1 Einleitung zum Cone Beam

Die Erstellung einer präzisen Diagnose in der Zahnheilkunde erfordert eine sorgfältige klinische Untersuchung, die häufig durch ergänzende radiologische Untersuchungen erweitert wird. Der Cone Beam bzw. CBCT (Cone Beam Computed Tomography), auch digitale Volumentomographie mit kegelförmigem Strahl genannt, ist eine 3D-Schnittbildgebungstechnik, die sich stark im Aufwind befindet. Sie ermöglicht die Untersuchung kalzifizierter Gewebe, also von Knochen und Zähnen.

Zunächst werden wir den Cone Beam definieren und das physikalische Prinzip dieses radiologischen Verfahrens detailliert darstellen. Anschließend werden wir kurz auf die Unterschiede zwischen dem CT-Scanner und dem Cone Beam eingehen. Wir werden eine Betrachtung der Vorteile und Grenzen des CBCT anstellen, stets im Vergleich zum CT-Scanner. Schließlich werden wir auf die Indikationen dieser Technik zurückkommen.

Was ist der Cone Beam?

Definition

In der dento-maxillären Bildgebung unterscheidet man zwei Arten von Techniken:

• Die 2D-Techniken: Panorama oder Orthopantomographie (OPT).
• Die anspruchsvolleren 3D-Techniken wie der CT-Scanner und in jüngerer Zeit der Cone Beam.

Das Aufkommen des Cone Beam gegen Ende der 1990er Jahre stellt eine bedeutende Innovation gegenüber seinem Vorläufer, dem CT-Scanner, dar. Insbesondere dank der Einführung großformatiger Matrixdetektoren, die die Untersuchung eines ganzen Volumens in einer einzigen Rotation des Erfassungssystems ermöglichen.

Der Cone Beam, wie funktioniert das?

Physikalisches Prinzip

Wie sein Name schon sagt, besteht das CBCT aus einem Röntgengenerator, der einen offenen, kegelförmigen Strahlenbündel aussendet, das in einer vollständigen (360°) oder halbvollständigen (180°) Rotation das gesamte zu untersuchende Volumen abtastet, bevor es nach Dämpfung durch ein Detektionssystem analysiert wird. Der Röntgenemitter und der Detektor sind starr verbunden und ausgerichtet.

Abbildung 1 — Physikalisches Prinzip des CT

Bei jedem Rotationsgrad gibt der Emitter einen Röntgenimpuls ab, der den anatomischen Körper durchquert und auf dem Detektor empfangen wird, der gleichzeitig mit der Quelle rotiert.

So erhält man bei jeder Winkelverschiebung auf dem Flächendetektor ein 2D-Bild des durchquerten Volumens.

Durch digitale Erfassungen werden hunderte von Bildern aufgenommen, was die Gewinnung eines Volumens und die computergestützte 3D-Rekonstruktion ermöglicht, um die untersuchten anatomischen Strukturen virtuell zu visualisieren.

Abbildung 2 — Prinzip der 3D-Bildrekonstruktion beim Cone Beam

Im Gegensatz zum CT-Scanner ist jede Einheit bzw. jeder Voxel isometrisch, was eine sehr hohe räumliche Auflösung von etwa 100 µm ermöglicht.

Das CBCT ermöglicht die Gewinnung eines volumetrischen Bildes der radiografierten Zone mit hoher Bildauflösung in den verschiedenen Raumebenen, wobei die Überlagerungen der umgebenden Strukturen eliminiert werden.

Es gibt verschiedene CBCTs, klassifiziert nach ihrem Untersuchungsfeld:

1. Die kleinen Felder: kleiner oder gleich 8 cm
2. Die mittleren Felder: zwischen 9 und 15 cm
3. Die großen Felder: größer als 15 cm

Wie läuft die dentale Cone-Beam-Untersuchung ab?

Die Sitzung ist einer klassischen Zahnradiographie ähnlich. Der Patient muss während der Erfassungszeit von etwa 10 bis 20 Sekunden stillhalten. Anschließend wird mithilfe einer dedizierten Software eine computergestützte Rekonstruktion durchgeführt. Dies erfordert eine Arbeitszeit von 20 bis 30 Minuten pro Untersuchung, was deutlich länger ist als die beim CT-Scanner erforderliche Zeit.

Welche Strahlendosis für eine Cone-Beam-Untersuchung?

