und Gesichtschirurgie, plastische Operationen, Sektion Röntgen

Aus der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, plastische
Operationen, Sektion Röntgen, der Universitätsklinik für Zahn-, Mund- und
Kieferheilkunde der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i. Br.
Retrospektiver Vergleich der Validität und der Befundreliabilität von
digitalisierten konventionellen und digitalen Panoramaschichtaufnahmen
INAUGURAL – DISSERTATION
zur
Erlangung des Zahnmedizinischen Doktorgrades
der Medizinischen Fakultät
der Albert-Ludwigs-Universität
Freiburg i.Br.
Vorgelegt 2009
von Jens Breuer
geboren in Frechen
Dekan:
Prof. Dr. Christoph Peters
1. Gutachter:
PD Dr. Dirk Schulze
2. Gutachter:
PD Dr. Christian Hannig
Jahr der Promotion:
2010
I
Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung ........................................................................................................... 1
1.1
Die Speicherfolienradiographie ..................................................................... 1
1.2
Technische Entwicklung der Speicherfoliensysteme..................................... 3
1.2.1
Positionierung der Speicherfolienradiographie innerhalb der digitalen
bildgebenden Verfahren in der Zahnheilkunde...................................... 5
1.3
Beschreibung des Speicherfoliensystems VistaScan
(Dürr Dental, Bietigheim-Bissingen) ............................................................ 10
1.4
Prinzip der Bildentstehung einer Panoramaschichtaufnahme (PSA) .......... 11
2
Fragestellung................................................................................................... 12
3
Versuchsplan................................................................................................... 13
3.1 Beschreibung des Versuchsplans.................................................................... 14
4
Material und Methoden ................................................................................... 15
4.1
Bildmaterial ................................................................................................. 15
4.1.1
Auswahl............................................................................................... 15
4.1.2
Anzahl der ausgewerteten PSA........................................................... 15
4.1.3
Bildbearbeitung und Verblindung ........................................................ 15
4.2
Probanden................................................................................................... 16
4.3
Untersucher................................................................................................. 16
4.3.1
4.4
Auswahl und Anzahl ............................................................................ 16
Geräte und Programme .............................................................................. 17
4.4.1
Auflistung der Geräte und Programme ................................................ 17
4.4.2
Technische Daten Vista Scan ............................................................. 21
4.4.3
Technische Daten des Bildbeurteilungsprogramms
Evalution-Tool 4.0................................................................................ 21
4.4.4
Technische Daten zum Komplettsystem zur Digitalisierung von
Röntgenfilmen ..................................................................................... 21
4.5
Testverfahren .............................................................................................. 22
4.5.1
Prinzip ................................................................................................. 22
4.5.2
Durchführung....................................................................................... 25
4.6
Statistische Methoden................................................................................. 25
4.6.1
Validität................................................................................................ 26
II
5
Ergebnisse ....................................................................................................... 27
5.1
ROC-Kurven................................................................................................ 27
5.1.1
Sensitivität und Spezifität .................................................................... 29
5.1.2
Area under the curve (AUC) ................................................................ 32
5.2
Signifikanztest ............................................................................................. 32
5.3
Reliabilität.................................................................................................... 33
5.3.1
Intra-Rater-Reliabilität.......................................................................... 33
5.3.2
Darstellung der Intra-Rater-Reliabilität ................................................ 33
5.3.3
Inter-Rater-Reliabilität.......................................................................... 34
5.3.4
Werte der Konkordanzanalyse nach Kendall....................................... 35
5.4
Häufigkeiten ................................................................................................ 36
5.4.1
Histogramme und Tabellen zur Darstellung der Häufigkeiten der
gewählten Scores (Bewertungen der graduierten Fünf-Punkt-Skala).. 36
6
Diskussion ....................................................................................................... 41
7
Zusammenfassung.......................................................................................... 46
8
Literaturverzeichnis ........................................................................................ 47
9
Lebenslauf ....................................................................................................... 53
10 Danksagung..................................................................................................... 54
1
EINLEITUNG
1
Einleitung
1.1
Die Speicherfolienradiographie
Die
Speicherfolienradiographie
(SR)
ist
eine
Technik
der
digitalen
Projektionsradiographie und wird in diesem Zusammenhang als semidirekte digitale
Radiographie bezeichnet. In der Literatur ist diese Technik auch unter dem Begriff der
Lumineszenz-Radiographie
oder
als
„scanning-laser-stimulated
luminescence“
bekannt und wurde von Sonoda 1983 erstmals beschrieben (Sonoda M. et al 1983).
Es lassen sich bei der SR im Wesentlichen drei Einzelschritte der digitalen
Aufnahmekette unterscheiden:
Zunächst muss ein Bild detektiert werden, um anschließend verarbeitet und letztlich
dargestellt werden zu können. Der semidirekte Charakter der SR ergibt sich vor allem
aus der Art und Weise, wie bei dieser Technik die Detektion des Bildes vonstatten
geht.
Die herkömmlichen Röntgeneinheiten können nach wie vor zur SR verwendet werden.
Der wesentliche Unterschied zur Detektion gegenüber dem konventionellen Röntgen
besteht jedoch in der Verwendung einer Speicherfolie statt der Film-Folien-Systeme.
Die Speicherfolie ist eine Halbleiterplatte, die mit einer Bariumfluorhalid-Kristallschicht
belegt ist. Die Kristalle sind mit zweiwertigen Europiumionen (BaFBr:Eu²+) dotiert
(Rother U.J. 2001). Die Kristalle sind 150 µm dick und werden in einem organischen
Bindemittel zusammengehalten (Miyahara J. et al 1986).
Diese Kristallschicht ist photostimulierbar. Das heißt, dass auf die Speicherfolie
auftreffende Röntgenquanten, respektive UV-Licht oder auch Elektronen, Energie an
die Kristallschicht abgeben. Diese Energie kann gespeichert und nach einem
Ausleseprozess als Licht wieder emittiert werden. Dabei ist die Intensität des
emittierten
Lichtes
proportional
zur
absorbierten
Strahlung,
was
für
den
Dynamikbereich von Bedeutung ist (Miyahara J. et al 1986).
Auf chemischer Ebene kann folgende Reaktion beobachtet werden:
Durch die Röntgenquanten ändert sich der Ladungszustand der Europium-Ionen der
Kristallschicht. Hierdurch werden Elektronen frei, die im Leitungsband durch
Energiehaftstellen an den F+ -Zentren vorübergehend gebunden werden. Wird die
Speicherfolie mit sichtbarem Licht bestrahlt, so können die gebundenen Elektronen
EINLEITUNG
2
der F-Zentren wieder frei und die Eu³+-Ionen zu Eu²+-Ionen reduziert werden. Die
Folge ist, dass eine Eu²+-Lumineszenz emittiert wird.
Die Belichtung der Speicherfolie mit sichtbarem Licht erfolgt in einem Auslesegerät
(Scanner). Dieser Vorgang stellt in der digitalen Aufnahmekette die Phase der
Verarbeitung dar und lässt sich in folgende Einzelschritte differenzieren:
Das auf den Speicherfolien vorhandene latente Röntgenbild wird von einem HeliumNeon-Laser-Strahl der Wellenlänge 632,8 nm abgetastet, wodurch die oben
beschriebene Reaktion initiiert wird und Licht (‫~ּג‬390 nm) emittiert wird (Miyahara J. et
al 1986). Das emittierte Licht wird in einer Photomultipler-Röhre aufgefangen und in
elektrische Signale umgewandelt. Diese Signale sind allerdings noch analoger Art und
müssen mit Hilfe eines Analog-Digital-Konverters in ein digitales Signal umgewandelt
werden. Dieses Signal kann rechnergestützt zu einem Monitorbild beziehungsweise
einem digitalen Röntgenbild verarbeitet werden.
Nach dem Auslesevorgang wird die Speicherfolie hellem Licht ausgesetzt, um auf der
Speicherfolie verbliebene Energie vollständig zu löschen. Andernfalls entstünden bei
einer möglichen Wiederbelichtung der Speicherfolie mit Röntgenstrahlen sogenannte
„Geisterbilder“.
Abb.1: Digitale Aufnahmekette (Quelle: eigene Darstellung)
3
EINLEITUNG
1.2 Technische Entwicklung der Speicherfoliensysteme
Am Anfang der technischen Entwicklung der Speicherfoliensysteme stand die
Einführung der Speicherfolienradiographie im Jahre 1981 durch die Firma Fuji (Tokio,
Japan). Diese entwickelte für dieses Verfahren einen neuartigen Bildprozessor, der
einem System zur Verwaltung von Patienten- und Untersuchungsdaten zugeordnet
war. Dieses System hieß PCR (Philips Computed Radiography). Die PCRTechnologie verfügte über Algorithmen, die durch Analyse der Bildinformation
selbstständig die optimale Bildausgabe bewirkten. Als Zusatzinformation wurden dem
Computer Organ und Untersuchungsziel per Knopfdruck mitgeteilt (Buchmann F.
1987). Die Erstbeschreibung der Prinzipien der Speicherfolienradiographie in der
radiologischen Literatur erfolgte durch Sonoda et al. 1983. Die Autoren berichteten,
dass sie, inspiriert vom damaligen Erfolg der „Computed Tomography“ (CT) und
aufgrund der mäßigen Qualität der gebräuchlichen digitalen Sensoren im Vergleich zu
den
Film-Folien-Methoden,
einen
neuen
Sensor
auf
der
Basis
von
photostimulierbarem Phosphor entwickelt hätten. Nach ihren Angaben waren bereits
andere Platten-Transfer-Systeme, wie die Xeroradiographie, entwickelt worden, um
die Grenzen der damals bestehenden Sensor-Technologie zu überwinden (Sonoda M.
et al 1983). Gratt et al. berichteten 1987 vom „Xerox 110 dental system“. Dieses
System
basierte
auf
der
Verwendung von
kleinen
intraoralen
„Selen-Alloy
Photorezeptor Platten“, deren Entwicklungsvorgang elektrostatischer Art war. Bei
diesem elektrostatischen Aufnahmeverfahren (trockene Bildherstellung) können
Röntgenbilder auf Fotopapier entwickelt werden, ähnlich wie bei einer Fotokopie. Trotz
verschiedener
Vorteile
im
Vergleich
zur
konventionellen
Bilddetektion,
wie
beispielsweise der Wirtschaftlichkeit und der Tatsache, dass die Photorezeptorplatten
automatisch gesäubert, gespeichert und sofort wieder verwendbar waren, konnte sich
dieses Verfahren auf dem Markt nicht durchsetzen. Auch die schwerere Handhabung
der Xeroradiographie-Kassetten im Vergleich zu den konventionellen Filmpaketen war
hierfür sicherlich ein wesentlicher Grund (Gratt B.M. et al. 1987).
Den ersten intraoralen digitalen Sensor (CCD) führte 1987 Francis Mouyen ein. Das
„Trophy RadioVisioGraphy System“ war in der Lage, ein digitales Bild zu erstellen.
Allerdings war nur die Betrachtung des Röntgenbildes auf einem TV-Monitor möglich.
Die Bilder konnten nicht gespeichert werden. Kurz danach entwickelten Per Nelvig
4
EINLEITUNG
und Kollegen ein anderes System (Sens-A-Ray, Regam Medical Systems, Sundsvall,
Schweden) (Sanderink G.C. 1993, van der Stelt P.F. 2005). Nach einer
Veröffentlichung von Mouyen 1989, in welcher er die „Radiovisiography“ beschrieb,
stieg das Interesse an der dentalen digitalen Radiographie signifikant (Kantor M.L.
2005).
Bereits 1993 waren vier digitale intraorale Sensor-Systeme auf dem Markt erhältlich.
