Deskriptive Beschreibung von Artefakten diverser dentaler

Aus der Universitätsklinik für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde

der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.Br. Abteilung für Zahnärztliche Prothetik

Deskriptive Beschreibung von Artefakten diverser dentaler Werkstoffe in der digitalen Volumentomographie

I N A U G U R A L - D I S S E R T A T I O N zur

Erlangung des Zahnmedizinischen Doktorgrades der Medizinischen Fakultät

der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.Br.

Vorgelegt 2012 von Ute Dorothea Klaffke geboren in Lüdenscheid

Dekan Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Hubert E. Blum

1.Gutachter Priv.-Doz. Dr. Dirk Schulze

2.Gutachter Priv.-Doz. Dr. Wael Att

Jahr der Promotion 2013

Abkürzungsverzeichnis

°C Grad Celsius

2D zweidimensional

3D dreidimensional

Abb. Abbildung

Al2O3 Aluminiumoxid

Au Gold

Bzw. Beziehungsweise

ca. Circa

CAD/CAM computer-aided design / computer-aided manufacturing

cm Zentimeter

CT Computertomographie

D Durchmesser

DVT Digitale Volumentomographie/ digitales Volumentomogramm

EEGE Exponential Edge-gradient Effekt

FPD flat-panel detector

FOV Field of View

g/cm3 Gramm pro Kubikzentimeter (Dichte)

ggf. gegebenenfalls

Gew.-% Gewichtsprozent

HfO2 Hafniumdioxid

ISO International Organisation for Standardization (Internationale Organi-

sation für Normung)

kV Kilovolt

K2O Kaliumoxid

Lat. Lateinisch

Li2O Lithiumoxid

mA Milliampere

max. maximal

min Minuten

mm Millimeter

mm3 Kubikmillimeter

NEM Nichtedelmetall

P2O5 Diphosphorpentoxid

PMMA Polymethylmethacrylat

s Sekunden

s. siehe

SiO2 Siliziumdioxid

Ti Titan

µSv Mikrosievert

vgl. vergleiche

Y2O3 Yttriumoxid

z.B. zum Beispiel

ZnO Zinkoxid

ZrO2 Zirkoniumdioxid

Inhaltsverzeichnis 1! Einleitung ...................................................................................................................... 1!

2! Literaturübersicht .......................................................................................................... 3!

2.1! Einsatz der digitalen Volumentomographie in der Zahnmedizin............................ 3!2.2! DVT Funktion und Bildrekonstruktion .................................................................... 3!2.3! Definition von Artefakten........................................................................................ 5!2.4! Einteilung von Artefakten....................................................................................... 5!

2.4.1! Aufhärtungsartefakte ...................................................................................... 6!2.4.2! Auslöschungsartefakte ................................................................................... 7!2.4.3! Ringartefakte .................................................................................................. 7!2.4.4! Bewegungsartefakte....................................................................................... 8!2.4.5! Alias-Artefakte ................................................................................................ 9!2.4.6! Partielle Volumeneffekte............................................................................... 10!2.4.7! „Exponential Edge-gradient“ Effekte............................................................. 10!2.4.8! Rauschen ..................................................................................................... 11!2.4.9! Streuung ....................................................................................................... 12!2.4.10! Lokale Tomographie..................................................................................... 12!

2.5! Korrekturmechanismen........................................................................................ 13!2.5.1! Methoden zur Modifizierung von Projektionen ............................................. 14!2.5.2! Iterative Methoden........................................................................................ 15!

2.6! Bedeutung von Artefakten für die Interpretation von DVT Datensätzen.............. 16!3! Fragestellung .............................................................................................................. 18!

4! Material & Methoden................................................................................................... 19!

4.1! Materialien ........................................................................................................... 19!4.1.1! DVT-Gerät .................................................................................................... 19!4.1.2! Prüfkörper..................................................................................................... 19!

4.1.2.1! Composite................................................................................................. 20!4.1.2.2! Guttapercha .............................................................................................. 21!4.1.2.3! Lithiumdisilikat-Keramik ............................................................................ 21!4.1.2.4! Nichtedelmetall Legierung ........................................................................ 22!4.1.2.5! Titan .......................................................................................................... 22!4.1.2.6! Zirkoniumdioxid-Keramik .......................................................................... 23!

4.1.3! Weichgewebsäquivalentes Material ............................................................. 24!4.1.4! Software zur Auswahl von Schnittbildern ..................................................... 24!4.1.5! Bildbearbeitungsprogramm .......................................................................... 24!

4.2! Methoden............................................................................................................. 25!4.2.1! Herstellung der Prüfkörper ........................................................................... 25!

4.2.1.1! Herstellung der Prüfkörper aus Composite............................................... 25!4.2.1.2! Herstellung der Prüfkörper aus Guttapercha ............................................ 25!4.2.1.3! Herstellung der Prüfkörper aus Lithiumdisilikat......................................... 26!4.2.1.4! Herstellung der Prüfkörper aus NEM Legierung ....................................... 26!4.2.1.5! Herstellung der Prüfkörper aus Titan ........................................................ 27!4.2.1.6! Herstellung der Prüfkörper aus Zirkoniumdioxid....................................... 27!

4.2.2! Einbettung der Prüfkörper in das weichgewebsäquivalente Material ........... 27!4.2.3! DVT- Aufnahmen.......................................................................................... 28!4.2.4! Definition der Grauwertbereiche................................................................... 29!4.2.5! Auswahl von Schnittbildern .......................................................................... 29!4.2.6! Darstellung der Artefakte.............................................................................. 30!4.2.7! Beschreibung der Artefakte .......................................................................... 30!

4.2.8! Histogrammanalyse der Schnittbilder........................................................... 31!5! Ergebnisse .................................................................................................................. 32!

5.1! Einteilung und Vorkommen der Artefakte in den einzelnen Schnittbildern .......... 32!5.2! Hauptartefakte ..................................................................................................... 36!

5.2.1! Kegel ............................................................................................................ 36!5.2.2! Kugel ............................................................................................................ 40!5.2.3! Würfel ........................................................................................................... 42!5.2.4! Zylinder......................................................................................................... 47!

5.3! Ringartefakte ....................................................................................................... 48!5.4! Alias-Artefakte ..................................................................................................... 52!5.5! Artefaktintensität der einzelnen Werkstoffe - Histogrammanalyse ...................... 54!

5.5.1! Composite .................................................................................................... 56!5.5.2! Guttapercha.................................................................................................. 56!5.5.3! Lithiumdisilikat .............................................................................................. 57!5.5.4! Nichtedelmetall-Legierung............................................................................ 57!5.5.5! Titan.............................................................................................................. 57!5.5.6! Zirkoniumdioxid ............................................................................................ 57!

5.6! Artefaktintensität der Prüfkörperformen............................................................... 58!6! Diskussion................................................................................................................... 60!

6.1! Methodendiskussion ............................................................................................ 60!6.1.1! Auswahl der Prüfkörper ................................................................................ 60!6.1.2! Herstellung der Prüfkörper ........................................................................... 61!6.1.3! Einbettung der Prüfkörper ............................................................................ 61!6.1.4! DVT Aufnahmen ........................................................................................... 62!6.1.5! Auswertung der Datensätze ......................................................................... 62!6.1.6! Beurteilung der Artefaktintensität ................................................................. 63!

6.2! Ergebnisdiskussion.............................................................................................. 64!6.2.1! Hauptartefakte .............................................................................................. 64!

6.2.1.1! Streifenartefakte........................................................................................ 64!6.2.1.2! Sonstige flächenhafte Artefakte ................................................................ 65!6.2.1.3! Auslöschungen um die Prüfkörper............................................................ 65!

6.2.2! Ringartefakte ................................................................................................ 67!6.2.3! Alias-Artefakte .............................................................................................. 68!6.2.4! Artefaktintensitäten - Histogrammanalyse.................................................... 69!

7! Zusammenfassung ..................................................................................................... 71!

8! Anhang........................................................................................................................ 72!

9! Literaturverzeichnis..................................................................................................... 77!

10! Danksagung ............................................................................................................ 82!

11! Lebenslauf............................................................................................................... 83!

1

1 Einleitung Die digitale Volumentomographie (DVT) hat in den letzten Jahren in vielen Bereichen der

Zahnmedizin zunehmend an Popularität gewonnen. Im zahnärztlichen Alltag wird die DVT

mittlerweile standardmäßig eingesetzt. Die DVT ist ein dreidimensionales Tomographie-

verfahren, das mit einem konischen Röntgenstrahl arbeitet. Aus den gewonnenen Detek-

torsignalen wird ein aus kleinen, isotropen Bausteinen, den sogenannten Voxeln, beste-

hender, dreidimensionaler Volumendatensatz erzeugt. Aus diesen Volumendaten können

Schnittbilder des aufgenommenen Objektes erzeugt werden. In der englischsprachigen

Literatur wird das Verfahren meist als „Cone-beam-CT“ (Konusstrahl-CT) bezeichnet.

Als dreidimensionale Bildgebungsmöglichkeit bietet die DVT (im Rahmen ihres Indikati-

onsbereiches) gegenüber zweidimensionalen (2D) Röntgenverfahren Vorteile für die Dia-

gnosestellung und Therapieplanung. Im Gegensatz zu 2D Verfahren können mit Hilfe der

DVT anatomische Strukturen in allen Raumebenen dimensionsgenau abgebildet werden.

Auch die für den Patienten relativ geringe Strahlendosis stellt einen eindeutigen Vorteil der

DVT im Vergleich zu anderen dreidimensionalen Röntgenverfahren, vor allem der klassi-

schen Computertomographie (CT), dar (Kau et al. 2009). Ein weiterer Vorteil gegenüber

der CT-Technologie besteht darin, dass die Anschaffungskosten für DVT-Systeme gerin-

ger sind und die Geräte kleinere Stellflächen benötigen (Kau et al. 2009; Miracle et al.

2009). Die heute auf dem Markt befindlichen DVT-Geräte sind sogenannte „All-in-One“

Geräte. Mit diesen Geräten können neben DVT-Aufnahmen auch Panoramaröntgenauf-

nahmen, Fernröntgenbilder und zum Teil dreidimensionale Fotos/Scans angefertigt wer-

den. Durch die Verfügbarkeit solcher Kombinationsgeräte wurde die DVT zusätzlich attrak-

tiv für eine große Anzahl an zahnmedizinischen Praxen.

Trotz vieler Vorteile dieser Technologie sind der Aussagekraft eines digitalen Volumento-

mogramms Grenzen gesetzt. In Gegenwart von Strukturen hoher Elektronendichte im

gescannten Objekt, wie z.B. Titanimplantaten oder Goldkronen, treten im rekonstruierten

Volumendatensatz Artefakte auf. Artefakte stellen sich als Bereiche dunklerer oder hellerer

Grauwerte als die des untersuchten Objektes dar. Sie maskieren Informationen über tat-

sächlich vorhandene Strukturen. Die Bildqualität wird durch solche Artefakte verschlechtert

und die Interpretierbarkeit der Röntgenbilder eingeschränkt. In der Zahnheilkunde werden

viele verschiedene Werkstoffe als Restaurationsmaterialien verwendet. Sie repräsentieren

häufig röntgendichte Strukturen, die Artefakte hervorrufen können. In der vorliegenden

Studie soll der Einfluss verschiedener zahnärztlicher Werkstoffe und geometrischer For-

men auf die Entstehung von Artefakten in der DVT überprüft werden. Unterschiede in der

2

Morphologie möglicher Artefakte sollen dargestellt und diskutiert werden. Der Schwer-

punkt wird hierbei auf in der Zahnmedizin häufig verwendete Materialien gelegt: Titan,

Nichtedelmetall, Keramik, Guttapercha und Composite.

3

2 Literaturübersicht

2.1 Einsatz der digitalen Volumentomographie in der Zahnmedizin

Sinnvolle Anwendungsbereiche der DVT in der Zahnmedizin sind Fragestellungen, die

Hochkontraststrukturen wie z.B. Knochen und Zahnhartmaterial betreffen (Hashimoto et

al. 2003). Für Weichgewebsfragestellungen sind die Einsatzmöglichkeiten der DVT jedoch

stark begrenzt (De Vos et al. 2009; Miracle et al. 2009).

In der Implantologie wird die DVT vor allem für die Implantatplanung verwendet (Kau et al.

2009; Miracle et al. 2009). Im Bereich der Endodontie wird sie genutzt, um Wurzelfraktu-

ren und –resorptionen zu diagnostizieren (Tyndall et al. 2008; Bernardes et al. 2009;

DGZMK 2009; Kau et al. 2009; Miracle et al. 2009). In der Oralchirurgie dient sie haupt-

sächlich der dreidimensionalen Darstellung von Weisheitszähnen und deren Lage zu um-

gebenen Strukturen (Mandibularkanal). Die Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie verwendet die

DVT größtenteils bei Fragestellungen der Traumatologie (Scarfe et al. 2008; Kau et al.

2009). Knöcherne Parodontalsituationen können für die Parodontologie von Interesse sein

(Tyndall et al. 2008). Aus einem DVT gewonnene Informationen über die Wertigkeit von

Pfeilern oder Knochenangebote zur Therapieplanung werden in der Prothetik genutzt

(DGZMK 2009). Sinnvolle Einsatzgebiete in der Kieferorthopädie begründen die dreidi-

mensionale Orientierung bei retinierten und verlagerten Zähnen. Des Weiteren können

Resorptionen und Ankylosen von Zähnen sichtbar gemacht und Knochenangebote evalu-

iert werden (Holberg et al. 2005; Kau et al. 2009).

Trotz geringerer Strahlenbelastung der DVT im Vergleich zur CT, muss gemäß Röntgen-

verordnung bei all diesen Untersuchungen stets der gesundheitliche Nutzen gegenüber

dem Strahlenrisiko überwiegen (Bundesministerium der Justiz 2003, geändert am 4.

Oktober 2011). Zusätzlich sollte stets nach dem ALARA-Prinzip (As Low As Reasonably

Achievable) vorgegangen werden, um die Strahlendosis für den Patienten zu reduzieren.

2.2 DVT Funktion und Bildrekonstruktion

Unterschiede in den verfügbaren DVT-Systemen liegen hauptsächlich im einstellbaren

Bildausschnitt, auch „Field of View“ (FOV) genannt, der effektiven Dosis, der Voxelgröße,

der Art der Detektoren, Scan- und Rekonstruktionszeit, verwendeten Rekonstruktions- und

Filteralgorithmen, sowie Stellfläche und Kaufpreis.

4

Bei einem DVT-Gerät rotiert eine aus Röntgenröhre und gegenüberliegendem Sensor be-

stehende „Gantry“ um den Patienten. Von der Röntgenröhre wird ein dreidimensionales,

kegel- oder pyramidenförmiges Nutzstrahlenbündel ausgesendet. Als Sensor dient bei den

meisten Gerätetypen ein Flachdetektor, auch „flat-panel detector“ (FPD) genannt. Bei eini-

gen Systemen kommen jedoch auch noch Bildverstärker zum Einsatz (z.B. Galileos Com-

pact, Sirona Dental Systems GmbH, D-Bensheim).

Die Aufnahmedauer eines DVTs variiert zwischen 8 bis 40 Sekunden, wobei die effektive

Dosis zwischen ca. 5 µSv und 1073 µSv schwankt (DGZMK 2009; Kau et al. 2009). Wäh-

rend der zirkulären Umlaufbahn nimmt der Sensor eine große Serie von zweidimensiona-

len Projektionsaufnahmen auf (Scarfe et al. 2008). Hieraus wird später das dreidimensio-

nale Volumen rekonstruiert. Röntgenstrahlen erfahren in jedem Punkt, den sie bei der

Durchquerung von Materie auf ihrem Weg von der Röntgenquelle zum Detektor durchlau-

fen, eine Abschwächung. Diese Abschwächung kann mit dem Lambert-Beer Gesetz für

monoenergetische Strahlung beschrieben werden:

I = I0 · e!µd I = Intensität nach Durchgang durch die Schichtdicke d (vom Detektor gemessene In-

tensität)

I0 = Ausgangsintensität (von der Röntgenröhre emittierte Intensität)

µ = Schwächungskoeffizient

d = Schichtdicke

Formel 1

Das Lambert-Beer Gesetz bildet eine der Grundlagen für den Rekonstruktionsprozess

(Schulze 2010). Es ermöglicht die Berechnung der tatsächlichen Abschwächungen, die die

Röntgenstrahlen durch die Materie erfahren haben. Da das von der Röntgenquelle ausge-

sendete Röntgenspektrum jedoch polychromatisch ist, gilt das Gesetz nur annäherungs-

weise (Meiners 1981).

Auf den Detektorzellen des FPD wird die Summe der Abschwächungen, die der Röntgen-

strahl erfahren hat, als Strahlungsintensität I gemessen. Bei der Rekonstruktion des drei-

dimensionalen Volumens wird die Abschwächung für möglichst viele kleine Volumenein-

heiten, die der Röntgenstrahl passiert hat, berechnet (Schulze et al. 2011). Diese Volu-

meneinheiten werden als Voxel bezeichnet. Das Ausmaß der Abschwächung in diesem

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Voxel wird als Grauwert dargestellt. Die Einteilung der Grauwertstufen erfolgt in sogenann-

ten Hounsfield-Einheiten.

Für jeden Röntgenstrahl wird der von den Detektorzellen registrierte Wert entlang seines

Verlaufes zum Ursprung (also der Position der Röntgenquelle für diese Projektionsauf-

nahme) auf die von ihm durchlaufenen Voxel zurückverteilt. Die Rückprojektion einer ein-

zelnen Projektionsaufnahme würde nur sehr ungenaue Abschwächungswerte ergeben.

Erst bei einer großen Anzahl an Projektionsaufnahmen aus verschiedenen Richtungen

lässt sich eine gute Annäherung an die wahre Abschwächung erzielen. Je nach Gerät

werden 150 bis mehr als 600 Projektionsaufnahmen registriert (Scarfe et al. 2008).

Die mathematische Bildrekonstruktion erfolgt bei fast allen Systemen mit Hilfe eines modi-

fizierten Algorithmus auf Grundlage des ursprünglich 1984 von Feldkamp eingeführten

approximativen „Cone-beam“-Algorithmus (Feldkamp LA 1984; De Vos et al. 2009; Miracle

et al. 2009)

Neben dem Rekonstruktionsalgorithmus verfügt die Rekonstruktionssoftware auch noch

über weitere Funktionalitäten und Filter um die Bildqualität zu verbessern und Artefakte zu

reduzieren. Diese sind zumeist von den Geräteherstellern eigens entwickelte Algorithmen

und begründen eine Variabilität der Bildmorphologie.

2.3 Definition von Artefakten

Ein Bildartefakt wird als eine im Bild sichtbare Struktur definiert, die keine Struktur im (un-

tersuchten) Objekt darstellt (DIN 2011).

Artefakte entstehen bei der Bildrekonstruktion im Volumendatensatz. Sie haben kein Ana-

logon in dem durchstrahlten Objekt. Die Grauwerte im Bereich der Artefakte unterscheiden

sich von denen des Objektes.

2.4 Einteilung von Artefakten

Die Ursachen und Morphologien von Artefakten sind vielseitig und lassen sich in Anleh-

nung an Schulze et al. (2011) folgendermaßen einteilen:

• Aufhärtungsartefakte

• Auslöschungsartefakte

• Ringartefakte

• Bewegungsartefakte

• Alias-Artefakte

• Partielle Volumeneffekte

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• „Exponential Edge-gradient“ Effekte

• Generelle:

o Streuung

o Rauschen

o Lokale Tomographie

Die verschiedenen Artefakttypen werden im Folgenden aufgeführt und erläutert. Streuung,

Rauschen und lokale Tomographie sind keine eigenständigen Artefaktarten. Dennoch sind

es wichtige Faktoren, die die Bildqualität verschlechtern oder Artefakte hervorrufen kön-

nen. Der Vollständigkeit halber werden sie im Anschluss mit aufgeführt.

In der Literatur werden häufig sogenannte Metallartefakte behandelt. Unter dem Begriff

Metallartefakt versteht man alle Artefakte, die durch Metalle hervorgerufen werden kön-

nen. Hierzu gehören alle in der Einteilung oben aufgeführten Artefaktarten mit Ausnahme

von Bewegungsartefakten (De Man et al. 1999; Meyer et al. 2010). Sie werden deshalb

nicht als eigenständiger Punkt behandelt.

2.4.1 Aufhärtungsartefakte

Da sich die Röntgenstrahlung aus Anteilen verschiedener Wellenlängen zusammensetzt,

entstehen Aufhärtungsartefakte. An röntgendichten Strukturen, wie z.B. Metallrestauratio-

nen wird besonders der energiearme, langwellige Anteil des polychromatischen Röntgen-

spektrums absorbiert. Nur die kurzwelligen Strahlen können diese Stoffe durchdringen.

