Ein Beitrag zur Verbesserung der Eigenschaften magnetisch-induktiver Tastspulen

Magnetisch-induktive Techniken finden seit langer Zeit viele Anwendungsfelder in der Medizin, Sicherheitstechnik und der Industrie. Obwohl die technischen Grundlagen seit vielen Jahrzehnten bekannt sind, werden auf Basis detaillierter Analysen spezielle Lösungsansätze verfolgt, die neuartiges Anwendungspotential erschließen sollen. Dazu dienen verbesserte Werkzeuge wie Computersimulationen und analytische Berechnungen sowie neu kombinierte Methoden und Aufbauten aus Leistungselektronik und Signaldetektion. Die Vorteile magnetisch-induktiver Techniken sind dabei u.a., dass sie das Prüfobjekt nicht schädigen, berührungslos arbeiten, robust gegenüber Verschmutzungen und einfach im Aufbau sind. Ein Nachteil dieser Technik ist die unzureichende Auflösung von feinen Strukturen. In der aktuellen Forschung und Entwicklung werden unterschiedliche Spulenanordnungen zur Anwendung in industriellen und medizinischen Fragestellungen untersucht und optimiert. Thema dieser Arbeit ist es, durch Verbesserung der Spuleneigenschaften, neue Anwendungsbereiche für die zerstörungsfreie Materialprüfung zu erschließen. Es wird eine Methode vorgestellt, die Eigenschaften magnetisch-induktiver Tastspulen zu verbessern und so den Aufwand bei der Signalverarbeitung zur Rekonstruktion im Rechner zu reduzieren sowie die Auflösung zu erhöhen. Dazu werden zwei Spulenanordnungen, Transmissions - Tastspulen und Gradiometer - Tastspulen, vergleichend gegenübergestellt und ihre technischen Grenzen aufgezeigt.Magneto-inductive techniques are found in many fields of application areas so in medicine, security technology and industry. Although the technical basis has been known for many decades, special solutions are pursued on the basis of detailed analysis that should open new application potential. These are enhanced tools such as computer simulations, analytical calculations, new combined methods and structures of power electronics and signal detection. The advantages of magneto-inductive techniques are that they do not damage the test object, are contactless, robust against dirt and simple in construction. A disadvantage of this technique is the insufficient resolution of fine structures. In current research and development different coil assemblies are investigated in industrial and medical applications. The aim of this work is to improve the coil properties by changing geometric constructions and current patterns of the coils, in order to allow a sharper localization of objects in space and to tap new application areas for non-destructive testing. A method to improve the properties of magneto-inductive coils and thus to reduce the effort in signal processing and image reconstruction as well as to increase the resolution is presented. Two different coil assemblies, gradiometer – coils and transmission – coils, are compared and their technical limits shown

Untersuchung der Abbildungseigenschaften eines 3D-Ultraschall-Computertomographen zur Berechnung der 3D-Abbildungsfunktion und Herleitung einer optimierten Sensorgeometrie

Am Forschungszentrum Karlsruhe wird ein neues bildgebendes Verfahren zur verbesserten Diagnose von Brustkrebs entwickelt: Die 3D-Ultraschall-Computertomographie. Die Untersuchung der Abbildungseigenschaften ermittelt die Möglichkeiten und Grenzen der Bildgebung. In dieser Arbeit werden die wesentlichen Systemparameter ermittelt, hinsichtlich ihres Einflusses auf die Abbildungseigenschaften bewertet und eine Optimierung des Gesamtsystems bezüglich der erreichbaren Bildqualität durchgeführt

