Podcasts about ct aufnahmen

Thomas Henn hat im Oktober 2016 seine Promotion zum Thema Computersimulation von Partikelströmungen abgeschlossen. Partikelströmungen treten in zahlreichen natürlichen sowie künstlichen Vorgängen auf, beispielsweise als Transport von Feinstaub in den menschlichen Atemwegen, als Bildung von Sediment in Flüssen oder als Feststoff–Fluid Gemisch bei Filtrationen. Simulationen von Partikelströmungen kommen zum Einsatz, wenn physische Untersuchungen nicht möglich sind. Darüber hinaus können sie Kosten experimenteller Studien verringern. Häufig ist das der Fall, wenn es um medizinische Anwendungen geht. Wenn man beispielsweise aus CT-Aufnahmen die genaue Geometrie des Naseninnenraums eines Patienten kennt, kann durch Simulation in dieser spezifischen Geometrie ermittelt werden, wo sich Partikel welcher Größe ablagern. Das ist in zwei Richtungen interessant: Erstens zur Vermeidung von Gesundheitsbelastungen durch Einlagerung von Partikeln in der Lunge (dort landen alle Partikel, die die Nase nicht filtern kann) aber zweitens auch bei der bestmöglichen Verabreichung von Medikamenten mittels Zerstäubung in die Nasenhöhle. Es hat sich gezeigt, dass die Simulation von Strömungen mit einer großen Zahl an beliebig geformten Partikeln den herkömmlichen numerischen Methoden insbesondere bei der Parallelisierung Probleme bereitet. Deshalb wird die Lattice Boltzmann Methode (LBM) als neues Verfahren zur numerischen Simulation von Strömungen auf Partikelströmungen angewendet. Sie hat außerdem den Vorteil, dass komplexe Geometrien wie z.B. ein Naseninnenraum keine extra zu bewältigende Schwierigkeit darstellen. Die zentrale Idee für die effektive Parallelisierung unter LBM ist eine Gebietszerlegung: Die durchströmte Geometrie wird in Zellen aufgeteilt und diese Zellen gerecht auf die zur Verfügung stehenden Prozessoren verteilt. Da die Rechnungen für die Strömungsrechnung mit LBM im wesentlichen lokal sind (es werden nur die Informationen einer Zelle und der direkten Nachbarzellen benötigt), ist das extrem effektiv. Wenn nun neben der Strömung auch noch die Bewegung der Partikel berechnet werden soll, müssen natürlich physikalische Bewegungsmodelle gefunden werden, die für die jeweilige Partikelgröße und -form passen, daraus Gleichungen und deren Diskretisierung abgeleitet werden in der Implementierung die Vorteile der LBM bei der Parallelisierung möglichst nicht zerstört werden. Offensichtlich ist es am besten, wenn die Partikel möglichst gleichmäßig über die durchströmte Geometrie verteilt sind. Aber das kann man sich ja nicht immer so aussuchen. Je nach Größe und Dichte der Partikel wird es wichtig, neben der Wirkung des Fluids auf die Partikel auch Rückwirkung des Partikels auf die Strömung, Wechselwirkung der Partikel untereinander (z.B. auch herausfinden, wann sich Partikel berühren) Wechselwirkung der Partikel mit dem Rand der Geometriezu betrachten. Als sehr hilfreich hat sich eine ganz neue Idee herausgestellt: Partikelströmungen als bewegtes poröses Medium zu modellieren. D.h. für große Partikel stellt man sich vor, sie haben einen festen Kern und außen einen glatten Übergang in der Porösität zur reinen Fluidphase. Es zeigt sich, dass man dann sogar auf ein Modell verzichten kann, das die Kontakte der Partikel modelliert, weil sich die Partikel so natürlich in der Strömung bewegen, wie man es auch im Experiment beobachtet. Alle Berechnungen müssen validiert werden, auch wenn manchmal nicht ganz klar ist, wie das erfolgen kann. Zum Glück ist hier aber die enge Zusammenarbeit mit der Verfahrenstechnik am