Meilenstein in der KFO und MKG-Chirurgie?

MRT soll strahlenfreie 3-D-Planung ermöglichen

Forschern der Arbeitsgruppe „Dental-MRT“ am Universitätsklinikum Heidelberg ist es gelungen, eine neue Methode zur Bildgebung mittels Magnetresonanztomografie (MRT) zu entwickeln. Mit den hochaufgelösten MRT-Aufnahmen können erstmals exakte dreidimensionale Messungen im Gesichtsschädelbereich durchgeführt werden (3-D-Kephalometrie). Die strahlenfreie Technik eröffnet vielfältige neue diagnostische Möglichkeiten zur Behandlungsplanung und zum Therapiemonitoring.

Am Universitätsklinikum in Heidelberg arbeitet das Team um Prof. Martin Bendszus, Ärztlicher Direktor der Abteilung Neuroradiologie, und Prof. Sabine Heiland, Leiterin der Experimentellen Radiologie der Abteilung Neuroradiologie, an Methoden, die MRT-Technik bei der Beantwortung zahnmedizinischer Fragestellungen einzusetzen. Zusammen mit den Kooperationspartnern im Universitätsklinikum Heidelberg um Prof. Christopher J. Lux, Ärztlicher Direktor der Poliklinik für Kieferorthopädie, PD Sebastian Zingler, Oberarzt der Poliklinik für Kieferorthopädie, Prof. Jürgen Hoffmann, Ärztlicher Direktor der Klinik und Poliklinik für MKG-Chirurgie, sowie Prof. Christan Freudlsperger, Oberarzt der Klinik und Poliklinik für MKG-Chirurgie, wurde nun ein neues Verfahren erfolgreich getestet.

Ist damit das diagnostische Dilemma gelöst?

In einer im Fachjournal Scientific Reports veröffentlichten Studie zeigen die Wissenschaftler, dass sich dreidimensionale kephalometrische Analysen mithilfe der strahlenfreien Dental-MRT durchführen lassen. Basierend auf Phantom- und Probandenmessungen konnten sie eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit für ihre neu entwickelte Methode nachweisen. Dieses innovative MRT-Verfahren bietet vielfältige neue Möglichkeiten in der zahnmedizinischen Diagnostik. Insbesondere Patienten in der Kieferorthopädie und in der MKG-Chirurgie könnten in Zukunft von diesen hochpräzisen 3-D-Aufnahmen profitieren.
Aktuell gilt die Digitale Volumentomografie (DVT) als Goldstandard für die 3-D-Kephalometrie, ihre Anwendbarkeit ist jedoch aufgrund der Strahlenbelastung eingeschränkt. Prinzipiell verändert sich diese Bewertung auch nicht durch die Einführung strahlungsreduzierter DVT-Geräte – die Strahlung lässt sich technisch ohne Einbußen bei der Abbildungsqualität nicht beliebig absenken. Im Gegensatz zur DVT ist die MRT aber ein nicht-ionisierendes bildgebendes Verfahren, das heißt, die Patienten unterliegen keiner Strahlenexposition.
Für Prof. Martin Bendszus ist das die Triebkraft für die Forschung zur dentalen MRT: „Eine wesentliche Motivation für unsere intensiven Forschungsarbeiten war die Tatsache, dass sich Kliniker in der Zahnmedizin oft in einem diagnostischen Dilemma befinden: Während konventionelle 2-D-Röntgenaufnahmen eine eingeschränkte Aussagekraft aufweisen, muss bei der Anwendung von 3-D-Röntgenverfahren wie der DVT eine höhere Strahlenbelastung in Kauf genommen werden. Unsere aktuellen Studienergebnisse zeigen, dass die Dental-MRT das Potenzial hat, dieses Dilemma aufzulösen.“
Die MRT-basierte 3-D-Kephalometrie würde zahlreiche neue diagnostische Optionen für die Kliniker eröffnen – vor allem in der kieferorthopädischen Behandlung junger Patienten. Prof. Christopher J. Lux., Ärztlicher Direktor der Poliklinik für Kieferorthopädie: „Die Dental-MRT könnte in Zukunft die Kieferorthopädie bereichern, da wir durch sie wertvolle Zusatzinformationen erhalten, nicht nur über knöcherne Strukturen und Zähne, sondern auch zu Muskulatur und Weichteilen in Funktion, und uns so die dreidimensionale Diagnostik bei jungen Patienten ohne Strahlenbelastung erschließen können.“ Bedeutsam dürfte auch sein, dass die Indikation zur Bildgebung bei strahlungsfreier MRT-Technik unabhängig vom Schweregrad eines Krankheitsbildes gestellt werden kann. Auch wiederholte Aufnahmen zum Therapie-Monitoring komplexer Fälle wären dann aus Strahlenschutzaspekten unproblematisch.
In der MKG-Chirurgie wird die MRT-Technik bereits bei verschiedenen Indikationen regelmäßig eingesetzt. „Hochauflösende 3-D-MRT-Aufnahmen könnten die Therapieplanung für MKG-Chirurgen in Zukunft deutlich verbessern. So würden beispielsweise Dysgnathie-Patienten erheblich von diesem neuen bildgebenden Verfahren profitieren“, erläutert Prof. Christian Freudlsperger, Oberarzt der Klinik und Poliklinik für MKG-Chirurgie, auf Nachfrage der zm.