Korrelation des Fluoreszenzsignals von Xenografttumoren mit der MRT-Volumetrie

Es wurden Untersuchungen der Korrelation des Fluoreszenzsignals von mit GFP und DsRed markierten Melanomzelltumoren mit der MRT-Volumetrie im Mausmodell durchgeführt. Es wurden Fluoreszenzintensitäten und Flächen von Fluoreszenzsignalen bestimmt und ausgewertet. Die Versuche wurden als Verlaufskontrollen über einen Zeitraum von ca. 3 Monaten durchgeführt und das Wachstum der Tumoren in dieser Zeit beobachtet. Der Verlauf zeigte eine lineare Korrelation sowohl der Fluoreszenzintensitäten, als auch der gemessenen Fluoreszenzflächen mit der MRT-Volumetrie über den Großteil des Untersuchungszeitraumes. Bei zunehmendem Tumorwachstum entwickelte sich die Kurve der Fluoreszenzintensitäten im sinne einer Sättigungskinetik

Charakterisierung von Gebäudestrukturen mit Mikrowellenmessverfahren

Das erklärte Ziel der deutschen Bundesregierung ist es, den Primärenergiebedarf der Bundesrepublik Deutschland bis zum Jahr 2050 auf 50 % des Werts aus dem Jahr 2008 zu senken. Um dieses Ziel zu erreichen, muss der Verbrauch in allen Sektoren – Industrie, Verkehr, Haushalte etc. – reduziert wer-den. Der Gebäudesektor macht zwecks Erzeugung von Raumwärme einen Anteil von 26 % am Endenergieverbrauch in Deutschland aus. Einsparungen in diesem Sektor könnten insbesondere durch Dämmsysteme erreicht werden. Um deren Potenzial optimal ausnutzen zu können, bedarf es jedoch präziser Informationen über den Aufbau der zu dämmenden Wände. Dies stellt insofern eine Herausforderung dar, als ein Großteil des Gebäudebestands in Deutschland auf Altbauwohnungen entfällt, die vor oder kurz nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs gebaut wurden. Für einen Großteil dieser Gebäude existieren keine oder nur unzureichende Informationen über den tatsächlichen Wandaufbau. Um diesem Problem anhand präziser Analysen Abhilfe zu schaffen, wird in der vorliegenden Arbeit eine Gesamtmethodik mittels Mikrowellenradar zur Wandcharakterisierung entwickelt. Hierzu wurden erstmals Untersuchungen an mehrschichtigen Wandaufbauten unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt. Wichtigstes Instrument hierbei ist der Einsatz von Mikrowellenradartechnik. Aus Reflexionsmessungen an der Gebäudehülle werden Echobilder der Wand erzeugt, aus denen Rückschlüsse auf die hinsichtlich einer optimalen Dämmung relevanten Parameter Schichtanzahl, Schichtdicke und Schichtmaterialien der Wand gezogen werden können. Die hier entwickelte Methodik deckt die gesamte Systemkette von der Kalibrierung des Messsystems und der Messdaten bis hin zur Analyse der erzeugten Radarbilder ab. Die Forschungsergebnisse dieser Arbeit dienen als Grundlage für zukünftige, schnell operierende Radarmesssysteme (z.B. auf Flugdrohnen), mit denen in urbanen Umgebungen in Form von Reflexionsmessungen ein Maximum an Informationen über die innere Struktur des jeweils vorhandenen Gebäudebestands extrahiert werden kann

Entwicklung von Bildverarbeitungsmethoden zur quantitativen Analyse der Biomechanik des Kniegelenks auf der Basis magnetresonanztomographischer Daten

