Untersuchungen zum erforderlichen Field of View für die bildgebende 3D- Diagnostik in der Zahnmedizin

Abstract

Problemstellung: Eine der wichtigsten Eigenschaften eines DVT-Gerätes in Hinblick auf die Strahlenbelastung und der Kosten ist das erreichbare Abbildungsvolumen, das Field of View (FoV). Zwar existiert eine Vielzahl an FoV-Empfehlungen, diese basieren jedoch auf keinerlei wissenschaftliche Untersuchungen und folgen meist von der Industrie vorgegebenen Normen. Die FoV sind entweder zu klein, um alle wichtigen Strukturen befunden zu können oder aber zu groß und setzen den Patienten einer unnötigen Strahlenbelastung aus. Ziel dieser Arbeit ist es, für zahnärztlich relevante Regionen, das erforderliche zylindrische und sphärische FoV zu ermitteln und sie den am häufigsten vorherrschenden FoV gegenüberzustellen. Material und Methoden: Die Untersuchung erfolgte retrospektiv anhand der DVT-Aufnahmen von 1020 Patienten mit Hilfe des 3D-DICOM-Viewers Invivo 4 (Firma Anatomage, San Jose, USA) sowie eines eigens entworfenen Programmskriptes zur optimierten Hüllkugelberechnung. Das zylindrische FoV wurde für drei knöcherne anatomische Regionen ermittelt: 1. Dentale Region, 2. Dentale Region samt Kieferhöhlen und Kiefergelenken sowie 3. Dentale Region mit Kieferhöhlen, Kiefergelenken und dem oberen Teil der Halswirbelsäule. Für die Größte, die dritte Region, wurde zusätzlich das sphärische FoV berechnet. Nach Ausrichtung der Schädelrekonstruktion bezüglich der Frankfurter Horizontalen wurden die drei zylindrischen FoV im 2-dimensionalen Cross-Section-Modus durch Ermittlung des jeweiligen Höhen- und Durchmesserwertes bestimmt. Die Berechnung des sphärischen FoV erfolgte im 3-dimensionalen Volume-Render-Modus, indem 10 Koordinaten, welche die relevanten Strukturen umgeben, positioniert wurden. Mittels des Programmskriptes basierend auf dem WELZL-Algorithmus wurde aus den Koordinaten eine Hüllkugel mit kleinstmöglichem Durchmesser und Mittelpunkt berechnet. Für drei Altersgruppen und beide Geschlechter wurden individuelle FoV bestimmt und verglichen. Mit Hilfe von Wiederholungsmessungen wurden der absolute und relative Fehler der Messmethode ermittelt. Ergebnisse: Für die vollständige Erfassung der dentalen Region sind 8,3 x 10,6 cm (Kinder: 8,3 x 10,3 cm) erforderlich. Für die komplette Abbildung der dentalen Region mit Kieferhöhlen und Kiefergelenken sind 12,1 x 14,9 cm (Kinder: 10,6 x 14,3 cm) nötig und für die dentale Region mit Kieferhöhlen, Kiefergelenken und dem oberen Teil der Halswirbelsäule muss das zylindrische FoV 12,1 x 17,8 cm (Kinder: 10,6 x 15,2 cm) und das sphärischen FoV 17,4 cm (Kinder: 16,3 cm) betragen. Es bestehen signifikante Unterschiede zwischen den Maßen aller Patientengruppen. Schlussfolgerung: Neben dem medizinischen Indikationsbereich sollten sich FoV- Abmessungen nach patientenspezifischen Parametern einstellen lassen. Die kommerziell am häufigsten vorkommenden FoV-Empfehlungen und Kollimationen sind nicht dazu geeignet, um die hier untersuchten Regionen komplett abzubilden. Zudem nutzt ein Teil der aktuell verfügbaren DVT-Systeme sein Erfassungspotential nicht aus: Durch effektivere Höhen- und Durchmesser- Konfigurationen in den Scan-Protokollen könnten die relevanten Strukturen von mehr Patienten erfasst werden, ohne jedoch das aus Höhe und Durchmesser resultierende Erfassungsvolumen vergrößern zu müssen.

Introduction: One of the most important characteristic of a CBCT unit in terms of radiation exposure and costs is the achievable imaging volume, the field of view (FoV). Although there are a number of recommendations for different FoV, these suggestions are not based on any scientific study and generally follow standards set by the industry. Either these FoV are too small to evaluate all important structures or too large and expose patients to unnecessary radiation. The aim of this study is to determine the required FoV for three regions and to compare the results with most prevalent FoV. Materials and methods: This retrospective study evaluated CBCT images of 1020 patients using the 3D DICOM Viewer Invivo 4 (Anatomage Inc., San Jose, US) and a designed program script for calculating an optimized smallest enclosing ball. The cylindrical FoV was determined for three osseous anatomical regions: 1.) dental region, 2.) dental region, including sinuses and jaw joints and 3.) dental region with sinuses, jaw joints and the upper part of the cervical spine. For the largest, the third region, the spherical FoV was additionally calculated. After aligning the reconstruction of the skull to the Frankfurt horizontal plane, the three cylindrical FoV were determined by height and diameter in the 2-dimensional cross-section mode. The spherical FoV was calculated in 3-dimensional volume rendering mode. 10 landmarks were positioned and imported into the program script, based on the Welzl-algorithm, that determined an optimized smallest enclosing ball for this FoV. For three groups of age and both sexes individual FoV were determined and compared. With the help of repeated measurements the absolute and relative error of the measurement method was determined. Results: For a complete scan of the dental region a cylindrical FoV of 8.3 x 10.6 cm (children: 8.3 x 10.3 cm) is required. To capture the whole dental region, maxillary sinuses and temporomandibular joints a cylinder of 12.1 x 14.9 cm (children: 10.6 x 14.3 cm) is ecessary. For capturing the dental region, maxillary sinuses, jaw joints and the upper part of the cervical spine the cylindrical FoV must be 12.1 x 17.8 cm (children: 10.6 x 15.2 cm). The spherical FoV requires a diameter of 17.4 cm (children: 16.3 cm). There are significant differences between the sizes of all groups of patients. Conclusions: In addition to the indications FoV should be set according to patient-specific parameters. The most common commercial FoV recommendations and collimations are not suitable for dental-related regions defined by this study. In addition, many CBCT devices do not use their detection potential enough: A part of currently available CBCT systems cannot detect the dental regions, although a sufficiently large volume is available: More effective height and diameter configurations in the scan protocols could detect relevant structures of more patients, but without the need to increase the scan volume resulting of height and diameter.