Dreidimensionale Veränderung der Morphologie des Gesichtes während kieferorthopädisch-kieferchirurgischer Therapie

Die vorliegende Studie berichtet über die dreidimensionale optische Vermessung der prä- und postoperativen Gesichtsoberfläche von Patienten mit kieferorthopätisch-kieferchirurgischer Therapie. Das mobile optische 3D-Messsystem Gscan realisiert die Erfassung von Form und Farbe des Gesichtes. Dreidimensionale Weichteilveränderungen werden mit dem Ausmaß der Umstellungsosteotomie der Mandibula nach anterior und posterior anhand der Messwerte der Modelloperation verglichen. Es können die Patientengruppen Unterkiefervorverlagerung, 18 Patienten, und Unterkieferrückverlagerung, 17 Patienten, spezifiziert werden. Die dreidimensionalen Weichteilveränderungen werden über arbkodierte 3D-Differenzbilder der Patienten ermittelt. Im Ergebnis zeigt sich, dass die Weichgewebe der skelettalen Verlagerung der Mandibula in geringerem Ausmaß folgen, wobei sich statistisch signi kante Weichteilveränderungen deutlich im mandibulären Bereich, vor allem an den Weichteilreferenzpunkten Sublabiale, Pogonion und Menton, abzeichnen. Sie betragen bei Unterkiefervorverlagerung 58-69% und bei Unterkieferrückverlagerung 77-90%. Des Weiteren werden Veränderungen des Gesichtstyps nach A. M. Schwarz der untersuchten Patienten bestimmt. Die vorgelegte Pilotstudie belegt, dass der Gscan ein geeignetes Instrument zur dreidimensionalen Digitalisierung des Gesichtes ist, da er dieses berührungslos, nicht-invasiv und ohne ionisierende Strahlung erfasst. Insbesondere lassen sich relative dreidimensionale Weichteilveränderungen nach monognathen Dysgnathieoperationen im Unterkiefer mit Hilfe von Gscan-Aufnahmen graphisch detailliert aufzeigen

Etablierung eines Messverfahrens zum Monitoring von Sauerstoff, pH und Wirbelstrominduktion während der heterotopen Osteoinduktion

Die Rekonstruktion von ossären Defekten im Bereich des Gesichtsschädels, die nach Trauma, angeborenen Defekten oder bösartigen Neubildungen der Mundhöhle verbleiben, stellt die operative Medizin vor die große Herausforderung, sowohl Funktion als auch Ästhetik wiederherzustellen. Die Endokultivierung könnte zukünftig eine wichtige Behandlungsoption dieser Defekte bieten. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es die Stoffwechselvorgänge während der Besiedelung einer Matrize in einem etablierten Tiermodell für Endokultivierung zu überwachen. Hierzu dienten die metabolischen Parameter Sauerstoffsättigung und pH-Wert. Zusätzlich sollte mit dieser Studie das Verfahren der Wirbelstrominduktion untersucht werden, welches zum ersten Mal in vivo getestet wurde. Mit Hilfe der Wirbelstrommessung sollte ein non-invasives strahlungsfreies Monitoring des Knochenwachstums etabliert werden. Hierzu wurde 6 Wistar-Ratten jeweils ein Hydroxylapatit-Scaffold in eine präparierte Tasche auf dem M. latissimus implantiert. Zur Osteoinduktion wurde nach 7 und 14 Tagen rhBMP-2 in den Zentralkanal des Scaffolds appliziert. Nach Implantation folgten wöchentliche Messungen der oben genannten Parameter. Um eine mögliche Korrelation zwischen Wirbelstrom und Knochendichte herzustellen wurden nach 2 Wochen und nach Abschluss der Untersuchung Computertomogramme angefertigt. Im Anschluss erfolgte eine histologische Auswertung von Hartschliffpräparaten und entkalkten Parafinschnitten. Zwei Wochen post implantationem zeigten die Sauerstoffsättigung und der pH-Wert einen signifikanten Abfall. In den folgenden Wochen stiegen beide Parameter wieder an und stabilisierten sich nach mehreren Wochen auf physiologischen Werten. Dies ist die erste Studie, in der eine Methode zur reproduzierbaren Überwachung der Stoffwechselvorgänge während der heterotopen Knocheninduktion in vivo beschrieben wurde. Bei der Untersuchung der Wirbelstrominduktion konnte ein signifikanter Zusammenhang zum pH-Wert hergestellt werden. Eine Korrelation zur Knochendichte konnte nicht nachgewiesen werden. In weiterführenden Studien sollte ein genaueres Verfahren zur Knochendichtemessung eingesetzt werden