KIT eine große Hilfe, die die Computersimulationswerkzeuge auch für ihre Projekte nutzen und weiter entwickeln. Literatur und weiterführende Informationen L.L.X. Augusto: Filters, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz Podcast, Folge 112, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016. http://modellansatz.de/filters OpenLB Open source Lattice Boltzmann Code F. Bülow: Numerical simulation of destabilizing heterogeneous suspensions at vanishing Reynolds numbers. Karlsruhe, 2015. T. Henn et al.: Particle Flow Simulations with Homogenised Lattice Boltzmann Methods. To appear in Particuology. F. Klemens: Simulation of Fluid-Particle Dynamics with a Porous Media Lattice Boltzmann Method, MA thesis. Karlsruher Institut für Technologie, 2016. E. E. Michaelides: Particles, Bubbles & Drops: Their Motion, Heat and Mass Transfer, World Scientific Publishing Company Incorporated, 2006. T.Henn: Aorta Challenge, Gespräch mit S. Ritterbusch im Modellansatz Podcast, Folge 2, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2013. http://modellansatz.de/aorta-challenge

Zielsetzung: Erstes Studienziel war ein Vergleich der Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes (VKB) durch die Ligamentum- patellae Einbündeltechnik (LP- EB) und Semitendinosus- gracilis Zweibündeltechnik (STG- ZB) anhand von subjektiven und/oder objektiven klinischen Ergebnissen sowie der Rotations- und Translationsstabilität ein bzw. zwei Jahre postoperativ. Als zweites Studienziel galt die Beurteilung einer möglichen Korrelation von anatomische und nicht- anatomische platzierten VKB Rekonstruktionen mit dem klinischen Outcome in beiden Techniken. Nullhypothesen: Die oben genannte Zielsetzung wurde durch folgende Nullhypothesen aufgestellt: H01: Es ergibt sich kein statistisch signifikanter Unterschied bezüglich des Tegner, IKDC und WOMAC Scores zwischen VKB Rekonstruktionen in der LP- EB versus der STG- ZB Technik H02: Es ergibt sich kein statistisch signifikanter Unterschied bezüglich der erhobenen KT 1000 Relativwerte im Vergleich zur Gegenseite zwischen VKB Rekonstruktionen in der LP- EB versus der STG- ZB Technik H03: Es ergibt sich kein statistisch signifikanter Unterschied bezüglich des Pivot- Shift Tests zwischen VKB Rekonstruktionen in der LP- EB versus der STG- ZB Technik H04: Die zweimalige radiologische Konstruktion und Beurteilung der Tunnelposition in beiden Techniken (LP- EB; STG- ZB) durch zwei unterschiedliche Untersucher ist nicht reproduzierbar und zuverlässig, was sich durch nicht adäquate inter- und intraobserver Koeffizienten zeigt. H05: Es ergibt sich keine Korrelation von anatomisch platzierten VKB Rekonstruktionen mit einem überlegeneren klinischen Outcome als nicht- anatomische VKB Rekonstruktionen in der LP- EB Technik. H06: Es ergibt sich keine Korrelation von anatomisch platzierten VKB Rekonstruktionen mit einem überlegeneren klinischen Outcome als nicht- anatomische VKB Rekonstruktionen in der STG- ZB Technik. Patienten und Methodik: Einundvierzig Patienten der LP- EB Gruppe und 51 der STG- ZB Gruppe wurden in eine prospektive Kohortenstudie aufgenommen. Die Patienten wurden präoperativ sowie ein bzw. zwei Jahre postoperativ hinsichtlich des Tegner, IKDC und WOMAC Scores evaluiert. Die präoperative Vergleichbarkeit der Gruppen bestand hinsichtlich gleicher demographischen Daten, den o.g. klinischen Scores, dem Unfallhergang, dem Zeitintervall vom Zeitpunkt des Unfalles bis zur Therapie, dem Grad der anteriorposterioren Instabilität und den Meniskusverletzungen. Beim ein Jahres Follow- up wurden die Kniegelenke anhand 53 dreidimensionaler CT Aufnahmen in anatomische und nicht- anatomische VKB Rekonstruktionen unterteilt. Anatomische und nichtanatomische Rekonstruktionen wurden mit den klinischen Outcome beim ein Jahres Follow- up in beiden Techniken korreliert. Außerdem wurden die klinischen Parameter beider Techniken beim zwei Jahres Follow- up miteinander verglichen. Ergebnisse: Beim zwei Jahres Follow- up zeigte sich zwischen den LP- EB und STG- ZB VKB Rekonstruktionen kein statistisch signifikanter Unterschied hinsichtlich der erhobenen klinischen Scores und der KT 1000 Relativwerte. Hinsichtlich des Pivot- Shift Tests und des vorderen Knieschmerzes gab es statistisch signifikante Vorteile, jeweils in der STG- ZB Technik. Durch unsere radiologische Analyse konnten wir die VKB Rekonstruktionen in anatomische und nicht- anatomische unterteilen und eine positive Korrelation von anatomisch platzierten VKB Rekonstruktionen mit dem klinischen Outcome nach einem Jahr in beiden Techniken nachweisen. Die von zwei Untersuchern durchgeführten Messungen wurden anhand des Cohen´ s cappa Koeffizienten als „fast perfekt“ hinsichtlich des inter- und intraoberserver Koeffizienten beurteilt. Schlussfolgen: Wir schlussfolgern, dass mittellangfristig beide Techniken adäquate Versorgungsmöglichkeiten bei Rupturen des vorderen Kreuzbandes darstellen. Aufgrund der unterschiedlichen Ergebnisse hinsichtlich anatomischer und nichtanatomischer VKB Rekonstruktionen folgern wir, dass in beiden Techniken zufrieden stellende Ergebnisse zu erzielen sind, sofern der Chirurg das gewählte Transplantat anatomisch korrekt positioniert.

Die native kraniale CT ist in der heutigen Notfalldiagnostik von entscheidender Bedeutung, und ist insbesondere für die initiale Diagnostik akuter Schlaganfälle und Schädel-Hirn- Traumen die Untersuchungsmethode der Wahl. Im Bereich der hinteren Schädelgrube ist die diagnostische Aussagekraft der Schädel-CT jedoch aufgrund ausgeprägter Artefakte stark limitiert. Eine Reduktion dieser Artefakte ist möglich, wenn die longitudinale Auflösung in z-Richtung erhöht wird. Die modernsten Mehrschicht-Computertomographen erlauben auch bei Routine-Aufnahmen des Schädels eine isotrope Auflösung im Submillimeterbereich, und sollten daher nicht nur die Artefakte der hinteren Schädelgrube verringern, sondern auch eine bessere Darstellung der infratentoriellen Strukturen ermöglichen. Das Ziel dieser Fall-Kontroll-Studie war es, praktische Vor- und Nachteile der 1-, 4-, 16- und 64-Schicht CT aufzuzeigen, die für die native kraniale CT von Bedeutung sind. Dazu wurden 100 nichtpathologische CT-Aufnahmen des Gehirns im Hinblick auf verschiedene Bildparameter, darunter auch Artefakte der hinteren Schädelgrube, verglichen. Die Datenakquisition erfolgte mit Untersuchungsprotokollen für Routine-Aufnahmen, wobei die Kollimation umso dünner war, je mehr Schichten simultan akquiriert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass Artefakte der hinteren Schädelgrube umso geringer und infratentorielle Strukturen umso besser darstellbar sind, je dünner die kollimierte Schichtdicke ist. Während die allgemeine Bildqualität, die Darstellung der Temporallappen und supratentorielle Artefakte von einer reduzierten Kollimation ebenfalls positiv beeinflusst werden, gelingt die Abgrenzung der Basalganglien und des Kortex besser bei breiteren Kollimationen, die bei den älteren Geräten verwendet werden. Weitere Studien werden klären müssen, inwieweit diese Leistungen der modernen Mehrschicht-CT die Diagnostik verschiedener Pathologien beeinflussen.

