Prüfung der Biokompatibilität von Implantatwerkstoffen mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung

Buhl, Sven GND

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung einer vielseitig einset z- baren Zellanalysesoftware für die Biokompatibilitätsprüfung von Medizinprodu k- ten. Derzeit besteht ein hoher Bedarf an Zellanalysesystemen mit automat i- scher Auswertung im Rahmen der Biokompatibilitätsprüfung, da die Prüfungen manuell und somit sehr kostenintensiv sowie fehleranfällig durchgeführt we r- den. Im Rahmen der Arbeit werden die zwei Zelltypen L929 und MC3T3 unte r- sucht . Die Herausforderung liegt zum einen in der starken morphologischen Variation der Zelltypen und die vergleichsweise kontrastschwache May - Grünwald Zellf ärbung . Die Linie L929 findet im Gegensatz zum Typ MC3T3 im Bereich der Biokompatibilitätsprüfungen häufig Anwendung. D er Typ MC3T3 weist hingegen eine andere morphologische Erscheinung auf und dient zur Verallgemeinerung der Analysealgorithmen. Die A ufnahme der May - Grünwald angefärbten Zellen auf metallischen Oberflächen erfolgt mit einem Olympus Bx51M bei 100 - facher Vergrößerung. Für Zellen auf dem Material Polystyrol kommt das Durchlichtmikroskop CKX41 ebenfalls von Olympus zum Einsatz. Die Bilder f ür die automatische Zellauswertung werden mit der Farbkamera Olympus XC10 mit einer Auflösung von 1376x1032 Pixel aufgenom men. Die vorliegenden Bilder können aufgrund des Prozesses der Probenaufbereitung Kratzer und Verunreinigungen enthalten , die im Rahme n der Bildvorverarbe i- tung zunächst reduziert werden. Die anschließende Segmentierung der Zellb e- reiche erfolgt abhängig vom gewählten Mikroskopkontrast mit einem Schwel l- wertverfahren oder einer histogrammbasierten Methode. Zur Bestimmung des Biokompatibilit ätsgrades eines untersuchten Materials ist die Proliferationsrate ein wichtiges Kriterium. Daher ist eine Erfassung agglomerier ter Zellen une r- lässlich. Zur Trennung zusammengewachsener Zellen kommen abhängig vom Zelltyp verschiedene Verfahren zum Einsatz. Liegen Zellen vor, die meistens Einschnürungen an den Zellkontaktstellen aufweisen , z.B. der Typ L929, kommt ein Separationsverfahren auf Basis der dominanten Konturpunkte zum Einsatz. Große und meist flächige Agglomerate , z.B. beim Typ MC3T3, werden hing e- gen mit einer Wachstumssimulation ausgehend von den mit dem Histogram Backprojection Algorithmus detektierten Kernbereichen aufgetrennt. Eine ko n- textbasierte Trennfunktion mit automatischer Parameterfestlegung durch einen genetischen Algorithmus kommt zum Einsatz um die benötigte Rechenzeit zu reduzieren und die Genauigkeit der Zellzählung zu erhöhen. Die Software ist so konzipiert , das s die Auswahl des passenden Zellsegmentierungs - und Separ a- tionsverfahrens automatisch erfolgen kann. Die Abweichung der aut omatischen Zellzahlbestimmung zur Referenzzählung liegt mit durchschnittlich 1,27% für den Zelltyp L929 und 3,5% für den Typ MC3T3 im akzeptablen Bereich für die Biokompatibilitätsprüfung

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Buhl, Sven: Prüfung der Biokompatibilität von Implantatwerkstoffen mit Methoden der digitalen Bildverarbeitung. Hagen 2015. FernUniversität in Hagen.

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