**** Schwarz ****

Vermessung explantierter Tibiaplateaus Masterarbeit und Promotion im Rahmen der inter-disziplinären Arbeitsgruppe Biomechanik In Zusammenarbeit mit dem Laserlabor der FH Göttingen Friedrich Ach f.ach@web.de

Genauere Kenntnis über Verschleißerscheinungen an Knieendoprothesen Ziel der Arbeit: Genauere Kenntnis über Verschleißerscheinungen an Knieendoprothesen

Untersuchungen existieren bisher nur: Phänomenologisch Volumetrisch

Inhalt der Arbeit: Aufbau eines Messplatzes zur Bestimmung der Morphologie explantierter Tibiaplateaus

Anforderungen an den Messplatz: Präzise (10m - Bereich) Schnell (wenige Minuten pro Messung) Einfach bedienbar (kein spezielles Fachwissen erforderlich) Visualisierung der Ergebnisse Verschiedene Modelle vermessbar Soll - Ist Vergleich durchführbar, evtl. Internetanbindung

Möglichkeiten zur Morphologiebestimmung

Messtaster Tastspitze bewegt sich schrittweise über Objektoberfläche und tastet sie Punkt für Punkt ab Hochpräzise (nm – Bereich) Bei allen festen Oberflächen einsetzbar: Keine Vorbereitung des Explantats notwendig Sehr langsam (Stunden - Tage) Gefahr der Zerstörung bei Fehlbedienung

Autofokus Methode Kamera bewegt sich schrittweise über Objektoberfläche und fokussiert einzelne Punkte Präzise (100 nm – Bereich) Vermutlich keine Vorbereitung des Explantats notwendig Relativ leicht zu bedienen, kaum Gefahr der Zerstörung Sehr langsam (Stunden - Tage)

Einstrahl - Triangulation Laserstrahl bewegt sich schrittweise über Objektoberfläche. Streulicht wird über Sensor aufgenommen. Ausreichend präzise (10 m - Bereich) Relativ leicht zu bedienen, keine Gefahr der Zerstörung Relativ langsam (1- 3 Stunden) Probleme mit Volumenstreuung und Specklebildung

Lichtschnittverfahren mit Linienlichtquelle Lichtlinie wird auf Objektoberfläche projiziert. Streulicht wird mit Kamera aufgenommen. Ausreichend präzise (10 m - Bereich) Relativ leicht zu bedienen, keine Gefahr der Zerstörung Schnell (Minuten) Probleme mit Volumenstreuung und Specklebildung

Prinzip des Lichtschnittverfahrens mit einer Linienlichtquelle Laser Kamera Tibiaplateau

Aufbau des Messplatzes Laser Kamera Tibiaplateau

Hauptprobleme des Lichtschnittverfahrens bei der Vermessung von Tibiaplateaus

Volumenstreuung im Messobjekt Laserstrahl dringt ins Material ein und streut aus dem Volumen Dadurch präzise Lokalisierung der Messlinie schwierig

Specklebildung Interferenzerscheinung, bedingt durch die Natur des Laserlichts Erschwert ebenfalls präzise Erkennung der Messlinie

Folge: Ungenaue Detektierung der Messlinie, Messfehler

Verfolgte Lösungswege Laufende Verbesserung der Algorithmen zu Bildauswertung Oszillieren des Lasers zur Specklevermeidung Einsatz einer anderen Wellenlänge Beschichtung der Oberfläche

Zu (1): Verbesserung der Algorithmen

Zwei Algorithmen zur Liniendetektion Schwellwertalgorithmus Gradientenalgorithmus Sucht die Stelle in der Bildzeile, an der ein bestimmter Prozentsatz der maximalen Helligkeit erreicht ist Sucht die Stelle in der Bildzeile, an der die Änderung der Helligkeit maximal ist

Zu (2): Oszillieren des Laserkopfes zur Specklevermeidung Masse Laser Lautsprecher

Bildverbesserung durch oszillierenden Laserkopf Kamerabild und Liniendetektion mit ruhendem Laserkopf Kamerabild und Liniendetektion mit oszillierendem Laserkopf

Zu (3): Verwendung einer anderen (kürzeren) Wellenlänge Hg – Lampe mit UV - Filter Laserdiode mit 670nm Wellenlänge (rot):

Bildverbesserung durch Einsatz von UV - Licht Volles Spektrum 405nm 366nm Weiterer Vorteil: Keine Specklebildung Aber: Spezielle Optik & Kamera notwendig

Zu (4): Beschichtung der Oberfläche Erprobte Methode, aber: Zu erwartende Probleme: Polyethylenoberfläche schwer zu beschichten Schichtdicke verfälscht Ergebnis Aufwändig im späteren Einsatz

Fazit Präzise Morphologiedaten einer größeren Anzahl explantierter Knieendoprothesen werden erstmalig verfügbar sein Noch viele Detailprobleme zu lösen (Erster Datensatz, visualisiert)

**** Schwarz ****