TY - JOUR A1 - Ullherr, Maximilian A1 - Diez, Matthias A1 - Zabler, Simon T1 - Robust image reconstruction strategy for multiscalar holotomography JF - Journal of Imaging N2 - Holotomography is an extension of computed tomography where samples with low X-ray absorption can be investigated with higher contrast. In order to achieve this, the imaging system must yield an optical resolution of a few micrometers or less, which reduces the measurement area (field of view = FOV) to a few mm at most. If the sample size, however, exceeds the field of view (called local tomography or region of interest = ROI CT), filter problems arise during the CT reconstruction and phase retrieval in holotomography. In this paper, we will first investigate the practical impact of these filter problems and discuss approximate solutions. Secondly, we will investigate the effectiveness of a technique we call “multiscalar holotomography”, where, in addition to the ROI CT, a lower resolution non-ROI CT measurement is recorded. This is used to avoid the filter problems while simultaneously reconstructing a larger part of the sample, albeit with a lower resolution in the additional area. KW - reconstruction KW - region of interest KW - ROI KW - multiscalar holotomography KW - holotomography KW - computed tomography KW - CT KW - X-ray Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-262112 SN - 2313-433X VL - 8 IS - 2 ER - TY - JOUR A1 - Taeger, Johannes A1 - Müller-Graff, Franz-Tassilo A1 - Lukas, Ilgen A1 - Schendzielorz, Philipp A1 - Hagen, Rudolf A1 - Neun, Tilman A1 - Rak, Kristen T1 - Cochlear duct length measurements in computed tomography and magnetic resonance imaging using newly developed techniques JF - OTO Open N2 - Objective Growing interest in measuring the cochlear duct length (CDL) has emerged, since it can influence the selection of cochlear implant electrodes. Currently the measurements are performed with ionized radiation imaging. Only a few studies have explored CDL measurements in magnetic resonance imaging (MRI). Therefore, the presented study aims to fill this gap by estimating CDL in MRI and comparing it with multislice computed tomography (CT). Study Design Retrospective data analyses of 42 cochleae. Setting Tertiary care medical center. Methods Diameter (A value) and width (B value) of the cochlea were measured in HOROS software. The CDL and the 2-turn length were determined by the elliptic circular approximation (ECA). In addition, the CDL, the 2-turn length, and the angular length were determined via HOROS software by the multiplanar reconstruction (MPR) method. Results CDL values were significantly shorter in MRI by MPR (d = 1.38 mm, P < .001) but not by ECA. Similar 2-turn length measurements were significantly lower in MRI by MPR (d = 1.67 mm) and ECA (d = 1.19 mm, both P < .001). In contrast, angular length was significantly higher in MRI (d = 26.79°, P < .001). When the values were set in relation to the frequencies of the cochlea, no clinically relevant differences were estimated (58 Hz at 28-mm CDL). Conclusion In the presented study, CDL was investigated in CT and MRI by using different approaches. Since no clinically relevant differences were found, diagnostics with radiation may be omitted prior to cochlear implantation; thus, a concept of radiation-free cochlear implantation could be established. KW - CDL KW - cochlear implantation KW - temporal bone KW - CT KW - MRI Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-263922 VL - 5 IS - 3 ER - TY - THES A1 - Schielein, Richard T1 - Analytische Simulation und Aufnahmeplanung für die industrielle Röntgencomputertomographie T1 - Analytical simulation and acquisition planning for industrial x-ray computed tomography N2 - Röntgencomputertomographie (CT) hat in ihrer industriellen Anwendung ein sehr breites Spektrum möglicher Prüfobjekte. Ziel einer CT-Messung sind dreidimensionale Abbilder der Verteilung des Schwächungskoeffizienten der Objekte mit möglichst großer Genauigkeit. Die Parametrierung eines CT-Systems für ein optimales Messergebnis hängt