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Methoden zur Erstellung und Validierung feinstrukturierter und individueller Computermodelle der Lendenwirbelsäule anhand von bildgebenden Verfahren

  • Die Computermodellierung menschlicher Teilkörperstrukturen gewinnt zunehmend an Bedeutung für den Einsatz in der Medizin. Es handelt sich dabei um ein interdisziplinäres Forschungsfeld, bei dem durch die Zusammenarbeit von Physik, Mathematik, Computervisualistik und Medizin neue Methoden entwickelt werden können, mit denen genauere Aussagen über mechanische Belastungen von inneren kraftübertragenden Strukturen, wie Zwischenwirbelscheiben, Ligamente, Gelenke und Muskeln, bei Bewegungsabläufen getroffen werden können. Zu Beginn dieser Arbeit wird die Bedeutsamkeit des Forschungsbedarfs in der Computermodellierung, spezialisiert auf den Bereich der Wirbelsäule, dargelegt. Nachfolgend werden die grundlegenden anatomischen Strukturen erörtert, wozu die Zwischenwirbelscheiben, die Ligamente, die Facettengelenke und Muskulatur zählen. Anschließend werden Algorithmen entwickelt, mit denen aus CT-Daten unter geringem Zeitaufwand sowie semiautomisch individuelle LWS-Modelle erstellt werden können. Dabei werden Methoden erarbeitet, mit denen die vorgestellten kraftübertragenden Strukturen der Wirbelsäule, wie die Zwischenwirbelscheiben, Ligamente, Facettengelenke und Muskeln, modelliert werden können. Im weiteren Verlauf werden unterschiedliche bildgebende Verfahren (MRT-Daten, Röntgenfilm, Röntgenfunktionsaufnahmen) zur Validierung der LWS-Modelle vorgestellt und verwendet. Abschließend werden die erarbeiteten Algorithmen genutzt, um eine größere Anzahl an individuellen LWS-Modellen zu erstellen, die anschließend auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede bzgl. der inneren Belastungen sowie auf physiologisch korrekte Bewegungsabläufe hin untersucht werden. Dazu wird insbesondere das relative momentane Drehzentrum zwischen zwei benachbarten Wirbeln berechnet.
  • Computer modelling of human partial body structures is becoming increasingly important for medical application. This is an interdisciplinary field of research in which new methods can be developed through the cooperation of physics, mathematics, computer visualistics and medicine. These methods can be used to make more precise statements about the mechanical loads of internal force-transmitting structures, such as intervertebral discs, ligaments, joints and muscles, during motion sequences. At the beginning of this work, the importance of the need for research in computer modeling, specialized in the area of the spine, is presented. In the following, the basic anatomical structures will be discussed, including intervertebral discs, ligaments, facet joints and musculature. Algorithms are then developed to create individual lumbar spine models from CT data in a short time and semi-automatically. Methods will be developed to model the presented force transmitting structures of the spine, such as the intervertebral discs, ligaments, facet joints and muscles. In addition different imaging methods (MRT data, x-ray film, x-ray functional images) will be presented and validate the lumbar spine models. Finally, the algorithms developed will be used to create a larger number of individual lumbar spine models, which will then be examined for similarities and differences with regard to internal loads as well as for physiologically correct movement sequences. In particular, the relative momentary center of rotation between two adjacent vertebrae is calculated.

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Metadaten
Author:Nicolas Damm
URN:urn:nbn:de:kola-19045
Referee:Karin Gruber, Rolfdieter Frank
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2019/07/30
Date of publication:2019/08/01
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 3
Date of final exam:2019/07/17
Release Date:2019/08/01
Tag:Individuelle Computermodelle; Lendenwirbelsäule
Number of pages:197
Institutes:Fachbereich 3 / Institut für Sportwissenschaft
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG