OSSIFIKATION DER CARTILAGO THYROIDEA BEI 
SINGULÄRER ANLAGE ODER AGENESIE DES CORNU SUPERIUS. 

UNTERSUCHUNGEN ZUR FORENSISCHEN TRAUMATOLOGIE 
SOWIE ZUM VORLIEGEN EINES GESCHLECHTS-  

UND ALTERSPOLYMORPHISMUS.

INAUGURALDISSERTATION
zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin

des Fachbereichs Medizin der Justus-Liebig-Universität Gießen

VORGELEGT VON
 LUISA CLARA MARIE HARTRAMPF

AUS MÜNCHEN

GIEßEN 2019 

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1  

 Ossifikation der Cartilago thyroidea bei singulärer Anlage oder Agenesie des Cornu superius. Untersuchungen zur forensischen Traumatologie sowie zum Vorliegen eines Geschlechts- und Alterspolymorphismus.        Inauguraldissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin des Fachbereichs Medizin der Justus-Liebig-Universität Gießen   vorgelegt von Luisa Clara Marie Hartrampf aus München   Gießen 2019



  

I  

Aus dem Institut für Rechtsmedizin,  unter der Leitung von Prof. Dr. Dr. Reinhard B. Dettmeyer, des Fachbereichs Medizin der Justus-Liebig-Universität Gießen            Betreuer/1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Dr. Reinhard B. Dettmeyer 2. Gutachter: PD Dr. Dr. Philipp Streckbein   Tag der Disputation: 14.08.2019  



  

II  

Inhaltsverzeichnis 1 Abkürzungsverzeichnis ......................................................... 1 2 Einleitung .............................................................................. 2 2.1 Gewalteinwirkung auf den Hals. Die Rolle des Kehlkopfes in der Rechtsmedizin ............................................. 3 2.2 Entwicklung des Kehlkopfes und der Agenesie der Schildknorpeloberhörner .......................................................... 7 2.3 Bildgebendes Verfahren: Computertomographie ......... 11 2.3.1 Micro-Computertomographie ................................ 13 2.4 Fragestellung der Arbeit ............................................... 18 3 Material und Methoden ....................................................... 19 3.1 Material ........................................................................ 19 3.2 Alters- und Geschlechterverteilung .............................. 20 3.3 Methoden ..................................................................... 23 3.3.1 Überblick............................................................... 23 3.3.2 Zielparameter und Einflussgrößen ........................ 24 3.3.3 Präparation ........................................................... 28 3.3.4 Bildgebendes Verfahren mittels Computertomographie ........................................................ 29 3.3.5 Quantitative Bildanalyse ....................................... 31 3.3.6 Bildanalysesoftware .............................................. 35 3.3.7 Statistische Auswertung ........................................ 35 4 Ergebnisse .......................................................................... 36 



  

III  

4.1 Deskriptive Analyse des Gesamtkollektivs ................... 36 4.2 Geschlechtsdimorphismus ........................................... 43 4.3 Altersabhängigkeit ....................................................... 49 4.4 Hauptkomponentenanalyse ......................................... 54 4.5 Vergleich der Kollektive im Bereich der Basis und Subbasis ................................................................................ 57 5 Diskussion .......................................................................... 59 5.1 Methodik und Probenmaterial ...................................... 59 5.2 Diskussion der Ergebnisse........................................... 62 5.2.1 Geschlechtsdimorphismus, Alterspolymorphismus und Hauptkomponentenanalyse.......................................... 62 5.2.2 Verknöcherung der Basis und Subbasis ............... 68 5.3 Ergebnisse mit Bezug zur rechtsmedizinischen Diagnostik und Begutachtung ................................................. 73 6 Zusammenfassung ............................................................. 80 7     Summary ......................................................................... 81 8     Publikationsverzeichnis ................................................... 82 9     Abbildungsverzeichnis ..................................................... 85 10 Tabellenverzeichnis ......................................................... 87 11 Diagrammverzeichnis ...................................................... 89 12 Ehrenwörtliche Erklärung ................................................ 90 13 Danksagung .................................................................... 91 14 Tabellarischer Lebenslauf ............................................... 92 



  

IV  

15 Literaturverzeichnis ......................................................... 93   



  

1  

1 Abkürzungsverzeichnis µCT/Mikro-CT Mikro-Computertomographie 3D dreidimensional BMI Body Mass Index Bmp Bitmap BV Bone Volume BV/TV Bone Volume/ Tissue Volume Bzw. beziehungsweise CCD Charges Coupled Devices CT Computertomographie DA Degree of Anisotropy JLU Gießen Justus-Liebig-Universität Gießen JPG Joint Photographics expert Group KK Kehlkopf M. Musculus OH Kehlkopfoberhorn, Schildknorpeloberhorn PCA Principal Component Analysis ROI Region of Interest SD Standardabweichung 



  

2  

SMI Structure Model Index SSW Schwangerschaftswoche StA Staatsanwaltschaft Std. Stunden Tb.Pf Trabecular Pattern Factor Tb.Sp Trabecular Separation Tb.Th Trabecular Thickness TV Tissue Volume VOI Volume Of Interest  



  

3  

2 Einleitung Das Wissen um die Anatomie des Larynx spielt eine wichtige Rolle in diversen medizinischen Disziplinen, sowohl in operativer als auch in diagnostischer und gutachterlicher Hinsicht. Dabei ist die Kenntnis um den genauen Aufbau des Kehlkopfes für unterschiedliche Belange von Interesse, auf die im Folgenden an Hand von Beispielen näher eingegangen werden soll.  Der Pathologe und Rechtsmediziner braucht zum Beispiel ein umfassendes anatomisches Wissen, um variante Anlagen und Pathologien von Verletzungen und iatrogenen Läsionen unterscheiden zu können, wie zum Beispiel die Abwesenheit eines Schildknorpeloberhorns als Fraktur missverstanden werden kann (Advenier et al. 2014; Koşar et al. 2015). Auch der Radiologe kann durch mangelnde Kenntnis der anatomischen Varianten des Kehlkopfes die Kalzifizierung der Laminae als Fremdkörper fehldeuten (Laguna und González 2006). Für den Anästhesisten spielt das Wissen um die Entwicklung des Kehlkopfs, vor allem bei Kindern, eine entscheidende Rolle im Rahmen der Intubation (Westhorpe 1987). Auch bei Erkrankungen der oberen Atemwege ist ein genaues Anatomieverständnis von Nöten um eine frühe Diagnose und Therapie gewährleisten zu können (Gawlikowska-Sroka et al. 



  

4  

2010). Diese Sachkenntnis über die genauen anatomischen Strukturen ist also bedeutend für die Arbeit unterschiedlicher medizinischer Disziplinen wie die Anästhesie, Pathologie, Radiologie, Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde und Rechtsmedizin. Gerade bei Letzterer gibt es unterschiedliche Sektoren, in der die genauere Betrachtung des Kehlkopfskeletts unerlässlich sein kann, zum Beispiel im Bereich der forensischen Osteologie. Diese wurde von Verhoff und Kreuz als „gerichtliche Knochenkunde“ übersetzt und umfasst meistens die Untersuchung und Beurteilung von Knochenfunden. Verhoff teilte die forensische Osteologie in die Bereiche der Untersuchung der Humanspezifität, der Liegezeit, der Verletzungsspuren und der Identifizierung ein (Verhoff und Kreutz 2011). Letztere wird durch Scheuer auch  biologische Identität benannt, welche sich aus Geschlecht, Alter, Statur und ethnischem Hintergrund eines Menschen zusammensetzt (Scheuer 2002).  Nun hat man gerade bei Leichen, die bereits in der Verwesung weit fortgeschritten sind die Möglichkeit, wenigstens zwei dieser Faktoren über den Kehlkopf und seine Verknöcherung zu eruieren, und zwar das Alter und das Geschlecht des Menschen. Auch laut E. Vlcek, Dang Tran und La Grandmaison eignet sich der Kehlkopf durchaus als Mittel zur Eingrenzung des Lebens- und Sterbealters (Vlcek 1980; La Grandmaison et al. 2003; Dang-Tran et al. 2010). Es gab bereits 



  

5  

einige Versuche, einen Geschlechtsdimorphismus bei Knochenfunden zu bestimmen, z.B. anhand von Schädelvermessungen oder Anhand der Maße des Hyoids (Torimitsu et al. 2018; Bertsatos et al. 2018; Manthey et al. 2017). Selbst die Methode der DNA-Analyse kann je nach Erhaltungszustand des Knochenfundes an ihre Grenzen kommen, weshalb die Nutzung und Weiterentwicklung der osteologischen Methode nicht an Bedeutung verliert (Gille et al. 2018; Abd-Elwahab Hassan et al. 2013; Borah et al. 2001).  Ein großer Teil der Forensik besteht aus der Verletzungsanalyse und auch diese fußt auf einem gründlichen anatomischen Wissen. Dabei geht es nicht nur darum, dass eine falsche Präparation des Larynx zum Übersehen eines Larynxtraumas wie zum Beispiel der Fraktur eines Oberhorns führen kann (Maxeiner 1998), sondern auch um den Fakt, dass laryngohyoide Verletzungen und deren genaue Untersuchungen, vor allem die der Schildknorpeloberhörner, hilfreich sein können zur Differenzierung zwischen Suizid und Homizid (Maxeiner und Bockholdt 2003; Pollak und Thierauf-Emberger 2015; Rajs und Thiblin 2000; Rothschild und Maxeiner 1992). Die Untersuchung des Kehlkopfes unter Einbeziehung der Frakturen der Kehlkopfoberhörner und deren Grad der Verknöcherung kann zudem verwendet werden, um den Tathergang bzw. die Lage des 



