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6  Zusammenfassung

Im Berliner Zentrum für craniofaciale Fehlbildungen in der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie-Klinische Navigation und Robotik der Charité- Campus Virchow-Klinikum wird Bildgebung, Navigationstechnologie und Robotik zusammengeführt und in Anwendungen im Operationssaal integriert. In diesem Rahmen wird das mobile CT Philips Tomoscan M in die operative Routine sowie in die Diagnostik und Planung von Eingriffen zur Implantation von extraoralen Knochenankern zur Epithesenfixierung mit einem robotergestützten Assistenzsystem eingebunden.

Aus der Arbeit mit dem Tomoscan M in der robotergestützten Epithesenfixierung ergibt sich die Fragestellung nach der Ortstreue und Genauigkeit der Dimensionen von knöchernen Strukturen und extraoralen kraniofazialen Implantaten im Schnittbilddatensatz. Darüber hinaus ist nicht bekannt, in welchem Rahmen Fenstereinstellungen und Scanprotokolle die Darstellung der Implantate und Knochenstrukturen beeinflussen.

Zur Beantwortung dieser Fragestellung wird ein Knochenphantom entworfen, das die Vermessung der Darstellung von Implantaten, Lochabständen und Lochdurchmessern durch den Tomoscan M erlaubt. Das Knochenphantom besteht aus unfixierter Rindertibia, in deren Kortikalis durch eine Fräsmaschine Löcher mit einem genau vermessenen Bohrer in definiertem Abstand in definierter Tiefe in einer Flucht achsenparallel eingebracht werden. Kalibrierlöcher erlauben die Kontrolle der Parallelität der Lochreihe mit der Scanschicht.

In eines der Löcher wird nach Leeraufnahmen eine Knochenschraube entsprechend den Herstellervorgaben implantiert. Auf diese werden ein Abutment oder ein Magnet aufgesetzt. Leeraufnahmen sowie Aufnahmen der Knochenschraube, des Abutments und des Magneten werden parallel zur Lochachse median und paramedian sowie orthogonal zur Lochachse erstellt. Die Aufnahmen werden unter variierten Scanparametern sowie unter peripherer Lage des Phantoms in der Gantry und unter nicht horizontaler Lochreihenausrichtung wiederholt.

Die Erhebung von Lochabständen, Lochdurchmessern und Implantatabmessungen wird durch Werkzeuge der Scannerkonsole nach festgelegtem Standard durchgeführt. Die Auswertung fasst deshalb Ungenauigkeiten des Scans und der Messwerterhebung zusammen.


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Zur Differenzierung der Darstellung unter variierten Fenstereinstellungen werden Lochdurchmesser und Implantatabmessungen nach vorgegebenem Schema unter verschiedenen Einstellungen der Fensterbreite WW, des Fensterzentralwerts WL und des Scanfelds Field of View ausgewertet.

Die Einschätzung von Abweichungen erfolgt durch den Vergleich der in den Scans ermittelten Abmessungen mit den bekannten Abmessungen des Phantoms und der Implantate.

Bei einem Lochabstand von 10mm liegen in allen ausgewerteten Messungen mit allen Implantaten, allen Scannereinstellungen und in allen Schnittrichtungen die ermittelten Lochabstände in über 99% der Fälle zwischen 9,9mm und 10,2mm. Der Mittelwert der Messungen liegt bei ≈10,07mm. Kein Wert liegt unter 9,9mm. Maße über 10,3mm wurden in 2 Fällen gesehen. Am Lochabstand 100mm liegen bei allen ausgewerteten Fällen in allen Variationen ebenfalls über 99% der Lochabstände zwischen 99,9mm und 100,2mm. 4 Fälle liegen unter 99,9mm und 2 Fälle über 100,2mm. Der Mittelwert liegt bei ≈100,05mm.

Innerhalb dieser Spannweite der Messwerte ergeben sich in der Varianzanalyse Unterschiede zwischen unterschiedlichen Gruppen, die darauf im Bonferroni- Paarvergleich einer Faktorenanalyse unterzogen werden. Trotz der Unterschiede zeigt hierbei keine der möglichen Einstellungen klinisch relevante Tendenzen einer verzerrten Positionsermittlung. Die Positionen von Lochachsen und Implantatachsen werden somit unabhängig von Variationen der Scanparameter oder der Objektposition in der Gantry durch den Tomoscan M sehr exakt wiedergegeben.