Wissensbasierte Situationsinterpretation für eine kontextbezogene Chirurgieassistenz mittels Erweiterter Realität

Chirurgische Assistenzsysteme unterstützen den Chirurgen bei der Durchführung einer Operation. Durch ihren Einsatz sollen das Patientenrisiko gesenkt und die chirurgische Belastung verringert werden. Ein Ziel zukünftiger Assistenzsysteme ist die Bereitstellung einer kontextbezogenen Unterstützung des Chirurgen. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stehen ein Konzept und die zugehörigen Methoden zur Realisierung solch einer Assistenz

Dreidimensionale, morphometrische Untersuchungen zur Primär- und Verlaufsbeurteilung von kindlichen Patienten mit Kraniosynostose und daraus resultierenden Schädeldeformitäten

Kraniosynostosen sind geprägt durch eine prämature Stenosierung einer oder mehrerer Schädelnähte, was zu einem unnatürlichen Schädelwachstum führt und so erhöhten Hirndruck und kosmetische Veränderungen mit psychosozialen Faktoren nach sich ziehen kann. Im Vordergrund der Behandlung von Patienten mit Kraniosynostosen steht die chirurgische Therapie mittels Kranioplastik und ggf. Frontoorbitalem Advancement, durch das pathologische Veränderungen verhindert oder beseitigt werden sollen. Ziel der Untersuchung war die perioperative Evaluation kraniofazialer Parameter von Patienten mit Kraniosynostose und der Vergleich zu einer Normpopulation. Hierdurch sollte ein objektivierbares Analyseverfahren der Schädelformveränderungen geschaffen werden, um die Operationsplanung und weitere Bewertung der Therapieresultate zu vereinfachen. Der Patientenumfang der vorliegenden Studie betrug 75 Kinder mit Kraniosynostose, denen eine Normpopulation mit 50 gesunden und nicht operierten Kindern gegenübergestellt wurde. Von ihren Köpfen wurden dreidimensionale Laserscans zu definierten Zeitpunkten erstellt. Anhand dieser wurden mittels der Computersoftware Onyx Ceph3TM 3D PRO 23 morphometrische Parameter errechnet und anschließend statistisch ausgewertet. Dabei ließen sich durch die operative Versorgung für die meisten Parameter Messwerte erheben, die dem eines normalisierten Schädelwachstums entsprachen. Ferner konnte auch gezeigt werden, dass andere Parameter keiner postoperativen Veränderung folgten und somit durch die chirurgische Intervention nicht beeinflusst werden. Insgesamt konnten durch das verwendete Analyseverfahren reproduzierbare Parameter erstellt und so das postoperative Outcome objektiv ausgewertet werden. Insbesondere im Hinblick auf die postoperative Stabilität und der daraus möglicherweise vorher notwendigen intraoperativen Überkorrektur kann durch diese Studie eine valide Aussage getroffen werden

Arbeiten zur rechnergestützten Herstellung von Epithesen auf der Basis optischer phasenmessender Profilometrie

In dieser Arbeit werden im Rahmen der Entwicklung einer computergestützten Herstellung von Epithesen auf der Basis phasenmessender Profilometrie Untersuchungen bezüglich notwendiger Randbedingungen angestellt, die einen erfolgreichen Verfahrensablauf gewährleisten sollen. Neben der experimentellen Bestimmung der Systemparameter wird der Vorgang der Oberflächenvermessung und der Weiterverarbeitung der 3D-Koordinaten bis hin zur Erstellung der fertigen Epithese geschildert. Bei der Bestimmung geeigneter Systemparameter liegt ein besonderer Schwerpunkt auf experimentellen Untersuchungen bezüglich der Variation der erzielten Modulation und Punkteausbeute bei Beleuchtung mit verschiedenen Wellenlängenbereichen. Das entwickelte Messsystem bewährte sich in Hinblick auf die gestellten Anforderungen. Das Verfahren ist schneller und exakter als die herkömmlichen Abdruckverfahren, stellt für den Patienten keine Belastung dar und ermöglicht eine formgetreue Modellierung der Epithese am Rechner