stark vom zu untersuchenden Objekt ab. Eine Vorhersage der optimalen Parameter muss die physikalischen Wechselwirkungen mit Röntgenstrahlung des Objektes und des CT-Systems berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit befasst sich damit, diese Wechselwirkungen zu modellieren und mit der Möglichkeit den Prozess zur Parametrierung anhand von Gütemaßen zu automatisieren. Ziel ist eine simulationsgetriebene, automatische Parameteroptimierungsmethode, welche die Objektabhängigkeit berücksichtigt. Hinsichtlich der Genauigkeit und der Effizienz wird die bestehende Röntgensimulationsmethodik erweitert. Es wird ein Ansatz verfolgt, der es ermöglicht, die Simulation eines CT-Systems auf reale Systeme zu kalibrieren. Darüber hinaus wird ein Modell vorgestellt, welches zur Berechnung der zweiten Ordnung der Streustrahlung im Objekt dient. Wegen des analytischen Ansatzes kann dabei auf eine Monte-Carlo Methode verzichtet werden. Es gibt in der Literatur bisher keine eindeutige Definition für die Güte eines CT-Messergebnisses. Eine solche Definition wird, basierend auf der Informationstheorie von Shannon, entwickelt. Die Verbesserungen der Simulationsmethodik sowie die Anwendung des Gütemaßes zur simulationsgetriebenen Parameteroptimierung werden in Beispielen erfolgreich angewendet beziehungsweise mittels Referenzmethoden validiert. N2 - Industrial X-ray computed tomography (CT) can be applied to a large variety of different specimens. The result of a CT measurement is a three-dimensional image containing the position-dependent attenuation coefficient of the specimen. For an optimal imaging CT-measurement parameters depend on both the properties of the CT-System and the specimen. To predict such an optimal parameterization both the physical interactions with X-rays of the CT-System and the specimen, must be taken into account. This thesis sets out to address the modelling of the interactions as well as the automatization of the parameter finding. The latter is based on a figure of merit for CT-measurements. Aim is a simulation-based, automatic parameter optimization method which includes the object-dependency on distinct specimens. The currently existing X-ray simulation methods are enhanced with respect to accuracy and efficiency. Therefore a method for the calibration of the simulation to a real CT-system is presented. Additionally, a model for second order X-ray scattering is developed in order to calculate the specimen-scattered radiation. This is done using an analytical ansatz and no Monte-Carlo method has to be applied. So far, no universal definition of a figure of merit for CT-results has been given in literature. Using Shannon's information theory such a definition is developed. The improvements of the simulation method and the application of the figure of merit for simulation-based parameter optimization are used in examples or are validated using reference methods. KW - Computertomografie KW - Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung KW - Optimierung KW - Aufnahmeplanung KW - Analytische Simulation KW - CT KW - Computersimulation Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169236 ER - TY - THES A1 - Müller, Dominik Dennis T1 - Laborbasierte Nano-Computertomographie mit hoher Energie für die Materialcharakterisierung und Halbleiterprüfung in Simulation und Anwendung T1 - Laboratory Based Nano Computed Tomography with Higher Photon Energy for Materials Characterization and Semiconductor Analysis in Simulation and Practical Application N2 - Verschiedene Konzepte der Röntgenmikroskopie haben sich mittlerweile im Labor etabliert und ermöglichen heute aufschlussreiche Einblicke in eine Vielzahl von Probensystemen. Der „Labormaßstab“ bezieht sich dabei auf Analysemethoden, die in Form von einem eigenständigen Gerät betrieben werden können. Insbesondere sind sie unabhängig von der Strahlerzeugung an einer Synchrotron-Großforschungseinrichtung und einem sonst kilometergroßen Elektronen-speicherring. Viele der technischen Innovationen im Labor sind dabei ein Transfer der am Synchrotron