Die Cone-Beam-Technologie umfasst sehr unterschiedliche technische Lösungen, mit Strahlendosen im Verhältnis von 1 zu 5.

Sie wird in dosimetrischen Studien als die am wenigsten bestrahlende der Schnittbildgebungstechniken definiert. Die Expositionsdosen des Cone Beam sind 1,5- bis 12-mal niedriger als beim konventionellen medizinischen CT-Scanner. Sie bleiben jedoch 4- bis 42-mal höher als bei Panoramaaufnahmen.

Technik	Intraorale Aufnahme	Panoramaaufnahme	Cone Beam
Absorbierte Strahlendosis in Gray	1 bis 8 mGy	3 bis 7 mGy	3 bis 25 mGy

Die CBCT-Technik entspricht dem ALARA-Prinzip (As Low As Reasonably Achievable) der nationalen Strahlenschutzgesetzgebung, die die Anwendung der niedrigstmöglichen erforderlichen Dosis verlangt.

2 CBCT versus CT-Scanner

Wie sein Vorläufer, der CT-Scanner, ermöglicht auch das CBCT 3D-Rekonstruktionen, unterscheidet sich aber technisch recht deutlich vom CT-Scanner. Nachfolgend eine Vergleichstabelle der beiden Techniken.

CT-Scanner	Cone Beam
Abgeflachter (fächerförmiger) Röntgenstrahl	Offener, kegelförmiger Röntgenstrahl
Sensor mit insgesamt länglicher Form	Flächendetektor
Erfassung erfordert mehrere Rotationen um den Patienten	Schnelle Erfassung mit einer einzigen Rotation
Liegende Position obligatorisch	Der Patient steht, wie bei der OPT
Rechteckiger Parallelepiped-Voxel: anisotropes Volumen	Kubischer Voxel: isotropes Volumen
Strahlung +++	Strahlung +

Aufgrund dieser technischen Unterschiede bietet der Cone Beam echte Vorteile gegenüber dem CT-Scanner.

3 Vorteile des Cone Beam gegenüber dem CT-Scanner

Komfort für den Patienten

Die Erfassung ist einfacher, schneller und komfortabler für den Patienten, der nicht in liegender Position sein muss, sondern stehend wie bei der Panoramaaufnahme. Es wird nur eine einzige Rotation des Geräts um den Patienten durchgeführt.

Dosimetrie und Strahlung

Im Gegensatz zum CT-Scanner gilt der Cone Beam als „Low-Dose"-Technik, die es ermöglicht, das gesamte zu untersuchende Volumen in einem einzigen Durchgang abzutasten und dabei weniger strahlenbelastend zu sein als die klassische Computertomographie.

Das CBCT liefert eine bis zu 6-mal niedrigere ionisierende Strahlendosis als eine gleiche Untersuchung mittels CT-Scanner.

Nachfolgend ein Vergleich der effektiven Dosen der wichtigsten radiologischen Verfahren in der Zahnheilkunde:

Quelle	Durchschnittliche effektive Dosis
Digitale retroalveoläre Aufnahme	4 bis 6 µSv
Digitale Panoramaaufnahme	10 bis 15 µSv
Medizinischer CT-Scanner	60 bis 1.300 µSv
Cone Beam	20 bis 250 µSv

Das CBCT ermöglicht es, das Untersuchungsfeld auf die zu studierende Zone zu lokalisieren (ein Zahnsektor, ein vollständiger Kieferbogen) und vermeidet so unnötige Bestrahlungen anderer Schädelbereiche.

Bildvielfalt, räumliche Auflösung und Schärfe

Das CBCT ermöglicht es, auf einem einzigen Bild verschiedene Ansichten zu erhalten, nämlich frontale, sagittale, koronale und schräge Schnitte.

Der Cone Beam produziert isotrope Voxel von 500 µm bis 75 µm mit einem Vergrößerungsverhältnis von 1:1. Dies ermöglicht eine präzisere Analyse der Knochen- und Zahnstrukturen sowie eine hohe Auflösungsleistung in den verschiedenen Raumebenen, die der des CT-Scanners ähnlich oder sogar überlegen ist.

Empfindlichkeit gegenüber Artefakten

Der Cone Beam ist weniger anfällig für Metallartefakte, insbesondere auf Wurzelebene, als der CT-Scanner.