Eine groß gewählte Fensterbreite WW zeigt in den Experimenten schlechter lokalisierbare Kanten, da die Darstellung der Dichtegradienten an Kanten über viele Voxel verteilt wird und so die Definition eines eindeutigen Messpunkts schwerer wird. Kleine Fensterbreiten verhindern jedoch teilweise die Differenzierung zwischen Implantat und Knochen. Aus diesen Gründen liefern einige Fenstereinstellungen nicht auswertbare Darstellungen.

Lochdurchmesser und Implantatdimensionen zeigen im Gegensatz zu Achsenabständen von Löchern und Implantaten eine ausgeprägte proportionale Größenzunahme unter Anhebung des Fensterzentralwerts WL. An nicht implantattragenden Löchern zeigen sich Durchmesser zwischen 0,7mm und 5,8mm, am Implantatloch sogar bis 6,8mm bei einem reellen Lochdurchmesser von 3,15mm. Dabei korrelieren WL und Lochdurchmesservariation stark mit einem Bestimmtheitsmaß r 2 von ≈0,776. Die Variation der Lochdurchmesser unter Variation der Fenster[Seite 96↓]breite WW fällt dagegen mit einer Spannweite der Mittelwerte zwischen 0,03mm und 0,35mm sehr gering aus, solange die Lochkanten korrekt ermittelt werden können.

Die Variabilität der Implantatdimensionen unter unterschiedlichen Fensterzentralwerten WL fällt analog zu Lochdurchmessern groß aus. Die Dimensionen nehmen jedoch mit höheren WL ab, da die Gradienten der Kantendarstellung bei Implantaten im Vergleich zur Darstellung von Löchern entgegengesetzt verlaufen. Auch hier zeigt sich die zu WL proportionale Variabilität der Dimensionsänderung. Die Variabilität nimmt mit dichterem Implantatmaterial ab. So zeigt bei steigendem WL die Knochenschraube eine stärkere Größenabnahme als das Abutment, und das Abutment eine stärkere Größenabnahme als der Magnet. Gleichzeitig werden jedoch alle Implantate in den allermeisten Einstellungen zu groß abgebildet. Das nominelle Maß oder kleinere Abmessungen werden bei allen Implantaten höchstens in Ausnahmefällen unter extremen Einstellungen von WL dargestellt.

Potentielle Fehlermöglichkeiten bei der Ermittlung der vorgestellten Ergebnisse finden sich in der Variabilität der Dichte und der Dimension des Knochenphantoms. Durch die Bearbeitung des Knochens und Fertigungstoleranzen industrieller Produkte werden auch dort Fehler möglich. Größeres Fehlerpotential bietet die Funktionsweise und Anwendung des Scanners bei der Versuchsdurchführung sowie die Datenauswertung nach dem Scan. Eine mögliche Verzerrung der Ergebnisse wird im Rahmen der Möglichkeiten im Experiment und in der Datenauswertung vermieden, muss jedoch in die Betrachtung integriert werden.

Für die klinische Arbeit mit dem Tomoscan M ergibt sich aus dieser Arbeit, dass das CT die Position gescannter Objekte zueinander korrekt darstellt, die Dimension der Objekte jedoch von der Signalskalierung bei der Darstellung, die der Kliniker durch Fenstereinstellungen vornimmt, beeinflusst wird. Die Beeinflussung von Dimensionen stellt sich in den untersuchten Kategorien proportional zum Fensterzentralwert dar. Dimensionen gescannter Objekte können nur dann als exakt akzeptiert werden, wenn die für diese Objekte notwendige spezifische Fenstereinstellung kalibriert wurde. Die Kantendarstellung sehr röntgendichter Objekte durch den Tomoscan M führt in klinisch üblichen Fenstereinstellungen regelhaft zur Vergrößerung dieser Objekte, wodurch eine Darstellung der Kontaktfläche zum umgebenden Gewebe unmöglich wird. Dies lässt somit keine Beurteilung der Osseointegration und des Weichgewebekontakts von extraoralen kraniofazialen Implantaten im CT zu.


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10.11.2005