  

6  

Strangwerkzeuges oder die Körperposition beim Erhängen zu rekonstruieren (Saternus et al. 2013; Khokhlov 2001). Die Verletzung des Larynx, genauer Frakturen des Schildknorpels sind ein Indikator dafür, dass Druck auf den Hals ausgeübt wurde, was sowohl prämortal als auch postmortal zum Beispiel durch einen unangemessen Leichentransport geschehen kann (Saukko und Knight 2002).  All die bisherigen Aussagen fußen auf einer fundierten Kenntnis der anatomischen Struktur eines verletzten Gewebes. Von 
„Struktur“ eines Gewebes zu sprechen heißt, von dessen Topographie, Beschaffenheit und innerem Aufbau mit dem Spektrum vom makroskopischen bis zum molekularen Ebene auszugehen (Tillmann 2005). Das Ziel der Aufklärung bezüglich der mikrostrukturellen Beschaffenheit des Schildknorpels sowie seiner abnormen Varianten soll in der folgenden Arbeit verfolgt werden.  2.1 Gewalteinwirkung auf den Hals. Die Rolle des Kehlkopfes in der Rechtsmedizin Das große Interesse an der Konfiguration des Kehlkopfes und im speziellen des Basis-Subbasis-Bereiches des 



  

7  

Schildknorpeloberhornes ist dadurch gerechtfertigt, dass Folgen stattgefundener Gewalt gegen den Hals eine wichtige Rolle in der rechtsmedizinischen Begutachtung einnehmen. Im Folgenden soll Grundlegendes zu dem Thema dargelegt werden.  Gewalteinwirkungen auf den Hals können z. B. unterteilt werden in Gewaltausübung aus suizidalen Absichten, Homizid und Gewalt im Rahmen eines Unfalls als direktes oder indirektes Trauma (Dunsby und Davison 2011).   



  

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Suizid ist eine ernstzunehmende Gesundheitsgefährdung, bei der manche geographische Region mit steigenden Zahlen zu kämpfen hat (Abd-Elwahab Hassan et al. 2013; Sharma et al. 2005). In Deutschland starben alleine im Jahr 2015 10.078 Menschen durch Suizid (Statistisches Bundesamt 2015). Das sind ungefähr drei Mal so viele wie die Anzahl der Menschen, die durch einen Verkehrsunfall sterben (Statista 2015). Fast die Hälfte 
Abbildung 1: Anzahl der Sterbefälle durch Suizid in Deutschland nach Art der Methode in den Jahren 2011 bis 2015; die Abbildung wurde modifiziert nach (Statista 2017) 



  

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aller Suizide werden, wie ersichtlich aus Abbildung 1Abbildung 1: Anzahl der Sterbefälle durch Suizid in Deutschland nach Art der Methode in den Jahren 2011 bis 2015; die Abbildung wurde modifiziert nach (Statista 2017), durch Ersticken, Strangulation und Erhängen herbeigeführt, weshalb das Hauptaugenmerk im Folgenden auf diese Formen der häufig komprimierenden Gewalt gegen den Hals gelegt werden soll (Statista 2017; Rübenach 2007). Die Folgen einer Gewalteinwirkung auf den Hals wurden umfangreich untersucht. Verletzungen des laryngotrachealen Traktes lassen sich nach Lupetin in vier und laut der Schafer-Fuhrmann-Klassifikation in fünf Gruppen unterteilen  (Lupetin et al. 1998; Schaefer 1992). Lupetin unterscheidet zwischen Verletzungen der Weichteile (Stufe 1), der Fraktur des Zungenbeins, der Epiglottis und des Schildknorpels (Stufe 2), der Dislokation der Cricoarytenoiden und Cricothyroiden Gelenke (Stufe 3) und zuletzt der lebensbedrohlichen Verletzung einer laryngotrachealen Trennung (Stufe 4) (Lupetin et al. 1998). Schaefer hingegen unterteilt hinsichtlich der nachfolgenden Therapie, sodass Grad 1 und 2 konservativ behandelt werden, während Grad 3 und 4 operativ versorgt werden müssen. Dabei umfassen Grad 1 und 2 kleinere Einblutungen, Ödeme und einen fehlenden Nachweis einer Fraktur oder das Vorliegen einer nicht 



  

