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4 Zahnärztliche Radiologie Friedrich Anton Pasler 5., aktualisierte Auflage 569 Abbildungen 11 Tabellen Georg Thieme Verlag Stuttgart New York

5 IV Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. 1. Auflage italienische Auflage spanische Auflage spanische Auflage französische Auflage Auflage Auflage Auflage 2003 Wichtiger Hinweis: Wie jede Wissenschaft ist die Medizin ständigen Entwicklungen unterworfen. Forschung und klinische Erfahrung erweitern unsere Erkenntnisse, insbesondere was Behandlung und medikamentöse Therapie anbelangt. Soweit in diesem Werk eine Dosierung oder eine Applikation erwähnt wird, darf der Leser zwar darauf vertrauen, dass Autoren, Herausgeber und Verlag große Sorgfalt darauf verwandt haben, dass diese Angabe dem Wissensstand bei Fertigstellung des Werkes entspricht. Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag jedoch keine Gewähr übernommen werden. Jeder Benutzer ist angehalten, durch sorgfältige Prüfung der Beipackzettel der verwendeten Präparate und gegebenenfalls nach Konsultation eines Spezialisten festzustellen, ob die dort gegebene Empfehlung für Dosierungen oder die Beachtung von Kontraindikationen gegenüber der Angabe in diesem Buch abweicht. Eine solche Prüfung ist besonders wichtig bei selten verwendeten Präparaten oder solchen, die neu auf den Markt gebracht worden sind. Jede Dosierung oder Applikation erfolgt auf eigene Gefahr des Benutzers. Autoren und Verlag appellieren an jeden Benutzer, ihm etwa auffallende Ungenauigkeiten dem Verlag mitzuteilen Georg Thieme Verlag KG Rüdigerstraße Stuttgart Deutschland Telefon: + 49/0711/ Unsere Homepage: Printed in Germany Zeichnungen: Roland Geyer, Weilerswist Umschlaggestaltung: Thieme Verlagsgruppe Satz: Ziegler und Müller, text form files, Kirchentellinsfurt Druck: Druckhaus Götz GmbH, Ludwigsburg Geschützte Warennamen (Warenzeichen) werden nicht besonders kenntlich gemacht. Aus dem Fehlen eines solchen Hinweises kann also nicht geschlossen werden, dass es sich um einen freien Warennamen handelt. Das Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. ISBN

6 V Anschrift Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Friedrich A. Pasler Ancien Professeur Ordinaire à la Faculté de Médecine de l Université de Genève Sollrütistrasse Schliern b. Köniz Schweiz

7 VI Vorwort Es kann wohl keinen Zweifel darüber geben, dass die Zahnmedizin als eigenständige Disziplin der Humanmedizin in besonderen Fällen auch mit anderen Fächern der Medizin kommunizieren muss, um ihren Patienten eine ganzheitliche medizinische Betreuung zu gewährleisten. Ob es kurz zusammengefasst um Zahnerhaltung, Zahnersatz, Kieferchirurgie oder Orthodontie geht, die orale Gesundheit und die ästhetische Rehabilitation nach Zahnverlust sind von essentieller sozialer Bedeutung in unserer modernen Gesellschaft. Das letztlich gewählte therapeutische Vorgehen basiert auf der Anamnese und der klinischen Befunderhebung, die durch bildgebende Untersuchungsmethoden mit dem Einsatz von ionisierenden Röntgenstrahlen oder signalgebenden nicht ionisierenden Verfahren zu ergänzen ist. Um bei Untersuchungen mit Röntgenstrahlen die Expositionsdosis für die Patienten auf das zur Bildgebung notwendige Minimum zu reduzieren, ist es einmal erforderlich, die für die Zielsetzung der Praxis gewählten Geräte und Verarbeitungsmodalitäten laufend zu überprüfen. Laufend zu überprüfen ist auch die angewandte Aufnahmetechnik als Grundlage der Bildqualität, von der die Sicherheit der diagnostischen Auswertung entscheidend beeinflusst wird. Die Indikation zur Anwendung bildgebender Untersuchungsverfahren wird durch die klinische Fragestellung determiniert. Sie muss vom Auftraggeber präzisiert werden, um mithilfe einer gezielten Aufnahmetechnik optimale Ergebnisse mit minimaler Expositionsdosis zu erreichen. Das vorliegende Taschenbuch erscheint als 5. Auflage der Zahnärztlichen Radiologie von 1981 und ist im bewährten und bekannten Stil verfasst. Es wurde als Einführung in die Grundlagen der bildgebenden Verfahren für Studenten und Praxispersonal zum überwiegenden Teil mit neuen Texten und neuem Bildmaterial ausgestattet. Das Buch befasst sich in der Hauptsache mit der Problematik des Strahlenschutzes, der Aufnahmetechnik, der Röntgenanatomie und bietet eine erste Anleitung zur Lösung von Fragestellungen der Röntgendiagnostik, die ausführlich im Taschenatlas der Zahnärztlichen Radiologie von F. A. Pasler und H. Visser, 2003, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, abgehandelt ist. Mein Dank für das sorgfältig gestaltete Layout dieser Ausgabe gebührt ein weiteres Mal den Mitarbeitern des Georg Thieme Verlags in Stuttgart und vor allem den Herren Dr. Christian Urbanowicz und Matthias Elm, die meine Arbeit mit viel Verständnis und großem Engagement begleitet haben, sowie der Firma Ziegler und Müller, bei der das reich illustrierte und schwierige Werk gesetzt wurde. Schliern, im Herbst 2007 F.A. Pasler