Jahresforschungsbericht / Technische Universität Dresden

Der Forschungsbericht vermittelt einen Einblick in die vielfältige, leistungsfähige und interdisziplinäre Forschungslandschaft an der Technischen Universität Dresden.:1. DIE FORSCHUNG AN DER TECHNISCHEN UNIVERSITÄT DRESDEN IM ÜBERBLICK 1.1. Einführung des Rektors 8 1.2. Die Forschungs-Profillinien an der TU Dresden 13 1.3. Die Forschung aus der Sicht der Fakultäten 19 Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften 19 Philosophische Fakultät 36 Fakultät Sprach-, Literatur- und Kulturwissenschaften 38 Fakultät Erziehungswissenschaften 39 Juristische Fakultät 42 Fakultät Wirtschaftswissenschaften 45 Fakultät Informatik 47 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik 51 Fakultät Maschinenwesen 54 Fakultät Bauingenieurwesen 55 Fakultät Architektur 58 Fakultät Verkehrswissenschaften 62 Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften 65 Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus und Universitätsklinikum Carl Gustav Carus an der Technischen Universität Dresden 72 1.4. Auf einen Blick: Die Forschungsaktivitäten im Berichtsjahr 2005 76 Interdisziplinäre Projekte (Kurzfassung) 79 Stiftungsprofessuren 81 Kompetenzzentren 91 HBFG-Großgeräte im Jahr 2005 97 Drittmittelbilanz 99 Technologietransfer: Patente und Ausgründungen 103 GWT-TUD GmbH 105 Anteil von Frauen an der Forschung 105 2. GROSSE INTERDISZIPLINÄRE FORSCHUNGSPROJEKTE 109 2.1. Sonderforschungsbereiche 110 Sonderforschungsbereich 287 »Reaktive Polymere in nichthomogenen Systemen, in Schmelzen und an Grenzflächen« 111 Sonderforschungsbereich 463 »Seltenerd-Übergangsmetallverbindungen: Struktur, Magnetismus und Transport« 115 Sonderforschungsbereich 537 »Institutionalität und Geschichtlichkeit« 123 Sonderforschungsbereich 528 »Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung« 132 Sonderforschungsbereich 609 »Elektromagnetische Strömungsbeeinflussung in Metallurgie, Kristallzüchtung und Elektrochemie« 136 Sonderforschungsbereich 639 »Textilverstärkte Verbundkomponenten für funktionsintegrierende Mischbauweisen bei komplexen Leichtbauanwendungen« 141 Sonderforschungsbereich 655 »Cells into tissue: Stem cell and progenitor commitment and interactions during tissue formation« 145 Sonderforschungsbereich / Transregio 6031 »Membrane-microdomains in their role in human disease - Membran-Mikrodomänen und ihre Rolle bei Erkrankungen des Menschen« 151 2.2. Graduiertenkollegs 155 Graduiertenkolleg 334 »Spezifikation diskreter Prozesse und Prozesssysteme durch operationelle Modelle und Logiken« 156 Graduiertenkolleg 338 »Lokale innovative Energiesysteme / Local Innovative Energy Systems« 159 Graduiertenkolleg 271 »Strukturuntersuchungen, Präzisionstests und Erweiterungen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik« 163 Graduiertenkolleg 864 »Molekulare Zellbiologie und Bioengineering« 166 Graduiertenkolleg »Hochleistungsbauteilkühlung« 171 Graduiertenkolleg der Hans-Böckler-Stiftung »Lebenslanges Lernen - Theoretisches Konzept und bildungspolitische Vision« 174 2.3. Internationale Graduiertenkollegs 176 Internationales Graduiertenkolleg 625 »Institutionelle Ordnungen, Schrift und Symbole / Ordres institutionnels, écrit et symboles« 177 2.4. Forschergruppen 181 Forschergruppe 308 »Untersuchungen der Wechselwirkung an biologisierten Grenzschichten von Implantaten im Knochen« 182 Forschergruppe 335 »Nanostrukturierte Funktionselemente in makroskopischen Systemen« 185 Forschergruppe 520 »Ferroische Funktionselemente: Physikalische Grundlagen und Konzepte« 188 2.5. DFG-Schwerpunktprogramme 195 DFG-Schwerpunktprogramm 1142 »Institutionelle Gestaltung föderaler Systeme: Theorie und Empirie« 196 DFG-Schwerpunktprogramm 1123 »Textile Verbundbauweisen und Fertigungstechnologien für Leichtbaustrukturen des Maschinen- und Fahrzeugbaus« 198 DFG-Schwerpunktprogramm 1104 »Kolloidale magnetische Flüssigkeiten: Grundlagen, Entwicklung und Anwendung neuartiger Ferrofluide« 203 3. DATEN, ZAHLEN, FAKTEN 209 3.1. Anzahl der Forschungsprojekte 210 3.2. Wissenschaftliche Veröffentlichungen 211 3.3. Wissenschaftliche Abschlussarbeiten 212 3.3.1. Wissenschaftliche Abschlussarbeiten im Überblick - ohne Promotionen 212 3.3.2. Wissenschaftliche Abschlussarbeiten (Diplom, Magister, Staatsexamen, Master, Bachelor) 213 3.4. Promotionen 214 3.5. Habilitationen 215 3.6. Nachwuchsforschergruppen 216 3.7. Patente 217 3.8. Gastwissenschaftler an der TU Dresden und Forschungsaufenthalte von TU-Wissenschaftlern im In- und Ausland 218 3.9. Preise und Ehrungen 219 3.10. Wissenschaftliche Veranstaltungen 242 3.11. Messen und Ausstellungen 283 4. FÖRDERER DES JAHRESFORSCHUNGSBERICHTES 29

