auf der Seite des Clienten keine Software für die Betrachtung vorgehalten werden muss. Je nach Spezifizierung kann auch der Download eines DICOM-Datensatzes über ein derartiges Interface erfolgen.

Der radiologische Befund wird meist im RIS (Radiologie-Informationssystem) hinterlegt, die erforderlichen demografischen Daten und Untersuchungsinformationen sind dort vom PACS-Broker gespeichert worden.

Informationsfluss im Krankenhaus.

Abb. 3.13 DMWL: DICOM Modality Worklist; KIS: Krankenhausinformationssystem; PACS: Picture Archiving and Communication System; RIS: Radiologie-Informationssystem.

Das Datenaufkommen kann in größeren klinischen Einrichtungen leicht im Bereich von mehreren PB (Petabytes) liegen, da ja für die Bilddaten gemäß der RöV eine Archivierungspflicht von mindestens 10 Jahren bzw. bis zum 28. Lebensjahr bei Patienten, die jünger als 18 Jahre alt sind, besteht. Häufig werden zur Speicherung und Sicherung der notwendigen Verfügbarkeit die anfallenden Daten initial in einem Kurzzeitspeicher abgelegt und danach in einem Langzeitspeicher archiviert. Dabei muss vor allem im Langzeitspeicher regelmäßig auf neue Speichermedien umgespeichert werden, um Ausfälle und damit verbundenen Datenverlust zu verhindern. Zunehmend werden auch entgegen der Archivierungsfrist Bilddaten nicht mehr gelöscht, sondern dauerhaft archiviert, da für das selektive Löschen einzelner Untersuchungen keine ausreichenden Kapazitäten zur Verfügung stehen.

Natürlich stellt sich die Frage, ob und in welchem Umfang eine derartige Lösung für das eigene Arbeitsumfeld einen Sinn ergibt. Dabei kann diese auch nur zur Datenspeicherung (DICOM Storage) eingesetzt werden. Das bedeutet, dass an der Modalität zur Speicherung der Daten ein Sendeziel hinterlegt wird. Der Zugriff auf die gespeicherten Daten erfolgt dann beispielsweise mit separaten DICOM-Viewern. Diese Form der Datenhaltung ist in kleineren Einrichtungen oder auch Praxen ohne Weiteres umsetzbar.

Für die Akquisition und Weiterverarbeitung von DVT-Daten sind daher grundlegende Kenntnisse des DICOM-Standards notwendig und sollten schon im Rahmen der Kurse zur Erlangung der Fachkunde vermittelt werden. Unabdingbar ist jedoch das Zusammenspiel der Patientenverwaltungssoftware bzw. des KIS und des PACS, hier müssen etwaige Probleme schon vor der Beschaffung ausgeräumt werden.

4 Anwendungsgebiete

4.1 Zahnheilkunde und Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie

4.1.1 Traumatologie

M. Heiland

Bei der Einführung der DVT in die Gesichtsschädeldiagnostik war von Anfang an ihre Verwendung bei traumatologischen Fragestellungen im Fokus ▶ [16]. Die DVT ermöglicht eine deutlich individuellere Therapieplanung und vermeidet die Strahlenexposition einer CT.

Bei Patienten mit dem klinischen Verdacht auf eine Fraktur des Gesichtsschädels sollte zum einen immer eine primär 3-dimensionale Bildgebung erwogen werden, zum anderen dann aber auch sichergestellt sein, dass alle relevanten Strukturen in der primären Bildgebung erfasst werden und der Datensatz auch in der Auflösung so angefertigt wurde, dass er ggf. zur Planung patientenspezifischer Implantate (siehe Kap. ▶ 5) verwendet werden kann.

4.1.1.1 Mittelgesicht

Typische Anamnese und entsprechender klinischer Inspektions- und Tastbefund legen das Vorliegen knöcherner Verletzungen im Bereich des Gesichtsschädels häufig schon nahe.