8 VII Abkürzungen CBCT CT DNS DRL DVT FPD ICRP IEC JCP LET MRT bzw. MRI OK OPG PSA PVA QS QS-RL RBW RöV TLD UK UNSCEAR dentale Volumentomographie (Cone Beam Computed Tomography) Computertomographie Desoxyribonukleinsäure digitale Lumineszenzradiographie dentale Volumentomographie Flachbilddetektor internationale Kommission für Strahlenschutz internationales Normierungsgremium für Normen im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik (International Electrotechnical Commission) juvenile chronischen Polyarthritis linearer Energietransfer (Linear Energy Transfer) Magnetresonanztomographie Oberkiefer Orthopantomographie Panoramaschichtaufnahme Panoramavergrößerungsaufnahme Qualitätssicherung Qualitätssicherungs-Richtlinie relative biologische Wirksamkeit Röntgenverordnung Thermolumineszenz-Dosimeter Unterkiefer Komitee der Vereinten Nationen über die Wirkung der atomaren Strahlung

9 VIII Inhaltsverzeichnis Strahlenarten, Wechselwirkungen und Strahlenschutz... 1 Strahlenarten Natürliche Strahlenquellen Künstliche Strahlenquellen Atomstrukturen und Wechselwirkungen mit Röntgenstrahlen... 4 Wechselwirkungen zwischen Strahlen und Materie... 5 Eigenschaften und Wirkungen der Röntgenstrahlen... 7 Unsichtbarkeit Durchdringungsfähigkeit und Strahlenschwächung... 7 Photochemischer Effekt Lumineszenz Biologische Wirkungen Dosiswerte, Dosismessungen, Minimierung der Strahlendosis Erzeugung von Röntgenstrahlen...38 Aufbau und Funktion von zahnärztlichen Röntgenröhren Der Weg des Röntgenphotons vom Fokus zum Bildempfänger Zahnärztliche Röntgengeräte...44 Der Zahnröntgenapparat...44 Einstellgeräte für intraorale Zahnaufnahmen Tomographie und Panoramaschichtgeräte Bildentstehung und Bildverarbeitung konventionell und digital...60 Vom Bildempfänger unabhängige bildgestaltende Faktoren...60 Filmabhängige bildgestaltende Faktoren Verarbeitung der Röntgenfilme Digitale Verarbeitung von Röntgenaufnahmen Aufnahmetechnik und Röntgenanatomie...85 Einführung in die Aufnahmetechnik Allgemeine Projektionslehre unter besonderer Berücksichtigung der intraoralen Aufnahmetechnik...85 Die praktische Anwendung der Projektionslehre zur intraoralen Darstellung der Zähne und des Alveolarkammes mit konventionellen und digitalen Verfahren