Abbildung 2: 3-D-Kephalometrie-Landmarken: Für jede MRT-Messung wurden 27 3-D-Landmarken auf MRT-Bildern determiniert. Aus den Koordinaten dieser Landmarken wurden dann jeweils 26 3-D-Strecken sowie 19 3-D-Winkel berechnet. Die in dieser Abbildung dargestellten Schädelanteile eines Probanden wurden mit einer speziellen Software (Amira Version 6.4.0, Thermo Fisher Scientific, MA, USA) segmentiert. | Alexander Jürchot 

Hochauflösende MRT-Bilder in sieben Minuten

Die Abteilung für Experimentelle Radiologie der Neuroradiologie in Heidelberg forscht seit Jahren intensiv an der Entwicklung neuer MRT-Methoden für die zahnmedizinische Bildgebung. Dabei sind Probleme, die sich durch die Aufnahmetechnik der MRT ergeben, zu lösen. Während die Voxel (kleinste Einheit eines Bilddatensatzes) einer DVT die Geometrie eines Würfels und damit in alle Raumrichtungen die gleiche Auflösung haben, fehlt diese Eigenschaft (Isotropie) in der Schnittbildgebung konventioneller MRT-Techniken. Zudem kommt es hier zu relativ langen Untersuchungszeiten.
„Durch intensive Grundlagenforschung ist es uns nun gelungen, diese Hürden zu überwinden. Wir konnten eine neue Prototyp-Sequenz für die 3-D-Kephalometrie etablieren. Diese erlaubt es uns, hochauflösende MRT-Bilder in nur sieben Minuten zu erzeugen“, erklärt Prof. Sabine Heiland, Leiterin der Experimentellen Radiologie am Universitätsklinikum Heidelberg. Die Analyse der akquirierten Bilddaten erfolgt dabei analog zur DVT. Bei der kontinuierlichen Weiterentwicklung des neuen MRT-Verfahrens berücksichtigen die Heidelberger Forscher nicht nur die Aufnahmetechniken, sondern auch die Entwicklung anwenderfreundlicher Softwarelösungen zur Bilddatenanalyse. „Im Rahmen der aktuellen Studie konnten wir ein Software-Tool für die Landmarken-basierte 3-D-Analyse mittels MRT etablieren. Dieses ermöglicht eine zeiteffiziente Bildauswertung ohne komplizierte Nachverarbeitung, analog zum DVT“, erläutert Dr. Alexander Jürchott, ärztlicher Mitarbeiter der Neuroradiologie des Universitätsklinikums Heidelberg und projektverantwortlicher Studienarzt.
In der aktuellen Machbarkeitsstudie konnte an Probanden demonstriert werden, dass sich die MRT zur strahlenfreien 3-D-Kephalometrie eignet. Nun gehen die Forscher einen Schritt weiter: Derzeit wird die MRT-basierte 3-D-Kephalometrie im Rahmen einer klinischen Studie mit Patienten angewendet. Dies sei notwendig, um die Robustheit der Methode zu beweisen, sagt Bendszus und ergänzt: „Unser langfristiges Ziel ist es, dieses MRT-Verfahren in die klinische Routine zu integrieren und eine breite Anwendung zu ermöglichen.“

 

Literatur:

Juerchott A., Saleem, MA, Hilgenfeld T, Freudlsperger C, Zingler S, Lux CJ, Bendszus M. and Heiland S.: 3D cephalometric analysis using Magnetic Resonance Imaging: validation of accuracy and reproducibility. Sci Rep. 2018 Aug 29;8(1):13029. doi: 10.1038/s41598–018–31384–8.

Das Forschungsprojekt der Arbeitsgruppe „Dental-MRT“ wird durch die Dietmar-Hopp-Stiftung mit einer Fördersumme von 198.000 Euro unterstützt.


 

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