Heuck / Vanselow Radiologische Analyse des Knochens

Bestimmung der Mineralkonzentration (Quantitative physikalische Untersuchungsmethoden)
1. Auflage 2005
ISBN: 978-3-540-26966-3
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 213 Seiten

Reihe: Medicine (German Language)

Die quantitative Radiologie des Knochens bietet neue Erkenntnisse, die für die Analyse von Systemerkrankungen des Skeletts und deren Therapie von besonderer Wichtigkeit sind. In dem vorliegenden Werk werden die radiologischen und physikalischen Grundlagen der Knochen-Densitometrie aufgezeigt, deren klinische Einsatzmöglichkeiten und die Wertigkeit für den ärztlichen Alltag dargelegt. Für alle Ärzte, Physiker und Fachleute, die sich um die Diagnostik und Therapie von Knochenkrankheiten, insbesondere die generalisierten Osteopathien bemühen, ein wichtiges Nachschlagewerk.

Autoren/Hrsg.

Heuck, Friedrich

Vanselow, Kurt

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;6
3;1 Die Zusammensetzung des Knochens;9
3.1;1.1 Definition physikalischer Begriffe;9
3.2;1.2 Physikalische Messung der Knochensubstanzen;11
3.2.1;1.2.1 Bestimmung von Masse und Volumen;11
3.2.2;1.2.2 Methoden;11
3.2.3;1.2.3 Messergebnisse;14
3.2.4;1.2.4 Analyse der Messergebnisse;16
4;2 Theoretisch-physikalische Grundlagen der radiologischen Mineralmessung;30
4.1;2.1 Schwächungsgleichung;30
4.2;2.2 Streustrahlung;30
4.3;2.3 Strahlenqualität;31
4.4;2.4 Monochromatische Strahlung;32
4.5;2.5 Polychromatische Strahlung;33
4.6;2.6 Referenzsystem;36
4.6.1;2.6.1 Anforderungen an ein Referenzsystem;36
4.6.2;2.6.2 Aluminium-Referenzsystem;36
4.6.3;2.6.3 Hydroxylapatit-Referenzsystem;37
4.6.4;2.6.4 Wahl der Bewertung der Knochendichte;39
4.6.5;2.6.5 Fehlerzunahme bei Aussagegewinn;40
4.6.6;2.6.6 Einfluss der Weichteile auf das Messergebnis;41
4.6.7;2.6.7 Ausgleich der Weichteile;45
4.6.8;2.6.8 Umrechnung „Dichte" in Mineralkonzentration;47
4.6.9;2.6.9 Mineralisationsklassifizierung durch den Volumen- Schwächungskoeffizienten;49
5;3 Angewendete Messverfahren;54
5.1;3.1 Historische Entwicklung;54
5.2;3.2 Anforderungen an die Messverfahren;58
5.3;3.3 Densitometrische Verfahren;60
5.4;3.4 Absorptiometrische Verfahren;62
5.5;3.5 Quantitative Computer Tomographie;66
5.6;3.6 Neutronenaktivierungsanalyse;70
5.7;3.7 Rückstreuverfahren;71
5.8;3.8 Strahlenexposition;73
5.8.1;3.8.1 Einleitung;73
5.8.2;3.8.2 Wirkungsweise ionisierender Strahlen im Körpergewebe;73
5.8.3;3.8.3 Dosisgröße;74
5.8.4;3.8.4 Strahlenexposition bei der Bestimmung der Mineralkonzentration;77
5.8.5;3.8.5 Risiko;78
5.9;3.9 Beurteilung der Zusammensetzung des Knochens mit der Ultraschalltechnik;79
5.9.1;3.9.1 Die physikalischen Grundlagen des Ultraschalls Geschwindigkeit;80
5.9.2;3.9.2 Messverfahren;86
5.9.3;3.9.3 Ultraschallnebenwirkungen;89
6;4 Durchführung und Auswertung von Messungen;92
6.1;4.1 Versuchsplanung;92
6.2;4.2 Irrtum und Betrug in der Wissenschaft;97
7;5 Messabweichungen;101
7.1;5.1 Einteilung der Messabweichungen;101