10 Inhaltsverzeichnis IX Einführung in die Röntgenanatomie des Zahnes und der ihn umgebenden Strukturen Röntgenanatomie in Schichtaufnahmen Spezielle Aufnahmetechnik bei Zahn- und Panoramaaufnahmen mit Röntgenanatomie Bildbeispiele der intraoralen apikalen Aufnahmetechnik nach den Normen eines 14-Bilder-Status Der intraorale Röntgenstatus der Zähne Bissflügelaufnahmen Aufbissaufnahmen Extraoral verwendete Bildempfänger Fehlerquellen bei der intraoralen Aufnahmetechnik und qualitätssichernde Maßnahmen Panoramaaufnahmen und Zusatzprogramme in der Zahnmedizin Lagebestimmung von retinierten oder überzähligen Zähnen und Speichelsteinen Dentale Volumentomographie (DVT) oder Cone Beam Computed Tomographie (CBCT) Schädelaufnahmen Konventionelle Schädelaufnahmen, Aufnahmetechnik und Röntgenanatomie Computertomographie, Dental-CT und Oberflächenrekonstruktion Magnetresonanztomographie oder Kernspintomographie Fremdkörper und forensische Bedeutung bildgebender Untersuchungsverfahren Röntgenverordnung, Qualitätssicherung und Richtlinien nach europäischen und deutschen Normen in der Bundesrepublik Röntgenverordnung in der Bundesrepublik Deutschland Qualitätssicherung in der Bundesrepublik Deutschland Richtlinien nach deutschen und europäischen Normen DIN und EN Literatur Sachverzeichnis

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12 1 Strahlenarten, Wechselwirkungen und Strahlenschutz Strahlenarten Alles Leben auf unserem Planeten ist einer Exposition durch natürlicherweise vorkommende Strahlenarten ausgesetzt. Dazu treten die von Menschen im Verlauf der zivilisatorischen Entwicklung künstlich erzeugten Strahlenarten. Als Strahlung bezeichnet man einen räumlich gerichteten Energietransport durch Wellen- oder Korpuskularstrahlen (Teilchenstrahlung). Alle Strahlenarten pflanzen sich mit Lichtgeschwindigkeit ( m/s) fort und breiten sich bei punktförmiger Strahlenquelle geradlinig in alle Richtungen aus. Ihre Intensität (d.h. die Anzahl der Strahlen pro Flächeneinheit) nimmt durch die Divergenz der Strahlen im Quadrat des Abstands von der Strahlenquelle ab. In der bildgebenden medizinischen Diagnostik werden Strahlenquellen eingesetzt, die nicht ionisierende und ionisierende Strahlen (S. 3) erzeugen. Bei den nicht ionisierenden Strahlenarten sind der Ultraschall und vor allem auch die wichtige Magnetresonanztomographie (MRT, engl. MRI) zu erwähnen. Letztere können durch die Eigenschaft des Eigendrehimpulses (Kernspin) der Nukleonen (Protonen und Neutronen des Atomkerns) zur Bildgebung genutzt werden. Elektromagnetische Wellenstrahlung, wie die in der bildgebenden Diagnostik benutzten Röntgenstrahlen (auch Photonen genannt), löst Wechselwirkungen mit Anregungen und Ionisationen in den atomaren Strukturen der durchstrahlten Gewebe aus. Diese führen in der Folge zu physikalischen, chemischen und biologischen Reaktionen, wobei sich in Abhängigkeit von den pro Zeiteinheit erzeugten Röntgenstrahlen (Strahlenintensität) und der kinetischen (Bewegungs-)Energie der erzeugten Elektronen (Strahlenqualität) kanzerogene und genetische Schäden entwickeln können. Natürliche Strahlenquellen Die kosmische Strahlenexposition stammt einmal direkt aus galaktischen sowie solaren Quellen und indirekt auch aus Wechselwirkungen mit den Atomen der Atmosphäre. Während die galaktische Strahlung kaum variiert, wird die Intensität der solaren Strahlung von Sonneneruptionen und dem Sonnenzyklus beeinflusst. Vor allem die solare Strahlung und die Höhenlage des Messortes bestimmen die aus dem Kosmos empfangene Dosis, die z.b. in der Bundesrepublik Deutschland zwischen 0,24 msv/a in Meereshöhe und 1 msv/a in rund 2000 m Höhe schwankt. In Zürich z.b. beträgt die Dosis 0,4 msv/a und erreicht im hoch gelegenen St. Moritz 0,75 msv/a. Auf einem Flug von Zürich nach New York liegt die Dosis für Flugpassagiere in m Höhe bei rund 0,04 msv, häufig auf dieser Strecke fliegende Besatzungen müssen mit mehreren msv pro Jahr rechnen.

