Adam, Elisabeth: Methoden zur Analyse massengeometrischer Parameter der menschlichen Ossikel auf Basis hochauflösender CT-Datensätze

Abstract in German:

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Entwicklung einer Messkette zur automatisierten in vivo-Bestimmung massengeometrischer Parameter der menschlichen Ossikel auf Basis hochaufgelöster Computertomographie (CT)-Datensätze. In diesem Zusammenhang wird ein Verfahrensweg erstellt und über eine MATLAB®-Implementierung praktisch realisiert. Die Messkette beinhaltet zunächst die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Datenakquisition. Da die Ortsauflösung klinischer CT-Geräte für eine in vivo-Datenerhebung zu gering ist, wird auf die ex vivo-Datenerhebung an humanen Felsenbeinpräparaten mittels Mikro-CT-Technik ([my]CT) ausgewichen. In diesem Rahmen werden Aufnahmeparameter für den Erhalt geeigneter Datensätze festgelegt. Es folgt eine Vorstellung möglicher Rekonstruktionsebenen für die erhobenen [my]CT-Daten und die Bestimmung eines für die Weiterverarbeitung der Daten geeigneten Speicherstandards. Anschließend werden die Ossikelstrukturen über Konturierung und Segmentierung aus den rekonstruierten Datensätzen extrahiert und separat weiterverarbeitet. Im Rahmen dessen erfolgt die Erstellung eines Volumendatensatzes für jeden Ossikel. Da dieser Volumendatensatz eine starke Abhängigkeit von der Qualität der Segmentierung aufweist, wird er nicht direkt zur Bestimmung der massengeometrischen Parameter herangezogen. Stattdessen wird die Volumenmodellerstellung über den Umweg einer Oberflächenmodellbildung aus den segmentierten Volumendaten durchgeführt. Das Oberflächenmodell wird im Zuge dessen über Ray Intersection in ein diskretisiertes Volumenmodell gewandelt. Anhand des Volumenmodells werden die Massenmittelpunkte sowie Hauptträgheitsmomente und -achsen für die einzelnen Ossikel ermittelt. Dabei wird eine homogene Dichteverteilung angenommen. Mit der entwickelten Messkette ist eine in vivo-Bestimmung patientenspezifischer massengeometrischer Eigenschaften nicht möglich. Es können demnach auch keine direkten Informationen für ein besseres patientenindividuelles Verständnis der Ossikelkette und einen daran angepassten Prothesenentwurf gewonnen werden. Um dennoch einen klinischen Nutzen der Messkette zu ermöglichen, wird diese um eine teilautomatisierte geometrische Vermessung der Ossikel erweitert. Über die Erweiterung kann mit der Messkette eine statistische Erhebung zur Streubreitenvariation massengeometrischer und geometrischer Parameter auf Basis humaner Felsenbeinpräparate erfolgen. Aufbauend auf den erhaltenen Daten können statistische Modelle der Ossikel erstellt werden. Mit diesen kann wiederum die patientenindividuelle Ausrichtung der Ossikel in der Paukenhöhle festgestellt werden. Im Rahmen dessen müssen die erstellten Modelle über Registrierung in klinisch akquirierten, hochaufgelösten CT-Datensätzen ausgerichtet werden. Basierend auf den so erhaltenen Daten kann in späteren Arbeiten ein Vergleich zwischen Simulation und Messung der Schallübertragung durch das Mittelohr durchgeführt werden. Außerdem können Anhaltspunkte für ein patientenspezifisches Prothesendesign gewonnen werden.