dc.description.abstract
Interaktionen zwischen den im Zuge der zahnärztlichen und kieferchirurgischen Therapie im Mund oder am Schädel fixierten Metallprodukten und der Magnetresonanz-Tomographie sind seit Jahrzehnten Gegenstand verschiedenster Studien sowohl von radiologischen als auch zahnmedizinischen Autoren. Trotzdem ist im klinischen Alltag beider Fachgebiete immer noch eine deutliche Verunsicherung spürbar, wenn es um die Einschätzung etwaiger Diagnostikstörungen durch solche Produkte geht, die im Wesentlichen auf dem Grad ihrer Magnetisierbarkeit beruhen. Zu den unerwünschten Interaktionen gehören aber auch potenzielle Alterationen des Eigenfeldes kleiner, medizinisch genutzter Permanentmagnete im MR-Tomographen. Weil die für Implantat getragene Zahnprothesen oder Gesichts-Epithesen genutzten Magnetattachments starr befestigt sind, werden sie in bestimmten Position direkt antiparallel dem sehr viel stärkeren Hauptfeld B0 ausgesetzt. Käme es dabei zu einer relevanten Entmagnetisierung, wären diese Kopplungselemente sofort insuffizient.
Drei in diesem Gesamtkontext denkbare Szenarien wären ärgerlich, weil mit unnützen Kosten, unnützem Zeitverlust und unnützem Dyskomfort für die Patienten verbunden:
• eine relevante Diagnostikeinschränkung durch unerwartete Suszeptibilitäts-Artefakte um hoch magnetisierbare Objekte, was eine erneute Bildgebung nach Materialentfernung erfordert,
• eine routinemäßige Entfernung auch nicht magnetisierbarer Metallobjekte, wodurch überflüssige Kosten, eine zusätzliche iatrogene Hartsubstanzschädigung und der entsprechende Behandlungsstress durch Debonding und anschließendes Rebonding entstehen,
• eine Entmagnetisierung oder sogar Umpolung der Magnetattachments bei ungünstiger Positionierung zu B0 und die in der Folge anfallenden Wiederherstellungskosten.
Um diese Situationen zu verhindern, bedarf es valider Prädiktoren für das Auftreten bzw. die Stärke dieser Interaktionen. Unter den Werkstoffeigenschaften der Metalle ist hierfür ihre Magnetisierbarkeit geeignet, die mit Hilfe der legierungsspezifischen Permeabilitätszahl quantifizierbar ist. Aufgrund einer Ausnahmeregelung in der Europäischen Medizinprodukteverordnung besteht aber für zahnärztliche und kieferchirurgische Metallprodukte keine Deklarationspflicht ihres Verhaltens in Magnetfeldern. Dies hat weitreichende Folgen, weil damit auch andere Informationsquellen nutzlos sind und weil vielen der einschlägigen Studien deshalb die exakte Spezifikation der untersuchten Metallprodukte verwehrt blieb.
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Prädiktion von Suszeptibilitäts-Artefakten um intraorale Metallobjekte und der Beschreibung von positions- und materialabhängigen Alterationen des Eigenfeldes dentaler Magnetattachments in der MRT.
Zunächst sollte eruiert werden, inwieweit MRT-Ärzte die mit zahnärztlichen Produkten einhergehende Sicherheits- und Kompatibilitätsprobleme einschätzen, auf welche Informationsquellen sie sich im Zweifelsfalle stützen und wie sie ihre diesbezüglichen Fortbildungsmöglichkeiten bewerten.
Unsere Umfrage wurde über verschiedene Kanäle an ca. 2.000 aktive Radiologen in Deutschland adressiert, was etwa 35 % der hierzulande tätigen Kollegen entspricht. Allerdings konnte mit 3,7 % nur eine gerade noch auswertbare RR erzielt werden, was ein Schlaglicht auf das allgemeine Interesse an dieser vermeintlich komplett erforschten Problematik wirft. Die teilnehmenden Radiologen überschätzten die von intraoralen Metallobjekten ausgehenden Gefahren tendenziell. Gleichzeitig überbewerteten sie die Wirksamkeit einer typischen, Artefakt reduzierenden Sequenz. Sie stuften die für eine Recherche unbekannter Metallimplantate zur Verfügung stehenden Quellen als ungenügend ein und forderten nahezu alle (97,3%) eine Deklarationspflicht der Magneteigenschaften solcher Produkte durch deren Hersteller. Die Frage, ob eine direkte intraorale Permeabilitätsmessung in den Klinikalltag implementiert werden solle, um damit potenzielle Interaktionen besser abschätzen zu können, bejahten 40,5 % der Teilnehmer. Als dafür nötigen Zeitaufwand hielt eine Mehrheit von 63 % maximal 2 min für akzeptabel, was sich vermutlich am Aufwand eines hauseigenen „Magnettests“ orientierte. Nur 15,5 % halten eine eher realistische Zeitspanne von bis zu 15 min für angemessen. Insgesamt 78 % bekundeten einen deutlichen Weiterbildungswunsch zur Thematik.