entwickelten Techniken. Andere wiederum basieren auf der konsequenten Weiterentwicklung etablierter Konzepte. Die Auflösung allein ist dabei nicht entscheidend für die spezifische Eignung eines Mikroskopiesystems im Ganzen. Ebenfalls sollte das zur Abbildung eingesetzte Energiespektrum auf das Probensystem abgestimmt sein. Zudem muss eine Tomographieanalage zusätzlich in der Lage sein, die Abbildungsleistung bei 3D-Aufnahmen zu konservieren. Nach einem Überblick über verschiedene Techniken der Röntgenmikroskopie konzentriert sich die vorliegende Arbeit auf quellbasierte Nano-CT in Projektionsvergrößerung als vielversprechende Technologie zur Materialanalyse. Hier können höhere Photonenenergien als bei konkurrierenden Ansätzen genutzt werden, wie sie von stärker absorbierenden Proben, z. B. mit einem hohen Anteil von Metallen, zur Untersuchung benötigt werden. Das bei einem ansonsten idealen CT-Gerät auflösungs- und leistungsbegrenzende Bauteil ist die verwendete Röntgen-quelle. Durch konstruktive Innovationen sind hier die größten Leistungssprünge zu erwarten. In diesem Zuge wird erörtert, ob die Brillanz ein geeignetes Maß ist, um die Leistungsfähigkeit von Röntgenquellen zu evaluieren, welchen Schwierigkeiten die praktische Messung unterliegt und wie das die Vergleichbarkeit der Werte beeinflusst. Anhand von Monte-Carlo-Simulationen wird gezeigt, wie die Brillanz verschiedener Konstruktionen an Röntgenquellen theoretisch bestimmt und miteinander verglichen werden kann. Dies wird am Beispiel von drei modernen Konzepten von Röntgenquellen demonstriert, welche zur Mikroskopie eingesetzt werden können. Im Weiteren beschäftigt sich diese Arbeit mit den Grenzen der Leistungsfähigkeit von Transmissionsröntgenquellen. Anhand der verzahnten Simulation einer Nanofokus-Röntgenquelle auf Basis von Monte-Carlo und FEM-Methoden wird untersucht, ob etablierte Literatur¬modelle auf die modernen Quell-konstruktionen noch anwendbar sind. Aus den Simulationen wird dann ein neuer Weg abgeleitet, wie die Leistungsgrenzen für Nanofokus-Röntgenquellen bestimmt werden können und welchen Vorteil moderne strukturierte Targets dabei bieten. Schließlich wird die Konstruktion eines neuen Nano-CT-Gerätes im Labor-maßstab auf Basis der zuvor theoretisch besprochenen Nanofokus-Röntgenquelle und Projektionsvergrößerung gezeigt, sowie auf ihre Leistungsfähigkeit validiert. Es ist spezifisch darauf konzipiert, hochauflösende Messungen an Materialsystemen in 3D zu ermöglichen, welche mit bisherigen Methoden limitiert durch mangelnde Auflösung oder Energie nicht umsetzbar waren. Daher wird die praktische Leistung des Gerätes an realen Proben und Fragestellungen aus der Material¬wissenschaft und Halbleiterprüfung validiert. Speziell die gezeigten Messungen von Fehlern in Mikrochips aus dem Automobilbereich waren in dieser Art zuvor nicht möglich. N2 - Various concepts of X-ray microscopy have become established in laboratories. Nowadays, they allow insightful analysis of a wide range of sample systems. In this context, "laboratory scale" refers to the analytical methods that operate as a stand-alone instrument. They are independent from beam generation at a large-scale synchrotron research facility with a kilometer-sized electron storage ring. Many of the technical innovations in the laboratory are transferred techniques developed at the synchrotron. Others are based on the continuous further development of previously established concepts. By itself, resolution is not decisive for the specific suitability of a microscopy system in general. The energy spectrum used for imaging should also be matched to the specimen and a tomography system must be able to preserve the imaging performance for 3D images. After an overview of different X-ray microscopy techniques, this work examines how source-based nano-CT in projection magnification is a promising technology for materials analysis. Here, higher photon energies can be used than in competing approaches as required by more absorbent samples for examination, such as those with a high metal content. The