Die mittlere Energie des Röntgenspektrums, welches an dem Sensor detektiert wird, steigt

an (es verschiebt sich hierbei zu den härteren, kurzwelligen Strahlen hin), das heißt, die

Strahlung wird „aufgehärtet“ (Kalender 2006). In einem solchen Fall verzeichnen die De-

tektoren, relativ zur weniger abschwächenden Umgebung in der keine Strahlenaufhärtung

auftritt, zu hohe Intensitäten. Hohe Intensitäten stellen sich in dem Volumen als dunkle

Grauwerte dar.

Tritt Strahlenaufhärtung auf, entspricht das Röntgenspektrum der Ausgangsintensität I0

nicht mehr dem der gemessenen Intensität I. Der Rekonstruktionsprozess, dem das Lam-

bert-Beer Gesetz (Formel 1) zu Grunde liegt, erfolgt damit nicht mehr im Gültigkeitsbereich

dieses Gesetzes. Es entsteht somit ein fehlerhafter Rekonstruktionsprozess. Folglich bil-

den sich im rekonstruierten Volumen Aufhärtungsartefakte als dunkle Streifen in Richtung

der größten Abschwächung ab (De Man et al. 1999).

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Aufhärtungsartefakte sind im DVT stärker ausgeprägt als im CT, da im DVT niedrigere

Spannungen verwendet werden und der Aufhärtungseffekt für höhere Energien geringer

ist (Scarfe et al. 2008). Strahlenaufhärtung ist eine der wichtigsten Ursachen für Metall-

streifenartefakte (De Man et al. 1999). Zum Beispiel zeigten Schulze et al. in einer Studie,

dass allein durch Strahlenaufhärtung die Regionen nahe der Oberfläche eines Titan-

implantates unzuverlässig wiedergegeben werden. Gleiches wiesen sie für die Verbin-

dungslinien zwischen mehreren Titankörpern nach (Schulze et al. 2010). Auch für andere

hoch absorbierende zahnärztliche Materialen, wie zum Beispiel Composite, Keramiken

oder Guttapercha, ist eine durch Strahlenaufhärtung bedingte Entstehung von Artefakten

zu erwarten.

2.4.2 Auslöschungsartefakte

Auslöschungsartefakte treten auf, wenn Röntgenstrahlen auf ihrem Weg durch Gewebe

auf stark abschwächende Materie treffen und hierbei (fast) vollständig absorbiert werden.

Der Detektor kann in diesem Fall kein, beziehungsweise kaum ein Signal registrieren.

Aufgrund dieses Datenmangels kann kein Abschwächungswert berechnet werden. Diese

fehlerhaften Projektionsaufnahmen führen im rekonstruierten Volumen zu Artefakten.

Das Ausmaß der Abschwächung von Röntgenstrahlen beim Durchgang durch Materie ist

abhängig von der Ordnungszahl, der Dichte und der Schichtdicke der Materie sowie von

der Energie der Strahlung (Meiners 1981; Schlungbaum et al. 1993).

Schulze et al. (2011) berichteten von einer 90 – 97-prozentigen Absorption der Durch-

schnittsenergie beim Durchgang von Röntgenstrahlung durch eine 2 – 3 mm dicke Gold-

schicht (Ordnungszahl Au: 79). Diese Schichtdicke ist für eine normale Goldkrone typisch,

da der Röntgenstrahl sie auf beiden Seiten des Zahnes durchqueren muss.

In der Zahnmedizin finden unter anderem bei großen Füllungen und Aufbauten, sowie Im-

plantaten auch größere Schichtdicken Anwendung. Folglich ist auch bei anderen dentalen

Werkstoffen, die teilweise niedrigere Ordnungszahlen besitzen (z.B. Titan, Chrom oder

Kobalt), das Auftreten von Auslöschungsartefakten in der DVT wahrscheinlich.

2.4.3 Ringartefakte

Ringförmige Artefakte sind besonders als Bildfehler aus der Computertomographie be-

kannt. In der Literatur beschäftigen sich nur wenige Autoren mit dem Auftreten von Ringar-

tefakten in der DVT.

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Ringartefakte werden in Axialschnitten als konzentrische Kreise oder Kreisabschnitte

sichtbar. Es handelt sich hierbei um Strukturen, die sich sowohl röntgendicht als auch

röntgentransluzent darstellen und besonders in homogenen Bereichen des Bildes sichtbar

werden. Sie liegen zentrisch um die Rotationsachse des FOV herum (Schulze et al. 2011).

Als Ursachen für diese Art von Artefakten werden hauptsächlich defekte oder schlecht

bzw. nicht kalibrierte Detektorelemente gesehen (Barrett et al. 2004; Sijbers et al. 2004;

Chen et al. 2009; Nelms et al. 2009; Schulze et al. 2011).

Sijbers et al. (2004) beschreiben die Ursachen noch genereller. Sie sehen das Auftreten

von Ringartefakten als Assoziation zu der individuellen Pixelantwort der Detektorelemente.

Zu solchen Abweichungen der Pixelantwort zählen sie auch nicht lineare Antworten der

Detektorelemente, wie sie zum Beispiel bei Strahlaufhärtung auftreten, oder bei Hard-

waredefiziten. Auch Variationen und Imperfektionen des einfallenden Röntgenstrahles

werden als Ursachen für die Entstehung von Ringartefakten beschrieben (Antoine et al.

2002).

Die kreisförmige Struktur der Artefakte entsteht durch die zirkuläre Umlaufbahn von Quelle

und Detektor um das Untersuchungsobjekt. In jeder Winkelposition des Detektors kommt

es zu Fehlantworten des Detektorelementes. Diese Fehleingänge projizieren sich aus je-

der Winkelposition in der gleichen Ebene in das Volumen. Somit werden Ringartefakte in

Axialschnitten sichtbar (Schulze et al. 2011).

Schulze et al. (2011) berichten über eine weitere Ursachenmöglichkeit für die Entstehung

von Ringartefakten: Um Kosten einzusparen, werden bei den DVT-Geräten kleine Detek-

toren eingesetzt. In diesem Fall liegt die Rotationsachse nicht mehr zentral auf der Achse

zwischen Detektor und Quelle. Daraus resultiert, dass die äußeren Bereiche des Volu-

mens, je nach ihrem Abstand zur Rotationsachse weniger als 360° gescannt werden. Nur

ein zentraler zylindrischer Bereich des FOV um das Rotationszentrum herum wird kontinu-

ierlich über 360° gescannt. In dem Bereich dieses abrupten Überganges zwischen den

beiden Regionen, könnten ebenfalls Ringartefakte in den Axialebenen entstehen (Schulze

et al. 2011).

2.4.4 Bewegungsartefakte

Bewegungsartefakte (auch Verwacklungsartefakte genannt) stellen sich in dem Volumen

als unscharfe Bereiche und Doppelkonturen dar. Sie entstehen, wenn sich ein Patient

während der Aufnahme bewegt (Thiel et al. 2001; Scarfe et al. 2008).

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Für die Bildrekonstruktion wird eine starre Geometrie des gescannten Objektes zum DVT-

Gerät benötigt. Nur anhand dieser festen Geometrie können die gemessenen Abschwä-

chungen zurückprojiziert und das Volumen berechnet werden. Bei Bewegungen des Pati-

enten liegt keine einheitliche Geometrie zwischen gescanntem Objekt und Quelle sowie

Detektor vor (Schulze et al. 2011). Durch diesen Fehler kommt es in dem berechneten

Volumen zu den oben aufgeführten Unschärfen und Doppelkonturen. Diese sind teilweise

nur sehr schwer erkennbar.

Die Gefahr des Auftretens von Bewegungsartefakten ist bei langer Dauer des Scanvor-

ganges und kleinen Voxelgrößen erhöht (Schulze et al. 2011). Es lässt sich teilweise eine

Tendenz zu DVT-Geräten mit immer kleineren Voxelgrößen verzeichnen. Für den 3D Ac-

cuitomo 80 (J.Morita Manufacturing Corp., Kyoto, Japan) Volumentomographen wird bei-

spielsweise eine Voxelgröße von 0,08 mm angegeben. Bewegungen eines Ausmaßes von

mehr als 0,08 mm, d.h. kleine, durch den Atem oder Herzschlag des Patienten ausgelöste

Bewegungen reichen also aus, um Bewegungsartefakte hervorzurufen (Hanzelka et al.

2010; Zhang et al. 2010). Der tatsächliche Nutzen immer kleinerer Voxelgrößen für die

Verbesserung der Ortsauflösung ist also fraglich.

Da es sich bei der vorliegenden Studie um eine In-vitro-Untersuchung ohne bewegte Ob-

jekte handelt, spielen Bewegungsartefakte in dieser Arbeit eine untergeordnete Rolle.

2.4.5 Alias-Artefakte

Das Abtasttheorem von Nyquist-Shannon besagt, dass man Signale mit einer mindestens

doppelt so hohen Frequenz wie ihre Maximalfrequenz abtasten muss, damit man dieses

Signal ohne Informationsverlust kontinuierlich übertragen kann. Alias-Artefakte sind Bild-

fehler die entstehen, wenn dieses Abtasttheorem der Signalverarbeitung nicht beachtet

wird.

Ein Beispiel für Alias-Artefakte ist der Moiré-Effekt, der darauf basiert, dass bei der Über-

lagerung verschiedener Rastermuster neue Linien oder Muster entstehen, die sich im Bild

wiederholen. Alias-Artefakte können in der DVT durch die beschränkte Abtastfrequenz der

Detektorelemente (auch „Under-sampling“ genannt) entstehen. Durch „Under-sampling“

bedingte Einbußungen der Bildqualität können, wenn eine detailreichere Bildauflösung

erforderlich ist, durch eine Erhöhung der Anzahl der Projektionsaufnahmen vermieden

werden (Scarfe et al. 2008). Weitere Ursachen liegen in dem Konusstrahl-Effekt. Durch die

geometrischen Verhältnisse des divergierenden Konusstrahls werden quellennahe Struk-

turen von mehr Röntgenstrahlen durchdrungen als quellenferne (Scarfe et al. 2008;

10

Schulze et al. 2011). Zentrale Detektorpixel verzeichnen dabei mehr Informationen als pe-

riphere. Für periphere Strukturen ist die Menge an gesammelten Informationen also gerin-

ger, sodass zur Peripherie des Volumens hin divergierende Linien entstehen (Scarfe et al.

2008; Schulze et al. 2011). Der Konusstrahl-Effekt kann durch genaue Einstellung des

FOV, Positionierung der Untersuchungsregion in der Horizontalebene sowie durch Rekon-

struktionsalgorithmen, die die Konusstrahlgeometrie beachten, reduziert werden (Scarfe et

al. 2008).

Die nur grobe Interpolation zwischen den Rückprojektionslinien und den Voxeln, die sie

durchqueren, sehen Schulze et al. (2011) als weitere Ursache für Alias-Artefakte. Idealer-

weise müssten die Rekonstruktionsmechanismen das exakte Volumen, welches ein Rönt-

genstrahl in dem Voxel durchquert, für die Rekonstruktion des Voxelgrauwertes berück-

sichtigen (Schulze et al. 2011).

2.4.6 Partielle Volumeneffekte

Artefakte, die durch Partielle Volumeneffekte verursacht werden (auch Teilvolumenartefak-

te genannt) sind bekannte Bildartefakte in der Computertomographie, die durch die voxe-

lartige Datenverarbeitung entstehen.

Die wiedergegebene Voxelgröße im DVT ist geringer als die des Objektes (Scarfe et al.

2008). Partielle Volumeneffekte können besonders bei Übergängen von Strukturen, die

nicht vollständig in einer Schicht liegen oder bei Strukturen, die kleiner als die Schichtdicke

sind, entstehen. Die Dichte der Strukturen wird über alle für dieses Voxel gemessene

Strahlintensitäten gemittelt (Kalender 2006). Die Grauwerte (Schwächungswerte), die für

dieses Voxel wiedergegeben werden, können also keiner der einzelnen Strukturen ent-

sprechen. Durch den partiellen Volumeneffekt verursachte Artefakte stellen sich im Bild als

helle oder dunkle Streifen dar (Kalender 2006). Sie sind vor Allem in Regionen zu finden,

in denen ein großer Wechsel von Oberflächen in z-Richtung besteht (Scarfe et al. 2008).

Partielle Volumeneffekte lassen sich durch Verkleinerung der Voxelgröße verringern

(Kalender 2006; Scarfe et al. 2008). Für die Geometrie der digitalen Volumentomographie

sind die partiellen Volumeneffekte der Computertomographie äquivalent zu den „Exponen-

tial Edge-gradient“ Effekten (Schulze et al. 2011).

2.4.7 „Exponential Edge-gradient“ Effekte

„Exponential Edge-gradient“ Effekte (EEGE) manifestieren sich an scharfen eckigen

Grenzflächen mit starkem Abschwächungsgefälle zu ihrer Umgebung. EEGE verursachen

11

Artefakte streifenförmiger Natur. Diese Streifen verlaufen tangential zu langen geraden

Kanten (De Man et al. 1999).

Die Ursache für EEGE liegt in einer Ungleichheit von verwendeten Mittelwerten. Zum ei-

nen setzt die mathematische Rekonstruktion, z.B. der Feldkamp-Algorithmus, eine Breite

des Röntgenstrahls von Null voraus (also eine Gerade im mathematischen Sinne). Ande-

rerseits wird die von den Detektorelementen gemessene Intensität für eine bestimmte

Breite des Röntgenstrahls gemittelt (Schulze et al. 2011). Diese Ungleichheit der Mittelun-

gen ist am größten, wenn starke Abschwächungsgefälle vorhanden sind (Joseph et al.

1981). Diese Art der Artefakte ist in der DVT des dentalen Bereiches häufig anzutreffen,

da lange Kanten von hochabsorbierenden Materialien bei Zahnfüllungen oder Kronen häu-

fig vorkommen.

2.4.8 Rauschen

Das Bildrauschen ist kein Artefakt im eigentlichen Sinne sondern nur ein Faktor, der die

Bildqualität eines DVTs vermindert. Durch Rauschen entstehen im Bild lokale Helligkeits-

schwankungen. Diese werden subjektiv als grobe Körnung des Bildes wahrgenommen

(Freyschmidt et al. 2001; Pauwels et al. 2011). Man unterscheidet das Systemrauschen

(auch elektronisches Rauschen genannt) von dem Quantenrauschen (Kramme 2002). Sy-

stemrauschen entsteht durch die elektronischen Bauteile und Detektoren (Freyschmidt et

al. 2001). In der DVT verliert es durch verbesserte Detektor- und Systemtechnologien zu-

nehmend an Bedeutung (Freyschmidt et al. 2001; Kramme 2002).

Quantenrauschen entsteht durch die zufällige Verteilung der Photonenanzahl, die von den

Detektoren registriert wird. Quantenrauschen unterliegt einer Poisson-Verteilung (Dössel

2000). Bei hoher Strahlungsintensität (hoher Anzahl an Photonen, die pro Zeiteinheit auf

der Detektorfläche auftrifft) liegt gemäß dieser Verteilung eine, absolut betrachtet, hohe

Rauschamplitude vor (Freyschmidt et al. 2001). Da bei hoher Strahlendosis aber die Si-

gnalamplitude erheblich größer als die Rauschamplitude ist, steigt das Signal-Rausch-

Verhältnis (SRV = Signalamplitude / Rauschamplitude), weshalb das Rauschen bei hohen

Intensitäten weniger sichtbar wird (Freyschmidt et al. 2001). Durch eine Erhöhung der

Stromstärke wird das SRV (Signal-Rausch-Verhältnis) erhöht, was einem geringen Rau-

schen entspricht (Kau et al. 2009).

Da die in der DVT eingesetzte Strahlendosis relativ gering ist, liegt hier im Vergleich zur

konventionellen CT ein hohes Rauschen vor (Schulze et al. 2011).

12

2.4.9 Streuung

Streuung entsteht durch die Ablenkung von Photonen bei ihrem Zusammenstoß mit Elek-

tronen auf ihrem Weg durch Materie. Die abgelenkten Photonen repräsentieren eine In-

tensität, die von den Detektoren zusätzlich zu der geradlinig verlaufenden Röntgenstrah-

lung, gemessen wird. Sie erhöht folglich den von dem Detektor gemessenen Intensitäts-

wert. In der mathematischen Rekonstruktion wird allerdings angenommen, dass die Strah-

lung sich nur geradlinig ausbreitet (Schulze et al. 2011). Die Proportionalität zwischen Ein-

gangs- und Ausgangsintensität im Lambert-Beer-Gesetz (Formel 1) ist bei zusätzlicher

Intensität durch Streuung somit nicht mehr gegeben.

Im Rekonstruktionsprozess resultiert die erhöhte Intensität in einer Unterbewertung des

Abschwächungswertes der durchdrungenen Materie (Miracle et al. 2009). Folglich erzeugt

Streuung dunkle Streifenartefakte in Projektionsrichtung, die den Aufhärtungsartefakten

ähneln (De Man et al. 1999). Überdies führt Streustrahlung zu einer Inhomogenität der

Graustufen im gesamten rekonstruierten Volumen (Hunter et al. 2012). Des Weiteren wird

durch Streuung das sogenannte „Cupping“ Artefakt hervorgerufen, bei dem im Zentrum

des Bildes Voxel mit niedrigeren Grauwerten entstehen (Miracle et al. 2009; Hunter et al.

2012).

Bei der DVT ist die Photonenstreuung, die die Detektoren erreicht im Vergleich zum CT

erhöht (Rinkel et al. 2007; Miracle et al. 2009). Durch die dreidimensionale Geometrie ih-

res Röntgenstrahls, kann in einem größeren Volumen Streuung auftreten und durch die

größere Detektorenfläche aufgenommen werden, als bei einem fächerförmigen zweidi-

mensionalen Strahl der CT.

2.4.10 Lokale Tomographie

Um die Strahlendosis für den Patienten zu vermindern wird in der dentalen Volumentomo-

graphie meist eine lokale Tomographie verwendet. Hierbei wird die Größe des aufgenom-

menen Gebietes, das „Field of view“ (FOV), auf die zu untersuchende Region beschränkt.

Bevor die Röntgenstrahlen die Detektorelemente erreichen, durchdringen sie auch Gebie-

te, die außerhalb des FOV liegen. Diese Gebiete tragen zwar zu der gemessenen Ab-

schwächung der Strahlung bei, werden bei der Rekonstruktion jedoch selbst nicht rekon-

struiert. Der Anteil, mit dem sie zur Abschwächung beigetragen haben, wird bei der Rück-

projektion mit in die Rekonstruktion des FOV einberechnet (Schulze et al. 2011). Dies re-

präsentiert eine Fehlerquelle die bisher durch keine Rekonstruktionsalgorithmen vollstän-

dig eliminiert werden konnte.

13

2.5 Korrekturmechanismen

Die meisten Studien zur Korrektur von Artefakten beschäftigen sich mit der speziellen Kor-

rektur von Streuungs- oder Metallartefakten (Spies et al. 2001; Zhang et al. 2007; Brunner

et al. 2011; Meilinger et al. 2011).

Um Streuungsartefakte zu korrigieren, kann an verschiedenen Stellen auf dem Weg von

der Röntgenquelle zum Detektor eingegriffen werden. Durch den Einsatz von Filtern (z.B.

Aluminium- oder Kupferfiltern) an der Röntgenquelle können Photonen niedrigerer Energie

aus dem Röntgenspektrum herausgefiltert werden, wobei auch die Strahlenaufhärtung

sowie dadurch induzierte Artefakte reduziert werden. Des Weiteren vermindert eine Be-

grenzung des Röntgenstrahlenbündels die Artefaktbildung durch periphere Streuung. Zu-

sätzlich können sogenannte „Bow-tie“ Filter in der Nähe der Quelle verwendet werden

(Miracle et al. 2009; Ruhrnschopf et al. 2011). „Bow-tie“ Filter dämpfen die Photonendichte

im Randbereich des Konusstrahls und reduzieren so die periphere Photonenstreuung. Ein

Ansatz zur Streustrahleneliminierung im Bereich der Detektoren ist der Einsatz von Anti-

Streuungsgittern (Ruhrnschopf et al. 2011). Durch diese (Blei-) Gitter werden gestreute

Photonen, die außerhalb der direkten Strahlachse liegen, eliminiert (Miracle et al. 2009).

Tritt trotz dieser Mechanismen Streustrahlung auf, kann diese weiterhin bei dem Bildre-

konstruktionsprozess durch Korrekturalgorithmen reduziert werden. Korrekturalgorithmen

werden von vielen Autoren vorgestellt (Spies et al. 2001; Ning et al. 2004; Rinkel et al.

2007; Poludniowski et al. 2009; Jin et al. 2010; Brunner et al. 2011). Durch Korrekturalgo-

rithmen können die Streuung und „Cupping“ Artefakte signifikant reduziert werden, außer-

dem werden die Grauwertstufen im gesamten Bild homogenisiert und der Kontrast erhöht.