(Trophy RadioVisioGraphy, Villa Flash Dent, Regam Sens-a-Ray, Gendex Visualix)
(Sanderink G.C. 1993). Bei den genannten Systemen handelt es sich jedoch um
Systeme
mit
CCD-Sensoren.
Das
zeigt,
dass
der
Weiterentwicklung
der
Speicherfolienradiographie für den Einsatz in der Zahnmedizin zunächst nicht so viel
Beachtung geschenkt wurde.
Im Jahr 1991 wurde eine Studie in RadioGraphics veröffentlicht, in der die
computerunterstützte Speicherfolienradiographie („Storage-phosphor-based computed
radiography (CR) systems) mit
der konventionellen
Film-Folien-Radiographie
verglichen wurde. Das Film-Folien-System wies hierbei leichte Vorteile in Bezug auf
die Bildqualität auf (MacMahon H. et al. 1991).
Das erste kommerziell vertriebene intraorale System, das Speicherfolien verwandte
hieß Digora (Soredex, Finnland). Offenbar hatte es Soredex geschafft, ein System
anzubieten, welches in Hinsicht auf die Bildqualität dem E-Speed Film adäquat war
(Shearer A.C. et al. 2001).
Zurzeit
bieten
weltweit
fünf
Hersteller
Systeme
mit
dem
Prinzip
der
Speicherfolienradiographie an. In alphabethischer Reihenfolge sind dies: Dürr Dental
(VistaScan), Gendex (DenOptix), Orex (Panorama xi, Combix xi), Pro Visio Dental
Systems Inc. (DEXpan) und Soredex (Digora) (Petrikowski C.G. 2005).
EINLEITUNG
5
1.2.1 Positionierung der Speicherfolienradiographie innerhalb der digitalen
bildgebenden Verfahren in der Zahnheilkunde
Um eine Positionierung der Speicherfolienradiographie innerhalb der digitalen
bildgebenden Verfahren vornehmen zu können, ist es zunächst notwendig diese zu
benennen und ihre Funktionsweise kurz zu umreißen. Anschließend können die Vorund Nachteile der Speicherfolienradiographie eingehender erläutert werden, um somit
den Stellenwert des Systems herauszuarbeiten.
In der digitalen Projektionsradiographie kann man neben der indirekten digitalen
Bildgebung auch die semidirekte Speicherfolienradiographie unterscheiden. Die
beiden Technologien, die hier zur Verfügung stehen, heißen CCD- und CMOSTechnologie und werden in der Literatur als „solid state systems“ zusammengefasst.
Bei der CCD-Technologie wird ein elektronischer Chip verwendet, der im Sensor des
Systems eingebaut ist. Wird dieser Sensor mit Röntgenquanten bestrahlt, so wird die
Energie der auftreffenden Röntgenphotonen durch den Chip in elektrische Signale
umgewandelt. Eine Leuchtfolie verstärkt dabei die Effektivität der Umwandlung. Der
lichtempfindliche CCD-Chip (charge coupled device) ist ein Halbleiter-Bildsensor und
über ein Kabel mit einem Analog-Digital-Wandler verbunden, der die elektrischen
Signale in digitale umwandelt. Diese digitalen Signale werden von einem Rechner zu
einem digitalen Röntgenbild verarbeitet (Rother U.J. 2001, Shearer A.C. 2001, van der
Stelt P.F. 2005).
Die CMOS-Technologie unterscheidet sich im Wesentlichen von der CCDTechnologie durch die Mikroarchitektur des Chips im Sensor. Im CMOS-Chip
(complementary metal oxide semiconductor) selbst sind mehr elektronische
Komponenten integriert, die Photonenenergie in elektrische Signale umwandeln (van
der Stelt P.F. 2005). Im Gegensatz zum CCD-Chip, ist jedes Pixel im CMOS-Chip mit
einem Signalverstärker und einem Analog-Digital-Wandler verschaltet (Paurazas S.B.
et al. 2000).
Vor der Erläuterung der Vor- und Nachteile der einzelnen digitalen Systeme, ist die
Betrachtung zweier Studien aus Norwegen und den Niederlanden aufschlussreich, die
die Präferenzen der Anwender in der Praxis hinsichtlich der digitalen Systeme
6
EINLEITUNG
untersucht haben. Aus der norwegischen Untersuchung im Jahr 2001 ging hervor,
dass
lediglich
14%
der
befragten
Zahnärztinnen
und
Zahnärzte
digitale
Röntgensysteme in der Praxis verwendeten. Davon nutzten deutlich mehr als die
Hälfte (61%) die Speicherfolienradiographie und 35% der Anwender die CCD- oder
CMOS-Technologie (Petrikowski C.G. 2005). Eine niederländische Studie kam ein
Jahr später zu ähnlichen Ergebnissen. Hier nutzten 12% der 7000 Befragten digitale
Röntgendetektoren.
Die
Mehrheit
entschied
sich
auch
hier
für
die
Speicherfolienradiographie (67,5%). Als Grund, warum sich ein Großteil der
Zahnärztinnen und Zahnärzte gegen digitale Röntgensysteme entschieden, gaben
diese „zu hohe Kosten“ (50%) und teilweise eine „zu schlechte Bildqualität“ (12%) an
(Berkhout W.E. et al. 2002).
Das Speicherfoliensystem zeichnet sich durch folgende Faktoren positiv aus: Zum
einen
kann
beim
Umstieg
Speicherfolienradiographie
auf
vom
die
konventionellen
herkömmlichen
Röntgen
zur
Röntgeneinrichtungen
zurückgegriffen werden, was für den Besitzer der Röntgenanlage einfach und günstig
ist. Zum anderen sind die relativ flexiblen Speicherfolien und der damit verbundene
gute Patientenkomfort bei der intraoralen Positionierung als positiv zu werten (Pasler
A.P. und Visser H. 2000, S.141)
Ungünstig in Bezug auf die Speicherfolienradiographie ist, dass im Praxisalltag eine
Restinformation auf den Speicherfolien nach dem Auslesen verbleibt. Diese
Restinformation
muss
nach
jedem
Auslesevorgang
in
einem
speziellen
Belichtungsgerät gelöscht werden (van der Stelt P.F. 2005). Die Auslesezeit
respektive die Zeit, die es dauert bis das Röntgenbild auf dem Computer-Monitor
verfügbar ist, ist bei einem CCD- bzw. CMOS-System wesentlich kürzer und auf
wenige Sekunden beschränkt (Pasler A.P. und Visser H. 2000, S.140). Ein weiterer
Nachteil der Speicherfolienradiographie ist, dass es zu einem Signalverlust führen
kann, wenn die Speicherfolien Tageslicht exponiert werden oder nicht sofort
ausgelesen werden. Dieser Signalverlust wird auch als „Fading“ bezeichnet (Ang D.B.,
Angelopoulos C., Katz J.O. 2006). Nachteilig bei dem CCD- bzw. CMOS-System ist
die
Kabelverbindung
des
Sensors
zum
Computer
via
Wandbox
oder
Computernetzwerk. Diese beeinträchtigt die intraorale Positionierung des Sensors. Es
gibt zwar kabellose Systeme, jedoch sind die Sensoren hierbei dicker. Ebenfalls
7
EINLEITUNG
nachteilig ist, dass der CCD-/CMOS-Sensor starr ist und sich im Patientenmund nicht
flexibel adaptieren lässt (van der Stelt P.F. 2005).
Für einen objektiven Vergleich der Bildqualität der einzelnen Systeme sind die
Parameter
Pixelgröße,
Grenzauflösung,
Dynamikbereich
bzw.
Graustufen-Bit-
Auflösung und Quanteneffizienz hilfreich.
Zur Pixelgröße:
Ein digitales Bild ist aus diskreten Bildelementen (Pixel) aufgebaut. Generell gilt: Je
größer die Zahl der Pixel für ein gegebenes Betrachtungsfeld ist, umso größer ist die
maximal erreichbare örtliche Auflösung des Bildes. Außerdem wird das Bildrauschen
geringer ( James J.J. et al. 2001).
Bei einer Speicherfolie beträgt die durchschnittliche Pixelgröße 60-70 µm. Ein CCDSensor hat im Durchschnitt eine Pixelgröße von 25-40 µm und lässt somit eine etwas
höhere Auflösung zu. Das Bildrauschen wird somit auch verringert (van der Stelt P.F.
2000)
Zur Grenzauflösung (örtliche Auflösung):
Die Grenzauflösung beschreibt die Erkennbarkeit kleinster anatomischer Strukturen
wie beispielsweise den Parodontalspalt. Die örtliche Auflösung wird üblicherweise in
einem Bleistrichraster vorgenommen, dessen Auswertung in Linienpaaren (Lp) pro
Millimeter erfolgt (Busch H.P. 1999). Die örtliche Auflösung digitaler Systeme wird
hingegen durch die Pixelgröße begrenzt. Hierbei stellt die Nyquistfrequenz (1/2[a]) die
höchste in den Hauptachsen darstellbare Ortsfrequenz dar. Die Kantenlänge eines als
quadratisch angenommenen Pixels in Millimeter entspricht in obiger Gleichung a.
(Leitlinie der Bundesärztekammer zur Qualitätssicherung in der Röntgendiagnostik
2007)
Entspräche die Pixelgröße beispielsweise 0,25 mm, so ergäbe sich daraus eine
Grenzfrequenz (Nyquist-Grenze) von 2 Lp/mm. Die Überschreitung der NyquistGrenze bei einer Strichrasteraufnahme führt zu einer Verminderung der Bildqualität
(Aliasing) (Busch H.P. 1999)
Die Grenzauflösung bei den extraoralen Speicherfolien beträgt 2,5 bis 5 Lp/mm und
liegt somit im Bereich der DIN V6868-151 (Sicherung der Bildqualität in
röntgendiagnostischen Betrieben - Teil 151: Abnahmeprüfung nach RöV an
EINLEITUNG
8
zahnärztlichen Röntgeneinrichtungen - Regeln für die Prüfung der Bildqualität nach
Errichtung, Instandsetzung und Änderung.).
Zum Dynamikbereich:
„Der Dynamikbereich eines digitalen Aufnahmesystems wird durch den Dosisbereich
festgelegt, der ohne Über- und Untersteuerung in digitale Signale umsetzbar ist“
(Busch H.P. 1999)(S.716). Im gesamten Dynamikbereich besteht bei digitalen
Systemen ein linearer Zusammenhang zwischen Dosis und Signalstärke.
Beim Speicherfoliensystem beträgt der Dynamikbereich 1:40000, dagegen weist die
CCD-Technologie einen geringeren Bereich mit 1:4000 auf. Dadurch hat das
Speicherfoliensystem deutliche Vorteile. Der Expositionsspielraum ist groß, wodurch
Fehlexpositionen ausgeschlossen sind und Wiederholungsaufnahmen vermieden
werden können. Des Weiteren ermöglicht ein großer Dynamikbereich die gleichzeitige
Darstellung großer Absorptionsunterschiede wie beispielsweise zwischen Knochen
und Weichteilen in einer Aufnahme (Busch H.P. 1999).
Allerdings muss hier kritisch angemerkt werden, dass Fehlexpositionen (z.B.
Überbelichtungen) zwar keinen sichtbaren Effekt auf die Bildqualität haben, aber
dennoch auf den Patienten. Dieser erhält eine höhere Strahlendosis als für eine
ausreichende Diagnostik erforderlich wäre (van der Stelt P.F. 2005).
