1  Einleitung

• 1.1 Hintergrund

• 1.2 Kraniofaziale Epithetik

• 1.3  Grundlagen der Computertomografie

  • 1.3.1 Röntgen

  • 1.3.2 Prinzip der Computertomografie

  • 1.3.3 Bildrekonstruktion im CT

  • 1.3.4 Variable Geräteparameter eines Computertomografen

  • 1.3.5  Systematische Fehlerquellen im CT

  • 1.3.6 Strahlenexposition im CT

  • 1.3.7 Kontrolle technischer Parameter des Computertomografen

• 1.4  Stand der Forschung zur Genauigkeit des CT

  • 1.4.1 Klinische Einschätzung der Wertigkeit des CT

  • 1.4.2 Navigation nach CT-Datensätzen

  • 1.4.3 Genauigkeit linearer Messungen mit dem CT

  • 1.4.4 Ortsauflösung des CT

  • 1.4.5 Einflüsse der Scannertechnik

  • 1.4.6 Einflüsse durch Materialien und Gewebe im Strahlengang

  • 1.4.7 Einflüsse durch Bildverarbeitung

  • 1.4.8 Einflüsse durch klinische Anwendung des CT

2  Herleitung der Aufgabenstellung

• 2.1 Problematik in der Anwendung des Tomoscan M

• 2.2 Aufgabenstellung

3  Methodik

• 3.1 Herstellung des Knochenphantoms

• 3.2  Spezifizierung der Implantate

• 3.3 Erstellung der Schnittbilder

  • 3.3.1 Scandurchführung

  • 3.3.2 Variation der Scanprozeduren

• 3.4  Datenauswertung

  • 3.4.1 Messwerterhebung

  • 3.4.2 Messwertauswertung

4  Ergebnisse

• 4.1 Übersicht über Lochabstände

• 4.2  Messgenauigkeit des Tomoscan M bei Distanzen am Knochen

  • 4.2.1 Standardmessung an 10mm

  • 4.2.2 Standardmessung an 100mm

• 4.3 Einfluss von Implantaten

  • 4.3.1 Achsenabstände vor und nach Implantation an 10mm

  • 4.3.2 Achsenabstände vor und nach Implantation an 100mm

• 4.4  Einfluss von Scanprotokollen

  • 4.4.1 Scanparametervariation an 10mm und 100mm

  • 4.4.2 Variation des Algorithmus an 10mm und an 100mm

  • 4.4.3  Variation des Field of View an 10mm und an 100mm

• 4.5 Einfluss der Objektposition in der Gantry

  • 4.5.1 Exzentrische Objektpositionierung

  • 4.5.2 Kippung des Objekts an 10mm und 100mm

  • 4.5.3 Einfluss der Schnittebenenorientierung

• 4.6 Einfluss von Fenstereinstellungen

  • 4.6.1 Lochachsenabstände unter Fenstervariation

  • 4.6.2  Lochdurchmesser bei Fenstervariation

• 4.7 Implantatdarstellung

  • 4.7.1 Implantatquerschnitte

  • 4.7.2 Implantatdurchmesser im Längsschnitt

  • 4.7.3 Implantatlängen

  • 4.7.4 Implantatdarstellung unter FoV 50 und FoV 200

• 4.8 Zusammenfassung der Ergebnisse

5  Diskussion

• 5.1 Einschätzung des Stands der Forschung

  • 5.1.1 Klinische Anwendung von CT- Daten zur Navigation

  • 5.1.2 Mehrzeilen- CT und Spiral- CT

  • 5.1.3 Technische Restriktionen durch den Scanner

• 5.2  Diskussion der Methodik

  • 5.2.1 Fehlermöglichkeiten durch Knochen

  • 5.2.2 Fehlermöglichkeiten durch Bearbeitung

  • 5.2.3 Fehler der Implantate

  • 5.2.4 Fehlermöglichkeiten des Tomoscan M

  • 5.2.5  Fehler durch unsachgemäße Versuchsdurchführung

  • 5.2.6 Fehlerhafte Darstellung von Objektgrenzen

  • 5.2.7 Fehler durch Artefakte

  • 5.2.8 Fehlerhafte Messwertablesung

• 5.3 Kritische Betrachtung der Ergebnisse

  • 5.3.1 Messungen

  • 5.3.2 Errechnete Werte

  • 5.3.3 Lochabstände

  • 5.3.4 Lochdurchmesser

  • 5.3.5 Implantatdarstellung

• 5.4 Schlussfolgerungen

• 5.5 Ausblick

6  Zusammenfassung

Abkürzungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

Danksagung

Lebenslauf

Eidestattliche Erklärung

Tabelle 1: Basiswerte der Konstanzprüfung des Tomoscan M [134].