Die in der Vergangenheit üblichen konventionellen Röntgenaufnahmen des Mittelgesichts (z.B. Nasennebenhöhlenübersichtsaufnahme, Orbitazielaufnahme) versetzen zwar in die Lage, den klinischen Frakturverdacht zu bestätigen, ermöglichen aber nicht eine individuelle Therapieplanung, da das Ausmaß der Fraktur – insbesondere die Beteiligung der Orbitawände – überhaupt nicht beurteilt werden kann ( ▶ Abb. 4.1).

Mittelgesichtsfrakturen.

Abb. 4.1 Konventionelle Röntgenaufnahmen, die Frakturlinien im Bereich des Mittelgesichts zeigen (Pfeile).

Abb. 4.1a Nasennebenhöhlenübersichtsaufnahme.

Abb. 4.1b Orbitazielaufnahme.

Abb. 4.1c Axiale Gesichtsschädelaufnahme.

Merke

Bei klinischem Verdacht auf eine Mittelgesichtsfraktur sind konventionelle Röntgenaufnahmen ohne therapeutische Konsequenz, daher sollte primär eine 3-dimensionale Bildgebung erfolgen.

Nur um den klinischen Frakturverdacht zu bestätigen und dann den Patienten weiter 3-dimensional zu diagnostizieren, sind konventionelle Röntgenaufnahmen in der traumatologischen Mittelgesichtsdiagnostik ohne eigene therapeutische Konsequenz. Die Entscheidung, ob dann primär eine CT oder eine DVT indiziert ist, hängt bei vergleichbarer Beurteilbarkeit der knöchernen Strukturen, aber deutlich unterschiedlicher Strahlenexposition, dann primär von den Symptomen des Patienten ab. Bei klinischem Verdacht eines Schädelhirntraumas hat ausnahmslos eine CT zu erfolgen, die dann aber neben den kranialen Strukturen auch gleich das Mittelgesicht und ggf. auch den Unterkiefer miterfassen sollte. Auch bei V.a. komplexere Verletzungen orbitaler Strukturen ist primär eine CT indiziert.

Merke

Die Polytraumaprotokolle der CT sollten im Bereich des Gesichtsschädels so definiert sein, dass die Datensätze ggf. zur Planung patientenspezifischer Implantate genutzt werden können.

In allen anderen Fällen sollte primär statt einer CT eine DVT angefertigt werden, was aufgrund der Tatsache, dass Traumapatienten postoperativ häufig noch 3-dimensionale Röntgenkontrollen erhalten, und der daraus resultierenden Gesamtstrahlenexposition von besonderer Relevanz ist. ▶ Abb. 4.2 stellt den entsprechenden Algorithmus dar.

Frakturdiagnostik.

Abb. 4.2 Algorithmus zur Entscheidung, ob primär eine CT oder eine DVT bei klinischem Verdacht einer Mittelgesichtsfraktur erfolgen sollte.

Selbst digitale Volumentomografen der 1. Generation waren schon in der Lage, für die Therapieplanung von Mittelgesichtsfrakturen suffiziente Bilddaten zu generieren ( ▶ Abb. 4.3).

Digitale Volumentomografie.

Abb. 4.3 DVT (NewTom 9000) einer lateralen Mittelgesichtsfraktur.

Abb. 4.3a Axial.

Abb. 4.3b Koronar.

Abb. 4.3c Sagittal.

▶ Abb. 4.4 zeigt dann schon die verbesserte Bildqualität der nächsten Generation.

Laterale Mittelgesichtsfraktur rechts.

Abb. 4.4 Kritisch ist hier anzumerken, dass das Field of View nach kaudal zu eng begrenzt wurde, da die Maxilla nicht komplett miterfasst wurde und so ein Ausstrahlen der Frakturlinien in den Alveolarfortsatz nicht sicher ausgeschlossen werden kann (Morita Accuitomo 170; 90 kV, 5,0 mA, 250 µm).