Graustufen-Bit-Auflösung:
Die Graustufen-Bit-Auflösung ist ein Parameter, der die Klarheit des Röntgenbildes
bzw. den Kontrast bedingt. Durch die Aufteilung verschiedener Graustufen-Werte auf
einem Monitor wird das sichtbare Bild repräsentiert. Hierbei wird die Zahl der
verschiedenen Grauabstufungen in Form von Bits als Information pro Pixel
ausgedrückt. Je größer die Zahl der unterschiedlichen Graustufen ist, umso höher ist
der Kontrast des digitalen Bildes. Eine Ein-Bit-Graustufen-Auflösung bedeutete folglich
für jedes Pixel lediglich die Unterscheidung zwischen Schwarz und Weiß (James J.J.
et al. 2001)
Die CCD-Technik ist hierbei mit einer Graustufen-Auflösung von 14 Bit der
Speicherfolien-Technik mit 12 Bit zahlenmäßig überlegen (James J.J. et al. 2001).
Obschon die Bilder mit 14 Bit oder 12 Bit akquiriert werden, erfolgt in einem weiteren
Schritt ein Herunterrechnen auf beispielsweise 8 Bit (van der Stelt P.F. 2000).
9
EINLEITUNG
Zur Quanteneffizienz:
„Die Quanteneffizienz (detective quantum efficiency – DQE) beschreibt den
Wirkungsgrad, mit dem auftreffende Röntgenstrahlung in ein Signal umgewandelt
wird. […] Ein idealer Detektor hat eine DQE=100%. Ein hoher DQE Wert entspricht
einer hohen effektiven Quantenausnutzung. Damit besteht die Möglichkeit, bei
gleicher Aufnahmequalität die Dosis zu reduzieren“ (Busch H.P. 1999)(S.716). Die
DQE erlaubt einen objektiven Vergleich der Leistungsfähigkeit eines bildgebenden
Röntgensystems (James J.J. et al. 2001).
Die Quanteneffizienz bei 70 kV beträgt für die Speicherfolien-Technik 25% und für die
CCD-Technik 40%. (Busch H.P. 1999)
In der Literatur ist häufig berichtet worden, dass die Strahlungsdosis bei digitalen
Röntgensystemen im Vergleich zur konventionellen Radiographie um 50% oder mehr
reduziert werden kann. Dagegen fanden Berkhout et al. heraus, dass die Reduktion
der Strahlung nur 25% betrage (Petrikowski C.G. 2005). Dieser Vorteil, der beiden hier
erläuterten digitalen Systemen zugeschrieben werden kann, wird allerdings durch eine
weitere Untersuchung von Berkhout et al. relativiert. Die Studie besagt, dass
Behandler, die die Speicherfolienradiographie nutzten, 32% und CCD-Nutzer 49%
mehr Röntgenbilder anfertigten als Behandler, die die konventionelle Technik nutzten
(Berkhout W.E. et al. 2002). Dies könnte am kurzen Zeitraum liegen, der bei den
digitalen Systemen, wie oben bereits erwähnt, von der Belichtung des Sensors bis zur
Verfügbarkeit des Bildes auf einem Monitor erforderlich ist (Petrikowski C.G. 2005).
Damit wird das Argument vom Vorteil der Reduktion der Strahlendosis bei digitalen
Röntgensystemen relativiert. Außerdem muss bei der Speicherfolienradiographie bei
einer Dosisreduktion mit vermehrtem Bildrauschen gerechnet werden, was sich
wiederum auf die diagnostische Beurteilbarkeit auswirken kann (James J.J. et al.
2001).
Zusammenfassend ist Folgendes festzuhalten:
Im täglichen Gebrauch scheint die Speicherfolienradiographie vor allem bei der
intraoralen Röntgendiagnostik vorteilhafter als die CCD-/CMOS-Technik zu sein, was
durch die Untersuchungen zur Präferenz der Behandler untermauert wird.
Die rein objektive Beurteilung der Bildqualität anhand der oben erläuterten Parameter
spricht aufgrund der Vorteile bezüglich Pixelgröße, Graustufen-Bit-Auflösung und
Quanteneffizienz
für
die
CCD-/CMOS-Technologie.
Allerdings
muss
hier
berücksichtigt werden, dass die Nachverarbeitung digitaler Bildinformation zu einer
10
EINLEITUNG
deutlichen Steigerung der Qualität und der damit verbundenen diagnostischen
Information führt (Busch H.P. 1999). Entscheidend ist aber nicht nur die objektive
Bildqualität,
sondern
auch
welche
diagnostische
Aussagekraft
die
digitalen
Röntgenbilder haben (van der Stelt P.F. 2005).
1.3 Beschreibung des Speicherfoliensystems VistaScan (Dürr Dental,
Bietigheim-Bissingen)
Das in dieser Arbeit verwendete Speicherfoliensystem heißt VistaScan und wird von
der Firma Dürr Dental vertrieben. Mit dem VistaScan System können sowohl intraorale
als auch extraorale Speicherfolienformate eingelesen werden. Als Sensoren werden
Speicherfolien aller gängigen Formate angeboten. Das hier verwendete Format für
eine Panoramaschichtaufnahme (PSA) beträgt 12,7x30,5. Laut Hersteller wird bei
einer Standard-Abtastung bei diesem PSA-Format eine örtliche Auflösung von 5
Lp/mm
erzielt.
Die
Auslesegeschwindigkeit
betrage
21
Sekunden.
Für
ein
Fernröntgenseitenbild (FRS) mit dem Format 24x30 und der gleichen örtlichen
Auflösung wird die Auslesegeschwindigkeit mit 38 Sekunden angegeben.
Neben den Speicherfolien umfasst das VistaScan System eine Ausleseeinheit und
eine Löscheinheit (ReSetter). Die Ausleseeinheit ist mit einem Rechner und einem
Monitor verbunden und kann auch an ein Netzwerk gekoppelt werden.
Der vorwiegend zylinderförmigen Ausleseeinheit können bis zu vier intraorale bzw.
eine PSA oder ein FRS pro Auslesezyklus über eine Folienkassette zugeführt werden.
Laut Hersteller geht der Auslesevorgang folgendermaßen vonstatten:
Die Speicherfolien werden mittels Transportbändern automatisch und synchron zum
abtastenden roten Laserstrahl nach unten in die Ausleseeinheit gezogen. Der
Laserstrahl wird durch ein Rohr fokussiert und über ein Pentaprisma mit 4000 U/min
auf die Speicherfolie übertragen. Ein Doppelparabolspiegel sammelt und reflektiert
das von den Speicherfolien emittierte blaue Nutzlicht zum Photomultipler, der das
Licht verstärkt und in ein analoges Signal umwandelt. Eine Steuerungselektronik setzt
dieses Signal in ein digitales um und steuert die Systemkomponenten. Nach dem
Auslesevorgang fallen die Speicherfolien in einen Auffangteller und müssen dann im
ReSetter gelöscht werden. Bei diesem Ausleseverfahren rotiert folglich der Laserstrahl
und nicht die Speicherfolie wie dies bei Trommelscannern der Fall ist. Durch diese
EINLEITUNG
11
PCS-Technologie (Photo Collecting System) soll laut Dürr Dental die Präzision und
Geschwindigkeit beim Auslesen verbessert werden. Zur Bildqualität gibt der Hersteller
eine örtliche Auflösung von rund 15 Lp/mm, eine Quanteneffizienz von 96,3% und
eine hohe Dynamik mit 16 Bit Rohdaten an.
1.4 Prinzip der Bildentstehung einer Panoramaschichtaufnahme (PSA)
Die Grundlage für die Panoramaschichtaufnahme (PSA) wurde 1949 durch Paatero
erarbeitet (Pasler F.A. 2008). Der wesentliche Vorteil der PSA im Vergleich zum
Zahnfilm besteht darin, dass eine umfassende zahnärztliche Untersuchung durch die
gleichzeitige und vollständige Wiedergabe des Kausystems, der Kiefergelenke und
der Kieferhöhlen ermöglicht wird (Pasler F.A. und Visser H. 2000). Während der
Bildentstehung einer PSA rotieren eine Röntgenröhre und ein Bildempfänger im
Uhrzeigersinn um den Gesichtsschädel des Patienten (Jöhren H. P. 2007). Die PSA
ist im eigentlichen Sinn eine Zonographie (Dickschichtaufnahme) mit wechselnden
Schichtdicken von 9-20 mm im Frontzahn- bis zum Kiefergelenkbereich (Pasler F.A.
2008). Während der Bildentstehung erfolgt eine Bündelung der Strahlen der
Röntgenröhre durch eine primäre (fokusnahe) und eine sekundäre (fokusferne)
vertikale Schlitzblende (Jöhren H.P. 2007). Deshalb ist die nach Paatero entwickelte
PSA eine Kombination aus den Prinzipien der Tomographie und der Slot-Technik
(Spaltradiographie). Durch die Tomographie kann ein Detail, das sich in einer
bestimmten Schicht eines Objekts befindet, scharf abgebildet werden. Außerhalb
dieser Schicht werden Überlagerungen verwischt dargestellt (Pasler F.A. und Visser
H. 2000). Durch das oben beschriebene Verschieben der Röntgenröhre und des
Bildempfängers entsteht ein Schichtwinkel. Je größer dieser Schichtwinkel ist, desto
dünner wird die scharf zeichnende Schicht (Pasler F.A. und Visser H. 2000). Eine
möglichst orthoradiale Projektion, das heißt ohne Überlagerung der Zahnkronen, wird
durch einen Bewegungsablauf von der Röntgenröhre und dem Bildempfänger über
drei Rotationszentren erreicht (Düker J. et al 2003).
12
FRAGESTELLUNG
2
In
Fragestellung
der
vorliegenden
Arbeit
sollte
eine
qualitative
Bewertung
der
Speicherfolienradiographie im Vergleich zur konventionellen Röntgendiagnostik im
Rahmen einer ROC-Analyse vorgenommen werden. Die retrospektive Studie wurde
anhand von klinischen Panoramaschichtaufnahmen als randomisierter DoppelblindVersuch angelegt.
Folgendes galt es hierbei zu untersuchen:
Zum einen wurde untersucht, ob es in Bezug auf die Validität beziehungsweise die
diagnostische Leistungsfähigkeit zwischen dem konventionellen Film-Folien-System
und dem digitalen Speicherfoliensystem VistaScan (Dürr Dental, BietigheimBissingen, Deutschland) Unterschiede gab.
Im zweiten Teil wurde die Frage gestellt, inwiefern die Bildbeurteilungen der
Panoramaschichtaufnahmen
vom
Bewerter
abhängig
und
in
verschiedenen
Beurteilungsdurchgängen reproduzierbar waren.
In der röntgendiagnostischen Praxis sind diese Untersuchungen beispielsweise
relevant, wenn ein Umstieg vom konventionellen zum digitalen Röntgen geplant ist.
