RESEARCH GROUP COMPUTED TOMOGRAPHY

UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES UPPER AUSTRIA - RESEARCH & DEVELOPMENT LTD.

Spezialanwendungen

Anw-Spezial Gehoerknoechelchen B200px
  • Digitalisierung und Replikation
  • Strukturanalysen
  • Altersbestimmung
  • Oberflächenextraktion
  • Finite Elemente Analyse

Biologie & Medizin

Die industrielle Röntgen-Computertomographie (CT) ermöglicht nicht nur die zerstörungsfreie und berührungslose Prüfung von Bauteilen und Materialien aus der Automobil- und Flugzeugindustrie, sondern findet speziell auch in den Bereichen der Kunst, Medizin, Biologie und Archäologie ihren Einsatz. Zu den Anwendungsmöglichkeiten von CT im Bereich der Biologie und Medizin zählen:

  • Die exakte Analyse von Außen- und Innenstrukturen von biologischen Proben aus dem Bereich der Medizin (Zähne, Knochen) wird mittels hochauflösenden CT-Scans im Auflösungsbereich weniger µm erreicht.
  • Aus den Volumendaten kann mit Hilfe geeigneter Software die Oberfläche berechnet und extrahiert werden. Neben der äußeren Fläche werden auch alle Innenflächen berücksichtigt. Führt man eine Segmentierung nach den Grauwerten und Grenzflächen durch, so können verschiedene Materialen unterschiedlicher Dichte (Knochen, Gewebe) voneinander getrennt dargestellt und in entsprechende Oberflächendaten übergeführt werden.
  • Die Anwendung von Finite-Elemente-Methoden und Simulation auf extrahierte Oberflächenmodelle am Beispiel eines Rinderfußes lieferte Erkenntnisse über die optimale Bodenbeschaffenheit für Rinderställe. Bei Katzenknochen wurde untersucht, wie die Versorgung eines Unterarmbruchs auszusehen hat, um eine optimale Genesung erzielen zu können. Mittels geeigneter Visualisierungsmethoden können CT-Daten auf verschiedene Art und Weise dargestellt werden, mit dem Ziel, interessante Details hervorzuheben. Transferfunktionen erlauben eine Vielzahl von Darstellungsmöglichkeiten, z.B. kann die Hülle eines Messobjekts semitransparent gehalten werden, wodurch ein Einblick in innere Strukturen ermöglicht wird.
   Anw-Spezial Hirschkaefer1 H150px  Anw-Spezial Hirschkaefer2 H150px  Anw-Spezial Rinderfuss H150px

Anwendungsgebiete dieses Bereichs können gefunden werden in: Analyse der Innen- und Aussenstrukturen (z.B. Zähne, Knochen, etc.), Finite Elemente Analyse mittels Oberflächenmodellen generiert aus 3DCT Daten (z.B. Implantatdesign und -einbringung, Knochenbruchversorgung etc.), 3D Rapid Prototyping (z.B. Modellbildung, Implantdesign, Operationsplanung).

Archäologie, Kunst und Musik

Die Methode CT erwies sich in den letzten Jahren auch als nützliche Methode zur Charakterisierung von wertvollen Objekten aus den Bereichen der Archäologie, Kunst und Musik. Bei den zu untersuchenden Kunstobjekten handelt es sich meist um wertvolle, zerbrechliche Objekte, bei denen meist ein möglichst schonender Umgang bzw. eine vorsichtige Handhabung gefordert wird oder ausschließlich eine nicht-invasive Prüfmethode erfolgen darf. Die interdisziplinäre Kooperation mit Forschern verschiedener Fachrichtungen führt mitunter zur Entdeckung bislang verborgener Informationen, wodurch sich neue Erkenntnisse für die jeweiligen wissenschaftlichen Bereiche ergeben. CT ermöglicht zudem die Digitalisierung, Archivierung und Replikation (3D-Rapid-Prototyping) wertvoller und historischer Kunst- und Kultursammlungen.