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dislozierten Fraktur. Grad 3 beinhaltet massive Ödeme, Einrisse in der Schleimhaut mit freiligendem Knorpel, eine dislozierte Fraktur oder den Stillstand einer Stimmlippe. Grad 4 entspricht Grad 3 mit mehr als zwei Frakturen und massiver Schädigung der Schleimhaut (Schaefer 1992). Die häufigste Verletzung beim Erhängen sind Läsionen am M. sternocleidomastoideus und der subhyoidalen Muskulatur (Advenier und La Grandmaison 2014; Nikolic et al. 2003; Sharma et al. 2008). Dicht gefolgt von Hämorrhagien im Schildknorpel und Hyoid, was vor allem bei jüngeren Menschen auftritt, da der Schildknorpel noch elastischer ist durch den geringeren Grad der Verknöcherung (Brinkmann und Püschel 1990b; Pollanen 2001; Bux et al. 2006; Maxeiner 1985). Als weitere Verletzung beim Erhängen und der Strangulation sind die Frakturen an den knöchernen Anteilen des Larynx zu nennen. Selten findet man Frakturen an der Halswirbelsäule (Wallace et al. 1994), im speziellen am Dens axis (Saternus et al. 1978). Häufiger kommt es zur Verletzung des knöchernen laryngohyoidalen Komplexes.  Bei den Frakturen der Cartilago thyroidea (und des Hyoids) wurden zahlreiche Daten erhoben und von manchen Forschern wurde eine gewisse Diskrepanz zwischen retrospektiv erhobenen 



  

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Daten im Vergleich zu prospektiven Studien gefunden, was an einer uneinheitlichen Datenerhebung, unterschiedlicher Präparation des Larynx oder mangelnder Ernsthaftigkeit bei der Dokumentation liegen könnte (Paparub und Siegel 1984; Maxeiner und Bockholdt 2003; Sharma et al. 2005; Saukko und Knight 2002).  
Abbildung 2: Die forensische Anatomie des Larynx. Fraktur des Hyoids und der Cartilago thyroidea bei lateraler Kompression, modifiziert nach (Saukko und Knight 2002) 



  

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Die Häufigkeit einer Fraktur innerhalb des Larynxskeletts nach Erhängen liegt zwischen 47% und 67% (Betz und Eisenmenger 1996; Green et al. 2000). In den meisten Veröffentlichungen wurde eine Fraktur der Cartilago thyroidea mit einer Fraktur des Hyoids zusammengefasst. Die Häufigkeit einer Fraktur des Hyoids und/oder der Cartilago thyroidea nach suizidalem Erhängen lag je nach Literaturangabe zwischen 21% und 68% (Charoonnate et al. 2010; Garetier et al. 2017; James und Silcocks 1992; Luke et al. 1985; Nikolic et al. 2003; Sharma et al. 2008; Simonsen 1988; Uzün et al. 2007). Die Häufigkeit einer alleinigen Fraktur der Cartilago thyroidea lag prozentual zwischen 17% und 22% (Uzün et al. 2007; Green et al. 2000; Sharma et al. 2008).  Trotz einer gewissen Uneinigkeit, was die genaue Häufigkeit des Auftretens einer Fraktur des laryngohyoidalen Komplexes angeht, so waren sich die bisherigen Forscher doch einig, dass die Wahrscheinlichkeit einer Fraktur von mehreren Faktoren abhängt, nämlich dem Alter, dem Geschlecht, dem Gewicht und der Größe des Menschen, sowie vom BMI und der Art des Erhängens (Clément et al. 2011; Morild 1996; Luke et al. 1985). Mit dem Altern steigt die Wahrscheinlichkeit einer Fraktur deutlich an, was an einer stärkeren Verknöcherung liegen könnte (Clément et al. 2011; Kurtulus et al. 2013; James und Silcocks 1992; 



  

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Charoonnate et al. 2010; Luke et al. 1985; Morild 1996; Nikolic et al. 2003; Simonsen 1988). Eine Zugehörigkeit zum männlichen Geschlecht steigert ebenfalls die Wahrscheinlichkeit eine Fraktur des Kehlkopfskeletts zu erleiden im Vergleich zum weiblichen Geschlecht, was ebenfalls auf Unterschiede in der  Verknöcherung zurückgeführt werden kann (Green et al. 2000; Simonsen 1988). Eine Fraktur der Cartilago thyroidea wurde erst nach dem Erreichen des Erwachsenenalters bzw. der Pubertät gefunden (Betz und Eisenmenger 1996; Paparub und Siegel 1984; Simonsen 1988). Der Grund hierfür kann in der Entwicklung des knöchernen Larynx liegen, welche im Kapitel 2.2 näher beschrieben werden soll.  Der genaue Frakturbereich variiert laut K.-S. Saternus je nach Stadium der Verknöcherung des Schildknorpels (Saternus et al. 2013). Einigkeit besteht darin, dass der Großteil der Frakturen am Schildknorpel, die durch Gewalteinwirkung auf den Hals entstehen, sich im Bereich der Basis der Schildknorpeloberhörner befinden (Khokhlov 1997; Saukko und Knight 2002; Pollanen 2001; Bockholdt et al. 2003; Gordon et al. 1976). Auch bei Patienten, die durch wiederholtes Stürzen auffallen, in diesem Falle bei Alkoholikern, findet man gehäuft alte Frakturen im Bereich der Basis des Schildknorpeloberhorns (Maxeiner 1999). Der Kehlkopf, insbesondere Basis und Subbasis der 



  