13
VERSUCHSPLAN
3
Versuchsplan
Akquisition von
Panoramaschichtaufnahmen (PSA)
(in vivo)
mittels analogem Gerät
Dentaltomograph von Philips
Digitale PSA wurden mittels Speicherfoliensystem
Vista Scan (Dürr Dental) im laufenden Klinikbetrieb im
Zeitraum vom Jahr 2006 bis 2008 erstellt
Konventionelle PSA wurden mittels
Film-Folien-Kombinationen
bis zum Jahr 2006 erstellt
Recherche mit dem Röntgenkontrollbuch der
Vista Scan Software „DBSWin“
Digitalisierung mittels Matrix-Scanner mit
einem CCD-Flächensensor
Auswahl von je 50 digitalen PSA mit
pathologischen und physiologischen Befunden
Recherche der PSA, zu welchen eine
entsprechende digitale PSA bereits
vorliegt
(Programm: HydMedia)
Abgleich und Festlegung der
pathologischen sowie der
physiologischen Befunde mit
Hilfe der Konsensus-Methode
Verblindung der 200 PSA
durch Zuschneiden
(Programm: Photoshop)
Präsentation der
verblindeten PSA
sowie Randomisierung
und Speicherung des
Zahlenwertes der
Bildbeurteilung in einer
Excel-Tabelle mit Hilfe
eines Bildbeurteilungsprogrammes
Bildbeurteilung durch sechs
Untersucher im Rahmen einer
ROC-Analyse mittels
graduierter Fünfpunkt-Skala
Statistische Auswertung der
Beurteilungsergebnisse
Abb. 2: Versuchsplanung zum Vergleich der Validität und der Befundreliabilität
von digitalisierten konventionellen und digitalen Panoramaschichtaufnahmen
14
VERSUCHSPLAN
3.1 Beschreibung des Versuchsplans
Für den Vergleich der Validität und der Befundreliabilität von digitalisierten
konventionellen und digitalen Panoramaschichtaufnahmen stand am Anfang der
Versuchsplanung die Bildakquisition. Die PSA wurden sowohl digital als auch
konventionell am Patienten mit einem analogen Dentaltomographen (Philips,
Amsterdam, Niederlande) im laufenden Klinikbetrieb erstellt. Die digitalen PSA wurden
im Zeitraum vom Jahr 2006 bis 2008 mit dem Speicherfoliensystem VistaScan (Dürr
Dental, Bietigheim-Bissingen, Deutschland) angefertigt. Zur Recherche von erstellten
digitalen PSA diente die VistaScan Software DBSWin. Zu den vorliegenden digitalen
PSA wurden entsprechende digitalisierte konventionelle PSA recherchiert. Diese
konventionellen PSA wurden bis zum Jahr 2006 mittels Film-Folien-Kombination
angefertigt und mit einem Matrix-Scanner mit CCD-Flächensensor anschließend zur
Archivierung mit der Diagnostix-32-Software digitalisiert. Zur Recherche der
digitalisierten konventionellen PSA wurde das Programm HydView (HYDMedia,
Rottenburg, Deutschland) verwendet.
Aus den ermittelten digitalen und digital-konventionellen PSA wurden je 50 Bilder mit
pathologischen Befunden und je 50 Bilder mit physiologischen Befunden mit Hilfe der
Konsensus-Methode ausgewählt.
Diese 200 PSA wurden mit einem Bildbearbeitungsprogramm (Photoshop) durch
Zuschneiden verblindet und anschließend sechs Betrachtern zur Bildbeurteilung
anhand einer graduierten Fünfpunkt-Skala im Rahmen einer ROC-Analyse vorgelegt.
Die Bildpräsentation, die Randomisierung und die Speicherung des entsprechenden
Zahlenwertes der Bildbeurteilung in einer Excel-Tabelle erfolgten durch ein eigens
programmiertes
Bildbeurteilungsprogramm.
Die
Bildbeurteilung
wurde
unter
standardisierten Bedingungen durchgeführt.
Die ermittelten Daten wurden schließlich statistisch mit Hilfe von ROC-Kurven und
ROC-Flächen ausgewertet und interpretiert.
15
MATERIAL UND METHODEN
4
Material und Methoden
4.1
Bildmaterial
4.1.1 Auswahl
Für die Bildbeurteilung wurden bereits vorhandene Panoramaschichtaufnahmen mit
und ohne pathologischen Befunden aus dem Röntgenkontrollbuch der Klinik für Zahn-,
Mund- und Kieferheilkunde der Universität Freiburg ab dem Jahr 2005 mit Hilfe der
DBSWin-Software ausgewählt. Die so ermittelten digitalen PSA wurden mit dem
Archiv der digitalisierten konventionellen PSA mit dem Recherche-Programm HydView
(HYDMedia, Rottenburg, Deutschland) abgeglichen. Lagen von einem Patienten zwei
PSA sowohl in digitaler als auch in digitalisiert-konventioneller Form vor, so wurden
diese gesondert und unter dem Patientennamen auf dem Hauspool der Zahnklinik
abgespeichert. Aus dieser Sammlung an PSA wurden mit der Konsensus-Methode
qualitativ gleichwertige PSA durch zwei nicht an der Bildbewertung teilnehmenden
Zahnärzten ausgewählt.
4.1.2 Anzahl der ausgewerteten PSA
Für die Bildbewertung wurden je 50 PSA mit mindestens einem pathologischen
Befund und ohne pathologische Befunde herangezogen, die mit dem analogen
Dental-Tomographen (Philips) auf konventionelle Weise mit Hilfe von Film-FolienKombinationen erstellt worden sind (Abb. 8 und 10). Ebenfalls wurden je 50 PSA mit
und
ohne
pathologischen
Befunden
ausgewählt,
die
mit
der
Speicherfolienradiographie (VistaScan) digital generiert wurden (Abb. 7 und 9).
Daraus ergab sich insgesamt eine Summe von 200 PSA.
4.1.3 Bildbearbeitung und Verblindung
Alle
200
Bilder
wurden
mit
einem
Bildbearbeitungsprogramm
(Photoshop)
zugeschnitten. Dadurch konnten der Skribor der konventionellen PSA und das
Seitenzeichen entfernt und die einzelnen PSA verblindet bzw. anonymisiert werden.
16
MATERIAL UND METHODEN
Bei einigen PSA wurde infolgedessen ein größerer Teil des linken Bildbereiches
weggeschnitten.
4.2
Probanden
4.2.1 Demographische Daten
Von den 100 Patienten waren 47 männlichen und 53 weiblichen Geschlechts. Das
Patientenalter betrug im Durchschnitt des gesamten Patientenkollektivs zum Zeitpunkt
der konventionellen Bilderstellung 45,4 Jahre und zum Zeitpunkt der digitalen
Bilderstellung
48,5
Jahre.
Der
jüngste
Proband
war
zum
Zeitpunkt
einer
konventionellen Aufnahme 8 Jahre und zum Zeitpunkt einer digitalen Aufnahme 9
Jahre alt. Der älteste Proband war zum Zeitpunkt einer konventionellen Aufnahme 80
Jahre und zum Zeitpunkt einer digitalen Aufnahme 82 Jahre alt.
Die konventionellen PSA wurden in einem Zeitraum vom Jahr 1994 bis zum Jahr 2006
erstellt. Bei den digitalen PSA erstreckte sich der Aufnahmezeitraum vom Jahr 2006
bis zum Jahr 2008.
Bei der männlichen Probandengruppe vergingen im Durchschnitt 3,4 Jahre zwischen
der Anfertigung von konventioneller und digitaler PSA. Bei der Probandengruppe der
Frauen waren dies im Mittel 2,9 Jahre.
Für das Patientenkollektiv ergab sich ein Durchschnittswert von 3,1 Jahren, die
zwischen konventioneller und digitaler Bildaufnahme lagen.
4.3
Untersucher
4.3.1 Auswahl und Anzahl
Insgesamt
führten
sechs
Untersucher
die
Einzelbewertungen
der
Panoramaschichtaufnahmen durch. Davon waren drei Untersucher weiblich und drei
Untersucher männlich. Diese sechs Untersucher waren zum Bewertungszeitpunkt alle
klinisch tätig. Fünf Untersucher waren Mitarbeiter der Zahnklinik Freiburg. Davon
waren zwei Mitarbeiter in der Abteilung für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, zwei
Mitarbeiter in der Abteilung für zahnärztliche Prothetik und einer Mitarbeiter in der
Abteilung für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie. Ein Zahnarzt war in freier
Praxis in Freiburg tätig. Die durchschnittliche Behandlungserfahrung betrug zu Beginn
17
MATERIAL UND METHODEN
der Untersuchung 3,4 Jahre. Das Lebensalter der Betrachter betrug zum gleichen
Zeitpunkt im Mittel 28,6 Jahre.
4.4
Geräte und Programme
4.4.1 Auflistung der Geräte und Programme
1.) Bildschirm (Fujitsu-Siemens P19-1S, München, Deutschland)
2.) DBSWin (Dürr Dental, Bietigheim-Bissingen, Deutschland)
3.) Dentaltomograph (Philips, Amsterdam, Niederlande)
4.) Komplettsystem zur Digitalisierung von
Röntgenfilmen mit Diagnostix-32 Software
(GEMED, Gesellschaft für medizinisches
Datenmanagment mbH, Ulm, Deutschland)
5.) Evalution-Tool 4 (Final Studios, Hürth, Deutschland)
6.) Excel (Microsoft Corporation, Redmond, USA)
7.) Film-Folien-Kombination (T-MAT L, Kodak, Rochester, USA)
8.) HYDView (HYDMedia, Rottenburg, Deutschland)
9.) Speicherfolien (Dürr Dental, Bietigheim-Bissingen, Deutschland)
10.) Vista Scan (Dürr Dental, Bietigheim-Bissingen, Deutschland)
11.) SPSS 14.0 (LEAD Technologies, Inc., USA)
Abb.3 VistaScan Scanner Abb.4 VistaScan Resetter
(Quelle: Dürr Dental)
(Quelle: Dürr Dental)
Abb.5 Evalution-Tool 4
(Quelle: Final Studios)
MATERIAL UND METHODEN
Abb.6 Darstellung der Bedienoberfläche des Bildbeurteilungsprogrammes
Evalution-Tool 4. Mit Hilfe dieses Programms wurden die
Panoramaschichtaufnahmen den Untersuchern verblindet und randomisiert zur
Bildbeurteilung präsentiert. Das Programm exportierte die gesammelten Daten
automatisch in eine Excel-Tabelle. (Quelle: Final Studios)
18
MATERIAL UND METHODEN
19
Abb.7: Digitale Panoramaschichtaufnahme (ohne pathologischen Befund)
Abb.8: Konventionelle Panoramaschichtaufnahme (ohne pathologischen Befund)
MATERIAL UND METHODEN
20
Abb.9: Digitale Panoramaschichtaufnahme mit pathologischem Befund
Abb.10: Konventionelle Panoramaschichtaufnahme mit pathologischem Befund
21
MATERIAL UND METHODEN
4.4.2 Technische Daten Vista Scan
Der Speicherfolienscanner Vista Scan (Abb. 3 und 4)(Dürr Dental, BietigheimBissingen, Deutschland) hatte laut Herstellerangaben je nach Speicherfoliengröße
eine theoretische Auflösung von 40 LP/mm und eine nachweisbare Ortsauflösung von
rund 15 LP/mm. Die kleinste Pixelgröße wurde hierbei mit 12,5 µm angegeben. Die
Auslesedauer wurde für eine Panoramaschichtaufnahme bei 5 Lp/mm mit 21
Sekunden angegeben.
4.4.3 Technische Daten des Bildbeurteilungsprogramms Evalution-Tool 4.0
Das Bildbeurteilungsprogramm Evalution-Tool 4.0 (Abb.5 und 6) wurde auf Java 6.0
basierend programmiert. Für die Funktion des Bildbeurteilungsprogrammes war somit
ein entsprechendes Java Runtime Environment notwendig. Die zu untersuchenden
Röntgenbilder wurden im jpg-Format in das Programm eingefügt und mit einer
vordefinierten Verzeichnisstruktur automatisch eingelesen. Der Bildindex wurde aus
einem Dateinamen-Prefix extrahiert. Eine randomisierte Bildabfolge während der
Bildpräsentation konnte realisiert werden. Die Randomisierung war hierbei nur von der
Bildanzahl abhängig. Dies hatte zur Folge, dass eine gleich bleibende Anzahl an
Bildern eine immer gleiche Abfolge der Bilder in der Bildpräsentation gewährleistete.