core component limiting resolution and performance in an otherwise ideal CT device is the X-ray source used. The greatest leaps in imaging performance can be expected through design innovations in the X ray source. Therefore, In the course of this work, it is discussed when brilliance is and is not an appropriate measure to evaluate the performance of X-ray sources, what difficulties practical measurement is subject to and how this affects the comparability of values. Monte Carlo simulations show how the brilliance of different designs on X-ray sources can be theoretically determined and compared, and this is demonstrated by the example of three modern concepts of X-ray sources, which can be used for microscopy. Next, this thesis considers the limits of the performance of transmission X-ray sources. Using the coupled simulation of a nano focus X-ray source based on Monte Carlo and FEM methods, this thesis investigates whether established literature models are still applicable to these modern source designs. The simulations are then used to derive a new way to determine the performance limits for nano focus X-ray sources and the advantage of modern targets made of multiple layers. Then, a new laboratory-scale nano-CT device based on the nano focus X-ray source and projection magnification is theoretically discussed before it is presented with an evaluation of its performance. It is specifically designed to enable high-resolution measurements on material systems in 3D, which were not feasible with previous methods as they were limited by a lack of resolution or energy. Therefore, the practical performance of the device can finally be validated on real samples and issues from materials science and semiconductor inspection. The shown measurements of defects in automotive microchips in this way were not previously possible. KW - Computertomografie KW - Röntgenquelle KW - Mikroelektronik KW - Simulation KW - Nano-CT KW - Röntgenquellen KW - Materialuntersuchung KW - Geräteentwicklung KW - High Resolution KW - Monte-Carlo KW - Semiconductor KW - Material Science KW - Computed Tomography KW - X-Ray KW - CT Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313380 ER - TY - THES A1 - Koszlat, Thorsten T1 - Intrakranielle Volumenbestimmung bei Kindern mit isolierten und syndromalen prämaturen Kraniosynostosen anhand von Schädel-Computertomogrammen T1 - Intracraniell volume measurements on children with isolated and syndromal premature craniosynostosis by head CT-scans N2 - Innerhalb dieser Arbeit steht die Berechnung des prä-, peri- und teilweise postoperativen intrakraniellen Volumens bei Kindern mit isolierten und syndromalen prämaturen Kraniosynostosen anhand von Schädelcomputertomogrammen im Vordergrund. Die einzelnen Diagnosegruppen beinhalten die isolierten Kraniosynostosen Trigonozephalus, Plagiozephalus, Brachyzephalus und Skaphozephalus, die syndromalen Kraniosynostosen die Gruppen des Apert-, Crouzon-, Saethre-Chotzen-, Pfeiffer-, Muenke- und Cohen-Syndroms, welches auch als kraniofrontonasale Dysplasie in der Literatur beschrieben wurde. In der Einleitung wird ein umfassender theoretischer Teil über die Bedeutung, Entstehung und Problematik von Kraniosynostosen beschrieben. Insbesondere werden die unterschiedlichen Klassifizierungen von Kraniosynostosen und die damit verbundene Schwierigkeit einer einheitlichen Unterteilung aller prämaturen Kraniosynostosen dargestellt und erläutert. Besondere Aufmerksamkeit wurde auf die jüngsten humangenetischen Entdeckungen gelegt, die zu einer weiteren ätiologischen Differenzierung der syndromalen Kraniosynostosen beitragen. Für dieses Verfahren wurden von insgesamt 124 Kindern mit Kraniosynostosen im Zeitraum von 1982-1997 Schädel CT-Aufnahmen mit einem Schichtabstand von 5 mm im Bereich der Schädelbasis und 10 mm im Bereich der Schädelkalotte angefertigt. Zur Berechnung der Annäherungsvolumina wurden die Einzelschichten über einen Flachbettscanner digitalisiert. Anschließend erfolgte die Flächenberechnung der einzelnen CT-Schichten mit Hilfe eines Computers und