Es werden immer schnellere Algorithmen entwickelt, die sich zunehmend auch für den

Einsatz im klinischen Alltag eignen (Spies et al. 2001; Rinkel et al. 2007; Poludniowski et

al. 2009; Jin et al. 2010; Hunter et al. 2012).

Die Mehrheit der Studien zur Korrektur von Metallartefakten stammt aus der CT-Technik.

Durch die Zunahme im Einsatz der DVT werden aber auch einige auf die Konusstrahl-

geometrie des DVTs ausgeweitete Studien publiziert (Zhang et al. 2007; Meilinger et al.

2011).

Die meisten Verfahren zur Korrektur von Metallartefakten lassen sich in zwei Gruppen ein-

teilen:

• Methoden zur Modifizierung von Projektionen

• iterative Methoden

(Zhang et al. 2007).

14

Um einen Überblick über die verschiedenen Vorgehensweisen der Methoden zu erlangen,

werden im Folgenden beispielhaft einige Studien beschrieben.

2.5.1 Methoden zur Modifizierung von Projektionen

In Verfahren zur Modifizierung von Projektionen werden die aufgenommenen (fehlerhaften

und/oder unvollständigen) Projektionsaufnahmen nachträglich modifiziert. Hierfür werden

Bereiche mit Metallartefakten zuerst aus den rohen Projektionsdaten segmentiert und spä-

ter mit anderen Grauwerten ersetzt. Diese Technik wird auch „Inpainting“ oder „Interpolati-

on“ genannt.

Zhang et al. (2007) stellten eine Methode zur Metallartefaktreduktion in DVT Datensätzen

durch Vorverarbeitung der Projektionsdaten vor.

Manuell wurden 2 Projektionsaufnahmen bekannter Blickwinkel ausgewählt. In diesen bei-

den Projektionen wurde die Position der Metallartefakte manuell lokalisiert. Dies geschah

bei einfach geformten Objekten und Metallschatten allein über ihren Schwerpunkt und bei

komplexeren Formen, wie z.B. bei Zahnfüllungen, über ein Polygon mit Eckpunkten an

den Füllungsgrenzen. Aufgrund bekannter Informationen über die Rekonstruktionsgeome-

trie des Systems konnten anschließend die Positionen der Metallartefakte für alle anderen

Schnittbilder berechnet werden. Mittels Histogrammanalyse konnte im Anschluss die

Segmentierung für alle Projektionsaufnahmen erfolgen. Die segmentierten Bereiche wur-

den mit Hilfe eines Laplace-Diffusionsfilters ersetzt. Dies erfolgte durch Übertragung der

Pixelintensitäten der Bereiche, die um die Segmentationslücken liegen. Darauf folgend

konnte ein weitgehend artefaktfreies dreidimensionales Volumen rekonstruiert werden.

Nachteilig an diesem Verfahren war die unvollständige Korrektur sowie die Induktion neuer

Artefakte, wenn große und unregelmäßig geformte Metallobjekte zugegen waren (Zhang

et al. 2007).

Meilinger et al. (2011) stellten eine ähnliche Methode vor. Ihre Herangehensweise erfolgte

in Anlehnung an verschiedene, aus der Computertomographie bekannte Verfahren

(Kalender et al. 1987; Bal et al. 2006; Meyer et al. 2010). Meilinger et al. segmentierten die

Metallobjekte als Voxel definierter Hounsfield-Einheiten. Zuerst wurde dies in den zweidi-

mensionalen Projektionsaufnahmen und in einem rekonstruierten Volumen durchgeführt.

Die segmentierten Voxel wurden anschließend durch Grauwerte der Hounsfield-Einheiten

von Wasser bzw. Weichgewebe ersetzt, sodass ein korrigiertes 3D Volumen entstand.

Aus diesem Volumen wurde durch Vorwärtsprojektion auf die segmentierten Bereiche ein

korrigierter zweidimensionaler Datensatz regeneriert. Dieser enthielt die wichtigen Infor-

15

mationen über die benachbarten Bereiche des Metallobjektes. Anschließend konnten sie

aus diesem Datensatz ein artefaktfreies 3D Volumen rekonstruieren, da dieses keinerlei

Metallobjekte enthielt. In dieses Volumen wurden daraufhin die zu Beginn segmentierten

Metallobjekte wieder eingegliedert (Meilinger et al. 2011).

Auch bei diesem Algorithmus kam es zum Auftreten neuer (schwacher) Artefakte und dem

Problem der Segmentierung von großen Metallobjekten. Die Qualität dieser Methode war

zudem abhängig von der Exaktheit im Vorgehen bei den einzelnen Schritten.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass verschiedene modifizierende Verfahren

entwickelt wurden, um Metallartefakte zu reduzieren. Fortschritte in diesen Verfahren führ-

ten dazu, dass die Bildqualität in Nachbarschaft von Metallobjekten signifikant verbessert

und Artefakte reduziert wurden. Dennoch gibt es derzeit kein Verfahren, das eine komplett

fehlerfreie Bildrekonstruktion erlaubt. Da alle modifizierenden Verfahren mit fehlerhaften

Projektionsaufnahmen arbeiten, ist es fraglich, ob diese Lösungsansätze je eine solche

fehlerfreie Rekonstruktion liefern werden.

Trotz alledem stellt die Einfachheit von projektionsmodifizierenden Verfahren bisher einen

so wichtigen Vorteil gegenüber iterativen Methoden dar, dass diese Verfahren in letzter

Zeit bevorzugt Anwendung finden (Zhang et al. 2007; Wang et al. 2008).

2.5.2 Iterative Methoden

Ansatz der iterativen Methoden ist es, nur die unverfälschten Projektionsaufnahmen (ohne

Einfluss von Metallen) für den Rekonstruktionsprozess zu verwenden (Zhang et al. 2007).

Durch wiederholte Anwendungen eines Rechenverfahrens kommt es zu Fehlerminimie-

rung der Daten, was wiederum zu einer Artefaktreduktion führt.

Eine bekannte iterative Methode stammt von Wang et al. (1996). Die Autoren schlugen

eine Methode zur Metallartefaktreduktion in der CT vor. Sie bedienten sich zwei verschie-

dener iterativer Algorithmen: der „expectation maximization“ (EM) und einer Art der alge-

braischen Rekonstruktionstechnik (ART): die simultane iterative Rekonstruktionstechnik

(SIRT).

Bei beiden Verfahren wurden verschiedene Projektions- und Rückprojektionsschritte

durchgeführt. Einige Schritte wurden so lange wiederholt, bis der Fehlerbereich auf ein

akzeptierbares Minimum limitiert worden war. Beide Algorithmen waren in Bezug auf die

Bildqualität in Gegenwart von Metall und Rauschen, der gefilterten Rückprojektion signifi-

kant überlegen (Wang et al. 1996).

16

Ähnliche Verfahren wurden auch von Nuyts et al. (1998) und Wang et al. (1999) entwic-

kelt. Gleichwohl gibt es derzeit erst wenige Untersuchungen dieser Verfahren für den Be-

reich der DVT. Iterative Verfahren, wie das hier vorgestellte, können jedoch auch für die

Konusstrahlgeometrie der DVT ausgeweitet und weiterentwickelt werden. Allerdings ist

dies rechnerisch sehr komplex und aufwändig (Zhang et al. 2007).

Dennoch zeichnet sich eine Tendenz ab, dass die Zukunft der Artefaktreduktion eher in

der Weiterentwicklung und Verwendung von iterativen Verfahren liegt, da diese besonders

beim Auftreten von fehlerhaften und inkompletten Projektionsaufnahmen genauer sind als

modifizierende Methoden (Wang et al. 2008; Schulze et al. 2010; Pauwels et al. 2011).

Der artefaktfreien Bildgebung kommt eine so hohe Bedeutung zu, dass eine Weiterent-

wicklung von Artefaktreduktionsmechanismen dringend notwendig ist.

2.6 Bedeutung von Artefakten für die Interpretation von DVT Daten-

sätzen

Metallische Werkstoffe und andere hoch absorbierende Materialien verursachen Artefakte

in DVT-Datensätzen. Solche Werkstoffe werden jedoch in fast allen Bereichen der Zahn-

medizin verwendet. In der Mund-Kiefer-Gesichts- sowie Oralchirurgie finden sie Anwen-

dung als Osteosyntheseplatten, Schrauben oder Implantate, in der konservierenden und

prothetischen Zahnmedizin als Füllungsmaterialen und Materialen für festsitzende Restau-

rationen, in der Endodontie als Wurzelfüllmaterialien und Wurzelstifte und in der Kieferor-

thopädie als Brackets, Bänder und sonstige Apparaturen. Neben den körperfremden

Werkstoffen können aber auch körpereigene röntgendichte Strukturen, z.B. sehr dichter

Knochen oder Zahnhartsubstanz (Brüning et al. 2008; DGZMK 2009), zu Bildartefakten

führen.

Artefakte treten in unmittelbarer Umgebung solcher Strukturen auf, können aber auch ei-

nen Einfluss auf weiter entfernte Bereiche haben. Artefakte vermindern die Qualität eines

Datensatzes und führen zu Informationsverlust. Die Morphologie von Artefakten ist vielsei-

tig und sie sind teilweise nur schwer zu erkennen. Nicht erkannt oder unbeachtet können

Artefakte zu Falschinterpretationen und Fehldiagnosen führen. Ein Beispiel hierfür liegt im

Bereich der zahnärztlichen Implantologie wo es durch das Auftreten von Artefakten zu ei-

nem gravierenden Informationsverlust der periimplantären Region kommen kann. Durch

Artefakte entstehen dunkle, teilweise komplett ausgelöschte Bereiche um Implantate her-

um. Diese dunkle Umgebung kann als Periimplantitis fehl diagnostiziert werden (Schulze

2010). Es ist nicht auszuschließen, dass eine Periimplantitis tatsächlich vorliegt, jedoch

17

kann diese mit Hilfe des DVT nicht diagnostiziert werden, da das DVT nicht genügend In-

formation über diese periimplantäre Region enthält.

Auch lateral eines Implantates liegende Perforationen der Kieferhöhle können durch Arte-

fakte fälschlicherweise diagnostiziert werden. Da die Artefakte besonders in axialer Rich-

tung (in Richtung des Strahlenganges) auftreten, kann durch Aufhärtungs- und Auslö-

schungsartefakte eine solche Perforation vorgetäuscht werden.

Des Weiteren können bei Restaurationen wie Zahnkronen, metallischen Inlays oder Fül-

lungen aus röntgendichten Materialien Artefakte auftreten. In benachbarten Regionen

können so kariöse Läsionen vorgetäuscht werden (Schulze 2010).

Aus dem kieferorthopädischen Bereich ist bekannt, dass Brackets Artefakte verursachen.

Das Auftreten von Artefakten ist bei Anwesenheit von Edelstahl- und Titanbrackets im

Vergleich zu Brackets aus Keramik und Kunststoff besonders ausgeprägt. Hierdurch wird

die Bildqualität stark beeinflusst. Brackets führen zu einem Anstieg von radioluzenten Be-

reichen und zu einer Kontrastverminderung (Sanders et al. 2007).

Bei endodontisch behandelten Zähnen können aufgrund metallischer Wurzelstifte, Gutta-

percha und Sealern Artefakte im DVT entstehen. Diese können dazu führen, dass Wurzel-

frakturen oder Perforationen im DVT übersehen werden (Bernardes et al. 2009; Bueno et

al. 2011).

Ähnliche Fehlinterpretationen durch Artefakte sind bei Anwesenheit aller röntgendichten

Strukturen möglich. In allen Bereichen der Zahnmedizin, der Kieferchirurgie und im Be-

reich der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde muss mit dem Auftreten von Artefakten im DVT ge-

rechnet werden.

Bei der Interpretation von Datensätzen muss stets der Einfluss röntgendichter Materialien

auf die Bildqualität beachtet werden. Bevor eine definitive Diagnose getroffen wird, muss

ein sorgfältiger Ausschluss von Artefakten erfolgen.

18

3 Fragestellung In DVT Datensätzen auftretende Artefakte manifestieren sich in Gegenwart von dichten

Materialien im untersuchten Objekt. Röntgendichte Materialien in Form von zahnärztlichen

Restaurationswerkstoffen stellen somit eine alltäglich auftretende, zentrale Problematik

der DVT-Diagnostik dar. Durch sie induzierte Artefakte limitieren die Interpretierbarkeit und

Einsatzmöglichkeiten von DVT-Aufnahmen stark.

Bisherige Studien haben sich hauptsächlich mit durch Metalle induzierten Artefakten be-

schäftigt. Ziel der vorliegenden Studie ist es deshalb, das Artefaktverhalten verschiedener

Werkstoffe, die in der Zahnmedizin häufig verwendet werden, zu untersuchen. Evaluiert

werden soll hierbei die Artefaktausbildung der Werkstoffe Titan, Nichtedelmetall, Keramik,

Guttapercha und Composite in der DVT. Weiterhin wird der Einfluss der geometrischen

Körper Würfel, Zylinder, Kreiskegel und Kugel auf die Artefaktausbildung betrachtet. Die

Morphologie auftretender Artefakte in DVT-Aufnahmen wird für verschiedene Aufnahme-

parameter beschrieben und die Artefaktausbildungen bei einzelnen Materialien und geo-

metrischen Formen werden vergleichend dargestellt.

Zentrale Fragestellungen hierbei sind:

• Welche der untersuchten dentalen Werkstoffe rufen Artefakte im DVT hervor?

• Welche Arten von Artefakten treten auf?

• Welche Morphologie haben diese Artefakte?

• Wo sind die Artefakte zu finden?

• Bei welchen Materialien ist die Artefaktausbildung besonders stark ausgeprägt?

• Welchen Einfluss haben verschiedene geometrische Formen auf die Artefaktausbil-

dung?

• Gibt es Gemeinsamkeiten/Unterschiede in der Artefaktmorphologie bei der Ver-

wendung unterschiedlicher Materialien für eine bestimmte geometrische Form?

• Liegen bei Erhöhung der Strahlendosis Unterschiede in der Artefaktausbildung vor?

• Welche Rückschlüsse lassen sich aus den gewonnenen Ergebnissen für den Ein-

satz der DVT im zahnärztlichen Alltag ziehen?

19

4 Material & Methoden

4.1 Materialien

4.1.1 DVT-Gerät

Die DVT-Aufnahmen wurden mit dem ProMax 3D Mid (Planmeca Oy, Helsinki, Finnland)

durchgeführt. Hierbei handelt es sich um ein „All-in-One“ Gerät, mit dem neben dreidimen-

sionalen Aufnahmen auch Panoramaschichtaufnahmen und Fernröntgenaufnahmen ange-

fertigt werden können. Das DVT-System arbeitet mit einem pyramidenförmigen, gepulsten

Röntgenstrahl. Als Bildempfänger dient ein Flat Panel Detektor. Zur Volumenkonstruktion

kommt ein von Planmeca eigens entwickelter Rekonstruktionsalgorithmus zum Einsatz.

Das ProMax 3D Mid verfügt über verschiedene Auflösungsmodifikationen. Je nach gege-

bener Indikation sind verschiedene Volumengrößen von Ø 34 x 42 mm bis Ø 160 x 160

mm einstellbar.

Als Software für die DVT-Aufnahmen wurde die Software Planmeca Romexis Software

Version 2.7.0.R (Planmeca Oy, Helsinki, Finnland) verwendet.

4.1.2 Prüfkörper

Als Prüfkörper dienten vier geometrische Körper: Würfel (Abbildung 4-1), Zylinder

(Abbildung 4-2), Kreiskegel (Abbildung 4-3) und Kugel (Abbildung 4-4). Diese wurden je-

weils aus folgenden dentalen Werkstoffen hergestellt: Composite, Guttapercha, Nicht-

edelmetall-Legierung, Lithiumdisilikat-Keramik, Zirkoniumdioxid-Keramik und Titan.

Abbildung 4-1 Prüfkörper Würfel am Beispiel des Lithiumdisilikat-Würfels: Kantenlänge 10 mm

10 mm

10 mm

20

Abbildung 4-2 Prüfkörper Zylinder am Beispiel des Lithiumdisilikat-Zylinders: 10 mm Grundflächen-

durchmesser und Höhe

Abbildung 4-3 Prüfkörper Kreiskegel am Beispiel des Lithiumdisilikat-Kegels: 10 mm Grundflächen-

durchmesser und Höhe

Abbildung 4-4 Prüfkörper Kugel am Beispiel der Lithiumdisilikat-Kugel: 10 mm Durchmesser

4.1.2.1 Composite

Zur Herstellung der Composite-Prüfkörper wurde das lichthärtende, universelle Nanohy-

brid-Composite Tetric EvoCeram® (Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Fürstentum Lichtenstein)

verwendet. Die Zusammensetzung des Composite ist in Tabelle 4-1 ersichtlich. Die Dichte

des Composite Werkstoffes beträgt laut Herstellerangaben 2,1 g/cm3. Das Composite

wurde mit dem Lichthärtegerät Bluephase® (Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Fürstentum

Lichtenstein) gehärtet.

10 mm

10 mm

d= 10 mm

10 mm

10 mm

21

Tabelle 4-1 Inhaltsstoffe Tetric EvoCeram®

Inhaltsstoffe Gew.-%

Bariumglasfüller, Ytterbiumtrifluorid, Mischoxid 48,5

Präpolymer 34,0

Bis-GMA, Urethandimethacrylat, Ethoxiliertes Bis-EMA 16,8

Additive 0,4

Katalysatoren und Stabilisatoren 0,3

Pigmente < 0,1

4.1.2.2 Guttapercha

Für die Prüfkörper aus Guttapercha wurden standardisierte Guttapercha-Stifte der ISO

Größen 60 – 80 (VDW® GmbH, München, Deutschland) verwendet. Die Inhaltsstoffe der

Guttapercha-Stifte sind in Tabelle 4-2 ersichtlich. Die Dichte beträgt laut Herstelleranga-

ben bei 20°C 0,9 g/cm3. Tabelle 4-2 Inhaltsstoffe Guttapercha-Stifte


Zinkoxid 58-62

Guttapercha synthetisch 20-24

4.1.2.3 Lithiumdisilikat-Keramik

Für die Herstellung der Prüfkörper aus Lithiumdisilikat wurden IPS e.max® Press MO 1/ C

14 Presskeramikrohlinge (Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Fürstentum Lichtenstein) ver-

wendet. Diese Rohlinge mittlerer Opazität werden häufig für die Herstellung von Gerüsten

für Front- und Seitenzahnkronen sowie dreigliedrigen Brücken im Front- und Prämolaren-

bereich verwendet. In Tabelle 4-3 ist die Zusammensetzung der Rohlinge dargestellt. Die

Dichte dieser Lithiumdisilikat-Keramik beträgt 2,5 ± 0,1 g/cm3. Als Pressofen diente der

Pressofen EP 600 (Ivoclar Vivadent AG, Schaan, Fürstentum Lichtenstein).

22

Tabelle 4-3 Inhaltsstoffe IPS e.max® Press Keramikrohlinge


SiO2 57-80

Li2O 11-19

K2O 0-13

P2O5 0-11

ZrO2 0-8

ZnO 0-8

andere Oxide und keramische Pigmente 0-10

4.1.2.4 Nichtedelmetall Legierung

Als NEM Legierung wurde die Cobalt-Chrom-Aufbrennlegierung Dentitan (Krupp Medizin-

technik, Essen, Deutschland) verwendet. Die Zusammensetzung dieser Legierung ist in

Tabelle 4-4 dargestellt. Die Dichte dieser NEM Legierung beträgt 8,5 g/cm3. Tabelle 4-4 Inhaltsstoffe NEM Legierung


Kobalt 69,5

Chrom 24,0

Molybdän 4,5

Titan 2,0

4.1.2.5 Titan

Es wurden für die Herstellung der Prüfkörper Kegel, Kugel und Zylinder Stangen aus Rein-

titan Grad 4 verwendet (Signer Titanium, Freienbach, Schweiz). Die Titanstangen hatten

einen Durchmesser von 12,00 mm und eine Länge von 100,00 mm. Für die Herstellung

des Titan-Würfels wurde die Gusstitanlegierung Biotan™ Nb (Schütz Dental GmbH, Ros-

bach, Deutschland) verwendet. Das Reintitan Grad 4 und das Biotan™ Nb besitzen beide

eine Dichte von 4,52 g/cm3.

23

Tabelle 4-5 Inhaltsstoffe Reintitan Grad 4


Kohlenstoff 0,08 max.

Eisen 0,5 max.

Stickstoff 0,05 max.

Sauerstoff 0,4 max.

Wasserstoff 0,015 max.

Andere 0,4 max.