Die interne Speicherung aller Ergebnisse erfolgte im Binärformat. Diese wurden in der
Datei „data.dat“ abgelegt. Exportiert wurden die gesammelten Daten in das Programm
Excel in den Ordner „evalution.xls“. Hierzu wurde das entsprechende sheet (Blatt)
jedes Mal vollständig neu geschrieben.
4.4.4 Technische Daten zum Komplettsystem zur Digitalisierung von
Röntgenfilmen
Die konventionellen Panoramaschichtaufnahmen wurden mittels Matrix-Scanner mit
einem
CCD-Flächensensor
digitalisiert.
Es
handelte
sich
hierbei
um
das
Komplettsystem zur Digitalisierung von Röntgenfilmen mit der Diagnostix-32 Software
(GEMED, Gesellschaft für medizinisches Datenmanagement mbH, Ulm, Deutschland).
22
MATERIAL UND METHODEN
Die Auflösung betrug im Standardmodus 2,5 LP/mm. Der Scanner verfügte über 4096
Graustufen pro Bildpunkt (12 Bit/Pixel).
4.5
Testverfahren
4.5.1
Prinzip
4.5.1.1 Erstellen der Bildpräsentation
Die
bearbeiteten
und
verblindeten
Panoramaschichtaufnahmen
wurden
im
Beurteilungsprogramm Evalution-Tool 4.0 in vier Ordnern abgespeichert. Diese vier
Ordner wurden in digitale PSA mit und ohne pathologische Befunde und in
konventionelle digitalisierte PSA ebenfalls mit und ohne pathologische Befunde
gegliedert. Zur eindeutigen Zuordnung der einzelnen PSA im Beurteilungsprogramm
wurde diesen in zufälliger Reihenfolge ein Dateinamen-Prefix zugeordnet. Dieses
Prefix war eine Zahl von 1 bis 100. Infolge dessen wurde sowohl der digitalen als auch
der konventionellen PSA desselben Patienten das gleiche Prefix zugeordnet. Dem
Prefix folgte der Patientenname zur Dateibenennung.
Zudem wurde die Bilddatei mit dem Buchstaben k für konventionell und mit dem
Buchstaben d für digital versehen. Entsprechend wurde nach diesem Kürzel der
Buchstabe k für krank und der Buchstabe g für gesund eingefügt. Dadurch konnte
eine bearbeitete Bilddatei zu jeder Zeit einem Befund und der jeweiligen Aufnahmeart
zugeordnet werden.
4.5.1.2 Bildbewertung
Die Bildbewertung wurde anhand einer Bewertungsskala mit den Werten von eins bis
fünf vorgenommen. Hierbei wurden den einzelnen Werten (Scores) folgende
Aussagen zugeordnet:
1 – eindeutig gesund
2 – wahrscheinlich gesund
3 – keine Aussage möglich
4 – wahrscheinlich pathologisch
5 – eindeutig pathologisch
MATERIAL UND METHODEN
23
Sofern bereits ein pathologischer Befund durch den Untersucher erkannt wurde,
konnte der entsprechenden PSA der Wert fünf zugeordnet werden. Wurde keiner der
pathologischen Befunde festgestellt, so konnte die PSA mit dem Wert eins bewertet
werden. Bei Unsicherheiten auf Seiten der Untersucher ließ sich eine Abstufung durch
die Werte zwei bis vier vornehmen.
Um einen Goldstandard festzulegen, wurden die Panoramaschichtaufnahmen mit Hilfe
der Konsensus-Methode von zwei Zahnärzten ausgewählt und nach „eindeutig
gesund“ bzw. „eindeutig pathologisch“ selektiert.
Als pathologisch wurden ebenfalls durch die Konsensusmethode folgende Befunde
zugelassen:
•
Kariöse Läsionen
•
Apikale Aufhellungen
•
Insuffiziente prothetische oder konservierende Restaurationen (inkl.
Wurzelfüllungen)
•
Horizontaler Knochenverlust (Abstand Schmelz-Zement-Grenze zu krestaler
Knochengrenze größer als 3 mm)
•
Vertikaler Knochenverlust
•
Knöcherne Raumforderungen
•
Knöcherne Läsionen
•
Veränderungen in der Knochenfeinstruktur
•
Frakturen
•
Wurzelreste
•
Fremdkörper
In die Bewertung sollten nicht einfließen:
•
Veränderungen an den Kiefergelenken
•
Beurteilung der Kieferhöhlen
•
Operative Versorgungen (Osteosyntheseplatten, Drahtligaturen, Schrauben)
•
Fehlende Zähne
•
Retinierte und verlagerte Zähne
24
MATERIAL UND METHODEN
Die ausgewählten Pathologien wurden nicht näher spezifiziert, da viele vergleichende
Studien bildgebender Systeme unter der Vielfalt der gemessenen Parameter leiden.
Zudem ist ihre Bedeutung für die klinische Diagnosefindung unklar und ihre
statistische Auswertung schwierig. Die Ergebnisse solcher Studien mit vielen
spezifischen Parametern sind daher schwierig zu interpretieren und selten
untereinander vergleichbar (Oestmann J.W. und Galanski M. 1989).
Eine Liste der oben genannten Bewertungsskala sowie der pathologischen Befunde
und
den
Ausnahmen
lag
den
Untersuchern
während
der
gesamten
Beurteilungsdurchgänge ausgedruckt vor. Vor jedem Beurteilungsdurchgang fand eine
ca. einstündige Kalibrierungssitzung mit jedem Untersucher statt. In dieser Sitzung
wurden das Verfahren der Bildbewertung, zugelassene Pathologien sowie die
Funktion des Bildbewertungsprogrammes erläutert.
Den Untersuchern wurde ausreichend Zeit zum Klären von Verständnis- und
Verfahrensfragen vor dem Beginn eines Beurteilungsdurchganges gegeben. Um die
Empfindlichkeit der ROC-Analyse zu erhöhen, wurden die Untersucher nach ca. 10
Sekunden dazu aufgefordert eine Bewertung für eine Panoramaschichtaufnahme
abzugeben (Oestmann J.W. und Galanski M. 1989).
4.5.1.3. Anwendung des Beurteilungsprogramms Evalution-Tool 4.0
Das Beurteilungsprogramm Evalution-Tool 4.0 präsentierte in einem Fenster auf dem
Bildschirm die Panoramaschichtaufnahmen in voller Bildschirmbreite und mit
schwarzem Hintergrund. Am unteren Bildrand wurden auf einem schwarzen Balken
Radiobuttons mit den entsprechenden Ziffern der Bewertungsskala installiert. Zudem
gab es Schaltflächen, über welche der Beurteiler zur nächsten oder auch zur
vorherigen
Panoramaschichtaufnahme
gelangen
konnte.
Am
Ende
eines
Beurteilungsdurchganges wurden die ausgewählten Beurteilungen mit Namen, Datum
und Uhrzeit abgespeichert. Die entsprechenden Daten wurden vom dem Programm,
wie oben beschrieben, direkt und automatisch in einer Excel-Datei abgespeichert. So
konnten mögliche Übertragungsfehler der Bewertungen in eine Excel-Tabelle
ausgeschlossen werden.
Die im Vorfeld ausgewählten 200 Panoramaschichtaufnahmen wurden den Beurteilern
verblindet und in randomisierter Reihenfolge durch das Programm präsentiert.
25
MATERIAL UND METHODEN
4.5.2 Durchführung
Die Bildbeurteilung wurde stets in einem abgedunkelten Raum ohne Fenster
vorgenommen. Der Bildschirm, an welchem die Bildbeurteilung durchgeführt wurde,
war
nach
DIN
6868-57
für
die
Befundung
von
digitalen
Röntgenbildern
abnahmegeprüft. Die Einstellungen des Monitors bezüglich Kontrast, Pixelgröße oder
Helligkeit waren zu jedem Zeitpunkt der Beurteilungen exakt dieselben. Der erste
Beurteilungsdurchgang aller sechs Beurteiler erfolgte jeweils einzeln und zeitnah an
zwei aufeinander folgenden Tagen. Der zweite Beurteilungsdurchgang erfolgte nach
sechs Wochen an ebenfalls zwei Tagen und wiederum jeweils einzeln. Nach den
beiden Beurteilungsdurchgängen lagen somit 1200 Bildbewertungen zur statistischen
Auswertung vor.
4.6
Statistische Methoden
Die diagnostische Leistung der beiden untersuchten bildgebenden Verfahren wurde
mittels ROC-Analyse durch die Parameter Sensitivität und Spezifität bestimmt. Hierbei
wurden anhand von ROC-Kurven die ROC-Flächen berechnet, die als einzelner
Zahlenwert eine qualitative Einordnung der beiden Systeme erlaubte (Oestmann J.W.
und Galanski M. 1989).
Als
nicht
parametrischer
Test
für
zwei
verbundene
Stichproben
zur
Signifikanzberechnung wurde der Wilcoxon-Test angewandt. Das Signifikanzniveau
wurde hierbei mit 5% angenommen.
Zur Bestimmung der Befundreliabilität wurden zum einen die Intra-Rater-Reliabilität
und zum anderen die Inter-Rater-Reliabilität errechnet. Die Intra-Rater-Reliabilität
wurde mittels Korrelation nach Spearman und die Inter-Rater-Reliabilität mittels
Konkordanzanalyse nach Kendall bestimmt.
Die statistische Analyse sowie die graphische Darstellung wurden mit dem
Statistikprogramm SPSS 14.0 und Excel realisiert.
26
MATERIAL UND METHODEN
4.6.1
Validität
„Die Validität [Gültigkeit] eines diagnostischen Tests wird durch die Sensitivität und die
Spezifität
bestimmt“
(Weiß
C.
2008,
S.281).
Sensitivität
bezeichnet
die
Wahrscheinlichkeit, mit welcher ein Test bei einer kranken Person richtig (positiv)
reagiert. Spezifität ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine nicht-erkrankte Person ein
richtig (negatives) Ergebnis erhält (Weiß C. 2002). Die Einschätzung einer
diagnostischen Leistung verschiedener bildgebender Verfahren wird durch die ROCAnalyse ermöglicht (Oestmann J.W. und Galanski M. 1989). Hierbei lässt sich die
Gesamtgenauigkeit eines bildgebenden Verfahrens durch die Fläche unter der ROCKurve bestimmen (Weiß C. 2008). Diese Fläche wird auch als AUC (area under the
curve) bezeichnet.
27
ERGEBNISSE
5
Ergebnisse
5.1
ROC-Kurven
digital
konventionell
1,0
Sensitivität
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1 - Spezifität
Abb.11
ROC-Kurven
des ersten
erstenund
undzweiten
zweiten
Abb.10
ROC-Kurvenfür
fürdie
die Daten
Daten des
Beurteilungsdurchganges der
Beurteilungsdurchganges
der digitalen
und konventionellen
PSA (n=1200)
digitalen
und konventionellen
PSA (n=1200).
digital
konventionell
1,0
Sensitivität
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1 - Spezifität
Abb.11 ROC-Kurven
diedie
Daten
desdes
ersten
Beurteilungsdurchganges
der digitalen
Abb.12
ROC-Kurvenfürfür
Daten
ersten
Beurteilungsdurchganges
der und
konventionellen
digitalen und konventionellen
PSA (n=600)PSA (n=600)
28
ERGEBNISSE
digital
konventionell
1,0
Sensitivität
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1 - Spezifität
Abb.12
der
digitalen
und
Abb.13ROC-Kurven
ROC-Kurvenfürfürden
denzweiten
zweitenBeurteilungsdurchgang
Beurteilungsdurchgang
der
digitalen
konventionellen
PSA
(n=600)
und konventionellen PSA (n=600)
29
ERGEBNISSE
Zur Darstellung der diagnostischen Leistung für die digitalen und die konventionellen
Panoramaschichtaufnahmen wurden die ROC-Kurven erstellt (Abb. 11-13). In
Abbildung
10
wurden
sowohl
die
ROC-Kurve
für
die
konventionellen
Panoramaschichtaufnahmen als auch die ROC-Kurve für die konventionellen PSA aus
den gepoolten Beurteilungswerten der sechs Untersucher aus dem ersten und dem
zweiten Beurteilungsdurchgang zusammengefasst. Bei der Betrachtung der beiden
Graphen in Abbildung 10 konnte eine deutliche Rechtsverschiebung des Graphen für
die digitalen PSA ausgemacht werden. Dies hatte auch direkte Auswirkungen auf die
Größe der AUC-Werte, die für die digitalen PSA kleiner waren als bei den
konventionellen PSA (siehe Tab.4).