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von dreidimensionalen Bildverarbeitungsmethoden zur in-vivo-Analyse der Biomechanik des Kniegelenks auf der Basis magnetresonanztomographischer Bilddaten. Die Verwendung eines offenen Magnetresonanztomographen ermöglicht die Generierung von Bilddatensätzen des Kniegelenks sowohl in unterschiedlichen Flexionsstellungen als auch bei gleichzeitiger Aktivierung der Beinmuskulatur. Nach Segmentierung und dreidimensionaler Rekonstruktion von Femur, Tibia und Patella können durch Einführung eines Tibiaplateau-basierten Koordinatensystems und die Berechnung einer epikondylären Achse für das Femur femoro-tibiale Translation und Rotation analysiert werden. Ein Patella-basiertes Koordinatensystem und femorale Referenzpunkte ermöglichen eine Analyse der Patellakinematik. Zudem können mittels Triangulierung segmentierter Kontaktstrecken die Größen der femoro-tibialen und femoro-patellaren Knorpelkontaktflächen bestimmt werden. Nach einer Studie zur Intra-Untersucher-Reproduzierbarkeit wird die Biomechanik im Kniegelenk in einer klinischen Studie untersucht. Verglichen werden die femoro-tibialen Translations- und Rotationsmuster, die Patellakinematik und die Größen der femoro-tibialen und femoro-patellaren Knorpelkontaktflächen einer gesunden Probanden-Gruppe, mit den Ergebnissen einer Gruppe von Patienten mit schwerer Gonarthrose. Die entwickelten Methoden erwiesen sich als sehr reproduzierbar und genau. Es konnte gezeigt werden, dass Dorsaltranslation und Außenrotation des Femur bei Knieflexion von 0° auf 90° bei schwerer Gonarthrose deutlich verringert sind. Zusätzlich kommt es bei den Arthrose-Patienten während der Knieflexion zu einer Zunahme des Patella-Tilt und des Patella-Shift nach lateral. Die Analyse der Kontaktflächen zeigte, dass es bei schwerer Gonarthrose zu einer ausgeprägten Vergrößerung der femoro-tibialen und femoro-patellaren Knorpelkontaktflächen kommt. Die entwickelten Methoden können damit zum Verständnis von Entwicklung und Verlauf von Kniegelenkserkrankungen wie der Gonarthrose beitragen

Beitrag zur Verfahrensentwicklung und Auswertungsverbesserung ausgewählter röntgenographischer Untersuchungsmethoden und Nachweis der Leistungsfähigkeit an geeigneten Werkstoffen

