Grundlagen der quantitativen Rntgen-Bildauswertung (Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie)

Die Schwarzung eines Rontgenfilms stellt ihrem Wesen nach das dokumen~ tierte und gespeicherte Ergebnis einer Photonen-Messung dar. Allerdings werden davon in der arztlichen Diagnostik bis auf den heutigen Tag ihre rein morphologischen Moglichkeiten, ihre qualitativen Proportionen und Relationen wei taus bevorzugt, wahrend die auch gegebenen ~1Qglichkeiten quantitativer Analysen aus dem Zusarnrnenhang zwischen Rontgenstrahlung, durchstrahlter Materie und Filmschwarzung wie der sogenannten "nicht invasiven" oder "zerstorungsfreien" Konzentrationsbestirnmung geeig neter Elemente im Gewebe des lebenden Organismus vergleichsweise sehr vernachllssigt erscheinen. Indessen besteht unzweifelhaft ein erheb liches klinisches Interesse an der quantitativen Aussage aus dem Ront genbild. ~uBerungen zum Mineralgehalt des Knochenskeletts, zum Grad der "Anfarbung" der Hohlsysteme kontrastmittelausscheidender Organe anlaB lich der klinischen Rontgendemonstration durch den Radiologen gehoren zur Tagesordnung. Die Grenzen der konventionellen visuellen Beurteilung des Rontgenbil des werden hier jedoch sehr rasch an den Kriterien der Reproduzierbar keit [81, 105] und quantitativen Sensitivitat deutlich, wie das Bei spiel eines Aussageversuchs tiber den Mineralgehalt des Knochens zeigt: 1m allgemeinen ist eine diffuse Entkalkung des Skeletts erst bei einer Verminderung des Mineralgehalts von mindestens 30%, in der Regel von 50 bis 60% rontgenologisch erkennbar [7, 8, 73, 119, 120, 238, 262]. 1 bersicht.- 2 Anla und Hintergrund.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Bestandsaufnahme wegen neuer Erkenntnisse.- 2.3 Klinische Bedeutung der Mineralgehaltsbestimmung.- 3 Theoretische Grundlagen.- 3.1 Voraussetzungen fr eine Rntgenfilmauswertung.- 3.1.1 Rntgenfilm.- 3.1.1.1 Schwrzungskurve.- 3.1.1.2 Empfindlichkeit und Gradient.- 3.1.1.3 Densitometrie.- 3.1.2 Rntgenstrahlung.- 3.1.2.1 Rntgenstrahlenfeld.- 3.1.2.2 Schwchungsgleichung.- 3.1.2.3 Streustrahlung.- 3.1.2.4 Polychromatische Strahlung.- 3.2 Bestimmung physikalischer Gren aus Rntgenaufnahmen.- 3.2.1 Kennlinienfelder.- 3.2.2 Physikalische Gren zusammengesetzter Materie.- 3.2.3 Auswertung einer Rntgenaufnahme.- 3.2.4 Auswertung mehrerer Rntgenaufnahmen.- 4 Metechnische Grundlagen.- 4.1 Referenzsysteme.- 4.1.1 Aluminium- und Plexiglastreppen.- 4.1.2 Hydroxylapatit-Referenzsystem.- 4.2 Rntgengert und Aufnahmebedingungen.- 4.3 Anforderung an die Meapparatur.- 4.4 Beschreibung der Meanlage.- 4.4.1 Schaltplan des Quotientendensitometers.- 4.4.2 Mathematische Beschreibung der Zusammenhnge.- 4.4.3 Mewandlerkette.- 4.4.4 Kennlinien.- 4.4.4.1 Densitometer.- 4.4.4.2 Mewandlerkette.- 4.4.4.3 Kontrastanhebung durch Filmnachverarbeitung.- 4.4.4.4 Mebereich.- 4.4.4.5 Ideale und reale Kennlinie.- 4.4.4.6 Graphische Mineralgehaltsbestimmung.