Zahnmedizin

"Durchbruch in der zahnmedizinischen Bildgebung"

In Freiburg haben Ärzte und Forscher eine strahlungsfreie Dental-MRT entwickelt, mit der sich in 3-D nicht nur präzise Hartgewebe wie Zähne und Knochen darstellen lässt, sondern auch Weichgewebe wie Zahnfleisch und Nerven.

Darstellung der intraoralen Spule auf einem porcinen Unterkieferpräparat ex-vivo. Ludwig et al./Scientific Reports

Die induktiv gekoppelte intraorale Spule ohne Isolierung mit festen Kondensatoren (a); mit verstellbaren Kondensatoren ohne Isolierung (b); mit Isolierung (c); auf dem Gipsmodell des Patienten (d) und angepasst für den intraoralen Einsatz (e). Ludwig et al.
DVT und MRT eines porcinen Unterkiefepräparats ex-vivo. Die Darstellungen der DVT sind in den Bildern A-C und I und die MRT-Schnittbilder in den Bildern D-H dargestellt. Die Konturen der Zahnkronen sind mit den gepunkteten Linien umrissen. Ludwig et al.
MRT des Unterkieferspräparats ex-vivo und mit der Auflösung einer DVT vergleichbar ist. Der spongiöse und kortikale Knochen sowie der Parodontalspalt werden kontrastreich dargestellt und sind im Bild mit Pfeilen markiert. Ludwig et al.
In-vivo-MRT des Unterkiefers. Die Bilder wurden mit einer intraoralen induktiv-gekoppelten Spule und Flash-Sequenzen innerhalb von weniger als 4 Minuten aufgenommen. Die Auflösung ist mit der Auflösung der DVT vergleichbar. N.alveolaris inferior und abgehende Äste werden dargestellt (Pfeilmarkierung). Die Zahnkronen sind mit einer gepunkteten Linie umrissen. Ludwig et al.
MRT- und DVT-Schnittbild des Prämolaren im Unterkieferpräparat. Die folgenden Strukturen sind markiert: Limbus alveolaris vestibulär (a), Limbus alveolaris oral (b), Zahnapex (c), Nervkanaldach (d), Nervkanalboden (e). Ludwig et al.
Sagittales Schnittbild in der MRT (links) und der DVT (rechts) des Unterkieferpräparats. Die Zahnpulpa, die Gingiva, der spongiöse Knochen und der N. alveolaris inferior sind im MRT dargestellt, während die DVT die knöcherne Begrenzung des Nervkanals, die Begrenzungen der Pulpakammer und den kortikalen Knochen abbildet. Ludwig et al.
(A): MRT: Axiale (links), sagittale (mittig) und transversale (rechts) Schnittbilder des Unterkiefers. Die Bilder wurden in-vivo mit FLASH Sequenzen und einer induktiv gekoppelten Spule aufgenommen, die während der MRT im Mund des Patienten platziert wird. (B): DVT: Axiale (links), sagittale (mittig) und transversale (rechts) Schnittbilder des Unterkiefers in-vivo. Ludwig et al.
MRT: Axiale (links), sagittale (mittig) und transversale (rechts) Schnittbilder des Oberkiefers in-vivo aufgenommen mit der intraoralen Spule. Ludwig et al.

Eine kleine kabellose Doppelspule aus Metall wird über die Zahnbereiche gestülpt und verstärkt das MRT-Signal bis zu zehnfach. Die Spule ist mit allen MRT-Geräten kompatibel und wird in Freiburg bereits in der Operationsplanung eingesetzt.

Kieferknochen, Gefäß-Nerven-Stränge und das Weichgewebe werden dargestellt

„Die neue Methode trägt wesentlich dazu bei, dass die Magnetresonanztomografie in Zukunft die konventionelle Röntgendiagnostik in der Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde ersetzen wird“, sagt Oberärztin Prof. Katja Nelson. „Vor einer Operation können wir Kieferknochen, Gefäß-Nerven-Stränge und das umgebende Weichgewebe darstellen und so bei der Operation besonders schonend vorgehen, ohne den Nerv zu treffen.“ Da für die Patienten keine Strahlenbelastung besteht, könnten Ärzte die Bildgebung auch erstmals zur regelmäßigen Kontrolle des Heilungsverlaufs einsetzen.


Abstract des Scientific Reports-Artikels

Currently, the gold standard for dental imaging is projection radiography or cone-beam computed tomography (CBCT). These methods are fast and cost-efficient, but exhibit poor soft tissue contrast and expose the patient to ionizing radiation (X-rays). The need for an alternative imaging modality e.g. for soft tissue management has stimulated a rising interest in dental magnetic resonance imaging (MRI) which provides superior soft tissue contrast. Compared to X-ray imaging, however, so far the spatial resolution of MRI is lower and the scan time is longer. In this contribution, we describe wireless, inductively-coupled intraoral coils whose local sensitivity enables high resolution MRI of dental soft tissue. In comparison to CBCT, a similar image quality with complementary contrast was obtained ex vivo. In-vivo, a voxel size of the order of 250∙250∙500 μm3 was achieved in 4 min only. Compared to dental MRI acquired with clinical equipment, the quality of the images was superior in the sensitive volume of the coils and is expected to improve the planning of interventions and monitoring thereafter. This method may enable a more accurate dental diagnosis and avoid unnecessary interventions, improving patient welfare and bringing MRI a step closer to becoming a radiation-free alternative for dental imaging.


Kernstück der Dental-MRT-Methode ist eine etwa einen Zentimeter hohe Spule aus zwei parallel angeordneten Metallringen. Aufgrund ihrer elektrophysikalischen Eigenschaften verstärkt die Doppelspule die MRT-Signale des umschlossenen Gewebes. Dadurch wird eine Auflösungsgenauigkeit von etwa einem Drittel Millimeter erreicht, die der des Röntgens nahekommt. Die Spule funktioniert ohne Energie und ist für den Patienten absolut ungefährlich. „Unsere Lösung für ein altes Problem der Zahnheilkunde ist an sich technisch recht einfach und trotzdem eine echte Innovation“, sagt Studienleiter Jan-Bernd Hövener.

Mithilfe der entwickelten drahtlosen, intraoralen, induktiv-gekoppelten Spulen kann demnach ein MRT in einer ausgewählten Region mit hoher Auflösung in einer klinisch möglichen Zeit von etwa vier Minuten erstellt werden. In der Vergangenheit wurde den Forschern zufolge schon versucht, das MRT-Signal mit Einzelspulen zu verstärken, allerdings ohne durchschlagenden Erfolg. Die jetzt verwendete Doppelspule erlaube nun Bilder von wesentlich höherer Qualität. Dass die Spule kein Kabel benötigt, erleichtere zudem den Einsatz für den Patienten. Die Freiburger Forscher haben die neue Methode bereits patentieren lassen.

Das Team um PD Dr. Jan-Bernd Hövener, Emmy-Noether-Gruppenleiter an der Klinik für Radiologie des Universitätsklinikums Freiburg, hat die kabellose Spule entwickelt. Ärzte um Prof. Katja Nelson, Oberärztin an der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie des Universitätsklinikums Freiburg, wiesen den Nutzen in der Diagnostik und Planung vor einer Operation nach.

Dental MRI using wireless intraoral coils; Scientific Reports
DOI: 10.1038/srep23301

Magnetic resonance imaging of intraoral hard and soft tissues using an intraoral coil and FLASH sequences; European Radiology
DOI: 10.1007/s00330-016-4254-1

 

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