Titan Rest

Tabelle 4-6 Inhaltsstoffe der Gusstitanlegierung Biotan™ Nb


Aluminium 6,0

Niob 7,0

Tantal < 0,5

Eisen < 0,15

Titan Rest

4.1.2.6 Zirkoniumdioxid-Keramik

Die Prüfkörper aus Zirkoniumdioxid-Keramik (im Folgenden nur noch Zirkoniumdioxid ge-

nannt) wurden aus IPS e.max® ZirCAD for inLab M0 0/C15 L Blöcken (Ivoclar Vivadent

AG, Schaan, Fürstentum Lichtenstein) hergestellt. Die Zirkoniumdioxidblöcke sind vorge-

sintert und Yttrium-stabilisiert. Eine Übersicht über die Zusammensetzung der Blöcke ist in

Tabelle 4-7 dargestellt. Die Dichte der Zirkoniumdioxidblöcke wird vom Hersteller mit ca.

6,1 g/cm3 angegeben. Als Scan- und Fräsgerät wurde die CAD/CAM-Einheit Sirona inLab

MC XL (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Deutschland) verwendet. Als Software

hierfür diente die inLab Software (Version 3.86, Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim,

Deutschland). Tabelle 4-7 Inhaltsstoffe Zirkoniumdioxid Blöcke


ZrO2 87-95

Y2O3 4-6

HfO2 1-5

Al2O3 0-1

weitere Oxide < 0,2

24

4.1.3 Weichgewebsäquivalentes Material

Um praxisnahe Versuchsbedingungen zu schaffen, wurden die Prüfkörper von einer

Masse umgeben, die in ihrer radiologischen Darstellung humanem Weichgewebe ähnelt.

Als Weichgewebe simulierende Masse wurde das aus Maltodextrin und Agar-Agar (20 %)

bestehende Geliermittel Agartine (RUF Lebensmittelwerk KG, Quakenbrück, Deutschland)

verwendet. Das Geliermittel wurde entsprechend der Herstellerangaben angemischt. Die

resultierende Masse bestand zu etwa 95 % aus Wasser und zu circa 1 % aus Agar-Agar.

Restliche Bestandteile waren neben Maltodextrin ggf. noch Spuren von Gluten, Milch, So-

ja, Nuss, Mandel und Ei. Das weichgewebsäquivalente Material wurde in eine zylinderarti-

ge Form (Abbildung 4-5) mit Millimeterskalierung eingebracht.

Abbildung 4-5 Zylinderförmige Agar-Agar Masse: 10 cm Durchmesser; 5 cm Höhe

4.1.4 Software zur Auswahl von Schnittbildern

Für die Auswahl der Schnittbilder wurde das Planmeca Romexis Software Version 2.7.0.R

(Planmeca Oy, Helsinki, Finnland) verwendet.

4.1.5 Bildbearbeitungsprogramm

Für die Bearbeitung und Auswertung der Schnittbilder wurde das Programm ImageJ (Na-

tional Institutes of Health, Bethesda, MD, USA) in der Software Version 1.45 s verwendet.

Ein eigens für diese Studie von dem Diplom-Informatiker Dominic Mai geschriebenes

Plug-in ermöglichte die Aufteilung der Grauwerte auf die drei Farbkanäle Rot, Grün und

Blau und ermöglichte so eine farbige Darstellung verschiedener Grauwertbereiche.

5 cm

10 cm

25

4.2 Methoden

4.2.1 Herstellung der Prüfkörper

Als Rohform für die Herstellung der Prüfkörper wurden geometrische Modellkörper mit den

oben genannten Maßen aus Holz, Kunststoff, Glas sowie Metall verwendet, die teilweise

speziell hierfür angefertigt wurden. Mit Hilfe der Modellkörper wurden Negativformen aus

verschiedenen A-Silikon Materialien hergestellt: Der Kegel-, Würfel- und Zylinderkörper

wurden in einer Kunststoffform mit der A-Silikon Doubliermasse Picodent twinsil® (Pico-

dent®, Dental- Produktions- und Vertriebs-GmbH, Wipperfürth, Deutschland) blasenfrei

eingebettet. Nach Abbindung des Materials wurde die Silikonform aus der Kunststoffform

entnommen und die Körper wurden aus der Silikonform entfernt.

Diese Technik eignete sich jedoch nicht für die Herstellung der Silikonform für die Kugeln,

da diese aufgrund ihrer Geometrie (breitester Durchmesser der Form liegt in der Mitte des

Körpers) nicht ohne die Form zu beschädigen aus der Silikonform entfernt werden konn-

ten. Die Silikonform für die Kugeln wurde aus dem Knetsilikon Picodent® twinduo (Pico-

dent®, Dental- Produktions- und Vertriebs-GmbH, Wipperfürth, Deutschland) hergestellt.

Hierzu wurde der erste Teil der Form bis zum Äquator der Kugel geformt. Es wurden Pas-

sungsrillen angebracht, die einen passgenauen Sitz der Konterform ermöglichen sollten,

und in einem zweiten Schritt der restliche Teil der Kugel mit Knetsilikon bedeckt.

4.2.1.1 Herstellung der Prüfkörper aus Composite

Die Körper aus Composite wurden direkt in den Silikonformen hergestellt. Hierzu wurde

das Composite Tetric EvoCeram® in 1,5 mm dicken Schichten mit dem Bluephase®-

Lichthärtegerät mit 1200 mW/cm!, jeweils 20 s lichtgehärtet. Die fertigen Körper wurden

aus der Silikonform entfernt. Alle Composite-Prüfkörper wurden mit Silikonpolierern geglät-

tet.

4.2.1.2 Herstellung der Prüfkörper aus Guttapercha

Für die Guttapercha-Prüfkörper wurden die Guttapercha-Stifte mit einem heißen Wachs-

messer, sowie mit einem Le Cron Modellierinstrument erhitzt und in die Silikonformen ein-

gebracht. Nach vollständiger Auskühlung des Materials wurden die Guttapercha-

Prüfkörper aus der Form entfernt. Drei der Guttapercha-Prüfkörper wurden erneut mit hei-

ßer Guttapercha korrigiert und geglättet.

26

4.2.1.3 Herstellung der Prüfkörper aus Lithiumdisilikat

Für die Herstellung der Lithiumdisilikat-Prüfkörper wurden Wachsformen des Kegels, des

Würfels und des Zylinders hergestellt. Hierzu wurde heißes Casting-Wachs (Whip Mix©,

Louisville, Kentucky, USA) in die Silikonformen eingebracht. Nach Abkühlung wurden alle

Wachskörper entnommen und mit einem Nylonstrumpf poliert.

Für die Kugel wurde eine Form aus GC-Pattern Resin LS (GC Europe N.V., Leuven, Bel-

gien) hergestellt. Durch eine minimale Öffnung in der Knetsilikonform wurde flüssig ange-

rührtes GC-Pattern Resin LS mit Hilfe einer Einmalspritze eingefüllt. Nach Aushärtung des

Materials wurden die beiden Silikonschlüssel voneinander getrennt und die GC-Pattern

Kugel konnte entnommen werden. Hierauf folgte die Politur mittels Silikonpolierern.

Jeweils zwei der Wachs- bzw. GC-Pattern Formen wurden mit Wachs an einer Muffelbasis

angestiftet und in einer Muffel mit IPS® PressVest Speed Einbettmasse (Ivoclar Vivadent

AG, Schaan, Fürstentum Lichtenstein) eingebettet. Die Muffel wurde anschließend 35 Mi-

nuten im Drucktopf gehärtet. Die Muffel wurde in einen auf 850 °C vorgewärmten Ofen mit

der Öffnung nach unten eingebracht und 100 Minuten auf der Endtemperatur von 850 °C

gehalten.

Nach dem Pressvorgang wurde die Muffel außerhalb des Pressofens auf Raumtemperatur

abgekühlt. Hierauf folgten die Ausbettung der fertigen Lithiumdisilikat-Prüfkörper und die

Entfernung der Gusskanäle. Alle Proben wurden mit Silikonpolierern poliert und, soweit

möglich, auf ihre geometrische Korrektheit hin überprüft.

4.2.1.4 Herstellung der Prüfkörper aus NEM Legierung

Für die Herstellung der NEM-Prüfkörper wurden zunächst wie unter 4.1.2.3 beschrieben

Wachs-, bzw. GC Pattern Resin-Formen hergestellt. Zwei der Wachs- bzw. GC Pattern

Resin-Formen wurden jeweils an eine Muffelbasis angestiftet und in die phosphatgebun-

dene Einbettmasse Picovest® Universal (Picodent®, Dental- Produktions- und Vertriebs-

GmbH, Wipperfürth, Deutschland) eingebettet. Die Muffel wurde 10 min in einen Drucktopf

bei 2,5 bar ausgehärtet. Anschließend wurde diese in den auf 850°C vorgewärmten Vor-

wärmofen eingebracht und ca. 50 min. erwärmt. Danach wurden die Dentitan Metallplätt-

chen im Tiegel aufgeschmolzen und die Muffel in die Tiegelschleuder eingebracht. Nach

abgeschlossenem Metallguss wurde die Muffel auf Raumtemperatur abgekühlt und die

Prüfkörper ausgebettet. Die Gusskanäle wurden mit einer Trennscheibe entfernt. Alle

Prüfkörper wurden poliert und kontrolliert.

27

4.2.1.5 Herstellung der Prüfkörper aus Titan

Die Kugel, der Zylinder und der Kegel wurden aus der oben erwähnten Titanstange mit

12,00 mm Durchmesser gedreht. Der Würfel wurde, da kein für eine spanabhebende Be-

arbeitung ausreichend dimensionierter Rohling zur Verfügung stand, aus der Titanlegie-

rung Biotan™ Nb gegossen. Der Gusskanal wurde abgetrennt, der Würfel wurde geglättet

und mit Silikonpolierern poliert.

4.2.1.6 Herstellung der Prüfkörper aus Zirkoniumdioxid

Die Proben aus Zirkoniumdioxid wurden mittels CAD/CAM-Verfahren hergestellt. Die unter

4.2 beschriebenen Modellkörper aus Holz, Glas, Metall und Kunststoff wurden jeweils an

einem Träger angestiftet. Die befestigten Formen wurden zuerst mit Dentaco Scanspray

(Dentaco GmbH und Co. KG, Essen, Deutschland) eingesprüht und der Träger mit befe-

stigtem Modellkörper wurde in das Scan- und Fräsgerät eingebracht. Damit die Größe der

Modelle vollständig aufgenommen werden konnte, wurden die Modelle einzeln und jeweils

als Brücken Wax-up gescannt. Die gewonnenen Datensätze ermöglichten ein anschlie-

ßendes Fräsen der Zirkoniumdioxidrohlinge mittels CAD/CAM Verfahren (in ca. 20%-tiger

Überdimensionierung) aus den Zirkoniumdioxidblöcken. Die gefrästen Rohlinge wurden

mit Sandpapier poliert und anschließend gesintert. Hierbei betrug der Sinterschwund ca.

20% linear, sodass die Prüfkörper in den gewünschten Dimensionen resultierten.

4.2.2 Einbettung der Prüfkörper in das weichgewebsäquivalente Material

Das Befüllen der zylinderförmigen Kunststoffformen mit dem Geliermittel wurde zweizeitig

durchgeführt, um die Probekörper genau in der Mitte des „Weichgewebezylinders“ zu posi-

tionieren. In einem ersten Schritt wurden die Formen bis zu einer Höhe von 2,2 cm mit

dem Geliermittel befüllt. Es wurde 90 min gewartet bis die Masse vollständig abgebunden

und abgekühlt war. Danach wurde pro Form ein Prüfkörper zentral auf die Geliermasse

positioniert. Durch die vorangegangene Schrumpfung der Masse bei der Abkühlung kam

der Prüfkörper auf einer 2,0 cm hohen Gelierschicht zu liegen. Im zweiten Schritt wurde

erneut ein Pulver/Wassergemisch hergestellt und die Form bis zur 5,2 cm Marke gefüllt.

Nach Abkühlung betrug die Höhe des Zylinders 5,0 cm. Es resultierten 24 weichgewebs-

äquivalente, zylindrische Geliermittelkörper mit zentral eingebettetem Prüfkörper.

Zusätzlich wurden zwei Kontrollformen hergestellt, wovon eine analog zu den Formen mit

Prüfkörpern in zwei Schritten geschichtet, die andere in nur einem Schritt komplett gefüllt

wurde.

28

4.2.3 DVT- Aufnahmen

Für die DVT-Aufnahmen der Prüfköper wurde ein Aufnahmevolumen von Ø 90 mm x 50

mm Höhe verwendet. Die Zylinderformen wurden auf einem 17 mm hohen Holzsockel la-

gestabil und reproduzierbar positioniert, sodass die Prüfkörper waagerecht und in der Mit-

te des Strahlenbündels des ProMax 3D Mid Gerätes zu liegen kamen (Abbildung 4-6). Die

automatisierte Artefaktreduktion wurde für die Aufnahmen ausgeschaltet um die unbeein-

flusste Ausbildung der Artefakte beobachten zu können. Die Aufnahmen wurden für jeden

Prüf- und Kontrollkörper mit zwei Expositionsparametermodifikationen (Tabelle 4-8)

durchgeführt. Es resultierten insgesamt 52 Datensätze.

Abbildung 4-6 Positionierung der zylinderförmigen weichgewebsähnlichen Masse (mit enthaltenem Prüfkörper) im ProMax 3D Mid

Tabelle 4-8 Aufnahme- und Rekonstruktionsparameter pro Prüfkörper

Volumen Spannung Stromstärke Voxelkantenlänge Expositionszeit

Ø 90x 50 mm 90 kV 10 mA 0,2 mm 12,5 s

Ø 90x 50 mm 90 kV 14 mA 0,2 mm 12,5 s

29

4.2.4 Definition der Grauwertbereiche

Um das Geliermittel von den Artefakten und dem Prüfkörper differenzieren zu können

musste der Grauwertbereich vorab definiert werden. Da in der Bildbetrachtung keine Un-

terschiede der verschiedenen Geliermittelkontrollaufnahmen (vgl. 4.2.2 und 4.2.3) gefun-

den werden konnten, wurde im Folgenden auf eine Unterscheidung der Ergebnisse für die

einzelnen Geliermittelaufnahmen verzichtet. Um einen mittleren Grauwertbereich (Grau-

wertrange) der Geliersubstanz bestimmen zu können, wurde mit Hilfe des Programms

ImageJ eine Histogrammanalyse eines Axialschnittbildes des reinen, einschichtigen Ge-

liermittel-Kontrollkörpers durchgeführt (Axialschnittbild siehe Abbildung 8-1 und Histo-

gramm Tabelle 8-1 im Anhang). Im Histogramm wurde die Häufigkeitsverteilung von Pi-

xeln mit Grauwerten von Null bis 255 betrachtet. Der durchschnittliche Grauwertbereich

des Geliermittels wurde auf den Bereich mit einer auftretenden Pixelhäufigkeit von über

1000 Pixeln definiert. Der ausgewählte Bereich beinhaltete alle Pixel mit Grauwerten von

50 bis 68 (Tabelle 8-1 im Anhang). Pixel mit Grauwerten außerhalb dieses Bereiches stel-

len im Folgenden also per Definition entweder Artefakte oder Prüfkörper dar.

Bei Betrachtung der Aufnahmen mit Prüfkörpern samt ihrer Histogramme wurde auch ein

Grauwertbereich für die Prüfkörper festgelegt. Dieser beinhaltete alle Grauwerte zwischen

250 und 255. Hieraus folgte, dass alle Bereiche mit Grauwerten, die nicht zum Geliermit-

telbereich (50-68) und Prüfkörperbereich (250-255) gehörten, also die Bereiche zwischen

Null und 49 sowie 69 und 249, Artefakte darstellten (Tabelle 4-9). Tabelle 4-9 Grauwertrange der Pixel für die definierten Bereiche

Definierter Bereich Grauwertrange

Artefakte 0-49 sowie 69-249

Geliermasse 50-68

Prüfkörper 250-255

4.2.5 Auswahl von Schnittbildern

Zur Analyse der Artefakte, wurden aus den rekonstruierten Volumendatensätzen mit Hilfe

der Romexis Software beispielhaft für die verschiedenen Prüfkörperregionen Axial- und

Koronalschnittbilder ausgewählt.

Als Koronalschnitte wurden aus allen Aufnahmen Schnitte im Bereich der Prüfkörpermitte

heraus selektiert.

Es folgte die Auswahl der Axialschnitte. Hierzu wurden aus allen Datensätzen mit würfel-

und zylinderförmigen Prüfkörpern je zwei Axialschnitte im Bereich der Grundfläche sowie

30

in der Mitte des Prüfkörpers ausgewählt. Für Datensätze, die eine Kugel als Prüfkörper

beinhalteten, wurden ebenfalls zwei Axialschnitte ausgewählt: der erste im Bereich des

größten Durchmessers der Kugel (entspricht 1 cm in Prüfkörpermitte), der zweite bei ei-

nem Kugeldurchmesser von ca. 0,5 cm. Aus den Datensätzen mit kegelförmigen Prüfkör-

pern wurden je 3 Axialschnitte ausgesucht, die im Bereich der Grundfläche, der Mitte des

Kegels und der Kegelspitze lagen (Tabelle 4-10). Es resultierten 156 Schnittbilder. Tabelle 4-10 Auswahl der Axial-Schnittbilder (Schnitt 1-3) sowie des Koronalschnittes

Axialschnitt 1 Axialschnitt 2 Axialschnitt 3 Koronalschnitt

Kegel Grundfläche Körpermitte Kegelspitze Körpermitte

Kugel 0,5 cm Durchmesser Körpermitte - Körpermitte

Würfel Grundfläche Körpermitte - Körpermitte

Zylinder Grundfläche Körpermitte - Körpermitte

4.2.6 Darstellung der Artefakte

Mittels des programmierten ImageJ Plug-in konnten die Schnittbilder dreifarbig dargestellt

werden (vgl. Kapitel 4.1.5). In der Farbe Weiß wurden die verschiedenen Prüfkörper (Pixel

mit Grauwerten zwischen 250 und 255) abgebildet. Pixel mit Grauwerten zwischen 50 und

68 wurden als Geliermittelanaloge in Rot abgebildet. Alle anderen Pixel, die nicht in den

Grauwertbereich der Geliermasse und der Prüfkörper fielen und somit Artefakte darstell-

ten, wurden in Grün angezeigt. In dem entstandenen dreifarbigen Bild konnten die grünen

Artefakte von der Geliermasse und den Prüfkörpern unterschieden werden.

4.2.7 Beschreibung der Artefakte

Die ausgewählten und farbig umgewandelten Schnittbilder (vgl. Kapitel 4.2.5 und 4.2.6)

wurden auf mögliche Artefakte hin untersucht. Auftretende Artefakte wurden in die Katego-

rien Ring-, Alias- und Streifenartefakte sowie Auslöschungen um die Prüfkörper und son-

stige flächenhafte Artefakte verschiedener Ursachen eingeteilt. Morphologische Unter-

schiede und Gemeinsamkeiten der Hauptartefakte (alle Artefakte außer Ring- und Alias-

Artefakte) wurden für die Schnittbilder in Prüfkörpermitte und im Bereich der Kegelspitze

(Axialschnitte 2 und 3 sowie Koronalschnitte) nach Werkstoff und Prüfkörperform getrennt

herausgestellt und beschrieben. Für die Beschreibung der Ringartefakte wurden zusätzlich

zu den Schnittbildern, die dreidimensionalen Datensätze betrachtet. Die Alias-Artefakte

wurden in allen ausgewählten Schnittbildern untersucht.

31

4.2.8 Histogrammanalyse der Schnittbilder

Aus den Histogrammen der Schnittbilder in Prüfkörpermitte (Axialschnitte 2 in Tabelle

4-10) wurde die Anzahl der Pixel berechnet, die im Bereich der Artefakte lagen (Pixel mit

Grauwerten von 0-49 sowie 69-249). Diese Summen wurden, als Maß für die Stärke der

Artefaktausprägung, für die einzelnen Materialien und Prüfkörperformen gegenübergestellt

und verglichen. Durch die im Axialschnitt runde Form des Geliermittelkörpers trat im Bild

ein schwarzer Randbereich mit einem Grauwert von Null auf, dessen Dimension jedoch

nicht immer exakt gleich war (Abbildung 4-7). Deshalb wurden die Summen ebenfalls für

den Artefaktbereich ausschließlich des Grauwertes Null (Tabelle 4-11) bestimmt und mit

den ursprünglichen Summen verglichen. Da hierbei selten Unterschiede auftraten, wurde

auf die Darstellung der Werte verzichtet und bei gegebenem Auftreten von Unterschieden

im Text darauf hingewiesen.