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Erhöhung der Leistungsfähigkeit von speziellen röntgenographischen Verfahren. Röntgenstrahlung ist die Grundlage für eine Vielfalt von werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungsmethoden. Zum einen ermöglicht sie die schnelle und zerstörungsfreie Überprüfung unterschiedlichster Bauteile auf makroskopische Defekte in verschiedenen Varianten der Röntgeninspektion. Auf viel kleinerer Skala erlauben es die Verfahren der Röntgenbeugung und -spektroskopie, Informationen über den kristallinen Aufbau der Werkstoffe zu gewinnen. Die Physikalische Werkstoffdiagnostik verfügt mittlerweile über eine große Bandbreite solcher Techniken. Ein kompendienhafter Gesamtüberblick der Methoden findet sich z. B. sehr praxisnah in [1]. So können Ein- bis Vielkristalle sowie amorphe Stoffe und Bauteile untersucht werden. Bezüglich der Genauigkeit, Geschwindigkeit, Kosten und Flexibilität eines Verfahrens muss ein Anwender aus dieser großen Methodenvielfalt die geeignete Methode für sein spezielles Ziel auswählen. Die Arbeit ist vordergründig auf die Verfahren der Kossel-Mikrobeugung, das Röntgen-Dreh-Schwenk-Verfahren (RDS), die Pseudo-Kossel-Technik, das neuartige Bremsstrahlinterferenzverfahren (BIV) und die Multi-Energie-Röntgeninspektion fokussiert. Eines der genauesten Verfahren zur Untersuchung von Einkristallen und grobkristallinen Vielkristallen ist die Kossel-Technik. Aus einer monochromatischen Strahlungsquelle, welche im Kristallgitter selbst liegt ('Gitterquelleninterferenz'), werden kegelschnittförmige Interferenzmuster auf einem Detektor abgebildet. Bei einer lateralen Auflösung von ca. einem Mikrometer sind daraus Präzisionsgitterkonstanten mit relativen Fehlern von bis zu 10−6 bestimmbar. Dies ermöglicht auch die Berechnung von Eigenspannungen mit hoher Genauigkeit. Das Kossel-Verfahren besitzt aber auch einige Nachteile, welche den Einsatz in der Praxis erschweren. So sind die Nutzkontraste insbesondere bei der Elektronenstrahlanregung sehr gering (Bremsstrahlung!), was die Erkennung der Reflexe schwierig macht. Aus diesem Grund befindet sich die (halb-) automatische Liniendetektion aktuell nur in der Anfangsphase, wodurch die Auswertung von Kossel-Aufnahmen arbeitsaufwendig und langsam ist. Bei den bisher entwickelten Ansätzen zur Berechnung von Gitterparametern und Eigenspannungen aus Kossel-Aufnahmen muss zudem der Abstand zwischen Probe und Detektor ausgemessen werden. Die dabei entstehenden Fehler stellen die entscheidende Grenze für die Genauigkeit des Verfahrens dar. Auf der Suche nach einer alternativen Herangehensweise wurden in der Arbeitsgruppe für Physikalische Werkstoffdiagnostik des IfWW der TUD die mathematischen Fokalkurven nach rund 60 Jahren der weltweiten Nichtbeachtung wiederentdeckt. Diese sollten es ermöglichen, den Zusammenhang zwischen der Gesamtheit der Beugungsreflexe und dem Kristall aus einer einzigen Aufnahme heraus herzustellen. In der vorliegende Arbeit soll zur Nutzung der Fokalkurven ein neuer Auswertungsansatz entwickelt werden. Die Anforderung an diese Herangehensweise ist es zudem, Gitterparameter, Orientierungen und Eigenspannungen mit hoher Genauigkeit sowie Präzision ermitteln zu können, auch wenn die Kontrastverhältnisse in den Aufnahmen niedrig sind. Neben der Kombination aus Werkstoffwissenschaft, Kristallographie und Geometrie ist daher auch eine geeignete Bildverarbeitung oder Reflexsuche nötig. Eng verwandt mit der Kossel-Technik ist das Röntgen-Dreh-Schwenk-Verfahren (RDS) [2]. Es entstehen ebenfalls kegelschnittförmige Reflexe auf dem Detektor, welche aufgrund der Röntgenanregung deutlich bessere Kontrastverhältnisse aufweisen. Neue Auswertungsmethoden für die Kossel-Technik sollten sich also direkt und ohne Anpassungen