13 2 Strahlenarten, Wechselwirkungen und Strahlenschutz Durchschnittliche Strahlendosis der Schweizer Bevölkerung ,6 msv Radon und Folgeprodukte 0,2 msv übrige: Atombomben-Fallout, Tschernobyl-Unfall, Kernanlagen, Industrien und Spitäler, Kleinquellen etc. 0,35 msv kosmische Strahlung 0,45 msv terrestrische Strahlung 0,35 msv Bestrahlung durch Radionuklide im Körper 1,0 msv medizinische Anwendung Abb. 1 Durchschnittliche Strahlendosis der Schweizer Bevölkerung (aus dem Jahresbericht 2004 des Bundesamtes für Gesundheit). 0,2 0,35 0,45 0,35 1,6 1,0 Die terrestrische Strahlenexposition stammt aus radioaktiven Materialien der Erdkruste, wobei das Kalium-40, das Uran-238 und das Thorium-232 neben weiteren Radionukliden die wichtigsten Komponenten stellen. Aus der Zerfallsreihe des Urans und des Thoriums stammt das Edelgas Radon ( 220 Rn und 222 Rn), das vor allem durch Diffusion aus dem Boden ins Freie gelangt oder aus granithaltigen Baumaterialien durch Immission in die Räume von Wohnbauten eindringt. Da Radon 7 schwerer ist als Luft, lagert es sich hauptsächlich in Kellern und ungelüfteten Räumen ab und belastet die Atemluft durch Inhalation. Die Lungendosis kann dabei bis zu einigen 100 msv/a betragen. Die mittlere Dosis liegt bei 1,6 msv/a mit Differenzen von 0,3 100 msv/a. An Aerosole gebunden wird Radon auch vom Wind verbreitet und kann zusammen mit Trinkwasser oder mit dem Kalium-40 über angepflanzte Nahrungsmittel von Menschen, Haustieren und Wild durch Ingestion inkorporiert werden. Gesamthaft wurde 2004 in der Schweiz eine effektive Dosis aus terrestrischer Strahlung im Mittelwert von 0,45 msv pro Jahr gemessen. Sie kann in den Alpen auf bis zu 1,5 msv/a ansteigen. Abb. 1 zeigt die Verteilung der durchschnittlichen Strahlenbelastung aus natürlichen und künstlichen Strahlenquellen in der Schweiz (Jahresbericht 2004 des Bundesamtes für Gesundheit).

14 Künstliche Strahlenquellen 3 Des Weiteren kann man sowohl bei natürlichen wie auch bei künstlich erzeugten Strahlenarten zwischen externen und internen Strahlenexpositionen unterscheiden. Künstliche Strahlenquellen Die künstliche oder zivilisatorische Strahlenexposition entsteht durch Strahlenquellen, die von Menschen erzeugt und betrieben werden. Die wichtigsten Beiträge an die effektive künstliche Strahlenexposition der Bevölkerung leisten: Anlagen zur Gewinnung von Kernenergie, Fallouts nach Atombombentests und Reaktorunfällen mit künstlicher Vermehrung der natürlichen Umgebungs- und Hintergrundstrahlung, industrielle Anwendungen und Kleinquellen in Technik, Forschung, Haushalt und Konsumgütern, berufliche Strahlenexpositionen, Anwendungen von ionisierenden Strahlen und radioaktiven Materialien in der Medizin. Die Anwendung ionisierender Strahlen und radioaktiver Stoffe in der Medizin verursacht in der Bundesrepublik Deutschland eine effektive Dosis (S. 26) von rund 1,5 msv/a. Die Tendenz ist hier wie auch in anderen Industrieländern mit Hochtechnologie trotz Senkung der in der Röntgendiagnostik angewendeten Dosen aufgrund der rasanten technischen Fortschritte steigend. Die Nuklearmedizin partizipiert an der mittleren Strahlenexposition der Bevölkerung nur mit etwa 10%. Die speziellen und dosisintensiven röntgendiagnostischen Anwendungen kommen jedoch überwiegend bei Schwerkranken und Schwerverletzten zum Einsatz. Daher ist es nicht zulässig, aus der Verteilung dieser Strahlenexpositionen auf die mittlere effektive Dosis der Bevölkerung ein Strahlenrisiko oder gar ein Krebsrisiko für den Durchschnittsbürger abzuleiten (BUM, Bericht Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung im Jahr 1995 ). Darüber hinaus ist auch zu bedenken, dass Krebspatienten meist in höherem Alter untersucht und therapiert werden, weshalb eine Altersgewichtung sinnvoll ist. Trotz aller technischen Fortschritte muss die individuell notwendige Dosis bei den mit ionisierenden Strahlen durchgeführten Verfahren nach dem ALARA-Prinzip (As low as reasonably achievable) so klein wie möglich gehalten werden.