einer speziellen Software (Ghostview), die zur Flächenberechnung die Funktion eines Planimeters besitzt. Durch die Mittelwert der Flächeninhalte und dem bekannten Schichtabstand der Ebenen zueinander können zylindrische Annäherungsvolumina bestimmt werden. Über die Summation der einzelnen zylindrischen Volumeninhalte und der Multiplikation mit dem Vergrößerungsfaktor des CT-Bildes ergibt sich ein intrakranielles Annäherungsvolumen. KW - Intrakranielles Volumen KW - CT KW - isoliert KW - syndromal KW - prämatur KW - Schädelsuturen KW - Kraniosynostose KW - Intracraniell volume KW - CT KW - isolated KW - syndromal KW - premature KW - headsuture KW - Craniosynostosis Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3005 ER - TY - JOUR A1 - Kippnich, Maximilian A1 - Duempert, Maximilian A1 - Schorscher, Nora A1 - Jordan, Martin C. A1 - Kunz, Andreas S. A1 - Meybohm, Patrick A1 - Wurmb, Thomas T1 - Simultaneous treatment of trauma patients in a dual room trauma suite with integrated movable sliding gantry CT system: an observational study JF - Scientific Reports N2 - The trauma center of the University Hospital Wuerzburg has developed an advanced trauma pathway based on a dual-room trauma suite with an integrated movable sliding gantry CT-system. This enables simultaneous CT-diagnostics and treatment of two trauma patients. The focus of this study was to investigate the quality of the concept based on defined outcome criteria in this specific setting (time from arrival to initiation of CT scan: tCT; time from arrival to initiation of emergency surgery: tES). We analyzed all trauma patients admitted to the hospital’s trauma suite from 1st May 2019 through 29th April 2020. Two subgroups were defined: trauma patients, who were treated without a second trauma patient present (group 1) and patients, who were treated simultaneously with another trauma patient (group 2). Simultaneous treatment was defined as parallel arrival within a period of 20 min. Of 423 included trauma patients, 46 patients (10.9%) were treated simultaneously. Car accidents were the predominant trauma mechanism in this group (19.6% vs. 47.8%, p < 0.05). Prehospital life-saving procedures were performed with comparable frequency in both groups (intubation 43.5% vs. 39%, p = 0.572); pleural drainage 3.2% vs. 2.2%, p = 0.708; cardiopulmonary resuscitation 5% vs. 2.2%, p = 0.387). At hospital admission, patients in group 2 suffered significantly more pain (E-problem according to Advanced Trauma Life Support principles©; 29.2% vs. 45.7%, p < 0.05). There were no significant differences in the clinical treatment (emergency procedures, vasopressor and coagulant therapy, and transfusion of red blood cells). tCT was 6 (4–10) minutes (median and IQR) in group 1 and 8 (5–15.5) minutes in group 2 (p = 0.280). tES was 90 (78–106) minutes in group 1 and 99 (97–108) minutes in group 2 (p = 0.081). The simultaneous treatment of two trauma patients in a dual-room trauma suite with an integrated movable sliding gantry CT-system requires a medical, organizational, and technical concept adapted to this special setting. Despite the oftentimes serious and life-threatening injuries, optimal diagnostic and therapeutic procedures can be guaranteed for two simultaneous trauma patients at an individual medical level in consistent quality. KW - dual-room trauma suite KW - movable sliding gantry KW - CT Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-299695 VL - 12 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Jobst, Bertram J. A1 - Wielpütz, Mark O. A1 - Triphan, Simon M.F. A1 - Anjorin, Angela A1 - Ley-Zaporozhan, Julia A1 - Kauczor, Hans-Ulrich A1 - Biederer, Jürgen A1 - Ley, Sebastian A1 - Sedlaczek, Oliver T1 - Morpho-Functional 1H-MRI of the Lung in COPD: Short-Term Test-Retest Reliability JF - PLOS ONE N2 - Purpose Non-invasive end-points for interventional trials and tailored treatment regimes in chronic obstructive pulmonary disease (COPD) for monitoring regionally different manifestations of lung disease instead of global assessment of lung function