auf RDS übertragen lassen. Die zur Bestätigung notwendigen Tests sind auch ein Bestandteil dieser Arbeit. Große Ähnlichkeit zum Kossel-Verfahren besitzt die Pseudo-Kossel-Technik. Die Strahlungsquelle befindet sich hierbei aber nicht im Kristall, sondern über der Kristalloberfläche. Dadurch entstehen zusätzliche Einstellmöglichkeiten für den Anwender, was bspw. deutlich bessere Kontrastverhältnisse bei theoretisch vergleichbarer Genauigkeit im Vergleich zur Kossel-Technik bedeutet. Die entstehenden Reflexmuster bestehen aber zum größten Teil nicht aus Kegelschnitten und können durch diese höchstens angenähert werden. Eine weitere Facette dieser Arbeit ist es deshalb, zu überprüfen, ob bzw. wie gut eine Näherung mit dem zu entwickelnden Kossel-Auswertungsalgorithmus ist. Zudem soll eine Möglichkeit zur Simulation der Pseudo-Kossel-Linien geschaffen werden. Aus Sicht der Abbildungsgeometrie ist das Bremsstrahlinterferenzverfahren der Pseudo-Kossel-Technik ähnlich. Bei dieser Eigenentwicklung der Arbeitsgruppe für Physikalische Werkstoffdiagnostik des IfWW der TUD wird statt niederenergetischer charakteristischer Strahlung die deutlich energiereichere Bremsstrahlung zur Abbildung genutzt. In Transmission können dabei Volumeninformationen des Kristallgitters von massiven Proben und Bauteilen gewonnen werden. Durch eine Erweiterung dieser Methodik um eine dreidimensionale Komponente könnte das gesamte Probenvolumen untersucht werden. Zudem zeigten sich bei den bisher angefertigten Aufnahmen dieser Methode verschiedenartige Phänomene und ein komplexes Interferenzmuster. Deren Interpretation ist auch Gegenstand dieser Arbeit. Im Bremsstrahlinterferenzverfahren ist aufgrund der Transmissionsgeometrie auch der radiographische Schatten der Probe zu sehen. Dieser verändert sich bei Unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen der Röntgenröhre, da die Schwächungskoeffizienten der aufgenommenen Werkstoffe abhängig von der Energie der einzelnen Röntgenquanten bzw. dem Röhrenspektrum sind. Bei der Multi-Energie-Röntgeninspektion wird dies ausgenutzt, um einerseits optimal belichtete Ergebnisbilder zu generieren, welche mit einer einzelnen Beschleunigungsspannung nicht möglich wären. Zum anderen erlaubt es diese Methode prinzipiell, unterschiedliche Werkstoffe voneinander zu unterscheiden, obwohl die sichtbaren Intensitäten auch von der Dicke bzw. Dichte des Materials abhängen. Vielfach werden tomographische Methoden mit energiedispersiven Detektoren kombiniert, um Multi-Energie-Aufnahmen aufzunehmen bzw. auszuwerten. Der in dieser Arbeit verfolgte Ansatz nutzt zunächst nur einfache Radiographien unterschiedlicher Beschleunigungsspannungen an einem Detektor ohne spektrale Auflösung, um durch geeignete Modellansätze die Unterschiede der Schwächung in verschiedenen Bildbereichen sichtbar zu machen. Es soll weiterhin überprüft werden, ob bzw. wie diese Schwächungsunterschiede als Werkstoffunterschied deutbar sind. Insgesamt ist das Ziel dieser Arbeit, eine neue abstandsmessungsfreie Auswertungsstrategie für Kossel-und RDS-Aufnahmen zu entwickeln und diese auf das Pseudo-Kossel-Verfahren zu übertragen bzw. ein entsprechend angepasstes Modell zu erarbeiten. Für das Bremsstrahlinterferenzverfahren soll ein Modell entstehen, welches die beobachteten Reflexmuster und Interferenzphänomene beschreibt und einen Rückschluss aus der Aufnahme auf den Beugungsort im Kristall ermöglicht. Zudem ist ein Ansatz der Multi-Energie-Diagnostik zu erarbeiten, welcher sowohl kontrastreiche Ergebnisbilder als auch die Unterscheidung verschiedener Werkstoffe mit geringem Unterschied im Schwächungskoeffizienten ermöglicht. Der Nachweis der Leistungsfähigkeit der verbesserten Methoden soll begleitend an aussagekräftigen Beispielen demonstriert werden