Anwendung computertomographischer Daten in Werkzeugen der Produktentwicklung

Die vorliegende Arbeit zeigt einen Prozess zur direkten Anwendung computertomographischer Daten in der Produktentwicklung. Grundlage bilden die nach der Erfassung und einer mathematischen Rekonstruktion generierten Schichtbildsequenzen. Dieser Prozess besteht aus zwei unabhängigen Umgebungen, einer CT- und einer CAD-Umgebung. Beide sind interaktiv über einen dritten Baustein der Überführung und Interpretation miteinander verbunden. Die CT-Umgebung dient zur Initialisierung, Visualisierung und Verwaltung der computertomographischen Daten. Die CAD-Umgebung bildet als etabliertes Werkzeug in der Produktentwicklung die systematische Basis zum modellieren und validieren der analytischen dreidimensionalen Modelldaten. Über eine bidirektionale Kommunikations- und Interaktionsebene ist es möglich, ausgehend vom CAD-System, Informationen aus den CT-Daten gezielt, variabel und nutzerspezifisch für mechanisch konstruktive Modellierungsprozesse zu generieren.:Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Problemstellung 1.3 Zielstellung 1.4 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 CT-Daten und deren Weiterverarbeitung 2.1.1 Allgemeines 2.1.2 Datenstruktur und Abbildungseigenschaften 2.1.3 Visualisierungsformen 2.1.4 Repräsentationsformen und Datenformate 2.1.5 Segmentierungsverfahren 2.1.6 Bestimmung charakteristischer Objektmerkmale 2.2 Methoden und Werkzeuge der Konstruktion 2.2.1 Übersicht 2.2.2 Modellierung auf Basis diskreter Oberflächen 2.2.3 Flächenrückführung 2.2.4 Direkte und parametrische Modellierung 2.2.5 Modellierung mit Bilddaten 2.3 Prozessuale und technische Analyse 3 Computertomographische Daten in der CAD-Umgebung 3.1 Das Konzept 3.1.1 Definition der Rahmenbedingungen 3.1.2 Anforderungen an die Prozesskette 3.1.3 Objektinformationen aus CT-Daten 3.1.4 Voraussetzungen in CAD-Systemen 3.2 Der Entwurf des Gesamtprozesses 3.3 Die Datenvorbereitung 3.3.1 Eingangsinformationen und Visualisierungsformen 3.3.2 Ausrichtung und Registrierung 3.3.3 Eingrenzen des Betrachtungsbereiches 3.4 Das Prinzip der Datenüberführung und Interpretation 3.5 Die Kommunikations- und Interaktionsebene 3.5.1 Methodenbeschreibung 3.5.2 Ergänzende Schnittansichten 3.5.3 Erstellen eines Freiformschnittes 3.5.4 Kontur- und Geometrieableitung 3.5.5 Partiell oberflächenbasierte Modellerstellung 4 Applikation und exemplarische Anwendung 4.1 Technische Realisierung 4.2 Beschreibung der Systemumgebung 4.3 Neukonstruktion eines individuellen Schädelimplantats 4.3.1 Anatomische Grundlagen 4.3.2 Problemstellung und Analyse 4.3.3 Modellierung 4.4 Anpassungskonstruktion des Räderwerkes einer historischen Taschenuhr 4.4.1 Technische Grundlagen 4.4.2 Problemstellung und Analyse 4.4.3 Modellierung 4.5 Auswertung 5 Zusammenfassung und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlage

Validierung eines digitalen craniometrischen Messverfahrens zur Bestimmung von Schädelasymmetrien bei Säuglingen

Ziel Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Validierung der Messmethode zur Bestimmung von Schädelasymmetrien bei Säuglingen nach Kleemann, durch den direkten Vergleich zu den Indices Cranial Index (CI) und Cranial Vault Asymmetry Index (CVAI), ermittelt durch den Einsatz der Messverfahren 3D-Scanner und Stereophotogrammetrie. Methode (Vorgehen) In einem ersten Schritt werden zunächst isoliert die unterschiedlichen Deformationsarten des Schädels als skalare Indices berechnet und daraus eine Aussage über die Leistungsfähigkeit des Index bei der Erkennung abgeleitet . In einem zweiten Schritt wird in einem praxisnahen Feldversuch unter konkreter Nutzung topologischer Messverfahren bei Einsatz der Technologie dreidimensionaler Laserscanner STARscannerTM der Firma Orthomerica Products, Inc. und der dreidimensionalen Photogrammetrie mit der Software Cranioform Analytics® sowie der Photographie gemäß den Empfehlungen nach Kleemann gemessen und verglichen. Hierbei wird einerseits die Funktion der Messtechnik analysiert und andererseits eine Relativierung der theoretischen Ergebnisse aus dem ersten Schritt bezogen auf reale Deformationsarten, konkrete Krankheitsbilder und praxisnahe Diagnosesituationen vorgenommen. Das Ziel ist eine objektivierte Bewertung der Anwendbarkeit des angewendeten neuen Verfahrens abzuleiten. Ergebnis Basierend auf diesen Ergebnissen wird festgestellt, dass die Messmethode nach Kleemann einen geeigneten Index zur Beschreibung einer Schädelasymmetrie bei Säuglingen zur Verfügung stellt. Durch die Bildung der Differenzfläche ist der Index nach Kleemann sensitiver, intuitiver und damit aussagekräftiger als der CVAI. Wie der CVAI ist auch das durch Kleemann definierte Verfahren störunanfällig gegenüber Schädelformauffälligkeiten, die keine Asymmetrie in der Transversalebene hervorrufen (Breitschädel)

Validierung eines digitalen craniometrischen Messverfahrens zur Bestimmung von Schädelasymmetrien bei Säuglingen

Ziel Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Validierung der Messmethode zur Bestimmung von Schädelasymmetrien bei Säuglingen nach Kleemann, durch den direkten Vergleich zu den Indices Cranial Index (CI) und Cranial Vault Asymmetry Index (CVAI), ermittelt durch den Einsatz der Messverfahren 3D-Scanner und Stereophotogrammetrie. Methode (Vorgehen) In einem ersten Schritt werden zunächst isoliert die unterschiedlichen Deformationsarten des Schädels als skalare Indices berechnet und daraus eine Aussage über die Leistungsfähigkeit des Index bei der Erkennung abgeleitet . In einem zweiten Schritt wird in einem praxisnahen Feldversuch unter konkreter Nutzung topologischer Messverfahren bei Einsatz der Technologie dreidimensionaler Laserscanner STARscannerTM der Firma Orthomerica Products, Inc. und der dreidimensionalen Photogrammetrie mit der Software Cranioform Analytics® sowie der Photographie gemäß den Empfehlungen nach Kleemann gemessen und verglichen. Hierbei wird einerseits die Funktion der Messtechnik analysiert und andererseits eine Relativierung der theoretischen Ergebnisse aus dem ersten Schritt bezogen auf reale Deformationsarten, konkrete Krankheitsbilder und praxisnahe Diagnosesituationen vorgenommen. Das Ziel ist eine objektivierte Bewertung der Anwendbarkeit des angewendeten neuen Verfahrens abzuleiten. Ergebnis Basierend auf diesen Ergebnissen wird festgestellt, dass die Messmethode nach Kleemann einen geeigneten Index zur Beschreibung einer Schädelasymmetrie bei Säuglingen zur Verfügung stellt. Durch die Bildung der Differenzfläche ist der Index nach Kleemann sensitiver, intuitiver und damit aussagekräftiger als der CVAI. Wie der CVAI ist auch das durch Kleemann definierte Verfahren störunanfällig gegenüber Schädelformauffälligkeiten, die keine Asymmetrie in der Transversalebene hervorrufen (Breitschädel)