Eine Rechtsverschiebung der ROC-Kurven für die digitalen PSA konnte auch in den
Abbildungen bei separater Betrachtung der Beurteilungsdurchgänge festgestellt
werden, wobei diese im ersten Beurteilungsdurchgang vergleichsweise stärker war.
Hieraus lässt sich eine Überlegenheit der diagnostischen Leistung der konventionellen
PSA im Gegensatz zu den digitalen PSA ableiten.
5.1.1 Sensitivität und Spezifität
Die Werte für die Sensitivität und die Spezifität des digitalen und des konventionellen
bildgebenden Verfahrens wurden berechnet und in den nachfolgenden Tabellen 1-3
aufgeführt.
Schwellenwert
digital
konventionell
Sensitivität
Spezifität
0
1,00
,00
1
1,00
,28
2
,99
,45
3
,98
,48
4
,96
,54
5
,00
1,00
0
1,00
,00
1
1,00
,35
2
,99
,56
3
,99
,63
4
,98
,67
5
,00
1,00
Tab.1 Werte für die Sensitivität und Spezifität der ROC-Kurven, die aus den
Daten des ersten und zweiten Beurteilungsdurchganges der digitalen und
konventionellen PSA berechnet wurden (siehe Abb.11).
30
ERGEBNISSE
Schwellenwerte
digital
konventionell
Sensitivität
Spezifität
0
1,00
,00
1
1,00
,27
2
,99
,42
3
,98
,45
4
,97
,51
5
,00
1,00
0
1,00
,00
1
1,00
,34
2
,99
,56
3
,99
,63
4
,98
,66
5
,00
1,00
Tab.2 Werte für die Sensitivität und Spezifität der ROC-Kurven, die aus den
Daten des ersten Beurteilungsdurchganges der digitalen und
konventionellen PSA berechnet wurden (siehe Abb.12).
digital
konventionell
Schwellenwerte
0
Sensitivität
1,00
Spezifität
,00
1
1,00
,28
2
,99
,48
3
,98
,51
4
,96
,58
5
,00
1,00
0
1,00
,00
1
1,00
,35
2
,99
,57
3
,99
,63
4
,98
,67
5
,00
1,00
Tab.3 Werte für die Sensitivität und Spezifität der ROC-Kurven, die aus
den Daten des zweiten Beurteilungsdurchganges der digitalen und
konventionellen PSA berechnet wurden (siehe Abb.13).
ERGEBNISSE
31
In Tabelle 1 wurden die Werte für die Sensitivität und die Spezifität für die digitalen
und die konventionellen PSA aus beiden Beurteilungsdurchgängen dargestellt. Hierbei
wurde für den Schwellenwert größer als 3 ein pathologischer Befund angenommen.
Für die digitalen PSA ergaben sich für den Schwellenwert von 3 eine Sensitivität von
98% und eine Spezifität von 48%. Dagegen betrugen beim gleichen Schwellenwert für
die konventionellen PSA die Sensitivität 99% und die Spezifität 63%. Im Vergleich der
Spezifitäten an diesem Beispiel war die Spezifität für die konventionelle PSA um 15%
höher. In ähnlicher Größenordnung war dieser Unterschied für die Werte der
Sensitivität und der Spezifität aus jeweils dem ersten und dem zweiten
Beurteilungsdurchgang der digitalen und konventionellen PSA festzustellen (siehe
Tab.2 und 3).
32
ERGEBNISSE
5.1.2 Area under the curve (AUC)
In der Abbildung der ROC-Kurven für die Daten des ersten und zweiten
Beurteilungsdurchganges der digitalen und konventionellen PSA (Abb. 11) wurde
bereits eine Rechtsverschiebung des Graphen für die digitalen PSA beobachtet. Dies
hatte eine direkte Auswirkung auf die Fläche unter der ROC-Kurve, die nämlich kleiner
war und somit mit einer schlechteren diagnostischen Leistung korrelierte. Zur
qualitativen Einordnung der beiden bildgebenden Verfahren wurde Tabelle 4 mit den
AUC-Werten für die entsprechenden ROC-Kurven aus dem ersten und dem zweiten
Beurteilungsdurchgang sowie für die ROC-Kurven, die aus den gepoolten Werten des
ersten und zweiten Beurteilungsdurchgangs erstellt. Je größer der AUC-Wert ist,
desto höher ist die diagnostische Leistung.
AUC
konventionell
0,83
AUC
digital
0,76
1. Durchgang
0,82
0,74
2. Durchgang
0,83
0,78
gesamt
Tab.4 Werte für die area under the curve (AUC) für die ROC-Kurven aus dem ersten
und dem Beurteilungsdurchgang sowie für die ROC-Kurven aus den gepoolten
Werten des ersten und des zweiten Beurteilungsdurchganges (Abbildungen 11-13).
Aus der Tabelle 4 ging hervor, dass die AUC-Werte für die ROC-Kurven der
konventionellen PSA größer waren als die der digitalen Methode. Damit war die
diagnostische Leistung des konventionellen Verfahrens insgesamt der diagnostischen
Leistung des digitalen Verfahrens überlegen.
5.2
Signifikanztest
Zur Berechnung, ob sich die Werte der ROC-Kurven für die beiden bildgebenden
Verfahren
signifikant
unterschieden,
wurde
der
Wilcoxon-Rangsummentest
herangezogen. Der Wilcoxon-Test ist ein nicht-parametrischer Test für zwei
verbundene Stichproben.
Für die gepoolten ROC-Werte des ersten und zweiten Beurteilungsdurchganges
wurde die Prüfgröße Z ermittelt. Der Z-Wert betrug hierbei -4,996. Da p<0,0001 war,
33
ERGEBNISSE
unterschieden sich die ROC-Werte der beiden bildgebenden Verfahren höchst
signifikant voneinander.
Im ersten Beurteilungsdurchgang war Z= -4,205. Mit p<0,0001 waren auch hier die
ROC-Werte
für
konventionelle
und
die
digitale
Methode
höchst
signifikant
verschieden. Für den zweiten Beurteilungsdurchgang betrug der Z-Wert -2,861. Mit
einer Irrtumswahrscheinlichkeit von p=0,004 waren auch hier die ROC-Werte der
beiden bildgebenden Verfahren höchst signifikant verschieden. Die Nullhypothese
konnte somit verworfen werden, so dass die Unterschiede der ROC-Werte für die
konventionellen und die digitalen PSA, sowohl für den ersten als auch für den zweiten
Beurteilungsdurchgang, nicht zufallsbedingt waren.
5.3
Reliabilität
5.3.1
Intra-Rater-Reliabilität
Mit der Intra-Rater-Reliabilität sollte untersucht werden, inwiefern die Beurteilungen
desselben Untersuchers zu zwei verschiedenen Zeitpunkten übereinstimmen (Weiß C.
2008). Hierzu wurde der Rangkorrelationskoeffizient von Spearman (rs) berechnet. Mit
dem Rangkorrelationskoeffizienten von Spearman werden Korrelationen auf ordinalem
Skalenniveau beschrieben (Untersteiner H. 2007).
5.3.2
Darstellung der Intra-Rater-Reliabilität
Zur Darstellung der Intra-Rater-Reliabilität wurde zunächst der Korrelationskoeffizient
von
Spearman
für
jeden
einzelnen
Untersucher
berechnet.
Die
Korrelationskoeffizienten wurden sowohl für die Beurteilung der digitalen als auch für
die
Beurteilung
der
konventionellen
PSA
bestimmt.
Die
errechneten
Korrelationskoeffizienten aller Untersucher wurden in Tabelle 5 dargestellt.
34
Korrelationskoeffizient (rs)
ERGEBNISSE
1
0,8
0,6
digital
0,4
konventionell
0,2
0
0,774
0,746
0,858
0,865
0,659
0,793
konventionell 0,776
0,532
0,901
0,714
0,693
0,715
digital
Beurteiler
Untersucher
Tab.5 Darstellung der Korrelationskoeffizienten von Spearman für die Beurteilungen
der digitalen und der konventionellen PSA durch die Beurteiler (n=6) nach zwei
verschiedenen Beurteilungszeitpunkten
Für alle Werte aus der Tabelle 5 war die Korrelation auf dem 0,01 Niveau signifikant
(zweiseitig). Im Mittel lag der Korrelationskoeffizient (rs) für die Beurteilungen der
digitalen PSA gerundet bei 0,78. Dies deutete auf eine hohe Korrelation hin. Für die
Beurteilungen der konventionellen PSA ergab sich ein mittlerer Wert gerundet von
0,72. Dies deutete ebenfalls auf eine hohe Korrelation hin. Für die Beurteilungen der
konventionellen PSA deutete allerdings ein Wert von 0,532 auf eine nur mittlere
Korrelation und ein Wert von 0,901 auf eine sehr hohe Korrelation hin.
Es konnte zusammenfassend angenommen werden, dass die Bewertungen der
Panoramaschichtaufnahmen
desselben
Beurteilers
zu
zwei
verschiedenen
Zeitpunkten übereinstimmend waren und zwar unabhängig davon, ob es sich um
digitale oder konventionelle Panoramaschichtaufnahmen handelte.
5.3.3 Inter-Rater-Reliabilität
Mit Hilfe der Inter-Rater-Reliabilität sollte der Grad der Übereinstimmung zwischen
den sechs verschiedenen Untersuchern quantifiziert werden (Weiß C. 2008). Zur
Berechnung dieser Übereinstimmung wurde die Konkordanzanalyse nach Kendall
ERGEBNISSE
35
herangezogen (Bortz J. et al 2008). Hierbei handelt es sich um ein nichtparametrisches statistisches Verfahren für ordinalskalierte Daten. Berechnet wurde
der Korrelationskoeffizient W.
5.3.4 Werte der Konkordanzanalyse nach Kendall
Es wurde zunächst der Korrelationskoeffizient W(digi) für die Bewertungen der
digitalen Panoramaschichtaufnahmen aller sechs Beurteiler für den ersten und den
zweiten Beurteilungsdurchgang zusammen berechnet. Hierfür war W=0,106. Für
diesen Wert ergab sich ein Chi-Quadrat von 106. Damit konnte der errechnete
Korrelationskoeffizient mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von α=0,05 und einem Wert
von p<0,0001 als höchst signifikant angenommen werden.
Der Korrelationskoeffizient W(konv) für die Bewertungen der konventionellen
Panoramaschichtaufnahmen aller sechs Beurteiler für den ersten und zweiten
Beurteilungsgang betrug 0,078. Für diesen Wert konnte ein Chi-Quadrat von 78
berechnet werden. Somit war der berechnete Korrelationskoeffizient W(konv) mit einer
Irrtumswahrscheinlichkeit von α=0,05 und einem Wert von p<0,0001 ebenfalls als
höchst signifikant anzunehmen.
Folglich konnte die Nullhypothese verworfen werden und die Bewertungen der sechs
Beurteiler wurden als konkordant angesehen.