Computergestützte Visualisierung eines human-embryonalen Gehirns

In der vorliegenden Arbeit wurde das 3-D-Modell des Gehirns eines frühen humanen Embryos angefertigt, des Weiteren eine 3-D-Software entwickelt, die es erlaubt, das Modell in Echtzeit manipulierbar darzustellen und es schließlich vollwertig stereoskopisch betrachten zu können. Diese Software wird Studierenden auf dem Server des Leibniz-Rechenzentrums zur Verfügung gestellt. Damit können sie am eigenen Rechner virtuelle 3-D-Modelle, die am Lehrstuhl III der Anatomischen Anstalt erarbeitet und bereit gestellt werden, plastisch (auch stereoskopisch) studieren. So besteht in Zukunft die Möglichkeit, die embryonale Entwicklung mit zeitgemäßen Methoden leicht verständlich zu veranschaulichen. Dem 3-D-Modell diente als Quellmaterial eine Schnittserie aus 574 Schichten eines menschlichen Embryos im Carnegie-Stadium 18. Die Schichten wurden über ein Mikroskop digitalisiert und am Computer wieder räumlich zueinander ausgerichtet. Um die ursprünglichen anatomischen Verhältnisse trotz der verzerrten Schnitte mit dem kommerziell verfügbaren Programm AmiraDev 3.0 möglichst korrekt herzustellen, wurde dieser elementare aber komplizierte Schritt durch selbst entwickelte Techniken unterstützt und sichtbar verbessert. Im so entstandenen Bilderstapel wurde das Gehirn markiert und dann zum virtuellen Modell trianguliert. Die hier entwickelte 3-D-Software erlaubt es, das willkürlich drehbare 3-D-Modell sowie andere Rekonstruktionen am Rechner anzuzeigen. Eine frei wählbare Schnittebene und die Transparenzfunktion geben Aufschluss über den inneren Aufbau des 3-D-Modells, z. B. über das Ventrikelsystem. In der Programmiersprache C++ wurden hocheffiziente, handoptimierte Bibliotheken für lineare Algebra und Computergrafik entwickelt, die eine ruckfreie Betrachtung ermöglichen. Im Hinblick auf Effizienz, Erweiterbarkeit und Fehlervermeidung wurde auf ein wohl überlegtes Software-Design mit sicherer Semantik Wert gelegt. Auch wenn ein virtuelles 3-D-Modell bereits einen besseren räumlichen Eindruck als eine plane Abbildung verschafft, kommt eine echte Tiefenwirkung erst durch stereoskopische Darstellung zustande. Diese wurde lege artis als asymmetrische perspektivische Projektion so implementiert, dass sie unkompliziert auf Tastendruck genutzt werden kann. Die ausgereifte Software beherrscht das Anaglyphenverfahren (Rot-Grün-Brille) genauso wie auch aufwendigere Projektionsverfahren. Die Arbeit stellt darüber hinaus in kurzer Form die für die Programmentwicklung relevanten mathematischen Grundlagen dar. Ferner wird ein Überblick über die im Internet verfügbaren, teils kommerziell vertriebenen Datensätze – speziell zur Embryologie – gegeben und das selbst entwickelte Darstellungsmodell mit seinen Vorteilen und den (selbst auferlegten) Beschränkungen in dieses Bezugssystem eingeordnet

Methods of automatic weed detection for process control of herbicide treatments

Eine teilflächenspezifische Unkrautbekämpfung ermöglicht die Anwendung von Herbiziden zu reduzieren. Kenntnisse über die Unkrautarten und -dichte, sowie deren lokales Vorkommen werden benötigt. Eine manuelle Unkrauterfassung zeigt sich unwirtschaftlich, so dass automatisierte Systeme zur Erfassung in der landwirtschaftlichen Praxis benötigt werden. Ein Bilderkennungssystem ist für diese Aufgabe am besten geeignet. Zu dessen Entwicklung wurden Bilddaten von Unkrautarten über mehrere Jahre, auf Ackerschlägen und in Gewächshausversuchen, erfasst. Aus den Daten wurden Parameter zur Unkrauterkennung abgeleitet. Ein Teil der Arbeit befasst sich mit der Segmentierung der Unkrautpflanzen, die im Keimblattstadium vorliegen sollten. Vermehrt in fortgeschrittenen Entwicklungsstadien wurden Höheninformationen zur Trennung von überlappenden Pflanzen benötigt. Gängigen Verfahren waren im Sonnenlicht nicht praktikabel. Mit der Stereotriangulation wurde eine erfolgreiche Segmentierung gefunden. Danach wurden von Einzelpflanzen charakteristische Merkmale gewonnen. Mit Hilfe von Berechnung verschiedener Momente wurde die Lage der Pflanzen bestimmt. Pflanzen, die sich nicht ähnlich waren, ließen sich mit geometrischen Merkmalen bei Erkennungsraten von 70 – 80 % unterscheiden. Mit einem Verfahren, welches die Keimblätter in Sektionen einteilt, dann Winkel berechnet und diese Folge von einen Künstlichen Neuronalen Netz beurteilen lässt, lassen sich auch Keimblätter von Pflanzen, die sich sehr ähneln, differenzieren und es wurden Erkennungsraten von bis zu 92 % erzielt. Im weiter entwickelten Zustand der Pflanzen ließen sich die Pflanzen an Hand weiterer charakteristischer Merkmale (Graphenvergleich für Matricaria-Arten, Template Matchings für Galium aparine) erkennen. Die Anwendung des geeigneten Verfahrens wird durch ein wissensbasiertes System gesteuert. Die Auswirkungen verschiedener Erkennungsraten wurden an Hand von Raum-Zeit-Simulationen zur Populationsdynamik untersucht.Side-specific weed management make it possible to reduce herbicide application. Knowledge about weed species, -density and local occurrence is necessary. Manual capture of weed coverage is non-economical, automatic weed detection is required for agricultural usage. A system of image recognition is highly acceptable for this function. For the development images of weeds on agricultural area and in green house were collected over several years. Parameters for weed recognition were derived. One part of work was to segment plants in cotyledon stage. At more developed growth stages information about highness was used to segment overlapping plants. Standard procedures were not practicable at sunlight, so a triangulation method was used. After this, special characteristics of plants were extracted. By computing of moments positions of plants were extracted. Not very similar plants were differentiated by geometric features at a level between 70 to 80 percent. Dividing seed leafs into parts, calculating their angles and rating the results by an artificial neural network, differentiation of very similar plants could be done at a level of 92 percent. Plants in a more developed growth stage could be distinguished by other characteristics (comparison of graphs for Matricaria-species, Template Matching for Galium aparine). The choice of the right method is regulated by a knowledge-based system. The impact of different detection rates was proved by a space-time simulation about population dynamics in weeds