with spirometry would be valuable. Proton nuclear magnetic resonance imaging (1H-MRI) allows for a radiation-free assessment of regional structure and function. The aim of this study was to evaluate the short-term reproducibility of a comprehensive morpho-functional lungMRI protocol in COPD. Materials and Methods 20 prospectively enrolled COPD patients (GOLD I-IV) underwent 1H-MRI of the lung at 1.5T on two consecutive days, including sequences for morphology, 4D contrast-enhanced perfusion, and respiratory mechanics. Image quality and COPD-related morphological and functional changes were evaluated in consensus by three chest radiologists using a dedicated MRI-based visual scoring system. Test-retest reliability was calculated per each individual lung lobe for the extent of large airway (bronchiectasis, wall thickening, mucus plugging) and small airway abnormalities (tree in bud, peripheral bronchiectasis, mucus plugging), consolidations, nodules, parenchymal defects and perfusion defects. The presence of tracheal narrowing, dystelectasis, pleural effusion, pulmonary trunk ectasia, right ventricular enlargement and, finally, motion patterns of diaphragma and chest wall were addressed. Results Median global scores [10(Q1:8.00; Q3:16.00) vs. 11(Q1:6.00; Q3:15.00)] as well as category subscores were similar between both timepoints, and kappa statistics indicated "almost perfect" global agreement (\(\kappa\)= 0.86, 95%CI = 0.81-0.91). Most subscores showed at least "substantial" agreement of MRI1 and MRI2 (\(\kappa\)= 0.64-1.00), whereas the agreement for the diagnosis of dystelectasis/effusion (\(\kappa\)= 0.42, 95%CI = 0.00-0.93) was "moderate" and of tracheal abnormalities (\(\kappa\)= 0.21, 95%CI = 0.00-0.75) "fair". Most MRI acquisitions showed at least diagnostic quality at MRI1 (276 of 278) and MRI2 (259 of 264). Conclusion Morpho-functional 1H-MRI can be obtained with reproducible image quality and high short-term test-retest reliability for COPD-related morphological and functional changes of the lung. This underlines its potential value for the monitoring of regional lung characteristics in COPD trials. KW - capability KW - obstructive pulmonary disease KW - quantitative computed tomography KW - cystic fibrosis KW - proton MRI KW - perfusion KW - emphysema KW - CT KW - agreement KW - dysfunction Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-151365 VL - 10 IS - 9 ER - TY - THES A1 - Hopfner, Witiko T1 - Die CT-gestützte Ganzkörperdiagnostik Schwerverletzter : Implementierung einer relationalen Datenbank und Untersuchungen zum Würzburger Schockraumalgorithmus T1 - The CT-supported complete body diagnostics of severely injuried persons. Implementation of a relational data base and investigations to the Würzburger "Schockraumalgorithmus" N2 - Untersuchungen von schwer verletzten Patienten, die in die zentrale Notaufnahme der Universität Würzburg eingeliefert wurden. Es wurde eine relationale Datenbank und entsprechende Auswertemechanismen implementiert, um die Patientendaten zu erfassen, zu strukturieren und auszuwerten. Weiterhin wurde anhand von CT Bildern polytraumatisierter Patienten der ISS berechnet und in die Datenbank eingetragen und entsprechend analysiert. Die Konformität der Verdachtsdiagnose Polytrauma, die anhand bestimmter Kriterien erfolgte, wurde mit dem ISS - Grenzwert 16 verglichen. N2 - Investigations of heavily hurt patients, who were supplied to the central emergency admission of the University of Würzburg. A relational data base and appropriate evaluation mechanisms were implemented, in order to seize the patient data to structure and evaluate. Further on the basis of CT pictures of polytraumata patients ISS was computed and registered into the data base and accordingly analyzed. The conformity of the suspicion diagnosis Polytrauma, which took place on certain criteria, became compared with ISS - limit value 16. KW - CT KW - ISS KW - Datenbank KW - Schockraumalgorithmus KW - Polytrauma KW - CT KW - ISS KW - data base Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18254 ER -