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Schildknorpeloberhörner, sind demnach von großem Interesse für die Rechtsmedizin.   2.2 Entwicklung des Kehlkopfes und der Agenesie der Schildknorpeloberhörner  Um den Zweck einer Untersuchung über den Geschlechts- und Alterspolymorphismus am Kehlkopf sowie über den Verknöcherungsgrad bestimmter Regionen zu verstehen, benötigt man Kenntnis über die Entwicklung des Kehlkopfes, was in diesem Kapitel näher erläutert werden soll.  Der Hals als Verbindung zwischen dem Kopf und dem Torso enthält anatomisch lebenswichtige Strukturen wie große Gefäße, Nervenstränge und Teile des Respirationstraktes. Die sich dort ebenfalls befindende Cartilago thyroidea ist mit ihren Schildknorpeloberhörnern über die Membrana thyroidea  mit dem großen Horn des Hyoids verbunden, während die Schildknorpelunterhörner mit der Facette des Cricoids artikulieren (Fried und Tan 2015). Im Folgenden soll sich auf die Embryogenese des knorpeligen und knöchernen Apparates des Kehlkopfes konzentriert werden.  



  

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Der Larynx und damit auch die Cartilago thyroidea entsteht aus dem 4. bis 6. Kiemenbogen (Wilton et al. 2015; Lisser 1911).  Die Entwicklung des Larynx findet sowohl in der Phase als Embryo (1.- 10. SSW), als auch in der fetalen (11.- 20. SSW) und perinatalen (21.- 40. SSW) Periode statt (Dimmick und Kalousek 1992). Während der embryonalen Periode entwickeln sich unterschiedliche Strukturen der pharyngealen Region inklusive des Hyoids und des Larynx. Dabei handelt es sich um einen sehr komplexen Prozess (Soerdjbalie-Maikoe und van Rijn 2008). Zunächst bildet sich die laryngo-tracheale Tasche, die bei Embryonen ab dem Alter von 3 Wochen festgestellt werden konnten (Komorn 1972). Ab der 5. Woche treten eine präknorpelige Masse und die Vorstufen der Larynxstrukturen erstmalig in Erscheinung. Zunächst besteht er hauptsächlich aus mesenchymalem ungeformtem Gewebe. Ab einer Embryogröße von 14-16 mm, also ungefähr in der 8. Schwangerschaftswoche (SSW), beginnt die eigentliche Chondrifikation. Zunächst bleibt der Schildknorpel mesenchymal, während die Schildknorpeloberhörner sich weiter ausbilden. Ab einer Embryogröße von ungefähr 22 mm (9.-10. SSW) nimmt der Schildknorpel dann die ungefähre Position zu den anderen Larynxbestandteilen und die grobe Struktur eines erwachsenen Schildknorpels an, auch wenn er damit noch nicht einem „adult 



  

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type“ entspricht (Lisser 1911). Im Fötusstadium zeigt der Larynx Ähnlichkeiten zu denen von anderen Wirbeltieren (Du Brul 1971). Allerdings verknöchern Schildknorpel bei Menschen stärker als bei anderen Säugetieren wegen des höheren mechanischen Stresses, der auf den Knorpel einwirkt, zum Beispiel durch die stärkere Stimmnutzung beim Menschen und die entsprechend ausgebildete Muskulatur  (Glass und Pesch 1983). Während der Kindheit findet sich kein Geschlechtsdimorphismus (Eckel et al. 1999; Glikson et al. 2017). Die kindliche Anatomie des Atemwegs unterscheidet sich grundsätzlich von der eines Erwachsenen, da der Kehlkopf deutlich enger und weiter kranial sitzt. Dies ist in Abbildung 3 verdeutlich worden. Bei der Geburt ist der Larynx noch nicht komplett ausgebildet und reift in den folgenden Jahren nach (Eckel et al. 2000). In den ersten drei Lebensjahren separiert sich vorerst vor allem das Cricoid vom Hyoid und Thyroid (Wilton et al. 2015).  



  

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Abbildung 3: Veränderungen der Höhe des Larynx in Bezug auf die Halswirbelsäule, modifiziert nach (Westhorpe 1987) und (Wilton et al. 2015) 



  

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Erst ab der Pubertät bzw. dem Erwachsenenalter beginnen sowohl die männlichen als auch die weiblichen Schildknorpel zu verknöchern, allerdings in unterschiedlicher Art und Geschwindigkeit (Roncallo 2009; Claassen et al. 2014; Kahane 1978). Eine Ossifikation vor der 2. Dekade wird als abnormal eingestuft (Soerdjbalie-Maikoe und van Rijn 2008; Marchal et al. 1974; Mlynarski et al. 1985). Sobald der Schildknorpel mit der Apoptose der Chondrozyten beginnt, stellt sich die enchondrale Ossifikation ein (Wuelling und Vortkamp 2010; Mackie et al. 2011). Beresford tat sich mit der Bezeichnung der enchondralen Ossifikation schwer, da nicht nur Zeichen einer Gewebeart vorliegen, sondern seiner Meinung nach im Schildknorpel sowohl Anzeichen für Knochen, Knorpel, Chondroid, Metaplasien, sekundäre Chondrogenese und Osteolyse, um nur einige zu nennen, zu finden sind. Deshalb führt er, um die Histologie des Schildknorpels näher zu beschreiben, die Bezeichnung des 
„chondroid bone“ ein (Beresford 1981). Des Weiteren zeigt sich die unterschiedliche Verknöcherung zwischen den Geschlechtern zum Beispiel in der Tatsache, dass bei Männern deutlich häufiger apoptotische Chondrozyten zu finden sind als bei Frauen. Dies deutet auf eine vergleichsweise beschleunigte Verknöcherung hin. Im Schildknorpel findet sich meist spongiöser Knochen, während Kompaktknochen mit Haverskanälen nie zu finden ist (Claassen 



  

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et al. 2014). In Abbildung 4 kann man die unterschiedlichen Verknöcherungsmuster je nach Geschlecht erkennen.
 Abbildung 4: Die Phasen der Mineralisierung, also Verknöcherung des Schildknorpels für beide Geschlechter. Bei Männern sind 5 Phasen zu beobachten, bei Frauen 4 Phasen, modifiziert nach (Claassen et al. 2014) Bei der oben beschriebenen Entwicklung, vor allem in der Embryonal- und Fetalzeit, kann es zu Fehlbildungen kommen wie zum Beispiel zu der Agenesie eines oder beider Schildknorpeloberhörner oder der Anlage einer zusätzlichen Cartilago triticea. Letzteres tritt inkonstant auf und kann sowohl monolateral als auch bilateral zu finden sein und hat eine Inzidenz von 29,5%-65% (Ajmani et al. 1980; Di Nunno et al. 2004; Hejna et al. 2015; Naimo et al. 2013; Watanabe et al. 1982). Auffällig dabei ist, dass die Cartilago triticea mit dem 



  

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Schildknorpeloberhorn zu interagieren scheint, da es in ca. 10% der Fälle zu einer Fusion zwischen Cartilago triticea und Oberhorn kommt und  das Schildknorpeloberhorn bei Anlage einer Cartilago triticea häufig verkürzt vorliegt (Di Nunno et al. 2004; Watanabe et al. 1982; Joshi et al. 2011; Wilson et al. 2017). Ein fehlendes Oberhorn kann von einer Agenesie herrühren oder aber erst unvollständig verknöchert sein, vor allem bei jungen Menschen, da die Schildknorpeloberhörner von kaudal nach kranial mit steigendem Alter ossifizieren (Türkmen et al. 2012; Hejna et al. 2015; Green et al. 2000). Da sich nur wenige Arbeiten mit den Normvarianten des laryngohyoidalen Komplexes auseinandersetzen, gibt es nur wenige Quellen mit Angaben von Inzidenzen. Anomalien am Schildknorpeloberhorn gibt es laut Kohkhlov in 4,8% und laut Naimo in 2,6% der Fälle und sie sind häufiger bei Männern als bei Frauen zu finden (Khokhlov 1998; Naimo et al. 2013). Ein einseitiges Fehlen eines Schildknorpeloberhorns tritt in 0,8%, 1,3% oder 7,3% der Fälle auf, je nach Quelle und deren Kollektivgröße (La Grandmaison et al. 2003); Thiel 2005; Harjeet und I. 1989). Ein beidseitiges 
Fehlen eines Oberhorns, also eines „nullhörnigen“ Schildknorpels, hat eine Inzidenz von 0,9% (Harjeet und I. 1989). 



  

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Luschka war der Erste, der sich mit der angeborenen Fehlanlage der Schildknorpeloberhörner näher auseinander gesetzt hat (Luschka 1868). Allerdings fehlten ihm damals die technischen Mittel, die uns heute zu Verfügung stehen, um das Thema näher zu untersuchen.  Sowohl ein Alterspolymorphismus als auch ein Geschlechtsdimorphismus wurde vielfältig untersucht und nachgewiesen. Dabei wurden unterschiedlichste Techniken verwendet, von Histologie, Elektronenmikroskop, Laryngoskopie über Röntgen, Sonographie, Weichstrahlentechnik der Mammographie, MRT und CT (Turk und Hogg 1993; Gabet und Bab 2011; Duband et al. 2009; Di Nunno et al. 2004; Soerdjbalie-Maikoe und van Rijn 2008; Claassen et al. 2014; Mupparapu und Vuppalapati 2005; Türkmen et al. 2012; Dang-Tran et al. 2010; Hajiioannou et al. 2010; Loth et al. 2015; Naimo et al. 2013; Garvin 2008). Das Mikro-CT wurde zum Beispiel von Fais bisher verwendet, um Frakturen am Schildknorpel nach Strangulation näher darstellen zu können, da es sich beim Mikro-CT um eine hoch auflösende Bildgebung handelt (Fais et al. 2016). Nun soll mit dieser Arbeit auch die Anatomie des Schildknorpels mit dem Mikro-CT untersucht werden, da sich durch die Agenesie eines Schildknorpeloberhorns die Frage nach der Verknöcherung der 



  

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Basis stellt. Die entsprechende Technik soll im folgenden Kapitel kurz zusammengefasst werden.  2.3 Bildgebendes Verfahren: Computertomographie Im Jahre 1967 wurde der erste experimentelle Scan mit einem axialen Computertomographen durchgeführt. Damit wurde der Grundstein zu einer der größten technischen Errungenschaften der Medizin seit der Entdeckung der Röntgenstrahlung durch Wilhelm Konrad Röntgen im Jahr 1895 (Tubiana 1996) gelegt. Dies wurde mit dem Nobelpreis der Medizin und Physik belohnt, den Dr. Godfrey Hounsfield und Dr. Allan Cormack 1979 erhielten. Zwar dauerte damals alleine der Scan einer Maus über 9 Tage, aber die Technik wurde fortan stetig verbessert, angepasst und relativ bald in den klinischen Alltag integriert. Von nun an gab es, im Gegensatz zum konventionellen Röntgen, die Möglichkeit einer überlagerungsfreien Darstellung der Strukturen, die selbst bei Gewebe mit geringen Kontrastunterschieden möglich war (Goodman 2010). Die Technik der Computertomographie basiert auf einer Strahlenquelle, die Röntgenstrahlen durch einen Kollimator, also eine Blende, auf die zu untersuchende Probe sendet. Dabei 



  

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absorbiert oder schwächt die Probe die Strahlung, je nach Dichte des Materials. Die nicht absorbierte Strahlung gelangt nun auf einen Detektor, der diese Daten erfasst. Dabei erfolgt an einem Szintillator die Umwandlung von Röntgenstrahlen in Licht, welches am Transistor registriert wird (Kotter und Langer 2002). Die dabei entstehenden Absorptionsprofile werden durch Rotation in definierbaren Winkelschritten um die Probe erstellt, um die Volumenstruktur der Probe zu erfassen. Durch die Digitalisierung entstehen Schnittbilder mit unterschiedlichen Grauwerten, die auf der Hounsfield-Skala liegen (Kalender 2009).  Anschließend findet die Bildrekonstruktion statt, die auf einem Algorithmus der Radontransformation basiert (Feldkamp et al. 1989; Burghardt et al. 2011).  



  

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 2.3.1 Micro-Computertomographie Die Micro-Computertomographie (µCT) ist eine Bildgebungsmethode, die sich sowohl für in vivo als auch für ex vivo und in vitro Untersuchung eignet und die Darstellung von Strukturen im Mikrometerbereich ermöglicht (Wu et al. 2015; David et al. 2003; van Rietbergen 2001; Burghardt et al. 2011; Feldkamp et al. 1989). Dabei entstehen hochauflösende dreidimensionale oder zweidimensionale transaxiale Projektionen. Die Auflösung eines µCT ist vergleichbar mit der 2D-Histologie, Histomorphometrie oder dem Elektronenmikroskop (Gabet und Bab 2011; Kuhn et al. 1990; Müller et al. 1998). Allerdings beansprucht die Methode des µCT einige Vorteile für sich, wie die 

Abbildung 5:Vereinfachte Darstellung der Computertomographie-Funktionsweise, moduliert nach (Kalender 2009) 



  

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kosteneffektive, nicht-destruktive, schnelle und präzise Datenakquisition, sowie die Möglichkeit der Untersuchung mit Kontrastmittel und vorweg der Option einer dreidimensionalen Analyse (Müller et al. 1998; Bedini et al. 2009; Paulus et al. 2008). Die Auflösung des µCT soll der der Magnetresonanztomographie und der Sonographie überlegen sein und sich gut für die komplexe Analyse trabekulärer Strukturen eignen, wie auch die biomechanische Analyse ermöglichen (Boerckel et al. 2014; Müller 2009; Borah et al. 2001). Die Computertomographie wurde von Loth et al. bereits genutzt, um den Hyoid-Larynx-Komplex dreidimensional zu rekonstruieren und darzustellen (Loth et al. 2015). Es gab in den vergangenen Jahren schon einige erfolgreiche Versuche mittels µCT, der knöchernen dreidimensionalen Mikrostruktur und den morphologischen Eigenschaften unterschiedlicher Proben auf die Spur zu kommen (Perilli et al. 2012; Rhee et al. 2009; Borah et al. 2001; Müller und Rüegsegger 1997; Effendy et al. 2013; Davis und Wong 1996; Ritman 2004). Die Untersuchungen einiger Forscher an Frakturen im Bereich des Schildknorpels haben gezeigt, dass sich das µCT hervorragend eignet, um die knöchernen Anteile des Larynx näher zu beschreiben und zu analysieren (Fais et al. 2016; Kettner et al. 2014; Valentinitsch et al. 2013; Tamminen et al. 2011; Kempter et al. 2009).  