Quantifizierung des menschlichen Fettgewebes für die temperaturgestützte Todeszeitschätzung mit der Finite-Elemente-Methode

Die temperaturgestützte Todeszeitbestimmung (TTS) ist eine wesentliche Methode zur Bestimmung des Todeszeitpunktes in der frühen postmortalen Phase. Die Simulation des Temperatur-Zeit-Verlaufes der Leichenabkühlung mittels Finite-Elemente-Methode bietet gegenüber empirischen Methoden Vorteile für die TTS. Das individuell verschieden akkumulierte Fett- und Muskelgewebe beeinflusst entscheidend die Abkühlung des Körpers und damit die Todeszeitschätzung. Die Abbildung der Leichenkonstitution und ihrer Gewebetypen ist für die rechnerische Simulation des Abkühlprozesses obligat. Bisherige Methoden verwenden vorwiegend CT-Einzelschnittbilder, Umfangsmaße oder Daten aus manuellen Leichensektionen. In Anwendung eines neuartigen CT-basierten Ansatzes (CFES-Algorithmus) können Volumina und Massen von Fett- und Muskelgewebe im Leichenabdomen quantifiziert werden. Hier wurde untersucht, welchen Einfluss eine individualgetreue Abbildung von Fett- und Muskelgewebe im Finite-Elemente-Modell (FEM) auf die TTS hat. Mittels CFES erfolgte die Quasi-Segmentierung und Quantifizierung von Fett- und Muskelgewebe basierend auf Grauwerthistogrammen aus CT-Schnittbildern von 32 Leichenabdomen. Zum Vergleich wurden klassische anthropometrische Verfahren angewandt. An Hand von CFES-Schätzungen und anthropometrischen Messergebnissen wurden für zwei Leichen individualisierte schichtdicken- und volumenorientierte FE-Modelle generiert. Simulierte TTS-Ergebnisse wurden mit gemessenen Temperatur-Zeit-Verläufen verglichen. Die schichtdickenorientierten FE-Modelle zeigten die höchste Genauigkeit der FE-basierten TTS-Auswertung (rel. Fehler 5%). Die volumenorientierten FEM erzielten eine höhere Genauigkeit als bisherige Standardmodelle ohne Individualisierung. Das Berücksichtigen abdominaler Körperfettvolumen und ihrer Lokalisierung sind für die TTS wichtig. Der CFES-Algorithmus steigert die Genauigkeit der FE-basierten TTS. Die CFES-Leistung ist durch gezielte Auswahl der CT-Parameter optimierbar