Abbildung 4-7 Lithiumdisilikat-Kugel, 14 mA Aufnahme

Tabelle 4-11 Grauwertrange der Pixel für den definierten Bereich

Definierter Bereich Grauwertrange

Artefakte ausschließlich des Grauwertes 0 1-49 sowie 69-249

Schwarzer Randbereich, der nicht in allen Axialschnitten dieselbe Dimension besitzt. Die schwarzen Pixel gehören im Histogramm zu dem Grauwert von Null und können teilweise Unterschiede in der Beurteilung des Artefaktausmaßes begründen.

32

5 Ergebnisse

5.1 Einteilung und Vorkommen der Artefakte in den einzelnen Schnitt-bildern

In allen untersuchten Schnittbildern waren Artefakte sichtbar. Die zentral in den Schnittbil-

dern liegenden Prüfkörper erschienen häufig durch die Artefakte in Ihrer Form verändert.

In den Datensätzen auftretende Artefakte wurden in Ringartefakte, Alias-Artefakte, strei-

fenförmige Artefakte (Streifenartefakte), Auslöschungen um den Prüfkörper (schwarze Be-

reiche mit einem Grauwert von Null) und sonstige flächenhafte Artefakte eingeteilt. Welche

Artefakte in den untersuchten Schnittbildern auftraten, ist in Tabelle 5-1 bis 5-4 ersichtlich.

Auf die einzelnen Artefaktarten, ihre Morphologie und Stärke der Ausprägung wird im Fol-

genden näher eingegangen.

33

Tabelle 5-1 Artefaktarten in den Axialschnitten 1

x = Auftreten des Artefaktes im Bild; -- = keine Artefakte im Bild

Werkstoff Prüfkörper Strom-stärke [mA]

Ring-artefakte

Alias-artefakte

Streifen-artefakte

Auslösch-ungen um Prüfkörper

Sonstige flächenhafte Artefakte

Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 x x x x x Composite Kugel 14 x x x x x Würfel 10 x x x x x Würfel 14 x x x x x Zylinder 10 x x x x x Zylinder 14 x x x x x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 x x x -- x Guttapercha Kugel 14 x x x -- x Würfel 10 x x x x x Würfel 14 x x x x x Zylinder 10 x x x x x Zylinder 14 x x x x x Kegel 10 x x x -- x Kegel 14 x x x -- x Kugel 10 x x x -- x Lithium- Kugel 14 x x x -- x disilikat Würfel 10 x x x -- x Würfel 14 x x x -- x Zylinder 10 x x x -- x Zylinder 14 x x x -- x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x -- x Kugel 10 x x x x x NEM Kugel 14 x x x -- x Würfel 10 x x x x x Würfel 14 x x x x x Zylinder 10 x x x x x Zylinder 14 x x x x x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 x x x x x Titan Kugel 14 x x x -- x Würfel 10 x x x x x Würfel 14 x x x x x Zylinder 10 x x x x x Zylinder 14 x x x x x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 x x x x x Zirkonium- Kugel 14 x x x -- x dioxid Würfel 10 x x x x x Würfel 14 x x x x x Zylinder 10 x x x x x Zylinder 14 x x x x x

34

Tabelle 5-2 Artefaktarten in den Axialschnitten 2;



Ring-artefakte

Alias-artefakte

Streifen-artefakte



Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 -- x x x x Composite Kugel 14 -- x x -- x Würfel 10 -- x x x x Würfel 14 -- x x x x Zylinder 10 -- x x x x Zylinder 14 -- x x x x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 -- x x x x Guttapercha Kugel 14 -- x x x x Würfel 10 -- x x x x Würfel 14 -- x x x x Zylinder 10 -- x x x x Zylinder 14 -- x x x x Kegel 10 -- x x -- x Kegel 14 -- x x -- x Kugel 10 -- x x -- x Lithium- Kugel 14 -- x x -- x disilikat Würfel 10 -- x x x x Würfel 14 -- x x -- x Zylinder 10 -- x x -- x

Zylinder) 14 -- x x -- x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x

Kugel 10 -- x x x x NEM Kugel 14 -- x x x x Würfel 10 -- x x x x Würfel 14 -- x x x x Zylinder 10 -- x x x x Zylinder 14 -- x x x x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 -- x x x x Titan Kugel 14 -- x x x x Würfel 10 -- x x x x Würfel 14 -- x x x x Zylinder 10 -- x x x x Zylinder 14 -- x x x x Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Kugel 10 -- x x x x Zirkonium- Kugel 14 -- x x x x dioxid Würfel 10 -- x x x x Würfel 14 -- x x x x Zylinder 10 x x x x x

Zylinder 14 x x x x x

35

Tabelle 5-3 Artefaktarten in den Axialschnitten 3 (Kegelspitze);



Ring-artefakte

Alias-artefakte

Streifen-artefakte



Composite Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Guttapercha Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Lithium- Kegel 10 -- x x -- x disilikat Kegel 14 -- x x -- x NEM Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Titan Kegel 10 x x x x x Kegel 14 x x x x x Zirkonium- Kegel 10 x x x x x dioxid Kegel 14 x x x x x 5-4 Artefaktarten in den Koronalschnitten



Ring-artefakte

Alias-artefakte

Streifen-artefakte



Kegel 10 -- -- x x x Kegel 14 -- -- x x x Kugel 10 -- -- x x x Composite Kugel 14 -- -- x -- x Würfel 10 -- -- x -- x Würfel 14 -- -- x x x Zylinder 10 -- -- x x x Zylinder 14 -- -- x -- x Kegel 10 -- -- x x x Kegel 14 -- -- x x x Kugel 10 -- -- x -- x Guttapercha Kugel 14 -- -- x -- x Würfel 10 -- -- x x x Würfel 14 -- -- x x x Zylinder 10 -- -- x x x Zylinder 14 -- -- x -- x Kegel 10 -- -- x -- x Kegel 14 -- -- x -- x Kugel 10 -- -- x -- x Lithium- Kugel 14 -- -- x -- x disilikat Würfel 10 -- -- x -- x Würfel 14 -- -- x -- x Zylinder 10 -- -- x -- x Zylinder 14 -- -- x -- x Kegel 10 -- -- x x x Kegel 14 -- -- x x x Kugel 10 -- -- x x x NEM Kugel 14 -- -- x x x Würfel 10 -- -- x x x Würfel 14 -- -- x x x Zylinder 10 -- -- x x x Zylinder 14 -- -- x x x Kegel 10 -- -- x x x Titan Kegel 14 -- -- x x x Kugel 10 -- -- x x x

36


Ring-artefakte

Alias-artefakte

Streifen-artefakte



Kugel 14 -- -- x -- x Würfel 10 -- -- x x x Titan Würfel 14 -- -- x x x Zylinder 10 -- -- x x x Zylinder 14 -- -- x -- x Kegel 10 -- -- x x x Kegel 14 -- -- x x x Kugel 10 -- -- x x x Zirkonium- Kugel 14 -- -- x x x dioxid Würfel 10 -- -- x x x Würfel 14 -- -- x x x Zylinder 10 -- -- x -- x Zylinder 14 -- -- x -- x

5.2 Hauptartefakte

Im Folgenden wird die Morphologie der Hauptartefakte, das heißt alle aufgetretenen Arte-

fakte mit Ausnahme von Ring- und Alias-Artefakten (diese werden im nachfolgenden Kapi-

tel (5.3 und 5.4) behandelt), beschrieben, welche in näherer Umgebung der Prüfkörpermit-

te und der Kegelspitzen auftraten (Axialschnitte 2 und 3 sowie Koronalschnitte). Die Mor-

phologie der Hauptartefakte in den Axialschnitten der Grundflächen (Axialschnitte 1) war

prinzipiell gleich, mit dem Unterschied des Auftretens von Überlagerungen durch Ringarte-

fakte. Deshalb wurde auf die Deskription dieser Schnitte an dieser Stelle verzichtet und die

Ringartefakte werden separat in Kapitel 5.3 (Ringartefakte) beschrieben.

Generell stellten sich die Hauptartefakte als Verformungen der Prüfkörper, von den Prüf-

körpern ausgehende Streifenartefakte und sonstige durch Strahlenaufhärtung, Strahlen-

auslöschung, EEGE und Ähnliches verursachte hyper- oder hypodense Flächen dar. Die

Beschreibung der Hauptartefakte erfolgt nach den einzelnen Prüfkörperformen.

5.2.1 Kegel

Der kreisförmige Querschnitt des Kegels war bei allen untersuchten Werkstoffen, mit Aus-

nahme des Lithiumdisilikat-Kegels, im Axialschnitt des rekonstruierten Volumens in der

Form verändert. Die Vorder- und Rückseite des Kegels (das heißt Ober- und Unterseite im

Bild des Axialschnittes) erschienen peripher zur einen Seite verlängert und zur anderen

verkürzt (Abbildung 5-1). An die Kegel angrenzende Auslöschungen waren, bis auf den

Lithiumdisilikat-Kegel, bei allen Werkstoffen im Axialschnitt auffindbar.

Streifenartefakte stellten sich nicht als klar begrenzte Linien, sondern als breite Streifen-

bündel dar. Die Streifenartefakte verliefen in Form eines spitzen Winkels, dessen Schei-

37

telpunkt im Randbereich der Geliermasse lag. Sie tangierten die Kegelaußenseiten

(Abbildung 5-2). Der Verlauf hyper- und hypodenser Streifenartefakte war entgegenge-

setzt, sodass sie sich in Höhe des Prüfkörpers schnitten. Hierbei war jeweils ein Schenkel

der winkelförmigen Streifenartefakte geringer ausgeprägt (Abbildung 5-1). Ihre Intensität

schwächte zur Peripherie hin ab. Teilweise waren Ringartefakte um die Kegel sichtbar

(vgl. Abbildung 5-3, Näheres hierzu siehe Kapitel 5.3). Werkstoffabhängige Unterschiede

im Ausmaß der Artefaktausprägung konnten festgestellt werden. Lithiumdisilikat-Kegel

verursachten geringe Artefakte, NEM- und Zirkoniumdioxid-Kegel hingegen starke (siehe

Kapitel 5.5).

Abbildung 5-1 farbiger Axialschnitt 2 des Zirkoniumdioxid-Kegels (10 mA Aufnahme); vergrößerter Bildausschnitt aus der Mitte der Abbildung 5-2

Veränderte Prüfkörper-form; Außenkontur er-scheint auf einer Seite verlängert, auf der ande-ren verkürzt

Auslöschungsartefakte im Verlauf der hypodensen Streifenartefakte

38

Abbildung 5-2 farbiger Axialschnitt 2 des Zirkoniumdioxid-Kegels (10 mA Aufnahme); Morphologie der Hauptartefakte

Abbildung 5-3 (links) farbiger Axialschnitt 2 des Composite-Kegels (10 mA Aufnahme); Morphologie

der Hauptartefakte sowie leicht sichtbare Ringartefakte (siehe blauer Pfeil)

Abbildung 5-4 (rechts) farbiger Axialschnitt 2 des Guttapercha-Kegels (10 mA Aufnahme); Morpholo-

gie der Hauptartefakte

Hyperdense Streifenartefak-te verlaufen entlang eines spitzen Winkels (pink) mit Scheitelpunkt im Randbe-reich des Geliermittels und tangieren die Seitenfläche des Prüfkörpers

Verlauf der hypodensen Streifenartefakte (entlang des gelben Winkels) ist de-nen der hyperdensen Strei-fen entgegengesetzt, sodass sich beide im Bereich der Prüfkörperseitenfläche schneiden

Jeweils ein Schenkel der im Winkel angeordneten Strei-fenartefakte erscheint ver-kürzt (weiße Pfeile)

39

Abbildung 5-5 (links) farbiger Axialschnitt 2 des Lithiumdisilikat-Kegels (10 mA Aufnahme); Morpho-

logie der schwach ausgeprägten Hauptartefakte

Abbildung 5-6 (rechts) farbiger Axialschnitt 2 des Zirkoniumdioxid-Kegels (10 mA Aufnahme); Mor-

phologie der stark ausgeprägten Hauptartefakte

In den Axialschnitten 3 (im Bereich der Kegelspitze) blieb die Form des Prüfkörpers meist

verändert. Beim Lithiumdisilikat-Kegel erschien der runde Querschnitt des Kegels erhalten,

für alle anderen Werkstoffe nahm die Kegelspitze im Bild jedoch eine dreieckige Form an.

Bei den winkelförmigen Streifenartefakten erschien der verkürzte Schenkel so kurz, dass

die hyper- bzw. hypodensen Streifen nur noch entlang eines Winkels von ca. 160°, mit

Scheitelpunkt im Bereich des Kegelprüfkörpers, zu verlaufen schienen. Auslöschungsarte-

fakte waren im Verlauf der hypodensen Streifen in Prüfkörpernähe, bei allen Werkstoffen

außer Lithiumdisilikat, zu erkennen.

Abbildung 5-7 Ausschnitt aus Bildmitte des farbigen Axialschnittes 3 des NEM-Kegels (14 mA Auf-

nahme)

Durch Artefakteinfluss annähernd dreieckig erscheinender Quer-schnitt des Kegels

Im ca. 160°-Winkel (blaue Linien) verlaufen-de Streifenartefakte mit enthaltenden Auslö-schungsartefakten

40

In den Koronalschnitten der kegelförmigen Prüfkörper befanden sich entlang der Kegel-

grundfläche horizontal verlaufende, hyper- und hypodense Streifenartefakte (Abbildung

5-8). Weitere, parallel zueinander verlaufende, streifenförmige Artefakte waren als in Rich-

tung der Grundfläche im 40-45°-Winkel zur Kegelseitenfläche verlaufende Linien erkenn-

bar. Auf der einen Seite des Kegels waren diese parallelen Linien im Vergleich zur Umge-

bung hyperdens auf der anderen Seite eher hypodens. Mit Ausnahme des Lithiumdisilikat-

Kegels waren bei allen Werkstoffen knospenförmige Auslöschungen seitlich der Kegelspit-

ze erkennbar. Bei allen Werkstoffen traten im Koronalschnitt Artefakte oberhalb und unter-

halb des Kegels auf.

Abbildung 5-8 farbiger Koronalschnitt des Zirkoniumdioxid-Kegels (10 mA Aufnahme)

5.2.2 Kugel

Wie die Axialschnitte der Kegel-Prüfkörper, waren auch die kreisförmigen Querschnitte der

Kugel-Prüfkörper im Axialschnitt in der Form durch Artefakte verändert. Das Ausmaß war

bei den Kugel-Prüfkörpern jedoch geringer. Auch die Morphologie der Streifenartefakte

entsprach weitgehend denen der Kegel (vgl. Kapitel 5.2.1), nur waren die Streifen etwas

kürzer. Auslöschungen in der Umgebung der Prüfkörper traten, außer bei Axialschnitten

der Lithiumdisilikat- und der Composite-Kugel in den 14 mA Aufnahmen, bei allen Werk-

stoffen und für alle Aufnahmeparameter auf (Abbildung 5-9, Abbildung 5-10, Abbildung

5-11).

Knospenförmige Auslöschung

Parallele Steifen, die im 40-45°-Winkel zur Kegel-seitenfläche ver-laufen, rechts des Kegels eher hypo-dens, links hyper-dens

Horizontal verlau-fende teilweise unterbrochene hyper- und hypo-dense Streifen entlang der Grundfläche

41

Abbildung 5-9 (links) farbiger Axialschnitt 2 der Guttapercha-Kugel (10 mA Aufnahme); die Morphologie der Hauptartefakte ähnelt der der Kegel

Abbildung 5-10 (rechts) farbiger Axialschnitt 2 der Lithiumdisilikat-Kugel (10 mA Aufnahme);

Morphologie der schwach ausgeprägten Hauptartefakte, bei dem der Verlauf der Streifenartefakte nur

ansatzweise erkennbar ist

Abbildung 5-11 farbiger Axialschnitt 2 der Nichtedelmetallkugel (10 mA Aufnahme); Morphologie der

stark ausgeprägten Hauptartefakte

Entlang der Ober- und Unterkante der kugelförmigen Prüfkörper waren im Koronalschnitt

die Kugel tangierende, horizontale Streifenartefakte sichtbar. Des Weiteren befanden sich

entlang der gesamten Kugeloberfläche annähernd parallel zueinander und schräg nach

unten (bzw. bei der Zirkoniumdioxid-Kugel auch nach oben) verlaufende kurze Streifen

(Abbildung 5-12 und Abbildung 5-13). Kleinere ovale Auslöschungen waren bei der Zirko-

42

niumdioxid- und Nichtedelmetall-Kugel im Bereich der seitlichen Kugeloberfläche erkenn-

bar, bei der Titan- und NEM- und Composite-Kugel (bei Composite und Titan nur im Koro-

nalschnitt der 10 mA Aufnahme) längere streifenförmige Auslöschungen im Verlauf der

Streifenartefakte entlang Kugelober- und Unterkante. Die weichgewebsähnliche Masse

oberhalb und unterhalb der Kugeln erschien bei allen Werkstoffen durch Artefakte verän-

dert (Abbildung 5-13).

Abbildung 5-12 Koronalschnitt Nichtedelmetall-Kugel (10 mA Aufnahme) in originaler Schwarz- Weiß Darstellung zur Verdeutlichung der Streifenmorphologie

Abbildung 5-13 farbiger Koronalschnitt der Nichtedelmetall-Kugel (10 mA Aufnahme); auch ober- und

unterhalb der Kugel durch Artefakte veränderte Flächen

5.2.3 Würfel

Die Form des Composite-Würfels war in den Axialschnitten für beide Aufnahmeparameter

dahingehend verändert, dass die Seitenflächen des Würfels nach außen aufgewölbt er-

schienen und somit der eigentlich quadratische Querschnitt fast rund erschien (Abbildung

5-14). Bei den Würfeln aus Guttapercha war dieser Effekt ebenfalls zu beobachten, jedoch

nur so gering ausgeprägt, dass der quadratische Querschnitt erhalten blieb (Abbildung

5-15). Für Lithiumdisilikat-Würfel war der Effekt nur minimal ausgeprägt (Abbildung 5-16).

Die Form der Würfel aus Nichtedelmetall war ebenfalls leicht nach außen gewölbt, dies

Streifenartefakte an Kugelober- und Unterkante

Parallele Streifen entlang der ge-samten Kugel-oberfläche

Auslöschungs-artefakte

43

jedoch durch angrenzende Artefakte bedingte Einsenkungen der Würfelseitenflächenkon-

tur ungleichmäßiger (Abbildung 5-17). Bei Zirkoniumdioxid-Würfeln traten ebenfalls solche

Einsenkungen in der Außenkontur, aber kaum Aufwölbungen auf (Abbildung 5-18).

Streifenartefakte gingen bei den Würfeln aus Composite, Guttapercha Lithiumdisilikat und

Titan von den Würfelecken aus (Abbildung 5-14, Abbildung 5-15; Abbildung 5-16). Pro

Würfelecke gingen bei diesen Werkstoffen zwei zueinander im 90°-Winkel stehende, in

Verlängerung der Würfelseitenkante verlaufende, hypodense Streifen aus. Für Lithiumdisi-

likat war dieser Effekt in der farbigen Bilddarstellung jedoch nur noch ansatzweise erkenn-

bar (Abbildung 5-16). Zirkoniumdioxid- und Nichtedelmetall-Würfel verursachten Streifen-

artefakte, die ihren Ursprung von der Mitte der Seitenkante des Würfels nahmen und

ebenfalls im 90°-Winkel zueinander in die Peripherie ausstrahlten (Abbildung 5-17 und

Abbildung 5-18). Je näher die Streifenbereiche an den Prüfkörpern lagen, desto breiter

und stärker hypodens waren sie. Hier traten sogar komplette Auslöschungen auf (bei allen

Aufnahmen außer der des Lithiumdisilikat-Würfels bei 14 mA).

Bereiche zwischen den Streifenartefakten waren bei allen untersuchten Werkstoffen hy-

perdens. Im Bereich der Würfelseitenflächen (bei Composite, Guttapercha und Lithiumdisi-

likat) und Würfelecken (bei Nichtedelmetall und Zirkoniumdioxid) grenzten diese Flächen

an den Prüfkörper und verliefen nach peripher in der Ausprägung abschwächend und kon-

vergierend, so dass die betroffenen Flächen eine annähernd dreieckige Form annahmen

(Abbildung 5-14). Bei den Werkstoffen Composite, Guttapercha, Nichtedelmetall und Zir-

koniumdioxid waren weitere hyperdense Bereiche im rechten Winkel der Streifenartefakte

zu sehen (Abbildung 5-14, Abbildung 5-17). Ansonsten waren keine Unterschiede der Ar-

tefaktmorphologie für die unterschiedlichen Aufnahmeparameter erkennbar. Das Ausmaß

der Artefakte war für die einzelnen Werkstoffe unterschiedlich (siehe Kapitel 5.5).