15 4 Atomstrukturen und Wechselwirkungen mit Röntgenstrahlen 1895 entdeckteder Physiker Wilhelm Conrad Röntgen in Würzburg bei Experimenten mit Kathodenröhren die von ihm selbst als X-Strahlen und nach ihm benannten Röntgenstrahlen, die mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung Materie zu durchdringen vermögen. Röntgenstrahlen gehören bis heute bildgebend zum unverzichtbaren Rüstzeug der diagnostischen Medizin aller Fachrichtungen. Röntgenstrahlen werden gelegentlich auch als Röntgenquanten oder Röntgenphotonen beschrieben. Die Energie von Wellen- oder Korpuskularstrahlung wird in Elektronenvolt (ev) (S. 39) gemessen. Je nach der durch die Spannung und die daraus resultierende Wellenlänge erreichten Durchdringungsfähigkeit kann man zwischen langwelliger Spannung im Niederenergiebereich (= sichtbares Licht) oder kurzwelliger Strahlung im Hochenergiebereich (= Röntgenstrahlen) unterscheiden. Im Rahmen der bildgebenden diagnostischen Medizin interessieren vor allem die ionisierenden Wechselwirkungen zwischen den benutzten Röntgenstrahlen und den Elektronenhüllen des getroffenen Atoms. Daneben hat heute die Eigenschaft der Nukleonen mit ihrem Eigendrehimpuls (Kernspin) zur Entwicklung der nicht ionisierenden Bildgebung bei der MRT geführt, die zukunftsweisend an Bedeutung gewinnt. Jedes der allgegenwärtigen Atome (erste Atomtheorie von Demokrit, griechischer Philosoph um 460 v. Chr.; erstes noch heute verwendetes Atommodell von Niels Bohr, dänischer Physiker, 1913, Abb. 2) besteht aus einem Atomkern und einer Elektronenhülle, die je nach Material durch die Zusammensetzung des Kerns aus Protonen und Neutronen und die Gesamtzahl der Elektronen in der Atomhülle charakterisiert ist. Den positiv geladenen Protonen des Atomkerns steht eine gleich große Anzahl von negativ geladenen Elektronen der Atomhülle gegenüber, so dass sich das Atom im Normalzustand in einem elektrischen Gleichgewicht befindet und neutral reagiert. Die Neutronen sind elektrisch neutrale Kernbestandteile, ihre Masse entspricht der der Protonen. Die Elektronen der Atomhülle umgeben nach dem Denkmodell von Niels Bohr schalenförmig den Atomkern und weisen eine von der Schale K zur Schale O (Abb. 2) ansteigende Bindungsenergie an den Atomkern auf. Trifft ein elektromagnetischer Strahl von entsprechender Energie auf die Atome von Materie, so treten Wechselwirkungen auf, bei denen ein elektrisch neutrales Atom nur angeregt oder ionisiert (elektrisch geladen) wird. Je nach Dichte und Dicke des Absorbermaterials wird der Röntgenstrahl auf seinem Weg durch die Materie absorbiert oder seitlich gestreut und verliert durch Bremswirkungen Energie. In Abhängigkeit vom Energiepotenzial, das sich aus der Strahlenqualität und der Strahlenquantität des primären Röntgenstrahls ergibt, werden auf seinem Weg weitere Ionisationen verursacht.