- 5 Experimentelle Ergebnisse.- 5.1 Aluminiumtreppen - Kennlinienfelder.- 5.2 Urografintreppen - Kennlinienfelder.- 5.2.1 Einfhrung.- 5.2.2 Theoretische Betrachtung.- 5.2.3 Beschreibung des Megegenstandes.- 5.2.4 Auswertung der Messungen.- 5.3 Bildfehlererfassung ber eine Leeraufnahme.- 5.4 Strahlenenergieabhngige Fehler der Referenztreppe.- 6 Fehler der Rntgendensitometrie.- 6.1 Allgemeines.- 6.1.1 Was wird gemessen?.- 6.1.2 Fehlersuche.- 6.1.2.1 Durch nderung einzelner Parameter.- 6.1.2.2 Durch nderung der Versuchsvoraussetzungen.- 6.1.3 Ursachen der Fehler.- 6.1.3.1 Mefehler.- 6.1.3.2 Statistische Schwankungen.- 6.1.4 Einflu der Auswertung auf Megenauigkeitsan-forderungen.- 6.2 Zusammenstellung mglicher Fehlerquellen.- 6.2.1 Fehlerbercksichtigung in wissenschaftlichen Arbeiten.- 6.2.2 Fehlermglichkeiten der Rntgendensitometrie.- 6.2.2.1 Umgang mit Fehlern.- 6.2.2.2 Aufzhlung der Fehlerquellen.- 6.3 Strahlenausbreitungsgeometrie.- 6.3.1 Vorbemerkungen.- 6.3.2 Berechnung der Flchenintensitt.- 6.3.3 Berechnung der Filmschwrzung.- 6.3.4 Einflu durch Schrgstrahlung.- 6.3.5 Zusammenfassung der Einflsse.- 6.3.6 Berechnung der Fehler bei der Mineralgehaltsbestimmung.- 6.4 Mehrkomponentensystem1.- 6.4.1 Einflu der Komponenten1.- 6.4.2 Filmschwrzung als Funktion der Schichtdicke.- 6.4.3 Filmschwrzung als Funktion des Mineralgehaltes.- 6.4.4 Filmschwrzung als Funktion der Mineralflchenmasse.- 6.4.5 Berechnung des Mefehlers.- 6.4.5.1 Relativer Schwrzungs-"Mefehler".- 6.4.5.2 Wahrer Mineralgehalt.- 6.5 Meobjekt mit Strukturen.- 6.5.1 Theoretische Grundlagen.- 6.5.2 Graphische Darstellung von Ergebnissen.- 6.6 Strahlenaufhrtung im Mebereich.- 6.7 Ablesefehler bei nichtlinearen Kennlinien.- 6.7.1 Ideale und reale Kennlinie.- 6.7.2 Ablesefehler und Empfindlichkeit.- 6.7.3 Arbeitspunkt auf der Kennlinie.- 6.8 Auswirkungen von Megrenzen.- 6.8.1 Filmschwrzung.- 6.8.2 Densitometerspannung.- 6.8.3 Strahlenmenge "m As".- 6.9 Messungen im Zeitbereich.- 6.9.1 Zeitliche Auflsung.- 6.9.2 Strmungsgeschwindigkeit.- 6.10 Der Einflu der Pulsation auf die rntgendensitometrische Bestimmung der Blutstromgeschwindigkeit, K. Wolschendorf.- 6.10.1 Einfhrung.- 6.10.2 Serienangiographische Mesysteme.- 6.10.3 Auswerteverfahren der Serienangiographie.- 6.10.4 Verschiedene Zeitzuordnungsmethoden bei dem Zeit-Konzentrationsverfahren.- 6.10.5 Pulsationsbedingte Mefehler bei der Zeitzuordnung.- 6.10.6 Ergebnisse und Schlufolgerungen.- 6.10.7 Literatur.- 7 Physikalische und chemische Knochenwerte.- 7.1 Hydroxylapatitreferenzsystem.- 7.2 Calcaneus.- 7.2.1 Ganzer Calcaneus.- 7.2.2 Spongiosabohrkern.- 7.2.3 Spongiosablkchen.- 7.2.4 Knochenmatrix und dehydrierte Knochensubstanz.- 7.2.5 Massen- und Volumenanteile beim spongisen Knochen.- 7.3 Rntgendensitometrische Werte.- 8 Diskussion.- 9 Zusammenfassung.- 10 Literaturverzeichnis.- 11 Verzeichnis der Tabellen und Gleichungen.