44

Abbildung 5-14 Morphologie der Hauptartefakte am Beispiel des Composite-Würfels; farbiger Axial-

schnitt 2 (10 mA Aufnahme)

Abbildung 5-15 (links) farbiger Axialschnitt 2 des Guttapercha-Würfels (14 mA Aufnahme); Streifenar-

tefakte verlaufen in Verlängerung der Würfelseitenflächen

Abbildung 5-16 (rechts) farbiger Axialschnitt 2 des Lithiumdisilikat-Würfels (14 mA Aufnahme); gering ausgeprägte Artefakte

Aufgewölbte Außenkontur der Würfelseitenfläche

Hyperdense Bereiche zwi-schen den Streifenartefakten

in Verlängerung der Würfel-seitenkanten verlaufende hypodense Streifenartefakte; in Nähe des Prüfkörpers teilweise komplette Auslö-schungen (schwarze Berei-che)

Hyperdense Bereiche im Winkel eines Streifenartefak-tes

45

Abbildung 5-17 (rechts) farbiger Axialschnitt 2 des NEM-Würfels (14 mA Aufnahme); von den Seiten-

flächen ausgehende Streifenartefakte sowie flächenhafte Artefaktbereiche zwischen den Streifenarte-fakten (blaue Pfeile)

Abbildung 5-18 farbiger Axialschnitt 2 des Zirkoniumdioxid-Würfels (14 mA Aufnahme); deutliche,

von den Würfelseitenflächen ausgehende Streifenartefakte

In den untersuchten Koronalschnitten im Bereich der Würfelmitte waren hyper- und hypo-

dense, streckenweise unterbrochene, streifenförmige Artefakte sichtbar, die von der Ober-

und Unterkante des Würfels aus nach außen zur Horizontalen leicht schräg nach oben

oder unten verliefen (Abbildung 5-19 und Abbildung 5-20). Auch in Bereichen zwischen

diesen Streifenartefakten traten Artefakte auf. An die Seitenflächen direkt angrenzende

(Abbildung 5-20), oder in etwas Abstand zu ihnen liegende (Abbildung 5-21) Auslöschun-

gen (je nach Lokalisation des Koronalschnittes), stellten sich als parallel zu den Seitenflä-

chen liegende, breite Bänder dar. Die Ausdehnung dieser Auslöschungsbänder betrug bis

zu 2,5 mm (10 mA Aufnahme des Zirkoniumdioxid-Würfels). Beim Lithiumdisilikat-Würfel

traten keine Auslöschungsartefakte in den Koronalschnitten auf (Abbildung 5-19). Die

Form der Würfelprüfkörper erschien bei allen Werkstoffen verbreitert und die unmittelbar

an die Würfelober- und Unterkante grenzenden Bereiche erschienen durch Artefakte ver-

ändert.

46

Abbildung 5-19 farbiger Koronalschnitt des Lithiumdisilikat-Würfels (10 mA Aufnahme); keine Auslö-schungsartefakte neben der Würfelseitenflächen

Abbildung 5-20 farbiger Koronalschnitt des Nichtedelmetall-Würfels (10 mA Aufnahme); breite Aus-

löschungsbereiche neben den Würfelseitenflächen

Abbildung 5-21 farbiger Koronalschnitt des Composite-Würfels (10 mA Aufnahme); Auslöschungsbe-

reich als Balken im Abstand zur Würfelseitenfläche (siehe Pfeil)

47

5.2.4 Zylinder

Axialschnitte der zylindrischen Prüfkörper ähnelten stark denen unter 5.2.1 und 5.2.2 für

Kegel- und Kugel-Prüfkörper beschriebenen. Die runde Kontur des zylindrischen Quer-

schnittes war in ihrer Form ebenfalls verändert, sodass sie durch umgebende Artefakte

verlängert bzw. verkürzt erschien (Abbildung 5-22 - Abbildung 5-23). Streifen- und Auslö-

schungsartefakte waren morphologisch so geformt wie bereits für die Kegel- und Kugel-

prüfkörper beschrieben. Besonders starke Auslöschungen traten bei dem Zirkoniumdioxid-

Zylinder auf, beim Lithiumdisilikat-Zylinder hingegen keine.

Abbildung 5-22 (links) farbiger Axialschnitt 2 des Lithiumdisilikat-Zylinders (10 mA Aufnahme);

Morphologie der schwach ausgeprägten Hauptartefakte

Abbildung 5-23 farbiger Axialschnitt 2 des Zirkoniumdioxid-Zylinders (10 mA Aufnahme); stark

ausgeprägte Hauptartefakte sowie starke Auslöschungen in Prüfkörperumgebung

Die Artefakte, die in den Koronalschnittbildern der zylindrischen Prüfkörper auftraten, äh-

nelten ebenfalls den unter 5.2.3 für die Würfel beschriebenen. Unterschiede hierzu be-

standen lediglich darin, dass bei den Zylindern keine an die Seitenflächen grenzenden

oder im Abstand hierzu verlaufende Auslöschungsbänder zu finden waren (Abbildung

5-24). Auslöschungen waren nur bei dem Nichtedelmetall-Zylinder für beide Aufnahmepa-

rameter, sowie bei Composite, Guttapercha und Titan in den 10 mA Aufnahmen sichtbar.

Die Auslöschungsartefakte verliefen in Zylindernähe und entlang des Verlaufes der Strei-

fenartefakte. Die hyper- und hypodensen, streckenweise unterbrochenen Streifenartefakte

gingen hierbei ebenfalls von der Ober- und Unterkante des Zylinders aus und verliefen zur

Peripherie hin leicht schräg nach oben bzw. unten (Abbildung 5-24). Die Bereiche um die

48

Ober- und Unterkante des Zylinders waren in vertikaler Richtung bei allen Materialien

durch Artefakte verändert.

Abbildung 5-24 farbiger Koronalschnitt des NEM-Zylinders (10 mA Aufnahme); streifenförmige Arte-

fakte entlang der Ober- und Unterkante des Zylinders, Auslöschungsartefakte im Verlauf dieser Strei-

fenartefakte

5.3 Ringartefakte

Ringförmige Artefakte traten in allen Volumendatensätzen auf. Die Ringe verliefen in vari-

ierenden Abständen zueinander meist annähernd konzentrisch um die zentral liegenden

Prüfkörper herum, waren jedoch nicht als vollständige Kreise sondern nur als Kreisab-

schnitte zu sehen. Es traten sowohl hyper- als auch hypodense Ringartefakte auf. Die

Ringe waren bei zylindrischen und würfelförmigen Prüfkörpern nur in den oberen und un-

teren Bereichen der Prüfkörper sowie in der, an die Ober- bzw. Unterkante des Prüfkör-

pers angrenzenden Gelierschicht sichtbar. Beim Durchlaufen aller 451 Axialschichten in

dem rekonstruierten Volumen war zu erkennen, dass die Ringe in dem oben beschriebe-

nen Bereich, in zunehmender Annäherung an die Prüfkörpermitte, zuerst in einer Hälfte

des Gelierkörpers sichtbar wurden und zunehmend auch in der anderen Hälfte (Abbildung

5-25 - Abbildung 5-30). Hierbei war auffällig, dass es sich bei den Ringen in Schichten

oberhalb bzw. unterhalb des Prüfkörpers hauptsächlich um hyperdense Artefakte handelte

(Abbildung 5-25 - Abbildung 5-27). Die Ringe, die sich in näher an der Prüfkörpermitte ge-

legenen Schichten befanden, waren im Vergleich zur Umgebung eher hypodens

(Abbildung 5-27 - Abbildung 5-30).

49

Abbildung 5-25 Ringartefakt am Beispiel des Titan-Zylinders (10 mA Aufnahme), Axialschicht 290

(unterhalb des Prüfkörpers): Hyperdense Ringartefakte sind im äußeren Bereich des Geliermittelkör-

pers sichtbar

Abbildung 5-26 Titan-Zylinder (10 mA Aufnahme), Axialschnitt 288 (unterhalb des Prüfkörpers): Hy-

perdense Ringartefakte werden zunehmend auch in den inneren Bereichen des Geliermittelkörpers

sichtbar

50

Abbildung 5-27 Titan-Zylinder (10 mA Aufnahme), Axialschnitt 286 (Grenzschicht Unterfläche des

Prüfkörpers/Geliermittel): Erste Ringartefakte werden auch auf der anderen Seite des Prüfkörpers

sichtbar, wo sie allerdings als hypodense Ringe erscheinen

Abbildung 5-28 Titan-Zylinder (10 mA Aufnahme); Axialschicht 284 (unterer Bereich des Prüfkör-

pers): Die hypodensen Ringartefakte werden zunehmend auch in den äußeren Bereichen des Gelier-

mittelkörpers sichtbar

Abbildung 5-29 Titan-Zylinder (10 mA Aufnahme); Axialschicht 282 (unterer Bereich des Prüfkörpers) Ringartefakte treten nur noch im äußeren Bereich des Geliermittelkörpers auf

51

Abbildung 5-30 Titan-Zylinder (10 mA Aufnahme); Axialschnitt 280 (unterer Bereich des Prüfkörpers):

Je weiter sich die betrachtete Axialschicht der Prüfkörpermitte annähert, desto weniger Ringartefakte

werden sichtbar. Hier ein letzter Ring im oberen Bildrand sichtbar (siehe Pfeil). Im Bereich der Mitte des Prüfkörpers sind keine den Prüfkörper umgebenden Ringartefakte anzutreffen

Die kegelförmigen Prüfkörper bildeten mit Ausnahme des Lithiumdisilikat-Kegels über alle

untersuchten Axialschichten leichte Ringartefakte aus (Tabelle 5-1 - Tabelle 5-3). Beson-

ders stark ausgeprägt waren die Ringe allerdings im Schnittbild 1 (im Bereich der Grund-

fläche des Kegels). Hier war ebenfalls der oben beschriebene Wechsel der hyper- und

hypodensen Ringe zu erkennen. Die Ringe um den mittleren Bereich des Kegels und um

die Kegelspitze waren zirkulär um den Kegel, aber nur im inneren Drittel der Gelierschicht,

auffindbar (Abbildung 5-31). Bei den kugelförmigen Prüfkörpern traten, bis auf in einem

wenige Schichten umfassenden mittleren Bereich (um die Axialschnitte 2) des Prüfkör-

pers, über die gesamte Höhe der Kugel Ringartefakte in den Axialschichten auf. Diese

waren ebenfalls zirkulär um die Kugel anzutreffen, aber, wie beim Kegel, nur im inneren

Drittel der Gelierschicht (Abbildung 5-31). Eine Einteilung in hyper- und hypodense Ringe

konnte für die Axialschnitte der mittleren Bereiche der Kugeln und Kegel nicht getroffen

werden, da sich diese durchmischten.

52

Abbildung 5-31 Axialschnitt 2 des Zirkoniumdioxid-Kegels (10 mA Aufnahme); Ringartefakte (siehe

Pfeile) im inneren Drittel der Gelierschicht erkennbar.

5.4 Alias-Artefakte

Alias-Artefakte traten bei allen untersuchten Körpern und Werkstoffen in allen betrachteten

Axialschnitten auf. Sie stellten sich hier als vom Zentrum zur Peripherie hin divergierende

Linienmuster dar (Abbildung 5-32). Besonders deutlich wurde dieses Muster bei Vergröße-

rung des Bildausschnittes (Abbildung 5-33). Die Veränderung der Grauwerte, des eigent-

lich homogenen Geliermittels, durch Alias-Artefakte, war in einigen Bereichen zum Teil so

stark, dass die Grauwerte außerhalb derer der Geliermittelrange fielen. In der farbigen

Darstellung mittels ImageJ Plug-in wurden diese Bereiche grün dargestellt (Abbildung

5-34).

53

Abbildung 5-32 Axialschnitt 2 der Guttapercha-Kugel (14 mA Aufnahme); Roter Kasten markiert den

Bildausschnitt für Abbildung 5-33 und Abbildung 5-34

Abbildung 5-33 Guttapercha-Kugel (14 mA Aufnahme) vergrößerter Bildausschnitt des rechten obe-ren Bildrandes der Abbildung 5-32; von zentral nach peripher verlaufende Linienmuster (siehe Pfeile)

54

Abbildung 5-34 Gleicher vergrößerter Bildausschnitt wie oben: Verdeutlichung des Linienmusters im

farbig umgewandelten Bild; die grünen Bereiche fallen außerhalb der Geliermittelrange und sind

teilweise durch Alias-Artefakte verursacht

5.5 Artefaktintensität der einzelnen Werkstoffe - Histogrammanalyse

Die Pixelsummen der Artefaktbereiche sind, als Maß für die Artefaktintensität für die ein-

zelnen untersuchten Prüfkörper, in Tabelle 5-5 dargestellt. Hierbei wurden nur die Histo-

gramme der Axialschnitte im Bereich der Prüfkörpermitte (Axialschnitte 2) betrachtet. Im

Allgemeinen traten im Vergleich der Artefakte mit und ohne Einbeziehung des Grauwertes

0 nur geringe Unterschiede der Positionen in der Rangliste der Artefaktintensität auf. Sie

betrugen höchstens 3 Positionen (beim Guttapercha-Würfel). In Abbildung 5-35 ist die Ar-

tefaktintensität der verschiedenen Werkstoffe aufgeführt. Im Folgenden werden die Arte-

faktintensitäten der untersuchten Werkstoffe sowie geometrischen Körper im Einzelnen

betrachtet.

55

Tabelle 5-5 Rangliste der stärksten Artefaktintensitäten

Rang Prüfkörper und Werkstoff Stromstärke [mA]

Pixelsumme der Artefaktrange (0-49 und 69-249)

1 Guttapercha-Kugel 14 395450 2 Zirkoniumdioxid-Würfel 14 355236 3 Zirkoniumdioxid-Würfel 10 349576 4 NEM-Würfel 14 309374 5 NEM-Würfel 10 307804 6 Composite-Würfel 10 302816 7 NEM-Kegel 10 280607 8 Zirkoniumdioxid-Zylinder 10 269184 9 Zirkoniumdioxid-Kegel 10 269081 10 Guttapercha Würfel 10 268152 11 NEM-Kegel 14 267103 12 Guttapercha-Zylinder 10 266983 13 Composite-Kegel 10 266692 14 Composite-Würfel 14 266484 15 Titan-Würfel 10 264004 16 Titan-Würfel 14 261531 17 Titan-Zylinder 14 255919 18 Zirkoniumdioxid-Kegel 14 255900 19 Composite-Kegel 14 255833 20 Guttapercha-Würfel 14 254655 21 NEM-Zylinder 10 251087 22 Titan-Kegel 14 250647 23 Titan-Kegel 10 250475 24 Zirkoniumdioxid-Zylinder 14 250137 25 NEM-Kugel 10 250135 26 Guttapercha-Kegel 10 247926 27 Zirkoniumdioxid-Kugel 10 247496 28 Composite-Zylinder 10 254700 29 NEM-Kugel 14 245136 30 Zirkoniumdioxid-Kugel 14 244481 31 Composite-Zylinder 14 243353 32 Lithiumdisilikat-Würfel 10 242706 33 Guttapercha-Kegel 14 242252 34 Composite-Kugel 10 241417 35 Titan-Zylinder 14 241280 36 Guttapercha-Kugel 10 240727 37 Guttapercha-Zylinder 14 238912 38 Titan-Kugel 14 238629 39 Titan-Kugel 10 238452 40 NEM-Zylinder 14 237902 41 Lithiumdisilikat-Zylinder 10 236283 42 Composite-Kugel 14 233466 43 Lithiumdisilikat-Würfel 14 231285 44 Lithiumdisilikat-Kegel 10 229720 45 Lithiumdisilikat-Kugel 10 228148 46 Lithiumdisilikat-Kugel 14 227844 47 Lithiumdisilikat-Zylinder 14 226330 48 Lithiumdisilikat-Kegel 14 225482

56

Abbildung 5-35 Diagramm zum Vergleich der Artefaktintensität der verschiedenen Werkstoffe

5.5.1 Composite

Die Composite-Prüfkörper bildeten stärkere Artefakte als Lithiumdisilikat und Titan aus

(Abbildung 5-35). Für den Composite-Würfel in der 10 mA Aufnahme traten die meisten

Artefakte für diesen Werkstoff auf (s. Tabelle 5-5). Bei den 10 mA Aufnahmen der Compo-

site-Prüfkörper wurde dieser gefolgt von den Prüfkörpern Kegel, Zylinder und Kugel. Bei

den 14 mA Aufnahmen trat die größte Pixelsumme der Artefaktrange bei dem Prüfkörper

Würfel gefolgt von Kegel, Zylinder und Kugel auf. Die Werte für die 10 mA Aufnahmen wa-

ren immer größer als die für die 14 mA Aufnahmen derselben Prüfkörper.

5.5.2 Guttapercha

Die stärksten Artefakte aller untersuchten Prüfkörper wurden durch die Guttapercha-Kugel

der 14 mA Aufnahme verursacht (Tabelle 5-5). Die Pixelsumme der Artefaktrange der 14

mA Aufnahme wurde gefolgt von Würfel, Kegel und Zylinder. Bei der 10 mA Aufnahme

betrug die Reihenfolge Würfel, Zylinder (bzw. Zylinder, Würfel bei Nichtbeachtung des

Nullwertes), Kegel und Kugel. Bis auf die Guttapercha-Kugel lagen die Pixelsummen der

Artefaktrange der 10 mA Aufnahmen stets über denen der 14 mA Aufnahmen. Insgesamt

verursachten Guttapercha-Prüfkörper die zweitstärksten Artefakte (Abbildung 5-35).

57

5.5.3 Lithiumdisilikat

Bei den Prüfkörpern aus Lithiumdisilikat traten vergleichsweise wenig Artefakte auf. Die

Pixelsummen innerhalb der Grauwertrange der Artefakte lagen im Vergleich zu anderen

Materialen stets im unteren Bereich der Rangliste (Positionen 32-48 in Tabelle 5-5). Die

Werte für die Aufnahmen mit 10 mA lagen für alle Prüfkörper über denen der Aufnahmen

mit 14 mA. Im einzelnen Vergleich der Prüfkörperformen traten die meisten Artefakte bei

dem Würfel auf. Dieser wurde bei den 10 mA Aufnahmen gefolgt von den Prüfkörpern Zy-

linder, Kegel und Kugel und bei den 14 mA Aufnahmen von Kugel, Zylinder und Kegel.

5.5.4 Nichtedelmetall-Legierung

Relativ starke Artefakte wurden durch die NEM-Prüfkörper verursacht (Abbildung 5-35).

Die Pixelsummen der Artefaktrange der 10 mA Aufnahmen waren, mit Ausnahme des

NEM-Würfels, dessen Wert in der 14 mA Aufnahme geringfügig größer war, höher als die

der 14 mA Aufnahmen (Tabelle 5-5). Hierbei lag die Reihenfolge bei den 10 mA Aufnah-

men bei Würfel, Kegel, Zylinder und Kugel, bei 14 mA bei Würfel, Kegel, Kugel und Zylin-

der.

5.5.5 Titan

Bei den Prüfkörpern aus Titan traten die meisten Artefakte bei den Würfeln auf (Tabelle

5-5), gefolgt von Zylinder, Kegel und Kugel für die 10 mA Aufnahmen sowie Kegel, Zylin-

der und Kugel für die 14 mA Aufnahmen. Bei diesem Werkstoff war die Artefaktintensität

der 10 mA Aufnahmen nicht immer größer als die der 14 mA Aufnahmen. Der Kegel und

die Kugel hatten in den 14 mA Aufnahmen höhere Pixelsummen innerhalb der Artefakt-

range als in den 10 mA Aufnahmen.

5.5.6 Zirkoniumdioxid

Die stärksten Artefakte wurden im Gesamtvergleich der Werkstoffe von den Prüfkörpern

aus Zirkoniumdioxid verursacht (Abbildung 5-35). Hierunter belegten die Zirkoniumdioxid-

Würfel in der Rangliste der Prüfkörper die Ränge zwei und drei (Tabelle 5-5). Es wurden

jedoch bei der Aufnahme mit 14 mA stärkere Artefakte verursacht als mit der Aufnahme

von 10 mA. Bei allen anderen Körpern lagen die Werte der Artefaktrangepixel für die 10

mA Aufnahmen vor denen von 14 mA. In der Reihenfolge der Artefaktstärke folgten den

Würfeln bei den 10 mA Aufnahmen die Körper Zylinder, Kegel (bzw. Kegel, Zylinder bei

58

Nichtmiteinbeziehung des Grauwertes Null) und Kugel und bei den 14 mA Aufnahmen Ke-

gel, Zylinder und Kugel.

5.6 Artefaktintensität der Prüfkörperformen

Ein Einblick in die Stärke der Artefakte bei Testung verschiedener Prüfkörperformen ist

aus den Diagrammen der Abbildung 5-36 bis Abbildung 5-38 ersichtlich. Die Mittelwerte

der Pixelhäufigkeiten innerhalb der Grauwertrange des Artefaktbereiches sind für die Prüf-

körperformen aller Materialien dargestellt. Hierbei wurden die Mittelwerte für die 10 mA

und 14 mA Aufnahmen sowie der Gesamtmittelwert berücksichtigt. Für alle untersuchten

Werkstoffe und Aufnahmeparameter war die Artefaktausprägung der Würfel am stärksten.