Biomechanische Untersuchungen zeigen eine erhöhte Beanspruchung der kranial angrenzenden Wirbelgelenke nach dorsaler Stabilisierung thorakolumbaler Wirbelsäulenverletzungen. In- vivo-Untersuchungen zum prä- und spät postoperativen Zustand der Wirbelgelenke liegen allerdings nicht vor. Daher war es Ziel dieser Studie, den Einfluß einer dorsalen Instrumentierung auf Gehalt und Verteilung der subchondralen Mineralisierung als Korrelat der Beanspruchung in den benachbarten Facettengelenken zu untersuchen. Im Rahmen der posttraumatischen Diagnostik wurden dazu CT-Aufnahmen bei 23 Patienten mit Verletzungen des thorakolumbalen Übergangs erstellt. Anschließend wurde eine bisegmentale dorsale Stabilisierung durchgeführt. Zweite CT-Untersuchungen folgten nach Implantatentfernung, die durchschnittlich 9,4 Monate nach dem Trauma stattfand. Die Patienten wurden in zwei Gruppen unterteilt mit zweiten CT weniger als 3 Monate (Gruppe A: durchschnittlich 7,3 Tage, 15 Patienten) und 6 oder mehr Monate nach Metallentfernung (durchschnittlich 17 Monate, 8 Patienten). Mittels der CT- Osteoabsorptiometrie (CT-OAM) wurde anschließend die subchondrale Mineralisierung als morphologisches Korrelat der Langzeitbeanspruchung der an die Instrumentierung angrenzenden Facettengelenke dargestellt und quantitativ sowie qualitativ ausgewertet. Dazu wurden axiale CT-Schnitte (Schichtdicke 3 mm) auf einer Workstation mit Hilfe der Software „Analyze" bearbeitet. Nach Isolierung der korrespondierenden Gelenkflächen und deren dreidimensionalen Rekonstruktion erfolgte die Editierung der subchondralen Knochenlamelle, die im „Maximum-Intensity-Projection-Algorithmus“ ebenfalls dreidimensional rekonstruiert und mit Falschfarben belegt wurde. Die durch Übereinanderprojektion der Datensätze gewonnenen Densitogramme dienten als Basis zur Bestimmung von Änderungen des Mineralisierungsmusters- und grades und der Größe der Dichtemaxima. Zur Quantifizierung der Densitogramme wurde die quantitative CT-OAM (q-CT-OAM) verwendet. Durch eine Messroutine wurde die Anzahl der Pixel pro Houndsfieldwert berechnet, jedem HU-Wert mit Hilfe eines Phantoms mit bekannter Kalziumkonzentration ein Kalziumwert zugeordnet und durch Integration der HU-Verteilungskurve unter Einbezug der Gelenkflächengröße der Mineralisierungsgehalt in mg Ca/ml ermittelt. Alle Daten wurden statistisch ausgewertet. Es zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen prä- und postoperativen Calciumwerten für das gesamte Patientenkollektiv (p< 0,001). Eine Mineralisierungsabnahme wurde signifikant häufiger gefunden als eine Zunahme der Mineralisierung. Eine getrennte Analyse der beiden Patientengruppen ergab signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen A und B (p< 0,001). In Gruppe A zeigte sich eine Abnahme der subchondralen Dichte in 61,3 % und eine Zunahme in 11,0% der Facettengelenke, während in Gruppe B eine Abnahme in 21,9 % und eine Zunahme in 41,0 % der Gelenke auftrat. Die Abnahme des Mineralisierungsgrades und -gehaltes sowie der Dichtemaximagröße belegt eine verminderte Beanspruchung der über der Instrumentierung gelegenen Facettengelenke, was mit einer reduzierten Aktivität der Mehrzahl der Patienten bis zur Fixateurentfernung vereinbar ist. Erst nach längeren Intervallen zwischen Trauma und Untersuchung läßt sich eine Mehrbeanspruchung durch Zunahme der bestimmten Qualitäten auch morphologisch abbilden. Die Resultate und Hypothesen dieser ersten in-vivo-Untersuchung können nun als Ausgangspunkt für weitere Studien dienen.