Kosten

Das CBCT ist deutlich kostengünstiger als der CT-Scanner.

4 Grenzen des Cone Beam gegenüber dem CT-Scanner

Erfassung und Konsolenarbeit

Während der CBCT-Erfassungsphase steht der Patient, sodass es schwierig ist, während der Rotation des Geräts (20 bis 30 s) bewegungslos zu bleiben. Das Bewegungsrisiko ist daher signifikant, was kinetische Artefakte hervorrufen kann. Aufgrund der relativ langen Dauer der Erfassung im Vergleich zum CT-Scanner sollten alle Cone-Beam-Geräte ein wirksames Fixationssystem aufweisen, um dieses Verschiebungsrisiko zu begrenzen. Dieses ist bei der CT aufgrund einer sehr kurzen Expositionszeit von etwa 6 Sekunden nahezu nicht vorhanden.

Darüber hinaus erfordert der Cone Beam eine längere Arbeitszeit für die 3D-Rekonstruktion der Bilder.

Signal-Rausch-Verhältnis und Kontrastauflösung

Je höher das Signal-Rausch-Verhältnis (S/R), desto besser ist die Dichteauflösung. Der Cone Beam weist daher eine niedrige Kontrastauflösung im Vergleich zum CT-Scanner auf, bedingt durch sein niedrigeres Signal-Rausch-Verhältnis (S/R).

Auch wenn der Cone Beam eine höhere Auflösung als das Zahnpanorama und der CT-Scanner bietet, ist seine Dichteskala aufgrund seiner geringen Strahlung deutlich weniger breit. Die von ihm gelieferte Bildqualität reicht nicht aus, um die Dichte kalzifizierter Gewebe zu messen und Weichgewebe zu analysieren, was seine Indikationen einschränkt.

Die Vorteile des Cone Beam sind in allen Bereichen der dento-maxillären Bildgebung bereits gut etabliert.

5 Indikationen des Cone Beam

Zahnheilkunde

Das CBCT findet sein Interesse in der Zahnheilkunde jedes Mal, wenn die durch die klinische Untersuchung und die konventionelle 2D-Radiologie (intraorale Aufnahme und OPG) gewonnenen Informationen nicht ausreichen, um eine präzise Diagnose zu stellen, und ein 3D-Bild unerlässlich ist.

In der Implantologie

Aufgrund seiner biometrischen Qualitäten und der Präzision, die es dank seiner isotropen Eigenschaft bietet – die exakte Linearmessungen gewährleistet – findet das CBCT ganz natürlich seine Anwendung in der biometrieintensiven Implantologie. Die Möglichkeiten bi- und dreidimensionaler Rekonstruktionen, der chirurgischen Navigation und Simulation, die es bietet, sowie seine geringe Empfindlichkeit gegenüber Metallartefakten stellen weitere in der Implantologie geschätzte Vorzüge dar.

Es ermöglicht die Erstellung einer präoperativen Diagnosebilanz nach einer klinischen und radiologischen Standarduntersuchung des Patienten, um bei Zweifeln die Indikation zur Implantatinsertion zu stellen oder eine Kontraindikation festzulegen und in bestimmten Fällen die postchirurgische Nachsorge durchzuführen. Das verfügbare Knochenvolumen am Implantatsitz möglichst genau zu bewerten und optimal zu visualisieren sowie die quantitative und qualitative Untersuchung des Knochens durch eine Dichtebeurteilung vorzunehmen.

Und schließlich die Untersuchung der Nähe anatomischer Strukturen durch Distanzmessungen zu schonender Strukturen wie Nerven und Kieferhöhlen im Hinblick auf die Implantatinsertion.

Die 3D-Modellierung ermöglicht es, die Positionen der künftigen Implantate virtuell zu simulieren, indem die geeignete Größe und Form gewählt wird.

Abbildung 3 — Digitale Implantatplanung mit QuickVision 3D

Die vom Cone Beam gelieferte Schnittbildgebung ist mehr als nur eine bevorzugte Untersuchung in der Implantologie. Sie ist eine obligatorische Untersuchung, es sei denn, die Implantatbehandlung wird durch die klinische Untersuchung und die OPT in Frage gestellt.

Der CBCT-Technik verdanken wir die Entwicklung der statischen und dynamischen geführten Chirurgie, indem sie die Nutzung anatomischer 3D-Daten erleichtert.