Abb. 4.4a Axial.

Abb. 4.4b Koronar.

Abb. 4.4c Sagittal.

Mit der heutigen Bildqualität ist eine deutlich individuellere Therapieplanung hinsichtlich der OP-Indikation, der Notwendigkeit einer Osteosynthese, der Möglichkeit patientenspezifischer Implantate und der erforderlichen chirurgischen Zugangswege möglich, sodass sich die Behandlungsergebnisse hinsichtlich Ästhetik und Funktion deutlich verbessert haben und die Notwendigkeit sekundärer Korrektureingriffe zurückgeht. Diese Komplexität spiegelt sich auch in den weiterentwickelten Klassifikationssystematiken von Mittelgesichtsfrakturen wieder ▶ [13].

Für die Therapieplanung bei Orbitawandbeteiligung sind dabei besonders die Übergangszone zwischen Orbitaboden und medialer Orbitawand ( ▶ Abb. 4.5) und die Frakturausdehnung nach posterior relevant ( ▶ Abb. 4.6) ▶ [15].

Orbitawandfrakturen.

Abb. 4.5 Darstellung von zwei typischen Orbitawandfrakturen, die jeweils die Übergangszone von Orbitaboden zur medialen Orbitawand involvieren und in der Regel einer komplexeren Rekonstruktion bedürfen (SCS Med Series H20; 90 kV, 12,0 mA, 400 µm).

Abb. 4.5a In dieser Aufnahme sieht man weiterhin den typischerweise begleitend auftretenden Hämatosinus, der bei DVT-Aufnahmen, die am sitzenden oder stehenden Patienten angefertigt werden, als horizontaler Spiegel abgebildet wird.

Abb. 4.5b Orbitawandfraktur.

Orbitabodenfraktur.

Abb. 4.6 Darstellung der Ausdehnung einer Orbitabodenfraktur nach posterior. Um das Ausmaß der Fraktur suffizient beurteilen zu können, ist das Betrachten in 2 Ebenen durch Blättern im Datensatz – ggf. nach Definition individueller Rekonstruktionsebenen – erforderlich (SCS Med Series H20; 90 kV, 12,0 mA, 400 µm).

Zeigt sich in der DVT eine Beteiligung des Orbitabodens, die auf den Bereich lateral des Infraorbitalkanals beschränkt ist, kann eine geschlossene Frakturreposition ohne Osteosynthese gelingen, was aber durch intraoperative Bildgebung überprüft werden sollte ▶ [17].

Ist eine abschließende intraoperative 3-dimensionale Bildgebung (siehe Kap. ▶ 4.4) erfolgt, ist eine anschließende postoperative Bildgebung am Folgetag – einen stadiengerechten, komplikationslosen Verlauf vorausgesetzt – entbehrlich. Ist im weiteren Verlauf eine radiologische Kontrolluntersuchung indiziert – Patient hat Beschwerden, das eingebrachte Material soll entfernt werden oder die Wiederherstellung der Belüftung der Nasennebenhöhlen muss kontrolliert werden –, dann ist aus den eingangs dargestellten Gründen eine erneute DVT Modalität der Wahl ( ▶ Abb. 4.7).

Volumen-Rendering-Technik.

Abb. 4.7 VRT-Rekonstruktion einer DVT 6 Wochen nach einer panfazialen Fraktur (SCS Med Series H20; 90 kV, 12,0 mA, 400 µm).