36
ERGEBNISSE
5.4
Häufigkeiten
5.4.1 Histogramme und Tabellen zur Darstellung der Häufigkeiten der
gewählten Scores (Bewertungen der graduierten Fünf-Punkt-Skala)
300
250
Anzahl
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
Score
Abb.13 Anzahl der gewählten Scores für nicht pathologische digitale PSA
Abb.14 Anzahl der durch die Untersucher gewählten Scores für nicht
pathologische digitale PSA. Die Scores wurden entsprechend der graduierten
Fünf-Punkt-Skala vergeben. Hierbei ist 1 eindeutig gesund und 5 eindeutig
pathologisch.
Score
Anzahl
Prozente
1
165
27,5
2
105
17,5
3
18
3,0
4
38
6,3
5
274
45,7
Gesamt
600
100,0
Tab.6 Anzahl und Prozente der gewählten Scores für nicht pathologische
digitale PSA (n=600) des ersten und zweiten Beurteilungsdurchganges.
37
ERGEBNISSE
250
Anzahl
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
Abb.15 Anzahl der durch die Untersucher gewählten Scores für nicht pathologische
konventionelle PSA. Die Scores wurdenScore
entsprechend der graduierten Fünf-PunktAbb.
14vergeben.
Anzahl derHierbei
gewählten
fürgesund
nicht pathologische
konventionelle
PSA
Skala
ist 1 Scores
eindeutig
und 5 eindeutig
pathologisch.
Score
Anzahl
Prozente
1
207
34,5
2
131
21,8
3
39
6,5
4
23
3,8
5
200
33,3
Gesamt
600
100,0
Tab.7 Anzahl und Prozente der gewählten Scores für nicht pathologische
konventionelle PSA (n=600) des ersten und zweiten Beurteilungsdurchganges
38
ERGEBNISSE
600
500
Anzahl
400
300
200
100
0
2
3
4
5
Score
Abb.15 Anzahl der durch
gewählten
Scores für digitale
PSAScores
mit pathologischem
Befund
Abb.16
die Untersucher
gewählten
für digitale PSA
mit
pathologischem Befund. Die Scores wurden entsprechend der graduierten FünfPunkt-Skala vergeben. Hierbei ist 1 eindeutig gesund und 5 eindeutig pathologisch.
Score
Anzahl
Prozente
2
5
,8
3
5
,8
4
12
2,0
5
578
96,3
Gesamt
600
100,0
Tab.8 Anzahl und Prozente der gewählten Scores für pathologische digitale PSA
(n=600) des ersten und zweiten Beurteilungsdurchganges
39
ERGEBNISSE
600
500
Anzahl
400
300
200
100
0
2
3
4
5
Score
Abb.16
Anzahl
derder
gewählten
Scores
für konventionelle
PSA
mit pathologischem
Befund
Abb.17
Anzahl
durch die
Untersucher
gewählten
Scores
für konventionelle
PSA mit pathologischem Befund. Die Scores wurden entsprechend der
graduierten Fünf-Punkt-Skala vergeben. Hierbei ist 1 eindeutig gesund und 5
eindeutig pathologisch.
Score
Anzahl
Prozente
2
4
3
2
,3
4
8
1,3
5
586
97,7
Gesamt
600
100,0
,7
Tab.9 Anzahl und Prozente der gewählten Scores für pathologische
konventionelle PSA (n=600) des ersten und zweiten Beurteilungsdurchganges
40
ERGEBNISSE
Aus
den
Abbildungen
16
und
17
ging
hervor,
dass
bei
den
Panoramaschichtaufnahmen mit einem pathologischen Befund der Score 5 (eindeutig
pathologisch) am häufigsten gewählt wurde, unabhängig davon, ob es sich um
konventionelle oder digitale Panoramaschichtaufnahmen handelte. Dies belegten
zudem die Prozentwerte von annähernd 96% bei den digitalen PSA und ca. 98% bei
den konventionellen PSA für den Score 5 (siehe Tab.6 und 7). Die Anzahl der
digitalen und konventionellen PSA, die korrekt als pathologisch erkannt wurden, war
somit übereinstimmend groß.
Im Gegensatz dazu stand die Anzahl der durch die Untersucher gewählten Scores für
die nicht pathologischen PSA (Abb.14 und 15).
Bei den nicht pathologischen digitalen PSA wurden etwa ein Drittel (27,5%) zutreffend
als nicht pathologisch mit dem Score 1 (eindeutig gesund) bewertet (siehe Tab.6).
Dagegen wurde fast zur Hälfte (44,7%) der Score 5 bei den nicht pathologischen
digitalen PSA gewählt. Somit wurden diese PSA von den Untersuchern, entsprechend
der mit Hilfe der Konsensus-Methode festgelegten Befunde, nicht korrekt bewertet.
Bei den konventionellen nicht pathologischen PSA wurde vergleichsweise weniger
häufig der Score 5 vergeben.
Hier waren es nur rund ein Drittel (33,3%) der nicht pathologischen konventionellen
PSA (siehe Tab. 7).
41
DISKUSSION
6
Diskussion
Durch die ROC-Analyse und die Bestimmung der AUC-Werte konnte eine
Überlegenheit
der
diagnostischen
Leistung
der
konventionellen
Panorama-
schichtaufnahmen gegenüber den digitalen Panoramaschichtaufnahmen bewiesen
werden.
Hierbei
waren
Bewertungsdurchgang
für
die
ROC-Werte
die
für
konventionellen
den
ersten
und
zweiten
Panoramaschichtaufnahmen
im
Vergleich zu den digitalen PSA höchst signifikant verschieden.
Die Untersuchungen der Sensitivität ergaben sowohl für das digitale als auch für das
konventionelle bildgebende Verfahren hohe Werte.
Die Spezifität war bei den konventionellen PSA größer als bei den digitalen PSA. Dies
spiegelten auch die Häufigkeiten der gewählten Scores wider. Hierbei war der Anteil
an falsch-positiven Bewertungen insgesamt als hoch einzustufen. Bei den
Bewertungen der konventionellen PSA war der Anteil an falsch-positiven Aussagen im
Vergleich zu den Bewertungen der digitalen PSA geringer.
Für die Untersuchungen der Reliabilität der Bildbewertungen durch die verschiedenen
Beurteiler zu verschiedenen Zeitpunkten konnten eindeutige Ergebnisse erzielt
werden. Die Berechnung der Intra-Rater-Reliabilität ergab eine hohe Korrelation der
Bewertungen der Beurteiler zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Dies war unabhängig
von dem bildgebenden Verfahren.
Durch die Bestimmung der Inter-Rater-Reliabilität konnte nachgewiesen werden, dass
die einzelnen Beurteiler trotz einzelner Abweichungen übereinstimmend in ihren
Beurteilungen waren.
In
den
meisten
Studien,
die
die
diagnostische
Leistungsfähigkeit
der
Speicherfolienradiographie mit der konventionellen Radiographie verglichen hatten,
konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden bildgebenden Verfahren
festgestellt werden (Cederberg R.A. et al. 1998, Conover G.L. et al. 1996, Haak R. et
al. 2001, Hintze H. et al. 2002, Oestmann J.W. et al. 1988). Diese Untersuchungen
waren allerdings hauptsächlich auf die intraorale Röntgendiagnostik limitiert und
beschränkten sich auf einzelne Pathologien wie beispielsweise Karies oder
endodontische Untersuchungen. Ein anderer Ansatz wurde in der vorliegenden
Untersuchung gewählt. Durch die oben beschriebenen und für die Untersuchung
42
DISKUSSION
zugelassenen Pathologien sollte die klinische Alltagssituation in ihrer gesamten
Bandbreite widergespiegelt werden (siehe Methodikteil, Kap.4.5.1.2 Bildbewertung).
Aus diesem Grund wurden Panoramaschichtaufnahmen und keine intraoralen
Zahnfilme untersucht.
In
der
Vergangenheit
schichtaufnahmen
zum
wurden
nur
Vergleich
wenige
der
Untersuchungen
Validität
der
digitalen
mit
Panorama-
Speicherfolien-
radiographie mit der der konventionellen Methode unternommen. Hierzu gab es
beispielsweise Studien von Benediktsdottir oder von Molander (Benediktsdottir I.S. et
al. 2003, Molander B. et al. 2004). Auch hier konnte kein signifikanter Unterschied
zwischen den beiden bildgebenden Verfahren belegt werden. Als Schwachpunkt
dieser Studien konnte die Beurteilung der konventionellen PSA auf einem
Leuchtkasten angesehen werden. Dies war auch im Studiendesign von Shearer,
Svanaes und Nair der Fall (Nair M.K. et al. 1998, Shearer A.C., Mullane E.,
Macfarlane T.V., Grondahl H.G. und Horner K. 2001, Svanaes D.B. et al. 1996). Laut
einer Untersuchung von Gelfand 1985 war anzunehmen, dass die Beurteiler von zwei
unterschiedlichen Methoden voreingenommen in ihrer Bewertung waren, wenn sie die
beiden Methoden voneinander unterscheiden konnten (Gelfand D.W. und Ott D.J.
1985). Aus diesem Grund wurden in der vorliegenden Untersuchung digitalisierte
konventionelle Panoramaschichtaufnahmen bewertet. Wie Kassebaum et al. 1989
untersuchten, waren digitalisierte PSA für die diagnostische Beurteilung von
periapikalen Pathologien, Karies und speziellen Knochenabnormalitäten geeignet.
(Kassebaum D.K. et al. 1989).
Nur wenige Studien konnten bisher belegen, dass es messbare Unterschiede im
Vergleich der diagnostischen Leistungsfähigkeit zwischen konventionellen und
digitalen Röntgenbildern zugunsten der konventionellen Röntgenbilder gab.
Akdeniz et al. unternahmen einen Vergleich dieser Art. Sie untersuchten dazu die
Bildqualität anhand von Wurzelkanalfüllungen. Die konventionellen E-speed-Filme
schnitten
hierbei
besser
ab
als
die
Röntgenbilder,
die
mittels
Speicherfolienradiographie erstellt wurden (Akdeniz B.G. und Sogur E. 2005). Eine
andere Studie von Naoum et al. bezog sich ebenfalls auf die Bildqualität des
Wurzelkanalsystems. Die Bildqualität der konvetionellen Bildgebung wurde hier
ebenfalls besser bewertet (Naoum H.J. et al. 2003). In einer weiteren Studie von
Kamburoglu et al. sollte die Diagnosefähigkeit von konventionellen intraoralen
43
DISKUSSION
Zahnfilmen
mit
der
von
intraoralen
Speicherfolien
anhand
von
künstlich
herbeigeführten externen Wurzelresorptionen untersucht werden. Auch hier erzielte
die konventionelle Bildgebung ein besseres Ergebnis im Vergleich zur digitalen
Methode (Kamburoglu K. et al. 2008). Alle drei zuvor genannten Studien
unterschieden sich in Bezug auf das Studiendesign wesentlich von der vorliegenden
Untersuchung.
Den
Hauptunterschied
bilden
die
in
vivo
erstellten
Panoramaschichtaufnahmen. Die Studien von Akdeniz (2005), Naoum (2003) und
Kamburoglu (2008) wurden alle ex vivo erstellt. Die klinische Aussagekraft war bei
diesen drei Studien somit geringer. Des Weiteren beschränkte man sich in diesen
Untersuchungen nur auf die Zahnwurzel. In der vorgelegten Studie konnte dagegen
durch die Bewertung von PSA eine größere Bandbreite an Pathologien berücksichtigt
und somit der Bewertungsanspruch erhöht werden. Als dritter Unterschied konnte
gefunden
werden,
dass
Akdeniz
et
al.
nur
die
Reproduzierbarkeit
von
Bildbewertungen untersucht, jedoch nicht die diagnostische Leistungsfähigkeit der
verschiedenen bildgebenden Verfahren quantifiziert haben.