Zur in-vitro Prüfung einer Korrelation zwischen der Artefaktausdehnung um orthodontische Produkte bei TSE- und GRE-Sequenz im 1,5 T Hauptfeld und ihrer relativen Permeabilität nutzten wir zunächst selbst hergestellte Prüfkörper mit definierter Größe und aufsteigenden µr -Werten, welche die Übergangszone vom paramagnetischen in den eindeutig ferromagnetischen Bereich repräsentierten. Die Wertepaare aus den im Phantom in coronarer und sagittaler Ebene gemessenen Artefaktradien und den zugehörigen µr -Werten ergaben im Koordinatensystem eine Wechselbeziehung entsprechend einer Wurzelfunktion. Bei GRE-Sequenz war der Anstieg der Kurven etwas steiler. Die analog erhobenen Wertepaare der anschließend untersuchten realen orthodontischen Produkte reihten sich entsprechend den auf ihnen gemessenen µr -Werten stets unterhalb dieser Kurve auf. Damit konnte gezeigt werden, dass die auf Metallobjekten dieser Größe gemessene Permeabilität als Prädiktor der bei Standard-Sequenzen auftretenden Artefaktradien geeignet ist. Der gefundene Abstand zwischen den Werten der realen Objekte und der Prüfkörper entspricht einem Sicherheitsabstand für die im klinischen Falle zu treffende Entscheidung.
Nach diesem erfolgreichen in-vitro-Versuch sollte die Eignung des dafür bereits genutzten Messgerätes „Ferromaster“ (Fa. Stefan Mayer Instruments, Dinslaken/D) für den klinischen Einsatz geprüft werden. Dafür modifizierte der Hersteller die Tastsonde unseres Gerätes, sodass sie auch im Seitenzahngebiet einsetzbar und, vor allem, einfach desinfizierbar ist.
Zunächst wurde die Relevanz dreier vom Hersteller aufgeführten Einsatzbeschränkungen untersucht: Die Anwendung (I) nur auf planen Oberflächen, (II) nur auf entmagnetisierten Objekten und (III) nur auf Objekten mit einer Mindestgröße. Dabei erwies sich die Präzision der Messung auch auf oberflächlich zerklüfteten Objekten als hoch. Zudem zeigten wir an für medizinisch genutzte Edelstähle beispielhaft ausgewählten Brackets, dass die bei Sättigungsmagnetisierung induzierten remanenten Felder Werte von 0,62 mT nicht überschreiten. Damit ist eine Alteration der für den Messvorgang im Tastkopf des Ferromasters installierten Permanentmagnete ausgeschlossen.
Zuletzt bestimmten wir die Richtigkeit der Ferromaster-Messung auch auf untermaßigen Objekten, die erwartungsgemäß nicht ausreichend war. Mit Hilfe mathematisch ermittelter Korrekturfaktoren für jeden Ausprägungsgrad der Untermaßigkeit konnten aus den gefundenen Ist-Werten die korrekten Soll-Werte berechnet werden. Bei Prüfkörpern mit µr ≤ 0,002 stimmten die Messwerte mit den wahren Werten überein, sodass diese Methode als Screening-Instrument zur Detektierung nicht magnetisierbarer kleinster Metallobjekte geeignet ist.
In einer anschließenden klinischen Messung auf intraoral fixierten orthodontischen Produkten durch je eine Gruppe aus Zahnärzten und MTRA erwiesen sich sowohl die Inter- als auch die Intra-Rater-Reliabilität als exzellent. Dabei waren die Ergebnisse der Zahnarzt-Gruppe nur tendenziell etwas besser. Bei Prüfung der Validität erwies sich die Zahnarztgruppe als signifikant besser, allerdings zeigte die Pearson-Korrelation beider Gruppen sehr stark positive Zusammenhänge. Diese Methode ist also auch von intraoral wenig erfahrenen Prüfern valide durchführbar.
