Geometrische Modellierung mit Superquadriken zur Optimierung skelettaler Diagnosesysteme

Das Kernthema dieser Arbeit ist die Generierung und Vermessung eines patientenspezifischen, muskuloskelettalen Modells aus segmentierten CT/MRT-Daten in der softwaregestützten OP-Planung auf Basis des geometrischen Modells der Superquadriken (SQ). Zunächst wird ein Überblick über in der digitalen Operationsplanung wichtige Verfahren zur Bild- und Geometrieverarbeitung sowie erste Verbesserungen, die sich mithilfe des SQ-Modells erzielen lassen, gegeben. Es folgt eine umfangreiche Diskussion des SQ-Modells und seine Eignung zur Auslesung anatomischer Landmarken. Es werden Erweiterungen vorgestellt, die die Genauigkeit des Modells bei moderater Änderung der Verarbeitungsdauer stark erhöhen (Multikomponentenmodelle). Sie werden zur Darstellung, Bearbeitung und Analyse skelettaler menschlicher Strukturen verwendet. Dem voran geht eine aufwändige Analyse der unteren menschlichen Extremitäten, insbesondere im Bereich des Oberschenkel- und des Beckenknochens. Auf Basis gängiger klinischer Verfahren wird sowohl ein semi- als auch ein vollautomatischer Algorithmus zur Vermessung der genannten Knochentypen konzipiert. Die Evaluation der Leistungsfähigkeit des Letzteren erfolgt im Rahmen einer klinischen Studie. Schließlich wird die Einsetzbarkeit von SQs im Rahmen des Planungsvorganges für den Einsatz einer Hüftendoprothese untersucht und ein entsprechendes Verfahren vorgestellt.