Tabelle 2: Gerätespezifikationen des Tomoscan M [133].

Tabelle 3: Lochabstände laut Werkszeichnung.

Tabelle 4: Implantatbezeichnungen laut Herstellerangaben [42, 43, 167].

Tabelle 5: Standard der Scanerstellung.

Tabelle 6: Kriterien der Objektpositionierung.

Tabelle 7: Standardeinstellungen des Scanners im klinischen Betrieb.

Tabelle 8: Parametervariation bei den Messungen.

Tabelle 9: Schematische Auswertung der Messwerte.

Tabelle 10: Schema der Messwertablesung.

Tabelle 11: Häufigkeitsverteilung aller Lochabstände mit Nominalabstand 10mm.

Tabelle 12: Häufigkeitsverteilung aller Lochabstände mit Nominalabstand 100mm.

Tabelle 13: T- Test der Standardmessung bei Testwert 10,1mm.

Tabelle 14: T- Test der Standardmessung bei Testwert 100,05mm.

Tabelle 15: ANOVA der Standardmessung L3-4 und L4-5 mit und ohne Implantat.

Tabelle 16: ANOVA der Standardmessung an L1-7 mit und ohne Implantat.

Tabelle 17: ANOVA bei Implantaten und Scanparametern an 10mm und 100mm.

Tabelle 18: ANOVA bei Variation des Algorithmus mit Implantaten an 10mm und 100mm.

Tabelle 19: ANOVA bei Variation des FoV mit Implantaten an 10mm.

Tabelle 20: Varianzanalyse bei Variation des FoV mit Implantaten an 100mm.

Tabelle 21: ANOVA bei Variation der Position mit Implantaten an 10mm und 100mm.

Tabelle 22: Oneway- ANOVA bei Objektkippung an 10mm und 100mm.

Tabelle 23: Oneway- ANOVA bei Schnittebenenvariation an 10mm und 100mm.

Tabelle 24: ANOVA bei Variation von WW, WL und Implantaten an 10mm und 100mm längs.

Tabelle 25: Deskriptive Statistik von Lochdurchmessern längs und quer.

Tabelle 26: Linearer Regressionskoeffizient von WW und WL für Lochdurchmesser.

Tabelle 27: Korrelationskoeffizient von WW und WL für Lochdurchmesser.

Tabelle 28: Spannweiten, Minima und Maxima der Implantatquerschnitte unter Einschluss aller Variationen von WL sowie FoV 50 und FoV 200.

Tabelle 29: Spannweiten, Minima und Maxima der Implantatdurchmesser im Längsschnitt bei FoV50 + FoV200.

Tabelle 30: Spannweiten, Minima und Maxima der Implantatlänge bei FoV50 + FoV200.

Abbildung 1: Ohrepithese bei Ohrmuschelaplasie mit Befestigung durch Knochenanker.

Abbildung 2: Überprüfung der räumlichen Auflösung am Phantom.

Abbildung 3: Seitliche und frontale Ansicht des Tomoscan M (© Philips).

Abbildung 4: Knochenphantom mit Bohrlöchern im Foto und im Scanbild.

Abbildung 5: Maße der Bohrlochabstände.

Abbildung 6: Bohrer und Gewindeschneider.

Abbildung 7: Herstellerzeichnung mit Bemaßung des Bohrers und des Gewindeschneiders  (© Entific Medical Systems, Schweden).

Abbildung 8: Knochenschraube (links), Abutment (mitte) und Magnet (rechts)

Abbildung 9: Konstruktionszeichnung der Knochenschraube (© Entific Medical Systems).

Abbildung 10: Konstruktionszeichnung der Abutmenthülse (© Entific Medical Systems).

Abbildung 11: Konstruktionszeichnung der Abutmentschraube (© Entific Medical Systems).

Abbildung 12: Konstruktionszeichnung des Magneten (© Steco- Titanmagnetics, Hamburg).

Abbildung 13: Schema zur Darstellung eines Fehlers durch Verkippung der Objektachse gegen die Scanebene.

Abbildung 14: Darstellung und Vermessung von Lochflanken im Längs- und Querschnitt im CT.

Abbildung 15: Definition von Lochachsenabstand und Lochflankenabständen.

Abbildung 16: Schema der Hilfslinien und Maßlinien im Längsschnitt.

Abbildung 17: Schema der Scanebene bei Querschnitten.

Abbildung 18: Schematische Längsschnittdarstellung (links) und Schichtposition bei Längsschnitten (rechts).

Abbildung 19: Boxplot der Standardmessung (links) und Differenzierung der Lochpaare der Standardmessung (rechts).

Abbildung 20: Q-Q-Plot der Standardmessung an 10mm Lochachsenabstand

Abbildung 21: Boxplot der Standardmessung am Lochpaar L1-7.

Abbildung 22: Abstand L3-4 und L4‑5 unter Standardbedingungen ohne und mit Implantat in L4.

Abbildung 23: Mittelwerte der Lochabstände unter Variation des FoV und der Implantate bei Lochabstand 10mm.

Abbildung 24: Boxplots Lochdurchmesser L1-L7 (links), Differenzierung aller Mittelwerte nach Implantaten (Mitte) und Differenzierung aller Mittelwerte nach Schnittebenenorientierung (rechts).

Abbildung 25: Maßstäbliche Projektion von WL über WW (links) und von WW über WL (rechts).

Abbildung 26: Lineare Regression des Lochdurchmessers auf WL.

Abbildung 27: Erfassung des Querschnitts (links) sowie des Durchmessers und der Länge im Längsschnitt (rechts) des Magneten bei WW=0 HU und WL=800 bzw. 1100 HU.

Abbildung 28: Querschnitte der Knochenschraube, des Abutments und des Magneten über mehrere Schichten innerhalb jeweils einer Einstellung von WL (FOV 50, WW=0).

Abbildung 29: Querschnittverlauf der Knochenschraube, des Abutments und des Magneten in der jeweiligen Schicht bei Variation von WL (FOV 50, WW=0).

Abbildung 30: Längsschnitte Loc. -3 bis Loc. 3 durch den Magneten, FoV 50, WW=0 HU, WL=1100 HU.

Abbildung 31: Durchmesser der Knochenschraube, des Abutments und des Magneten im Längsschnitt über mehrere Schichten bei konstantem WL. (FoV 50, WW=0).

Abbildung 32: Durchmesser der Implantate im Längsschnitt. über mehrere WL bei konstanten Schichten. (FoV 50, WW=0).

Abbildung 33: Länge der Knochenschraube, des Abutments und des Magneten im Längsschnitt. Linien zeigen Maßverlauf über mehrere Scanschichten auf WL. (FOV 50, WW=0).

Abbildung 34: Länge der Knochenschraube, des Abutments und des Magneten im Längsschnitt. Linien zeigen jeweils eine Scanschicht in Relation zu WL. (FOV 50, WW=0).

Abbildung 35: Variation von WL zum Vergleich der Implantatlängen im FoV 50 und FoV 200 bei achsenparalleler zentraler Schicht.

Abbildung 36: Inhomogene Knochendichte der Kortikalis des Knochenphantoms, FoV 150, WW=1000 HU, WL=1000 HU.

Abbildung 37: Plan gefräste Knochenoberfläche.

Abbildung 38: Mangelhafte Differenzierung der Knochenschraube mit Magnet vom Knochen im zentralen Längsschnitt; FoV=50, WW=0 HU, WL=1100 HU.

Abbildung 39: Scanbild des Phantoms zur Konstanzprüfung mit verschiedenen Prüfelementen.

Abbildung 40: Erläuterung zum Partialvolumeneffekt.

Abbildung 41: Artefakte am Knochenphantom und an einem Implantat.

Abbildung 42: Darstellung eines Lochpaars im Längsschnitt. Links: FoV=200, WW=0 HU, WL=0 HU. Rechts: FoV=120, WW=1000 HU, WL=1000 HU.

Abbildung 43: Darstellung der Knochenschraube, des Abutments und des Magneten im Längsschnitt, FoV 120, WW=1000 HU, WL=1000 HU.

Abbildung 44: Darstellung des Blindlochs im Schraubenkopf. FoV 50, WW=0 HU, WL=3000 HU.