4.1.1.2 Unterkiefer

Im Bereich des Unterkiefers hat die Panoramaschichtaufnahme (PSA oder Orthopantomogramm [OPG bzw. OPTG]) auch in der traumatologischen Primärdiagnostik ihre Bedeutung. Allerdings ist auch hier systembedingt vorgegeben, dass in der Regel weitere konventionelle Aufnahmen angefertigt werden müssen, um Frakturen in einer 2. Ebene zu visualisieren. Komplexere Situationen – wie beispielsweise der Verlauf von Schrägfrakturen, Frakturen in Bereichen mit deutlichen Überlagerungen in der Schichtaufnahme oder die Beteiligung eines oder beider Gelenkfortsätze – können aber häufig auch dann nur sehr eingeschränkt beurteilt werden und erfordern dann doch eine zusätzliche 3-dimensionale Diagnostik im Sinne einer DVT ( ▶ Abb. 4.8).

Konventionelle Röntgendiagnostik einer doppelten Unterkieferfraktur.

Abb. 4.8 Insgesamt waren 3 Röntgenaufnahmen erforderlich, um die Frakturen suffizient beurteilen zu können.

Abb. 4.8a PSA.

Abb. 4.8b Axiale Mundbodenaufnahme.

Abb. 4.8c Schädelaufnahme, p.–a. 15°.

Da sich im Bereich der Gelenkfortsätze die Therapie deutlich individualisiert hat und operative Frakturversorgungen heute einen anderen Stellenwert haben, kommt man bei Beteiligung eines oder beider Gelenkfortsätze zur adäquaten Therapieplanung nicht mehr um eine 3-dimensionale Diagnostik herum, was in der Literatur schon seit Längerem auch bei kindlichen Frakturen favorisiert wird ▶ [14]. Wie schon für das Mittelgesicht oben ausgeführt, sollte man beim Fehlen von Zeichen eines Schädelhirntraumas primär eine DVT anfertigen und auch auf das vorherige konventionelle Röntgen verzichten ( ▶ Abb. 4.9).

Merke

Bei klinischem Verdacht auf eine Fraktur eines oder beider Gelenkfortsätze sollte primär eine 3-dimensionale Bildgebung erfolgen.

Dreifache Unterkieferfraktur.

Abb. 4.9 DVT zur primären Diagnostik einer 3-fachen, nicht dislozierten Unterkieferfraktur bei Z.n. Fahrradsturz (SCS Med Series H20; 90 kV, 12,0 mA, 400 µm).

Abb. 4.9a Collumbasisfraktur rechts.

Abb. 4.9b Collumbasisfraktur rechts.

Abb. 4.9c Fraktur des linken Gelenkkopfs.

Abb. 4.9d Fraktur des linken Gelenkkopfs.

Abb. 4.9e Paramedianfraktur.

Abb. 4.9f Paramedianfraktur.

Im Bereich des Unterkiefers ist besonders darauf zu achten, diskrete Frakturlinien nicht zu übersehen. ▶ Abb. 4.10 zeigt eine Infraktur ausschließlich der lingualen Kortikalis im Bereich des rechten Kieferwinkels, die sich am besten in der koronaren Rekonstruktion und der 3-D-Ansicht nachvollziehen lässt.

Infraktur der lingualen Kortikalis.

Abb. 4.10 DVT einer Infraktur der lingualen Kortikalis im Bereich des rechten Kieferwinkels (SCS Med Series H20; 90 kV, 12,0 mA, 400 µm).

Abb. 4.10a Sagittal.

Abb. 4.10b Koronar.

Abb. 4.10c 3-D-Oberflächenrekonstruktion.

Abb. 4.10d 3-D-Oberflächenrekonstruktion.

Andererseits möchten viele Chirurgen die übersichtliche Darstellung des Zahnsystems auf einer PSA zur Therapieplanung nicht missen, was aber moderne DVT-Systeme durch entsprechende Panoramarekonstruktionen aus dem DVT-Datensatz adressieren ( ▶ Abb. 4.11).

Doppelte Unterkieferfraktur.

Abb. 4.11 Panoramarekonstruktion aus einer DVT (SCS Med Series H23; 120 kV, 5,6 mA, 200 µm).

Merke

Auch aus einer DVT kann eine Panoramaansicht rekonstruiert werden.

4.1.1.3 Fazit