Der geringste Wert wurde in der Gesamtwertung sowie bei den 14 mA Aufnahmen für die

zylindrischen Prüfkörper und bei den 10 mA Aufnahmen für die Kugeln verzeichnet. Ein

Unterschied in der Rangfolge der Artefaktausprägung der Prüfkörper bei Beachtung und

Nichtmiteinbeziehung des Grauwertes Null lag nicht vor.

Abbildung 5-36 Artefaktintensität der untersuchten Prüfkörper in den 10 mA Aufnahmen

59

Abbildung 5-37 Artefaktintensität der untersuchten Prüfkörper in den 14 mA Aufnahmen

Abbildung 5-38 Artefaktintensität der untersuchten Prüfkörper unabhängig der verwendeten Strom-

stärke

60

6 Diskussion

6.1 Methodendiskussion

6.1.1 Auswahl der Prüfkörper

In bisherigen Artefakt-Studien wurden zylindrische Prüfkörper, z.B. mit einem Durchmes-

ser von 4 mm (Schulze et al. 2010) oder 5,2 mm (Pauwels et al. 2011) verwendet. Diese

wurden aus Titan (Schulze et al. 2010; Pauwels et al. 2011) und Blei (Pauwels et al. 2011)

hergestellt. Ebenso werden Quader eines Ausmaßes von 10 x 10 x 20 mm aus Aluminium,

Kupfer und knochenäquivalentem Material (Katsumata et al. 2006) sowie Brackets aus

Keramik, Kunststoff, Edelstahl und Titan (Sanders et al. 2007) als Prüfkörper verwendet.

In dieser Studie wurden häufig verwendete zahnärztliche Werkstoffe in verschiedenen

geometrischen Körpern auf ihr Artefaktverhalten im DVT hin untersucht.

Es wurden sowohl Füllungsmaterialien (Composite, Guttapercha) als auch Materialien für

den Zahnersatz und Implantatwerkstoffe (Lithiumdisilikat, Titan, NEM, Zirkoniumdioxid)

ausgewählt. Im Patientenmund finden diese Werkstoffe zum Teil in sehr komplexen For-

men Anwendung (z.B. als mehrflächige Füllungen, Kronen oder Prothesengerüste). Da

sich ein Rückschluss der Artefaktmorphologie auf bestimmte Werkstoffformen in diesem

Falle jedoch sehr schwierig gestaltet, wurden zur Vereinfachung Prüfkörper in einfachen

geometrischen Formen (Kreiskegel, Kugel, Würfel und Zylinder) hergestellt. Auf diese

Weise gewonnene Erkenntnisse können nur in Teilen auf komplexere Formen übertragen

werden.

Des Weiteren werden die Werkstoffe beim Patienten in verschiedenen Schichtstärken von

weniger als einem Millimeter (z.B. Fissurenversiegelung aus Composite-Material) bis mehr

als einem Zentimeter (z.B. Brückenglied oder Implantatkrone mit Abutment) verwendet. Es

wurde postuliert, dass sich die einzelnen Artefakte bei größeren Dimensionen deutlicher

ausbilden, weshalb ein Durchmesser, eine Höhe und eine Kantenlänge von 1 cm für die

Prüfkörper ausgewählt wurden. Um gleichzeitig aber auch Artefaktausbildungen bei kleine-

ren Dimensionen zu untersuchen wurde als Prüfkörper ein Kreiskegel ausgewählt. So soll-

ten in Axialschnittbildern auch im Bereich der Kegelspitze bei geringem Materialdurch-

messer entstehende Artefakte untersucht werden.

Weitergehende Untersuchungen von Artefakten bei verschiedenen Schichtstärken und

komplexeren Formen der Werkstoffe sind für zukünftige Studien zu empfehlen.

61

6.1.2 Herstellung der Prüfkörper

Die Titan-Prüfkörper wurden aus unterschiedlichen Titanlegierungen hergestellt, da das

Reintitan Grad 4 der vorgefertigten Titanstangen nicht gießfähig war und das Ausmaß der

Titanstangen (mit einem Durchmesser von 12 mm) nicht zum Fräsen des Titan-Würfels

direkt aus der Stange ausreichte. Da die Biotan™ Nb Gusslegierung jedoch zu über 86

Gewichtsprozent aus Titan besteht und beide Legierungen die gleiche Dichte besitzen,

wurde angenommen, dass die auftretenden radiologischen Unterschiede bezüglich des

Artefaktverhaltens für beide Legierungen vernachlässigbar sind.

Aus verfahrenstechnischen Gründen war es nicht möglich, dass alle Prüfkörper exakt die

gleichen geometrischen Verhältnisse aufwiesen. Bei der Modellierung von Hand, bzw.

durch Ungenauigkeiten der eingesetzten Geräte traten Abweichungen der Längenverhält-

nisse (der Durchmesser bzw. Seitenkanten), der Winkel, der Oberflächenbeschaffenheit

und im Bereich der scharfen Kanten der Prüfkörper auf. Bei der Bewertung der Ergebnisse

ist zu beachten, dass exakte geometrische Verhältnisse der Prüfkörper geringe Abwei-

chungen von den beschriebenen Artefaktmorphologien hervorrufen könnten.

6.1.3 Einbettung der Prüfkörper

Für die Studie wurde versucht, möglichst praxisnahe Rahmenbedingungen zu schaffen.

Die Röntgenstrahlung sollte, wie bei der Durchführung eines DVT bei einem wahren Pati-

enten, zuerst durch eine weichgewebsähnliche Masse hindurch dringen, bevor sie auf die

Prüfkörper aus zahnärztlichen Werkstoffen traf. Es wurde versucht eine Masse herzustel-

len, die wie humanes Weichgewebe einen hohen Wassergehalt besitzt und sich radiolo-

gisch ähnlich darstellt. Dieses Ziel wurde mit dem Geliermittel Agartine bei einem Wasser-

gehalt von ca. 95 % der entstandenen Masse erreicht. Es ist nicht abschließend geklärt,

ob sich die Artefaktentstehung im DVT eines Patienten, bei dem die Röntgenstrahlung

durch echtes Weichteilgewebe dringt, gleich verhält, wie es in dieser Studie mit der weich-

gewebsähnlichen Geliermasse gezeigt wurde.

Die Auswahl der zylindrischen Form, in die die weichgewebsähnliche Masse eingebracht

wurde, erfolgte in Anlehnung an die Dimension eines menschlichen Unterkiefers. Das Vo-

lumen des Geliermittelkörpers wurde etwas größer gewählt als das verwendete FOV, um

Positionierungsfehler außerhalb des FOV vorzubeugen.

Ungenauigkeiten in der Zubereitung der Geliermasse durch verschieden starke Wasser-

verdampfungen bei Zubereitung der Masse auf unterschiedlichen Herdplatten, und variie-

renden Lagerungszeiten vor den Versuchen (Schrumpfungen durch Wasserabgabe) führ-

62

ten zu geringen Unterschieden im Wassergehalt der Masse. Dies kann sich in einer variie-

renden radiologischen Darstellung der weichgewebsähnlichen Masse widerspiegeln, wel-

che jedoch nicht weiter verifiziert wurde. Beim Befüllen der zylindrischen Formen wurde

darauf geachtet, dass es zu keinen Lufteinschlüssen zwischen den beiden Gelschichten

und dem Prüfkörper kam, da solche das radiologische Bild beeinflussen könnten.

6.1.4 DVT Aufnahmen

Die DVT-Aufnahmen wurden je Prüfkörper unter zwei verschiedenen Stromstärkeeinstel-

lungen angefertigt. Hierdurch sollte ein eventueller Unterschied der Artefaktausprägung

und -morphologie bei höherem Dosisprotokoll untersucht werden. Das ausgewählte FOV

von Ø 90 x 50 mm Höhe entsprach der regulären Einstellung für eine Unterkieferaufnahme

(ohne Kiefergelenk), welches zum Beispiel für die dreidimensionale Darstellung verlagerter

Weisheitszähne verwendet werden kann. Für die Bewertung der Ergebnisse dieser Studie

ist zu beachten, dass die automatisierte Artefaktreduktion für die Aufnahmen ausgeschal-

tet wurde und die Artefakte somit in den Schnittbildern stärker ausfallen als nach der

(normalerweise verwendeten) Artefaktreduktion. Unterschiede der Artefaktdarstellungen

mit und ohne automatisierter Artefaktreduktion müssen in weitergehenden Studien unter-

sucht werden.

6.1.5 Auswertung der Datensätze

Die Grauwertrange der Geliermasse wurde als Pixel der Grauwerte 50-68 definiert. Die

Auswahl erfolgte, da in diesem Grauwertbereich eine Pixelhäufigkeit von über 1000 Pixeln

vorlag, was verglichen mit den übrigen Häufigkeiten ein signifikant höherer Wert war (Ta-

belle 8-1 im Anhang). Die Grauwertrange der Prüfkörper lag zwischen 250 und 255, so-

dass sich eine Artefakt(grauwert-)range von 0-49 sowie 69-249 ergab.

Beispielhaft für die einzelnen Prüfkörperregionen (Mitte und Grundfläche der Prüfkörper

sowie Kegelspitze) wurden verschiedene Axial- und Koronalschnitte ausgewählt, da nicht

alle Schnittbilder der 48 Datensätze (mit Prüfkörper) auf auftretende Artefakte hin unter-

sucht werden konnten. Bei der Bewertung der Ergebnisse ist zu beachten, dass in ande-

ren Schnittbildern hiervon abweichende Artefakte auftreten können. Sagittalschnitte wur-

den nicht ausgewertet, da die Artefaktmorphologie weitgehend der der Koronalschnitte

entsprach.

Die Artefakte wurden mit Hilfe eines Plug-in für die ImageJ Software anhand der oben

aufgeführten Einteilung der Grauwertbereiche farbig herausgestellt und anschließend be-

63

schrieben. Bei der Beurteilung der Ergebnisse ist darauf zu achten, dass eine abweichen-

de Definition des Artefakt- und Geliermassenbereiches andere Ausmaße der Artefaktflä-

chen darstellen würde. Dies betrifft jedoch im Wesentlichen die periphereren Regionen, in

denen die Artefakte ohnehin nur abgeschwächt sichtbar sind. Das heißt, dass die Grau-

werte der Artefakte sich in Richtung Peripherie immer stärker an die der Geliermasse an-

nähern. In einem solchen Fall wäre die Länge der Streifenartefakte in peripherer Richtung

länger oder kürzer. Die Grundstruktur und die dem Prüfkörper nahe liegenden Artefakte

sind in ihrem Grauwert jedoch größtenteils so weit von dem Grauwert der Geliermasse

abweichend, dass sie stets als Artefakt gefärbt werden. Da bei der anschließenden Be-

schreibung der Hauptartefakte der Fokus auf Strukturen der Artefakte und weniger auf

deren Flächen- und Streckenausmaße gelegt wurde, spielt diese Tatsache für diese Stu-

die nur eine untergeordnete Rolle. Die Auswertung und Beschreibung der Ringartefakte

erfolgte mit Hilfe der gesamten 451 Axialschnitte der dreidimensionalen Datensätze, um

den Verlauf dieser Artefakte entlang des Prüfkörpers zu untersuchen. Es wurden hierbei

stets die Graustufenbilder verwendet, da bei diesen die Ringartefakte stärker in Augen-

schein traten.

6.1.6 Beurteilung der Artefaktintensität

Das Ausmaß der Artefaktausprägung sollte für die einzelnen Prüfkörperformen und Werk-

stoffe untersucht und verglichen werden. Eine Einteilung nach rein optischen Kriterien ge-

staltete sich durch die teilweise nur geringen Unterschiede als schwierig und subjektiv.

Eine Histogrammanalyse wurde stattdessen durchgeführt und die Pixelsummen der

Grauwerte innerhalb der Artefaktrange berechnet und verglichen. Diese Summen wurden,

als Maß für die Stärke der Artefaktausprägung, für die einzelnen Materialien und Prüfkör-

performen gegenübergestellt und verglichen.

Hierbei zu beachtende Ungenauigkeiten wurden durch einen im Axialschnitt nicht immer

konstanten schwarzen Randbereich (mit einem Grauwert von Null) um die runde Gelier-

masse verursacht. Zur Minimierung dieses Ungenauigkeitsbereiches wurden alle Histo-

grammanalysen auch mit einer Artefaktrange von 1-49 sowie 69-249 durchgeführt. Hierbei

wurden der Randbereich und innerhalb der Geliermasse auftretende Grauwerte von Null

nicht mit in die Pixelsummen der Artefakte einbezogen. Dies schloss zwar die Ungenauig-

keiten durch den schwarzen Randbereich aus, bei Vorhandensein eines Artefaktbereiches

mit dem Grauwert von Null innerhalb der Geliermasse trat allerdings eine neue Ungenau-

igkeit auf. In einem solchen Fall fiel die Pixelsumme der Artefakte geringer aus, als sie

64

eigentlich war. Ein Vergleich beider Pixelsummen mit bzw. ohne den Grauwert von Null

ergab in 20,8% der Aufnahmen eine Abweichung, die allerdings nur um durchschnittlich

1,4 Positionen in der Rangliste (bei einer maximalen Abweichung von 3 Positionen) lag,

sodass von einer relativen Genauigkeit der Methodik ausgegangen wurde. Für eine voll-

ständige Relevanz der Ergebnisse wäre jedoch eine exakte Bestimmung der Pixelanzahl

mit Null-Grauwerten innerhalb der Geliermasse notwendig. Dies ließe sich mit der Ent-

wicklung komplexerer Plug-ins für das ImageJ Programm in zukünftigen Studien realisie-

ren. Zum Zeitpunkt dieser Studie waren jedoch keine geeigneten Programmerweiterungen

verfügbar.

6.2 Ergebnisdiskussion

6.2.1 Hauptartefakte

6.2.1.1 Streifenartefakte

Die in der Literatur hauptsächlich für Metalle beschriebenen streifenförmigen Artefakte (De

Man et al. 1999; Scarfe et al. 2008; Schulze et al. 2011) konnten in allen betrachteten

Schnittbildern für alle sechs untersuchten Werkstoffe, alle Prüfkörperformen und beide

durchgeführten Aufnahmeparameter nachgewiesen werden. Die beschriebene Morpholo-

gie von hyper- und hypodensen Streifen, die von Metallobjekten ausgehen, konnte auch

für nichtmetallische Werkstoffe (Composite, Guttapercha, Lithiumdisilikat und Zirkoniumdi-

oxid) gezeigt werden.

Als Ursachen für diese, unter Hauptartefakten (Kapitel 5.2) beschriebenen Streifenartefak-

te, die von den untersuchten Prüfkörpern ausgehen, werden in der Literatur vor allem

Strahlenaufhärtung und EEGE, aber auch Rauschen, Streustrahlung und Bewegungen (in

dieser Studie als Ursache auszuschließen) angesehen (De Man et al. 1999; Zhang et al.

2007; Scarfe et al. 2008; Meilinger et al. 2011; Schulze et al. 2011). Meist entstehen die

Artefakte jedoch nicht durch einen einzelnen Effekt, sondern sind durch die Kombination

von mehreren Ursachen bedingt (Kalender 2006). Zhang et al. (2007) berichteten über

eine Veränderung der Sichtbarkeit von Weichgewebe durch Streifenartefakte. Diese Be-

obachtung kann durch die Ergebnisse dieser Studie gestützt werden. Da Streifenartefakte

nicht nur als mathematische Geraden sondern sogar als breitere Streifenbündel auftraten,

waren Regionen der weichgewebsähnlichen Masse im Verlauf der Streifenartefakte teil-

weise noch weit vom Prüfkörper entfernt im Grauwert verändert dargestellt. Eine Interpre-

65

tation von Strukturen in diesen Bereichen wäre nur eingeschränkt möglich, da diese durch

Artefakte verändert abgebildet werden.

Auffällig für Streifenartefakte war deren Darstellungsform bei den Würfelprüfkörpern. Bei

den Werkstoffen Composite, Guttapercha, Lithiumdisilikat und Titan gingen die Streifenar-

tefakte von der Würfelecke aus und verliefen in Verlängerung der Seitenkante, wie es von

dem EEGE bekannt ist (De Man et al. 1999). Streifenartefakte, die hingegen in den Daten-

sätzen von NEM und Zirkoniumdioxid-Würfeln entstanden, gingen von den Seitenkanten

des Würfels im ca. 45°-Winkel ab. Die Ursache für den Verlauf der Streifenartefakte muss

deshalb nicht nur in der Prüfkörperform, sondern auch in den Werkstoffeigenschaften lie-

gen. Um unterschiedliche Positionierungen der Würfelprüfkörper im DVT-System als Ur-

sache hierfür auszuschließen, wurden mehrere Probeaufnahmen mit verschiedenen Wür-

fel-Positionierungen vorgenommen. Dabei zeigte sich, dass der Verlauf der Streifenarte-

fakte für die verschiedenen Werkstoffe stets gleich blieb. Eine andere Photonenstreuung

durch die höhere Dichte der drei Werkstoffe NEM, Titan und Zirkoniumdioxid wäre eine

mögliche Ursache.

6.2.1.2 Sonstige flächenhafte Artefakte

Die unmittelbare Umgebung der Prüfkörper wurde bei allen untersuchten Werkstoffen um

die gesamte Prüfkörperoberfläche herum durch Artefakte beeinflusst dargestellt. Selbst bei

Materialien mit geringen artefaktausprägenden Eigenschaften, wie der Lithiumdisilikat-

Keramik, traf diese Beobachtung zu. Durch Artefakte beeinflusste Flächen waren zwar vor

allem in axialer Richtung um die Prüfkörper zu finden, aber auch in vertikaler Richtung wa-

ren benachbarte Regionen betroffen. Es konnte gezeigt werden, dass durch Artefakte ver-

ändert dargestellte Flächen auch weit entfernt der Prüfkörper in der weichgewebsähnli-

chen Masse auftreten (vgl. beispielsweise Abbildung 5-14).

Aus diesen Beobachtungen lässt sich schließen, dass Beurteilungen von Strukturen in

unmittelbarer Umgebung von zahnärztlichen Werkstoffen mit Hilfe der DVT mit Vorsicht zu

treffen sind, beziehungsweise größtenteils nicht möglich sind. Periimplantäre Regionen

beispielsweise sind nicht nur in axialer, sondern auch in vertikaler Richtung durch Artefak-

te verändert. Beurteilungen von Strukturen, die entfernt zu zahnärztlichen Werkstoffen im

Weichgewebe liegen, können ebenfalls durch Artefakte fehlgeleitet werden.

6.2.1.3 Auslöschungen um die Prüfkörper

Auslöschungsartefakte traten nicht in allen, jedoch in sehr vielen Aufnahmen auf. Wenn

Auslöschungsartefakte auftreten, würde man vermuten, dass sie in den Bereichen neben

66

dem größten Durchmesser der Prüfkörper zu finden sind, da die Röntgenstrahlen hier

beim Durchgang durch die Materie auf längerem Weg absorbiert werden und keine Inten-

sität am Detektor gemessen werden kann. Die Ergebnisse der Untersuchungen mit der

Prüfkörperform Kegel zeigten jedoch, dass die Auslöschungen auch in Regionen seitlich

der Kegelspitze lagen (Abbildung 5-7 und Abbildung 5-8), wo die Röntgenstrahlen in Pro-

jektionsrichtung nur einen geringen Materialdurchmesser durchquerten. Das Ausmaß der

Auslöschungsartefakte im Vergleich zum Körperdurchmesser erschien hier besonders

gravierend. Die Auslöschungsartefakte befanden sich bei den Kegeln, sofern sie auftraten,

im Verlauf der sie tangierenden Streifenartefakte. Mit abnehmendem Kegeldurchmesser

(in Richtung der Spitze des Kegels) konvergierten die Schenkel der Streifenartefakte (mit

enthaltenen Auslöschungen) so nah am Prüfkörper, dass sich die Auslöschungen beider

Streifen zu einem Auslöschungsbereich seitlich der Kegelspitze vereinigten (Abbildung 5-1

und Abbildung 5-7). So kam es hier zu einem beträchtlichen Ausmaß an Auslöschungen.

In der Zahnheilkunde finden kegelähnliche Formen und kleine Werkstoffdurchmesser An-

wendung, z.B. in Form von Wurzelkanalfüllungen, Wurzelstiften oder Implantaten. Auf-

grund der Beobachtungen in dieser Studie ist es zum Beispiel denkbar, dass bei Implanta-

ten, gerade im Bereich der Implantatspitze, die oft einen geringeren Durchmesser aufweist

als der Implantatkörper (also eine ähnliche Struktur vorweist wie der Kegel), Auslö-

schungsartefakte im Bild entstehen. Da dieser Bereich für die Diagnostik oft die wichtigste

Rolle spielt (z.B. für den Ausschluss von Perforationen der Kieferhöhle, Verletzungen von

Nachbarzahnwurzeln, Nerven oder Ähnlichem nach der Implantation), könnten in diesem

Fall Befunde im DVT vorgetäuscht werden bzw. nicht zu beurteilen sein.