Die hohen Werte für die Sensitivität, wie im Ergebnisteil in dieser Untersuchung
beschrieben, sowohl für das konventionelle als auch für das digitale Verfahren, waren
positiv zu bewerten. Nach Weiß legt man Wert auf eine hohe Sensitivität, wenn es
sich um eine Krankheit mit schweren Folgen für den Patienten handelt, wenn eine
Erfolg versprechende Therapie zur Verfügung steht und wenn falsch positive Befunde
mit vertretbarem Aufwand und ohne allzu große Belastungen für die betreffende
Person geklärt werden können (Weiß C. 2008).
Der Anteil an falsch positiven Bewertungen war vor allem bei den Bewertungen mit
der digitalen Methode in dieser Untersuchung erhöht. Dies ging ebenfalls mit einer
geringeren Spezifität einher. In der Literatur wurde bereits beschrieben, dass eine
Zunahme der Sensitivität zu vermehrt falsch positiven Bewertungen führte (Lith A. und
Grondahl H.G. 1992, Pitts N.B. und Kidd E.A. 1992).
Zudem
könnte
auch
Panoramaschichtaufnahmen
die
dazu
Digitalisierung
geführt
haben,
der
dass
konventionellen
die
Spezifität
der
konventionellen PSA etwas besser war als die der digitalen PSA (Wenzel A. und
Fejerskov O. 1992). Allerdings musste dabei auch berücksichtigt werden, dass sich
die Sensibilität bei der Digitalisierung verschlechterte (Schulze R.K. et al. 2002).
DISKUSSION
44
Zur Intra-Rater-Reliabilität in Bezug auf die Bewertung von Röntgenbildern legten
Goldman et al. 1974 eine Untersuchung vor. Hier bewerteten sechs Zahnärzte 253
wurzelbehandelte Zähne. Das Intervall zwischen den zwei Bewertungsdurchgängen
betrug sechs bis acht Monate. Als Ergebnis wurde eine Intra-Rater-Reliabilität von 7288 % bestimmt. In einer Untersuchung zum gleichen Thema kamen Gelfand et al.
1983 zu einem ähnlichen Ergebnis. Hier war allerdings mit 79 Zahnärzten die Anzahl
der Bewerter größer. Auch hier bewerteten rund ein Drittel der Zahnärzte in einem
zweiten Bewertungsdurchgang gegensätzlich zu ihrer ersten Bewertung (Gelfand M.
et al. 1983). Daraus konnte geschlossen werden, dass die Röntgenbildbewertung
subjektiven Einflüssen unterlegen war. In diesem Zusammenhang ist auch die
Feststellung von Oestmann als richtungsweisend anzuerkennen, dass eine größere
Zahl von Betrachtern eine geringere Fallzahl nicht ausgleichen könne (Oestmann J.W.
und Galanski M. 1989). Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Untersuchung
eine ausreichend große Fallzahl von 100 Panoramaschichtaufnahmen sowohl für das
konventionelle als auch für das digitale Verfahren ausgewählt.
In aktuellen Studien von Raitz und Akdeniz konnten für die Intra-Rater-Reliabilität
beim Vergleich von konventionellen und digitalen radiographischen Verfahren hohe
Werte mittels Kappa-Statistik erzielt werden. Allerdings wurden nur in der Studie von
Raitz et al. wie in der vorliegenden Untersuchung Panoramaschichtaufnahmen
untersucht. Jedoch war die Anzahl von 24 bewerteten PSA sehr gering (Akdeniz B.G.
und Sogur E. 2005, Raitz R. et al. 2006). Die Ergebnisse zur Intra-Rater-Reliabilität
der vorliegenden Untersuchung stimmten somit mit denen anderer Autoren überein.
Nach Oestmann musste für einen systematischen Vergleich bildgebender Verfahren
die „Erkrankung“ oder „Normalität“ eindeutig und vor Beginn der Studie feststehen. Als
Goldstandard sollten nach Meinung dieses Autors zum Nachweis einer Pathologie
histopathologische respektive chirurgische Befunde herangezogen werden (Oestmann
J.W. und Galanski M. 1989). Dies schien aber für die vorliegende Untersuchung nicht
angemessen zu sein, da mit Hilfe der Panoramaschichtaufnahmen das gesamte
Befundspektrum des klinischen Alltags wiedergegeben werden kann. So wäre
beispielsweise der histopathologische Nachweis einer Parodontitis apicalis ethisch
nicht vertretbar und für den Patienten nicht zumutbar gewesen. Aus diesem Grund
wurde sich in der vorliegenden Arbeit zur Bestimmung der Wahrheit für die Delphi-
45
DISKUSSION
Methode entschieden. Cramer et al. belegten in einer Literaturübersicht, dass mit der
Delphi-Methode ein Konsens auch über Fragen der Mundgesundheit erzielt werden
konnte (Cramer C.K. et al. 2008). Eine weitere Studie von Stheeman et al. zeigte,
dass die Delphi-Methode in der Röntgendiagnostik verwandt werden kann, um
Diagnosestandards festzulegen (Stheeman S.E. et al. 1995).
Als klinische Konsequenz musste aus den oben dargestellten Ergebnissen gefolgert
werden, dass die Speicherfolienradiographie mittels VistaScan die konventionelle
Bildgebung mittels Röntgenfilm in Bezug auf die Validität nicht effizient ersetzen
konnte.
Es
musste
allerdings
auch
berücksichtigt
werden,
dass
Bildbearbeitungsprogramme zu einer subjektiven Verbesserung der Bildqualität
führten (Chen S.K. und Hollender L. 1995, Lehmann T.M. et al. 2002). In einer
Untersuchung von Mühlhaupt konnte festgestellt werden, dass es in Bezug auf die
Validität im Vergleich zwischen konventionellen PSA und digitalen PSA, die mit einem
CCD-Sensor erstellt wurden, keine signifikanten Unterschiede gab (Mühlhaupt S.
2007).
Deshalb
sollte
in
der
klinischen
Erstellung
von
PSA
statt
Speicherfoliensystemen den digitalen Systemen mit CCD-Sensor der Vorzug gegeben
werden.
Inwiefern die diagnostische Leistungsfähigkeit von Speicherfoliensystemen zur
Erstellung
von
PSA
durch
den
Einsatz
von
Softwareprogrammen
zur
Bildnachbearbeitung erhöht werden kann, müssen weitere Untersuchungen zeigen.
46
ZUSAMMENFASSUNG
7
Zusammenfassung
Ziel dieser Studie war es, in einem retrospektiven Vergleich die Validität und die
Befundreliabilität
von
digitalisierten
konventionellen
und
digitalen
Panoramaschichtaufnahmen (PSA) zu untersuchen. Es wurden mit der DelphiMethode 100 digitalisierte konventionelle und 100 digitale (VistaScan, Dürr Dental,
Bietigheim-Bissingen, Deutschland) PSA aus dem Archiv der Zahn-, Mund- und
Kieferklinik Freiburg ausgewählt. Die Hälfte jeder Gruppe zeigte mindestens einen
pathologischen Befund. Anhand einer graduierten Fünf-Punkt-Skala wurden die 200
PSA von sechs Untersuchern zu zwei verschiedenen Zeitpunkten (6 Wochen
Zeitintervall) bewertet. Die Bildbewertung wurde an einem abnahmegeprüften Monitor
unter
standardisierten
Bedingungen
mittels
eines
eigens
programmierten
Bildbeurteilungsprogrammes (Evalution-Tool 4.0, Final Studios, Hürth, Deutschland)
vorgenommen. Diese retrospektive Studie wurde als randomisierter Doppel-BlindVersuch angelegt. Die erhaltenen Daten wurden einer ROC-Analyse und einer
statistischen Auswertung unterzogen. Die ROC-Analyse und die Bestimmung der
AUC-Werte (area under the curve) ergaben eine Überlegenheit der konventionellen
PSA gegenüber den digitalen PSA hinsichtlich der diagnostischen Leistungsfähigkeit
(AUC konventionell: 0,83 > AUC digital: 0,76). Die ROC-Werte waren mit p>0,0001 für
die beiden bildgebenden Verfahren höchst signifikant verschieden. Die Berechnung
der Intra-Rater-Reliabilität mittels Korrelationskoeffizient von Spearman ergab eine
hohe Korrelation der Bewertungen der Beurteiler unabhängig vom bildgebenden
Verfahren (rs (digital-gesamt) = 0,78; rs (konventionell-gesamt) = 0,72). Durch die
Bestimmung der Inter-Rater-Reliabilität (Konkordanzanalyse nach Kendall) konnte
nachgewiesen werden, dass die einzelnen Beurteiler übereinstimmend in ihren
Beurteilungen waren (W(digital)= 0,106 für p<0,0001;
W(konventionell)= 0,078 für p<0,0001).
Es
konnte
die
Schlussfolgerung
gezogen
werden,
dass
mit
der
digitalen
Speicherfolienradiographie erstellte PSA die konventionellen PSA in Bezug auf die
Validität nicht gleichwertig ersetzen können.
LITERATURVERZEICHNIS
8
47
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53
LEBENSLAUF
9
Lebenslauf
Jens Breuer
Pfälzer Straße 13
50677 Köln
E-Mail: [email protected]
Telefon: 0221-1690421
PERSÖNLICHE DATEN
Geburtsdatum: 03.11.1981
Geburtsort: Frechen (bei Köln)
Familienstand: ledig
AUSBILDUNG UND STUDIUM
seit Mai 2008 Assistenzzahnarzt in der zahnärztlichen
Praxis Dr. Fischer und Dr. Schwarz in Köln
2008
Zahnärztliche Prüfung
2002-2008
Studium der Zahnmedizin an der Albert-Ludwigs-Universität zu Freiburg
2004
Zahnärztliche Vorprüfung
2003
Naturwissenschaftliche Vorprüfung
2001
Abitur
1991-2001
Besuch des Albert-Schweitzer-Gymnasiums, Hürth
1988-1991
Besuch der Deutschherren-Grundschule, Hürth
BERUFLICHE ERFAHRUNGEN
2004
Praktikum in der Praxisgemeinschaft
für Zahnheilkunde Zollstock, Köln
2001-2002
Zivildienst im Sana Krankenhaus, Hürth
MITGLIEDSCHAFT
2005
Mitglied der Deutschen
Kieferheilkunde (DGZMK)
Gesellschaft
für
Zahn-,
Mund-
und
DANKSAGUNG
10
54
Danksagung
Herrn PD Dr. Dirk Schulze danke ich zu allererst für das Thema dieser Dissertation
und des Weiteren für die äußerst konstruktive und unterstützende Betreuung sowie
die Erstellung des Erstgutachtens.
Herrn PD Dr. Christian Hannig danke ich für das Übernehmen des Zweitgutachtens.
Für die Entwicklung und Realisation des Bildbeurteilungsprogrammes Evalution-tool 4
danke ich Timm Jansen ganz herzlich.
Zudem danke ich Christos Alamanos, Silke Becker, Sandy Cepa, Sebastian
Engelhardt, Aninka Ludwig und Johan Wölber für die Bildbeurteilungen.
Frau Ulrike Feger danke ich für die hilfreiche Literaturrecherche.
Für das ausführliche Korrekturlesen danke ich Christoph Singelnstein, Dirk Breuer und
Nico Gores.
Ein ganz besonderer Dank gilt meinen Eltern, Inge und Wilhelm Breuer, die mich in
jeder Hinsicht unterstützt und motiviert haben.