Auf medizinisch genutzten Permanentmagneten wäre diese Permeabilitätsmessung kontraindiziert, denn ihr Eigenfeld hat mit ca. 130 mT eine mehr als 200fache Stärke als die in orthodontischen Einzelprodukten induzierbaren remanenten Felder. Und es wäre auch nicht nötig, denn durch sie wird in der jeweils akquirierten Sequenz stets das vergleichsweise ausgedehnteste Artefakt erzeugt. Dessen absolute Größe hängt dann in erster Linie von ihrem Volumen ab. Unsere dazu durchgeführte Phantomstudie sollte in erster Linie klären, wie groß die Distanz zwischen Minimagnet und den zu beurteilenden anatomischen Strukturen bei SE- und GRE- Sequenzen im 1,5 und 3 T-MRT sein muss, um eine störungsfreie Diagnostik zu ermöglichen. Außerdem sollte eruiert werden, ob bei vergleichbaren Volumina relevante Unterschiede zwischen permanent- und weichmagnetischen Objekten oder zwischen offen und geschlossen konstruierten Feldern auftreten. Es fanden sich weder in Bezug auf die MRT-Hauptfeldstärke noch hinsichtlich der Prüfkörper-Kenndaten klinisch relevanten Unterschiede.
Tendenziell waren die Artefakte in der parallel zu B0 liegenden Bildebene stets größer als in der senkrecht zu B0 liegenden Ebene. Der deutlichste Unterschied trat zwischen den Sequenzen auf: Bei GRE waren die gemessenen maximalen Artefaktradien um ca. 2 cm größer als bei SE-Sequenzen. Am auffälligsten aber war der Unterschied der Artefakt-Konfiguration: Bei GRE traten großvolumige pilzförmige Auslöschungszonen auf. Dagegen fanden sich bei SE kleinere, aber mehrfache Artefakte: Zusätzlich zur zentralen Löschungszone ergab sich jeweils eine zweite, kugelförmige Artefaktzone, in der eine zentrale Signallöschung mit einer peripheren Signalanhebung kombiniert war. Weil die Artefakt auslösenden Objekte aber nicht in standardisiert orientiert sind, ist die zu erwartende Asymmetrie dieser Artefakte kaum vorhersagbar. Deshalb ist aus Sicherheitsgründen auch hier der maximale Radius heranzuziehen, der sich nicht von denen der GRE-Sequenzen unterscheidet.
Bei der Exposition kleiner Permanentmagnete im MRT besteht noch ein weiteres Kompatibilitätsproblem: die Schwächung des Eigenfeldes der medizinischen Magnete durch das deutlich stärkere MR-Hauptfeld. Nachdem wir bei einer früheren Studie bei allen untersuchten Dentalmagneten nach ihrer antiparallelen Exposition im 3 T MRT eine Umpolung ihres Eigenfeldes fanden, testeten wir jetzt ein für den Einsatz auf Dentalimplantaten gedachtes SmCo-Duomagnetsystem mit gesteigerter Koerzitivkraft. Bei deren MRT-Exposition wurden mit Hilfe einer dreidimensional einstellbaren Halterung die üblichen Orientierungen zu B0 geprüft: Damit konnten Implantatpositionen im Ober- und Unterkiefer, in der Glabella und im Mastoid bei gerader und jeweils 45° reklinierter und inklinierter Kopfposition simuliert werden. Die modifizierten Magnete wiesen tatsächlich eine höhere Gegenfeldfestigkeit auf, im 1,5 T Hauptfeld kam es überwiegend zu klinisch noch akzeptablen Demagnetisierungen, sogar in antiparalleler Position betrug der Feldstärkeverlust nur 5 % des Ausgangswertes. Überraschenderweise traten die größten Feldverluste von 10 % bei antiparalleler Lage und gleichzeitig abgewinkeltem Kopf auf. Lag das benutzte Phantom in der Position „Füße voran“ und mit antiparallel orientiertem Magneten im MRT, entstand ein Feldverlust von 7 %. Im 3 T Hauptfeld zeigte sich die gleiche Verteilung, allerdings waren die Feldverluste in den kritischen Positionen deutlich höher: Bei Antiparallelität 72 %, bei dazu kommender Kopfabwinkelung bis zu 96 %. Die nach jeder Exposition durchgeführte Remagnetisierung ergab eine komplette Wiederherstellung ihrer ursprünglichen Feldstärke. Damit wurde gezeigt, dass auch die versehentlich bei 3 T und in ungünstiger Orientierung zu B0 exponierten Dentalmagnete mit einem überschaubaren Aufwand weiter verwendbar sind.
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