Bei den kugelförmigen Prüfkörpern waren die Auslöschungsartefakte, ähnlich wie bei den

Kegeln, weniger in Projektionsrichtung des längsten Strahlendurchgangs durch den Kör-

per (also in Verlängerung der Kugelmitte) zu finden. Es traten bei NEM und Zirkoniumdi-

oxid im Koronalschnitt zwar kleinere ovale Auslöschungsartefakte entlang der gesamten

Kugeloberfläche auf (Abbildung 5-12), die Mehrheit der Auslöschungen befand sich aber,

ähnlich wie bei den Kegeln, im Verlauf der die Kugelaußenseiten tangierenden Streifenar-

tefakte. Gerade die ovalen Auslöschungen könnten, nicht als Artefakt erkannt, z.B. kariöse

Läsionen an Nachbarzähnen vortäuschen.

Die Lage der Auslöschungsartefakte, als parallel zur Würfelseitenfläche ausgelöschte Bal-

ken, war in den Koronalschnitten entweder an die Würfelseitenfläche angrenzend oder im

Abstand dazu gelegen. Die Lage variierte je nach Position des Würfels zu der Koronale-

bene des DVT-Systems und je nach Lokalisation des ausgewählten Koronalschnittes

(Abbildung 8-2 und Abbildung 8-3 im Anhang). Da die weichgewebsähnliche Masse nicht

67

durchsichtig war und die eingebetteten Prüfkörper durch diese nicht sichtbar waren, konn-

ten die Würfel bei der Positionierung im DVT-Gerät nicht exakt mit ihren Seitenflächen

parallel zur Koronal- und Sagittalebene des DVT-Systems ausgerichtet werden. Somit er-

folgte der Koronalschnitt, anstatt eines zur Würfelseitenfläche parallelen Verlaufs, leicht

diagonal durch den Prüfkörper. Hierdurch ist auch die verbreiterte Erscheinung der Wür-

felprüfkörper im Koronalschnitt zu erklären (Abbildung 8-2 und Abbildung 8-3 im Anhang).

Bei Betrachtung der Lokalisation der Auslöschungsartefakte der Zylinder-Prüfkörper im

Axialschnitt (entlang der Streifenartefakte an Vorder- und Rückseite des Zylinders) lässt

sich leicht erkennen, dass in den Koronalschnitten keine seitlich des Zylinders auftreten-

den „Auslöschungsbänder“ wie bei den Würfeln sichtbar werden. Die Koronalschnitte wur-

den im Bereich der Prüfkörpermitte gewählt und diese Ebene verläuft genau in der Mitte

zwischen den auf beiden Seiten des Zylinders befindlichen Streifenartefakten (Abbildung

8-4 im Anhang).

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Auslöschungsartefakte bei fast allen unter-

suchten zahnärztlichen Werkstoffen auftraten. Bei gering Artefakt-ausprägenden Werkstof-

fen, wie Lithiumdisilikat, waren die Auslöschungsartefakte geringer ausgeprägt oder es

waren anstelle von ausgelöschten nur hypodense Bereiche sichtbar. Die Morphologie der

Auslöschungsartefakte ist sowohl werkstoff-, als auch formabhängig. Auslöschungsarte-

fakte treten meist im Verlauf der den Werkstoff tangierenden Streifenartefakte auf und

grenzen somit, je nach betrachteter Schicht, nicht unmittelbar an den Werkstoff selbst an.

Da sich Auslöschungsartefakte im DVT als schwarze Bereiche darstellen, können sie

leicht als kariöse Läsionen, apikale Aufhellungen, Perforationen oder Ähnliches fehlinter-

pretiert werden.

6.2.2 Ringartefakte

Ringartefakte waren bei den Prüfkörpern Zylinder und Würfel nur im Randbereich um de-

ren Ober- und Unterseite aufzufinden. Bei den Kegelprüfkörpern bildeten sich über die

gesamte Prüfkörperhöhe Ringartefakte aus und bei den Kugelprüfkörpern verhielt es sich,

bis auf einen kleinen, mittigen artefaktfreien Bereich, gleich. Ringartefakte stellten sich als

hyper- und hypodense Kreisabschnitte dar, die mehr oder weniger zirkulär um den zentra-

len Prüfkörper verliefen.

Der Theorie, dass Ringartefakte durch defekte oder schlecht kalibrierte Detektorelemente

bedingt seien (Barrett et al. 2004; Sijbers et al. 2004; Chen et al. 2009; Nelms et al. 2009;

Schulze et al. 2011), widersprechen die Beobachtungen dieser Studie. Wären nur defekte

68

Detektorelemente ursächlich für die Ringartefakte, würden sich diese als zirkuläre, gleich-

farbige Ringe in den Axialschichten darstellen und nicht als variierende Kreisabschnitte

verschiedener Grauwerte erscheinen. Zudem müssten in diesem Fall die Ringartefakte

unabhängig von der Prüfkörperform und dem Werkstoff stets gleich verlaufen. Ebenfalls

gegen die Detektorelemente als (alleinige) Ursache für Ringartefakte spricht die Tatsache,

dass in den DVTs der weichgewebsähnlichen Masse (ohne enthaltenden Prüfkörper) kei-

ne Ringartefake zu finden waren.

Als weitere Ursache für das Auftreten von Ringartefakten wurden in der Literatur die ko-

stengünstigeren kleinen Detektoren aufgeführt, bei denen nur ein zylindrischer Bereich

des FOV um das Rotationszentrum herum kontinuierlich über 360° gescannt wird und es

im Übergang dieses Bereiches zu Ringartefakten kommen könnte (Schulze et al. 2011).

Diese Theorie könnte zwar zutreffen, fraglich ist jedoch, wieso die Ringe dann nicht über

die gesamte Höhe des Prüfkörpers zirkulär anzutreffen sind und wieso sie dann ebenfalls

nicht in den Axialschnitten der alleinigen weichgewebsähnlichen Masse zu finden sind.

Eine mögliche Ursache wäre ein Zusammenhang der Entstehung von Ringartefakten mit

dem Vorhandensein von röntgendichten Werkstoffen im untersuchten Objekt. Da die

Ringartefakte hauptsächlich um den Bereich des Überganges von hochabsorbierendem

Prüfkörper zu niedrigabsorbierender weichgewebsähnlicher Masse herum zu finden sind,

ist eine Ursache, wie Sijbers et al. (2004) oder Antoine et al. (2002) sie schilderten, eher

denkbar. Sijbers et al. (2004) beschrieben diese als durch abweichende Pixelantworten

(wie sie z.B. bei Strahlenaufhärtung auftreten) bedingt, Antoine et al. (2002) sahen Varia-

tionen und Imperfektionen des einfallenden Röntgenstrahles als Ursachen hierfür. Eben-

falls ist eine Kombination mehrerer Ursachen möglich. Weiterführende Studien zur ab-

schließenden Ursachenklärung für Ringartefakte sind weiterhin notwendig. Gezeigt wer-

den konnte jedoch nur, dass durch Ringartefakte ebenfalls Regionen weit entfernt von den

zahnärztlichen Werkstoffen verändert dargestellt werden, wodurch die Bildqualität ver-

schlechtert wird und es zu diagnostischen Fehlinterpretationen kommen kann.

6.2.3 Alias-Artefakte

Die Alias-Artefakte in den untersuchten DVTs dieser Studie stellten sich in den Axialschnit-

ten als vom Zentrum zur Peripherie hin divergierende Linienmuster dar. Diese Morpholo-

gie stimmt mit der von Scarfe et al. (2008) sowie Schulze et al. (2011) beschriebenen und

durch den Konusstrahl-Effekt sowie „Under-sampling“ (vgl. Kapitel 2.4.5 Alias-Artefakte)

bedingten Morphologie überein. Die eigentlich homogene Struktur der weichgewebsähnli-

69

chen Masse war verändert dargestellt, was zeigt, dass eine Beurteilung von Weichgewe-

ben mittels DVT (zusätzlich zur verminderten Kontrastdarstellung von Weichgeweben in

der DVT) durch Alias-Artefakte behindert wird. Die Einbußen der Bildqualität durch die Ali-

as-Artefakte fielen, verglichen mit denen durch die Hauptartefakte, zwar gering aus, den-

noch sind für eine Bildverbesserung zusätzliche technische und mathematische Entwick-

lungen der DVT Systeme notwendig.

6.2.4 Artefaktintensitäten - Histogrammanalyse

In dieser Studie konnten werkstoffabhängige Unterschiede im Ausprägungsmaß von Arte-

fakten in der DVT gezeigt werden. Verstärkte Ausbildungen von Artefakten waren bei-

spielsweise in den DVTs von Objekten mit Zirkoniumdioxid-Prüfkörpern zu sehen. Auch

Prüfkörper aus Guttapercha und NEM bildeten starke Artefakte aus, Lithiumdisilikat-

Prüfkörper hingegen sehr schwache. Die meisten Artefakte in DVT-Aufnahmen entstehen

in Gegenwart von Werkstoffen, die die Röntgenstrahlung stark abschwächen (vgl. Kapitel

2.4.1, 2.4.2, 2.4.7). Da die Abschwächung (neben der Energie der Strahlung) abhängig

von der Ordnungszahl, Dichte und Schichtdicke des durchstrahlten Werkstoffes ist

(Schlungbaum et al. 1993), ist zu vermuten, dass die starke Artefaktentstehung bei Prüf-

körpern aus Zirkoniumdioxid und NEM wahrscheinlich auf die hohe Ordnungszahl der ent-

haltenen Elemente (Zirkonium 40; NEM: Kobalt 27 und Chrom 24) sowie auf die hohe

Dichte der Werkstoffe (NEM 8,5 g/cm3; Zirkoniumdioxid 6,1 g/cm3) zurückzuführen ist. Die

Guttapercha-Prüfkörper verursachten trotz geringster Dichte (0,9 g/cm3) die zweitstärksten

Artefakte, was vermutlich durch den bis zu 62%-tigen Anteil von Zinkoxid (Ordnungszahl

Zink 30) begründet ist. Titan (Dichte: 4,52 g/cm3; Ordungszahl 22) und Composite-

Prüfkörper (Dichte: 2,1 g/cm3) verursachten insgesamt mittelstarke Artefakte. Lithiumdisili-

kat bildete die schwächsten Artefakte aus, da es sowohl eine geringe Dichte (2,5 g/cm3),

als auch niedrige Ordnungszahlen der enthaltenen Elemente (Silicium 14; Sauerstoff 8;

Lithium 3) besitzt.

Auch formabhängige Unterschiede in der Intensität der Artefaktentstehung konnten aufge-

zeigt werden. Würfelförmige Prüfkörper bildeten in der DVT weit stärkere Artefakte aus als

kegelförmige, kugelförmige und zylindrische. Da bei den Würfeln als einzige der unter-

suchten Formen lange, gerade Kanten bzw. Flächen (Würfelseitenflächen) vorkamen,

lässt sich die Schlussfolgerung anstellen, dass diese geometrischen Formen für die starke

Artefaktausbildung verantwortlich sind. Das Ausprägungsmaß der Artefakte der Untersu-

chungen mit kegel-, kugel- und zylindrischen Prüfkörpern variierte bei den verschiedenen

70

Expositionsparametern (10 oder 14 mA), weshalb nicht signifikant gezeigt werden konnte,

welche dieser drei Formen stärkere Artefakte in der DVT ausbilden kann.

In einer Artefakt-Studie über die Artefaktausbildungen von Titan und Blei-Stangen, die in

ein PMMA-Phantom inseriert wurden, konnten Pauwels et al. (2011) keine signifikante

Verminderung von Bildartefakten bei hohen Dosis-Protokollen bei Verwendung des Pro-

Max 3D-Systems feststellen. Untersucht wurden hierbei 7 mA und 14 mA Aufnahmen. In

der vorliegenden Studie konnten bei Erhöhung der Stromstärke von 10 mA auf 14 mA

häufig, aber ebenfalls nur geringe Verbesserungen des Artefaktausmaßes festgestellt

werden. In ca. 20% der Fälle waren die Pixelsummen der Artefaktrange (und damit die

Intensität der Artefaktausbildung) bei den 14 mA Aufnahmen sogar größer als bei den 10

mA Aufnahmen desselben Prüfkörpers.

71

7 Zusammenfassung Ziel der Studie war es, verschiedene, in der Zahnmedizin häufig verwendete Werkstoffe, in

Kombination mit unterschiedlichen, einfachen geometrischen Formen auf ihre Artefakt-

ausbildung in digitalen Volumentomogrammen hin zu untersuchen. Gemeinsamkeiten und

mögliche Unterschiede in der Artefaktmorphologie sollten hierzu überprüft und herausge-

stellt werden. Prüfkörper aus sechs verschiedenen Werkstoffen (Composite, Guttapercha,

Lithiumdisilikat, NEM, Titan, Zirkoniumdioxid) wurden in den geometrischen Formen Kreis-

kegel, Kugel, Würfel und Zylinder hergestellt und in eine weichgewebsähnliche Masse

eingebettet. Hiervon wurden mit Hilfe des ProMax 3D-Systems DVT-Aufnahmen in jeweils

zwei verschiedenen Stromstärken angefertigt, um weiterhin eine mögliche Veränderung

der Artefaktausbildung bei Dosiserhöhung zu beobachten. Mit Hilfe einer Histogrammana-

lyse konnten die Artefaktintensitäten ausgesuchter Schnittbilder verglichen werden.

Die Morphologie der Artefakte in den DVT-Aufnahmen bildete sich sehr komplex ab. Arte-

fakte stellten sich als Streifen-, Auslöschungs-, Alias-, Ring- und sonstige flächenhafte Ar-

tefakte dar. Sie waren nicht nur in unmittelbar um die Prüfkörper gelegenen, sondern auch

in weiter entfernten Regionen ausgebildet. Sowohl werkstoff- als auch form- und dimen-

sionsabhängige Unterschiede der Artefaktmorphologie konnten aufgezeigt werden. Die

Histogrammanalyse ergab, dass von den untersuchten Werkstoffen die Prüfkörper aus

Zirkoniumdioxid die stärksten Artefakte verursachten, Lithiumdisilikat-Prüfkörper hingegen

die schwächsten. In Anbetracht der verschiedenen geometrischen Formen verursachten

die würfelförmigen Prüfkörper die Artefakte des größten Ausmaßes. Bei Erhöhung der

Stromstärke war zwar in vielen Fällen eine Verminderung der Artefaktausbildung nach-

weisbar, aufgrund der zu geringen Unterschiede konnten diese jedoch nicht abschließend

bestätigt werden.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, in welchem Ausmaß Artefakte in der DVT zu Infor-

mationsverlusten und diagnostischen Fehlinterpretationen führen können. Die aufgezeigte

komplizierte Morphologie der Artefakte unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Untersu-

chungen der komplexen physikalischen, gerätetechnologischen und mathematischen Ur-

sachen der Artefaktentstehung in der DVT, damit die Bildqualität bestehender DVT-

Systeme nachhaltig verbessert werden kann, und die Anwendungsgebiete der DVT aus-

geweitet werden können.

72

8 Anhang

Abbildung 8-1 Axialschnitt des einschichtigen Geliermittel-Kontrollkörpers (10 mA Aufnahme)

73

Tabelle 8-1 Histogramm des einschichtigen Geliermittel-Kontrollkörpers (10 mA Aufnahme)

Grauwert Pixelanzahl Grauwert Pixelanzahl Grauwert Pixelanzahl 0 210075 54 18902 108 0 1 0 55 35263 109 0 2 133 56 0 110 0 3 106 57 59930 111 0 4 70 58 0 112 0 5 82 59 111092 113 0 6 122 60 0 114 0 7 132 61 143183 115 0 8 125 62 135149 116 0 9 121 63 0 117 0

10 0 64 82570 118 0 11 108 65 0 119 0 12 58 66 26235 120 0 13 53 67 0 121 0 14 133 68 4931 122 0 15 201 69 0 123 0 16 0 70 546 124 0 17 201 71 0 125 0 18 176 72 26 126 0 19 211 73 0 127 0 20 0 74 0 128 0 21 218 75 0 129 0 22 254 76 0 130 0 23 229 77 0 131 0 24 0 78 0 132 0 25 177 79 0 133 0 26 72 80 0 134 0 27 26 81 0 135 0 28 0 82 0 136 0 29 64 83 0 137 0 30 99 84 0 138 0 31 0 85 0 139 0 32 134 86 0 140 0 33 130 87 0 141 0 34 0 88 0 142 0 35 140 89 0 143 0 36 142 90 0 144 0 37 0 91 0 145 0 38 275 92 0 146 0 39 360 93 0 147 0 40 0 94 0 148 0 41 417 95 0 149 0 42 413 96 0 150 0 43 0 97 0 151 0 44 329 98 0 152 0 45 262 99 0 153 0 46 0 100 0 154 0 47 325 101 0 155 0 48 0 102 0 156 0 49 908 103 0 157 0 50 3247 104 0 158 0 51 0 105 0 159 0 52 8245 106 0 160 0 53 0 107 0 161 0

74

Grauwert Pixelanzahl Grauwert Pixelanzahl 162 0 216 0 163 0 217 0 164 0 218 0 165 0 219 0 166 0 220 0 167 0 221 0 168 0 222 0 169 0 223 0 170 0 224 0 171 0 225 0 172 0 226 0 173 0 227 0 174 0 228 0 175 0 229 0 176 0 230 0 177 0 231 0 178 0 232 0 179 0 233 0 180 0 234 0 181 0 235 0 182 0 236 0 183 0 237 0 184 0 238 0 185 0 239 0 186 0 240 0 187 0 241 0 188 0 242 0 189 0 243 0 190 0 244 0 191 0 245 0 192 0 246 0 193 0 247 0 194 0 248 0 195 0 249 0 196 0 250 0 197 0 251 0 198 0 252 0 199 0 253 0 200 0 254 0 201 0 255 0 202 0 203 0 204 0 205 0 206 0 207 0 208 0 209 0 210 0 211 0 212 0 213 0 214 0 215 0

75

Abbildung 8-2 farbiger Axialschnitt 2 des Composite Würfels (10 mA Aufnahme); Prüfkörper nicht mit

Seitenfläche parallel zur Koronalebene (blaue Linie) ausgerichtet

Abbildung 8-3 farbiger Koronalschnitt des Composite Würfels (10 mA Aufnahme) im Bereich der blauen Linie der Abbildung 8-2; durch die Ausrichtung des Prüfkörpers bei der DVT-Aufnahme er-

scheint der Würfel verbreitert und Auslöschungsartefakte befinden sich im Abstand zur Würfelsei-

tenfläche

76

Abbildung 8-4 Ausschnitt aus farbigem Axialschnitt des NEM-Zylinders (10 mA Aufnahme); durch

Lokalisation des Koronalschnittes in der Mitte der Streifenartefakte (blaue Linie) sind in den Koro-

nalschnitten der Zylinder keine Auslöschungsbänder seitlich des Prüfkörpers wie bei den Würfel-

prüfkörpern sichtbar.

77

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82

10 Danksagung Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Herrn Priv.-Doz. Dr. Dirk Schulze für die

umfassende Unterstützung und fachliche Bewertung dieser Arbeit.

Herrn Priv.-Doz. Dr. Wael Att danke ich herzlich für die Erstellung des Zweitgutachtens.

Herrn Dr. Sebastian B. M. Patzelt danke ich für die Überlassung dieses interessanten

Themas. Für ihre hervorragende Betreuung und kompetente Hilfestellung bei der Planung,

Durchführung und Auswertung dieser Arbeit bin ich ihm und Herrn Dr. Dennis Rottke sehr

dankbar.

Herrn ZTM Siegbert Witkowski und Herrn ZT Michael Barthel gilt mein Dank für ihre Hilfe

bei der Herstellung der Prüfkörper. Danke an die Thommen Medical AG und besonders

deren Mitarbeiter Herrn Daniel Beer für die Spende der Titanstangen. Zahntechnik Woer-

ner GmbH danke ich, dass sie die Herstellung des Titan-Würfelprüfkörpers möglich ge-

macht haben. Auch Dominic Mai möchte ich meinen Dank für die Programmierung des

ImageJ Plug-In aussprechen. Zuletzt möchte ich es nicht versäumen, mich bei meiner

Familie für ihre stets geduldige Unterstützung und Motivation zu bedanken.

83

11 Lebenslauf Diese Seite enthält persönliche Daten. Sie ist deshalb nicht Bestandteil der Online-

Veröffentlichung.

Documents

Deskriptive Beschreibung von Artefakten diverser dentaler