Computertomographie von Bandscheiben

Computertomographie von Bandscheiben

Fabio Despeaux

Problemstellung
Etwa 70 % der Bevölkerung in industrialisierten Ländern leidet an Rückenschmerzen. Dadurch brauchen Patienten Langzeitbehandlungen was ihre Lebensqualität beeinträchtigt. Solche Rückenschmerzen können durch Bandscheibenvorfälle versursacht werden, die wiederum durch hohe Belastungen ausgelösten werden können. Eine Bandscheibe besteht aus Anulus fibrosus und Nucleus pulposus. Dabei besteht der Anulus fibrosus aus Typ 1 Kollagen Fasern. Der Kern selbst, der Nucleus pulposus, besteht aus einem Proteoglykan- und Wassergel, welches von einer Struktur aus Typ 2 Kollagenfasern zusammengehalten wird.
Diese Arbeit befasst sich damit, die innere Struktur einer bovinen Bandscheibe mit einem Micro-CT abzubilden. Dabei wird die Bandscheibe während der CT Messung belastet, um die Auswirkung auf die Struktur analysierbar zu machen. Es wird erwartet, dass durch ein geeignetes CT-Messprotokoll und einer Belastungseinheit, die durch die Belastung auftretenden strukturellen Veränderungen einer Bandscheibe dargestellt werden können.

Lösungskonzept
Für die Erstellung des Messprotokolls werden drei Computertomographie Methoden untersucht. Als erstes wir der absorbtionsbasierte Ansatz getestet. Weiter wird ein phasenkontrast Ansatz angewandt und zuletzt wird mit Kontrastmittel gearbeitet. Die Anwendung des Paganinfilters auf CT Bilder wird ebenfalls untersucht. Die Belastungseinheit wird mit Prototyping entwickelt und während des Prozesses am CT getestet. Zusätzlich wird die Belastungseinheit vorgängig mit einer statischen Simulation auf ihren minimalen Sicherheitsfaktor überprüft. Die Schraubverbindungen werden auch vorgängig auf ihre Zugfestigkeit überprüft. Dazu werden Zugversuche durchgeführt.

Ergebnisse
Mit einer 200 kV Messung mit Aluminiumfilter ist ein Kontrastunterschied zwischen Anulus fibrosus und Nucleus pulposus sichtbar. Die Strukturen der Bandscheibe konnten mit den verwendeten CT Methoden nicht dargestellt werden.
Die GFK Gewindestangen halten eine Maximale Last von 1110 N aus.
Der Paganinfilter erzeugte eine phase map eines CT Käferbildes. Dafür wird die Rekonstruktion nach dem Anwenden des Paganinfilters auf alle Prjektionen durchgeführt.

Abbildung 2: Rekonstruiertes CT Bild mit sichtbarer Kontrastunterschied zwischen Kern und Faserring bei einer Kuhschwanzbandscheibe.
Abbildung 3: Rekonstruktion des Käferbildes nachdem der Paganinfilter auf die Projektionen angewandt wurde.

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