7.1.1;5.1.1 Messabweichungen durch das Messverfahren;101
7.1.2;5.1.2 Geschätzte Abweichungen;101
7.1.3;5.1.3 Abweichungen durch statistische Schwankungen des Messobjektes;102
7.2;5.2 Ursachen der Messabweichungen;103
7.2.1;5.2.1 Zufällige Messabweichungen;103
7.2.2;5.2.2 Systematische Messabweichungen;104
7.2.3;5.2.3 Grobe Messabweichungen;105
7.2.4;5.2.4 Der Mensch im technischen Experiment als Ursache für Messwertabweichungen;106
7.3;5.3 Fehlerrechnung;107
7.3.1;5.3.1 Mittelwert:;107
7.3.2;5.3.2 Standardabweichung;108
7.3.3;5.3.3 Varianz;109
7.3.4;5.3.4 Statistische Sicherheit;109
7.3.5;5.3.5 t-Verteilung nach Student;110
7.3.6;5.3.6 Vertrauensgrenzen und Vertrauensbereich des Mittelwertes;111
7.4;5.4 Fehlerfortpflanzung;112
7.4.1;5.4.1 Fehlerfortpflanzung für systematische Messabweichungen;112
7.4.2;5.4.2 Fehlerfortpflanzung für Rechengrößen und der zufälligen Messabweichungen;113
7.5;5.5 Fehler;114
7.6;5.6 Versuchsbedingungen;114
7.6.1;5.6.1 Wiederhol-Bedingungen;114
7.6.2;5.6.2 Vergleich-Bedingungen;115
7.6.3;5.6.3 Unterschiedliche Bedingungen;116
7.7;5.7 Einfluss der Auswertung auf Messgenau ig keitsanforderungen;116
7.8;5.8 Mindestanzahl der Messungen;117
7.9;5.9 Anzeigefehler von Messinstrumenten;119
7.10;5.10 Wahl des Vertrauensniveaus;120
7.11;5.11 In der medizinischen Literatur verwendete Begriffe;120
7.12;5.12 Messabweichungen durch biologische Regelungsvorgänge;124
7.13;5.13 Die Statistik in den Naturwissenschaften;125
7.14;5.14 Ausreißer, Extremwerte;127
7.15;5.15 Korrelationskoeffizient, Variationskoeffizient;128
7.16;5.16 Die Grundlagen des Messwertes;129
8;6 Analyse von Messabweichungen der radiologischen Verfahren;132
8.1;6.1 Densitometrie;133
8.1.1;6.1.1 Auflistung einiger systematischer Messabweichungen;133
8.1.2;6.1.2 Beschreibung systematischer Messabweichungen;136
8.1.3;6.1.3 Zusammenfassende Diskussion der berechneten systematischen Messabweichungen;148
8.1.4;6.1.4 Möglichkeiten der Verringerung oder Beseitigung der Messabweichungen.;152
8.2;6.2 Absorptiometrie;156
8.3;6.3 Quantitative Computer-Tomographie (QCT);165
8.3.1;6.3.1 Einführung;165
8.3.2;6.3.2 Messunsicherheiten bei der Quantitativen Computer Tomographie QCT;167
8.3.3;6.3.3 SEQCT;178
8.3.4;6.3.4 DEQCT;183
9;7 Analyse und Diskussion der Literatur zum Thema Messabweichungen;189
10;8 Erklärung von Fachausdrücken;202
11;Literatur;207
12;Sachverzeichnis;216

Leseproben

7 Analyse und Diskussion der Literatur zum Thema Messabweichungen (S. 181-182)

Die in den vorangegangenen Kapiteln behandelte Anzahl von Messabweichungen, die das Messergebnis verändern, sind nicht vollständig. Es ist schwierig genug, neue Messverfahren zu entwickeln. Weitaus schwieriger ist es, die versteckten, nicht ohne weiteres erkennbaren Möglichkeiten für Messabweichungen aufzufinden. Besonders schwierig ist es, diese mathematisch zu beschreiben. Zum Verständnis der physikalischen Zusammenhänge und Hintergründe ist dies eine Notwendigkeit.