An den folgenden Beispielen Saliera, Musikinstrumente aus der Renaissance und ausgewählten archäologischen Fundstücken wird kurz zusammengefasst, wie CT bei der Beurteilung von Erhaltungszustand, verwendeter Holz- und Bauart, verwendeter Handwerkstechnik sowie der Innen- und Außengeometrie behilflich sein kann.

Anw-Spezial Saliera B200px   Die Saliera ist das einzig erhaltene Goldschmiedewerk von Benvenuto Cellini. Nach einer spektakulären Kunstraubgeschichte konnte das goldene Salzfass in einer in einem Wald vergrabenen Kiste wiedergefunden werden. Während der Restaurationsarbeiten erhielt die FH Wels den Auftrag zur Prüfung der beiden Figuren Neptun und Tellus auf etwaige Beschädigungen. Dabei wurden weitere Fragestellungen zu den verwendeten Materialien, Herstellungsart und Wandstärke geklärt:
  • Die Figuren wurden vollständig aus Goldblech getrieben
  • Es konnte kein Hinweis auf einen Guss gefunden werden
  • Das Goldblech ist in allen Bereichen unter 1 mm dick
  • Es konnten Risse und Hohlräume im Füllmaterial lokalisiert werden

Um antike Holzblasinstrumente wieder zum Leben erwecken zu können, ohne sie selbst bespielen zu müssen, wurden im Fall eines historischen Serpents die geometrischen Merkmale wie z.B. die Länge des Korpus, Innen- und Außendurchmesser, Position, Durchmesser und Form der Grifflöcher von bis zu 100 Segmenten messtechnisch erfasst. Die gewonnen Daten wurden anschließend als Input für eine Simulation zur Klanganalyse verwendet.

Die Geigen von Stradivari und Guarneri sind berühmt für ihren einzigartigen Klang. Um dem Klanggeheimnis etwas näher auf die Spur zu kommen, wurde jeweils der Korpus der beiden Geigen tomographisch untersucht. Der direkte Vergleich brachte die feinen Nuancen in der Arbeitsweise von Stradivari und Guarneri zum Vorschein und gab Aufschluss über die verwendeten Materialien und den Erhaltungszustand der Geigen. Die Bestimmung der Wandstärken ermöglicht dem Musikexperten eine optimale Klangeinstellung. Die Bestimmung der Jahresringbreite in Form von dendrochronologischen Untersuchungen erlaubt die Zuordnung von Hölzern einer bestimmten, bekannten Wachstumszeit.

Da ein deutsch-kanadischer Instrumentenbauer trotz intensiver Recherchen kein passendes CT-System in Nordamerika für die Untersuchung einer spanischen Konzertgitarre finden konnte, trat er die lange Reise nach Österreich an, um die Konzertgitarre hier in Wels zerstörungsfrei prüfen zu lassen. Ähnlich wie auch bei den Geigen von Stradivari und Guarneri interessierte den Musikexperten die Verarbeitungsqualität, Wandstärken, Innen- und Außengeometrien und Erhaltungszustand der spanischen Konzertgitarre.

In einem Bereich der Dolomiten (Teil eines ehemaligen Meeresbodens) gelang den Forschern des Naturhistorischen Museums eine Entdeckung einer neuen Dolomitenart. Mit Hilfe der Computertomographie konnten diese Urzeit-Tiere im wahrsten Sinne des Wortes zum Leben erweckt werden. Dabei offenbarte die zerstörungsfreie Prüfmethode Hinweise auf drei bis vier Millimeter große Stacheln am ganzen Körper des Ammoniten. Auf Basis der CT-Daten konnte diese bisher unbekannte Ammonitenart rekonstruiert und animiert werden.   Anw-Spezial Ammoniten B200px
Anw-Spezial Holzblasinstrument B200px  
Anw-Spezial Geigen B200px  
Anw-Spezial Gitarre B200px  
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