Die geführte Implantatchirurgie besteht in der Überlagerung der Abformung des Patientenmundes (.stl-Datei) und der aus dem Cone Beam stammenden radiologischen Daten (DICOM-Datei) durch eine dedizierte Software. Dies hat es ermöglicht, die Präzision des chirurgischen Eingriffs zu optimieren und somit die in der konventionellen Chirurgie vorkommenden Fehlschläge bei Implantatbehandlungen zu reduzieren und die Grenzen der oralen Implantologie zu erweitern.

Abbildung 4 — Matching der STL- und DICOM-Dateien mit der Software QuickVision 3D

Was die therapeutische Nachsorge betrifft, so ist sie hauptsächlich klinisch und 2D-radiologisch. Bei geringstem Verdacht auf eine Komplikation (unzureichende sofortige Osseointegration, Periimplantitis...) nach der Implantatinsertion ist der Rückgriff auf das CBCT jedoch nicht ausgeschlossen. Ebenso nach einer präimplantologischen Behandlung durch Transplantate oder Sinuslift.

In der konservierenden Zahnheilkunde und Endodontie

Der Cone Beam ist besonders indiziert für die Suche und Lokalisierung eines zusätzlichen Wurzelkanals, für eine präoperative periapikale Bilanz, insbesondere im posterioren Oberkieferbereich oder im Unterkiefer im Bereich des Foramen mentale.

Er ist auch interessant bei alveolodentalen Traumata, um die Frakturart zu bestimmen und die Bilanz einer Wurzelpathologie (Fraktur, interne und externe, periapikale oder lateroradikuläre Resorption...) zu erstellen.

In der oralen Chirurgie, insbesondere vor der Extraktion retinierter Zähne und Weisheitszähne, um das Verhältnis der Wurzeln zum Nervus alveolaris inferior zu sehen.

In der Pathologie zur Erstellung einer Ausdehnungsbilanz und der Beziehungen zystischer und tumoröser Läsionen der Kieferknochen.

HNO und Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie

Der Cone Beam findet auch in der HNO und der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie seine Indikation. Er ermöglicht hauptsächlich die Untersuchung der Gesichts-Nasennebenhöhlen und der Nasenhöhlen, die chirurgische Navigation mit intraoperativer Bildgebung in der endoskopischen Nebenhöhlenchirurgie, die Erstellung einer Bilanz der Pathologien der Kiefergelenke. Er ist auch indiziert zur Untersuchung des Mittelohrs zur Bewertung von Pathologien sowie zur postoperativen Nachsorge von Hörimplantaten.

Wahl des Cone-Beam-Geräts

Die Wahl des Cone-Beam-Röntgengeräts hängt vom Lastenheft ab. Es gibt nämlich Geräte, die in der Implantologie leistungsfähiger sind, andere sind stärker auf die Diagnostik in der Pathologie und oralen Chirurgie oder auch in der Endodontie ausgerichtet.

6 Fazit

Auf halbem Weg zwischen dem Zahnpanorama und dem CT-Scanner ist das CBCT durch seine spezifische Wahrnehmung hoher Dichten gekennzeichnet und präziser als die OPT. Es verfügt auch über eine bessere räumliche Auflösung als die CT. Es bietet die Möglichkeit einer digitalen 3D-Rekonstruktion zu geringeren Kosten und ist dabei weniger invasiv als der CT-Scanner.

Aufgrund seiner technischen und dosimetrischen Leistungen hat der Cone Beam seine Anwendung in nahezu allen Bereichen gefunden:

• Zahnheilkunde
• Parodontologie
• Orale Chirurgie
• Kieferorthopädie
• Endodontie

Er wird derzeit jedes Mal verordnet, wenn die Untersuchung der Weichgewebe nicht erforderlich ist und ein 3D-Bild unerlässlich ist. Er ermöglicht die Diagnose von Kiefergelenksläsionen, zystischen und tumorösen Knochenläsionen, Traumata und Infektionen, aber seine geringe Dichte- oder Kontrastauflösung begrenzt seine Indikation bei der Untersuchung von Weichgeweben.

Der Cone Beam wird derzeit als Referenzverfahren der Schnittbildgebung in der Zahnheilkunde anerkannt.

Seine Verordnung darf jedoch nicht systematisch sein, da er eher als ergänzende Untersuchung zur Standard-2D-Radiologie und zur Klinik betrachtet werden muss.