Deshalb wird es ganz allgemein als ausreichend angesehen, wenn die Größenordnung der möglichen Messabweichungen in ihren verschiedenen Ursachen erfasst werden kann. Bei der theoretischen Beschreibung physikalischer Zusammenhänge und bei der Messung physikalischer Größen überrascht es immer wieder, wie schwer Resultate mit der erwarteten Genauigkeit erlangt werden können. Aus der Tatsache, dass bei der theoretischen Berechnung nicht auffallt, wie die theoretischen Vorstellungen sich von der Realität unterscheiden, oder bei den Messungen Abweichungen (aus welchem Grund auch immer) nicht erkannt werden, kann nicht geschlossen werden, dass diese Abweichungen nicht existieren.

Daher gilt bei denjenigen, die beruflich mit der Messtechnik zu tun haben zum Schütze vor Überheblichkeit bei der Beurteilung ihrer Messwerte der Satz: "Wer misst, misst Mist". In übertragenem Sinne bedeutet es, dass jedes Messgerät beim Messen stets etwas anzeigt, selbst dann, wenn es nicht in Ordnung ist. Nur was es mit welcher Messabweichung anzeigt, muss in vernünftigen Zeitabständen nachgeprüft werden, zum Beispiel die radiologische Messung der Mineralkonzentration der spongiösen Knochen durch die chemische Analyse der Proben. Jeder Pixel der Tomogrammebenen der CT gibt einen Grauwert wieder, der einen Messwert für den Volumenschwächungskoeffizienten an der durch den Pixel repräsentierten Stelle im Körper des Patienten darstellt. Es wird davon ausgegangen, dass eine echte Messung als Mittelwert im Pixelvolumen vorliegt.

So wie beim Thermometer durch zwei Fixpunkte, schmelzendes Eis 0°C und siedendes Wasser 100 °C die Temperaturskala linear festgelegt ist, so sind auch die Hounsfield-Einheiten der CT durch Luft -1000 HU und Wasser ± 0 HU festgelegt und es wird die Skala als linear angesehen, unabhängig von der durch die Schichtdicke der durchstrahlten Körperebene bedingten effektiven Strahlenhärte. Warum bedarf es bei der Messung der Mineralkonzentration noch eines Referenzsystems, wenn alles so eindeutig festgelegt ist? Bei der Temperaturmessung wird doch auch kein Referenzsystem benötigt!

Die CT-Darstellungen der spongiösen Strukturen im Wirbelkörper zeigen für die einzelnen Pixelvolumen sehr große Schwankungen der Hounsfield-Werte. Die Rechenvorschriften zur Bestimmung der Pixelwerte mit dem Ziel, die Strukturen in der Tomogrammebene durch subjektive Bildverbesserungen deutlich hervorzuheben, vergrößern im spongiösen Knochen die Unterschiede in den Hounsfield-Werten für die einzelnen Pixel. Sie stehen damit in Konkurrenz zur Richtigkeit der Werte und erhöhen damit die Messabweichungen bei der Bestimmung der Mineralkonzentration. Auffallend ist auch, dass das Referenzsystem im CT-Bild nicht die gleichen Strukturen im Volumen aufweist wie der spongiöse Knochen.

Daraus ergibt sich, dass bei der Errechnung der Pixelwerte die Werte Referenzsystem - Wirbelkörper unterschiedlich behandelt werden. Dies ist eine weitere Ursachen für Messabweichungen. Dieses Beispiel zeigt, was alles in die Messung mit einfließen kann und wie schwer es ist, zu definieren, was der Messwert aussagt. Zu diesen wissenschaftlichen Problemen kommen bei der Aussage über Sicherheit und Genauigkeit der Messwerte noch menschliche Probleme hinzu.