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2  Herleitung der Aufgabenstellung

Im OP der Arbeitsgruppe Navigation und Robotik im Zentrum für craniofaciale Fehlbildungen der Charité werden mit Hilfe des mobilen CT Philips Tomoscan M Epithesen nach stereolithografischen Modellen hergestellt und Implantationen von Knochenankern durch ein Assistenzsystem durchgeführt. Mögliche Lochpositionen werden durch das CT erfasst und aus den Daten die Positionsvorgabe von Implantaten im Knochen erstellt [2].

Erkenntnisse aus diesen Anwendungen finden Anwendung in der Tumorchirurgie, Brachytherapie, bei der Traumaversorgung, der epithetischen Versorgung oder zur Einbringung von Implantaten und dienen der Präzisierung von Bohren, Sägen, Fräsen und Lasern am Knochen.

2.1 Problematik in der Anwendung des Tomoscan M

Bei den im vorigen Absatz genannten Anwendungen des Tomoscan M in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie stellt sich die Frage nach der Genauigkeit des CT- Datensatzes. Die Herstellung stereolithografischer Modelle oder die Maßanfertigung von Implantaten erfordert präzise Datengrundlagen, die am Schädel nur nach Festlegung spezifischer Protokolle realistischen Abmessungen nahe kommen.

Ein Fehler in der Ortstreue der Voxel in x-y- Richtung ist innerhalb der jeweiligen Schicht möglich. Bei Stereolithografien und 3D- Aufbereitungen der Datensätze wird die Ortstreue der Voxel auch über mehrere Schichten wichtig. Abweichungen der Voxellokalisation in x-y- Richtung zwischen verschiedenen Schichten wurden für den Tomoscan M belegt. Daraus entstehen Fehler bei der dreidimensionalen Rekonstruktion der Daten [145].

Die Schichtposition in Richtung der z- Achse ist beim Tomoscan M unter anderem von der Genauigkeit der Vorschübe der Gantry oder des Patiententisches abhängig. Methoden zur Kompensation wurden vorgestellt, sind jedoch nicht Standard und benötigen bisher eine spezielle Navigationsausrüstung [145]. Oft wird einfach eine exakte Positionierung der Schichten bei dreidimensionaler Rekonstruktion angenommen, ohne diese zu verifizieren. Die entsprechenden Verzerrungen müssen dabei in Kauf genommen werden.

Die Schichtdicke beeinflusst die Größe des Partialvolumeneffekts (siehe Kapitel 1.3.5 und Abbildung 40). Sie ist aus geometrischen Gründen nur im Zentrum der Scanebene konstant. Die Relevanz dieser Ungenauigkeit wurde für diesen Scanner bisher nicht untersucht.


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Aus Gründen der Vergrößerung des erfassbaren Querschnitts ist die Detektoreneinheit in der Gantry des Tomoscan M exzentrisch gelagert. Der Randbereich der Scanschicht wird so nur von einer Seite des Röntgenfächers durchstrahlt. Dadurch können Parameter wie die Ortsauflösung, das Rauschen oder die Exaktheit der Wiedergabe von Röntgendichtewerten mit Abweichung aus dem Gantryzentrum variieren. Dieser Effekt wurde in der Mund-, Kiefer und Gesichtschirurgie bisher nicht beachtet.

Es ist nicht bekannt, inwieweit Standardeinstellungen oder benutzerdefinierte Einstellungen von Scanparametern und Bildverarbeitung beim Tomoscan M repräsentative Abmessungen am Knochen hervorbringen. Eine Gegenüberstellung der Parameter beim Scan von Objekten bekannter Abmessung kann Auskunft darüber geben, ob und in welchem Umfang lineare Messungen von diesen Parametern abhängen.

Das generelle Erreichen von zur Knochenoberfläche senkrecht stehender Schnittebenen ist beim Schädel nicht möglich. Selbst wenn die Schnittstelle vorher genau definiert ist, werden Oberflächen schräg getroffen. Messungen aufgrund dieser Bilder werden durch die geometrische Verzerrung in der Schnittebene sowie durch Partialvolumeneffekte beeinflusst. Welches Ausmaß diese Einflüsse auf die Arbeit mit dem Tomoscan M nehmen, ist nicht bekannt.

Implantate produzieren Artefakte, über deren Einfluss auf Messgenauigkeiten mit dem Tomoscan M bisher nicht publiziert wurde. Artefakte können Einfluss auf Maße von Implantaten und umliegenden Strukturen durch Abänderung lokaler Signalintensitäten nehmen. Streuung oder nicht auflösbare Strukturen des Objekts wie Spongiosa nehmen Einfluss auf lokale Signalintensitäten. Mangelnde Compliance oder Beatmung des Patienten kann zu Bewegungsartefakten führen.

2.2 Aufgabenstellung

Aus den Problemfeldern in der Anwendung des Tomoscan M in der Arbeitsgruppe für Navigation und Robotik ergibt sich die Fragestellung dieser Arbeit.

Aufgrund der Methode der Computertomografie wird erwartet, dass Darstellungen von Löchern und Implantaten in Knochen durch Fenstereinstellungen variieren. Sie reflektieren deshalb nur indirekt die Ortstreue der Wiedergabe durch das CT in x-y- Richtung.


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Aus ihnen lässt sich jedoch eine Aussage über die Lage der Lochachse und der Implantatachse treffen. Der Abstand von 2 Lochachsen oder einer Lochachse zur Implantatachse lässt wiederum Rückschlüsse auf die Qualität der Messwerterhebung zu.

Die Qualität der Messwerterhebung bestimmt die Rahmenbedingung für die Implantatdarstellung. Die ermittelten Fragen können deshalb folgendermaßen differenziert werden:


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10.11.2005