  

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In den frühen 1980er Jahren wurde das erste Micro-CT von der Ford Motor Company, bzw. von L.A. Feldkamp entwickelt (Boerckel et al. 2014). Einige Jahre später gelang ihm die erste dreidimensionale Darstellung knöcherner Mikrostrukturen mit einer Auflösung von 50 – 30 µm isotroper Voxelgröße (Feldkamp et al. 1989). Heutzutage ist mit dem µCT sogar eine Auflösung von 50 – 1 µm möglich, wie in Abbildung 6 ersichtlich wird (Ritman 2011).     Der Aufbau eines µCT ähnelt dem eines Spiral-CTs, allerdings gibt es auch entscheidende Unterschiede, die in Tabelle 1 aufgeführt werden. Der offensichtlichste Unterschied zwischen klinischen CT-Scanner und einem µCT-Scanner besteht in der unterschiedlichen Auflösung, welche bei Ganzkörper-CTs Abbildung 6: Die Auflösungen der unterschiedlichen CT-Bildgebung, Die Größe einer Maus beträgt ungefähr 10 cm, Ihre Organe sind ca. 1 cm groß, Die Gewebe- Funktionseinheit ist 100 μm groß, Zellen sind ca. 5-10 μm groß. 
Zellorganellen sind <10μm groß. 



  

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ungefähr bei 1mm liegt während µCTs eine Ortsauflösung zwischen 1-50 µm erreichen. Diese Erhöhung der Ortsauflösung um zwei Größenordnungen wird durch einen unterschiedlichen Aufbau gewährleistet.  
   Die Röntgenröhren der klinischen CT-Scanner können wegen der zu großen Fokusgröße im µCT-Scanner nicht verwendet werden. Deshalb werden im µCT Synchrotronstrahlungsquellen oder Fein-/Mikrofokusröntgenröhren verwendet. Dabei erlaubt die Verwendung von Transmissionsanoden eine kleinere Fokusgröße. Des Weiteren unterscheidet man beim µCT je nach 

Abbildung 7: Schematische Darstellung eines µCT mit Kegelstrahlgeometrie mit CCD-Detektor (charged-coupled device), modifiziert nach (Ritman) 



  

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Röntgenquelle zwischen einer Parallelstrahlgeometrie und einer Fächer-/Kegelstrahlgeometrie (s. Abbildung 8). Während bei der Parallelstrahlgeometrie die Auflösung größtenteils vom Detektor abhängt, ist bei der Fächerstrahlgeometrie die Fokusgröße der Röntgenröhre entscheidend. Ein weiterer Unterschied des µCT zum Spiral-CT besteht darin, dass sich im µCT das zu scannende Objekt dreht und dass die Anordnung des Objekts zwischen der Quelle und dem Detektor sowohl in der Vertikal- als auch in der Horizontalachse variabel ist (s. Abbildung 8).  



  

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  Abbildung 8: die unterschiedlichen Strahlungsarten der Röntgenquelle, a) Parallelstrahlgeometrie für Synchrotronstrahlungsquellen mit Zeilendetektor b) Fächerstrahlgeometrie für Fein- oder Mikrofokusröhren mit Zeilendetektor c) Kegelstrahlgeometrie mit Flächendetektor, modifiziert nach (Engelke et al. 1999) 



  

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Zur Funktionsweise des µCT ist hinzuzufügen, dass sowohl die Winkel der Rotation, die Belichtungszeit, verwendeten Filter (Größe, Dicke, Dichte) sowie die Anzahl der Bilder pro Position im Voraus programmiert werden. Die Anzahl der sogenannten Frames sollen eine Verminderung des Signalrauschverhältnisses bewirken (Roth und Rauser 2015). Durch die zusätzliche Wahl eines kleinen Brennflecks wird der geometrischen Unschärfe entgegengewirkt, da man nur bei einer punkförmigen Strahlenquelle keine geometrische Unschärfe hätte (Zöllner; Schlungbaum et al. 1993). 
Abbildung 9: Halbschattenbildung in Abhängigkeit von der Brennfleckgröße und dem Abstand zur Bildebene, modifiziert nach (Schlungbaum et al. 1993) 



  

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Vergleich der Eigenschaften des Spiral-CTs mit denen des Micro-CTs  Spiral-CT Micro-CT Geometrie Fächerstrahl Detektor und Röhre rotieren Fächer- oder Kegelstrahl Objekt rotiert Maximale Ortsauflösung     in der Schicht    Schichtdicke  0,25 – 1,0 mm 0,50 – 2,0 mm  5 – 50 µm 5 – 50 µm Röhre    Strom    Spannung    Fokusgröße Hochleistungs-CT-Röhre 10 – 500 mA 80 – 140 kV 0,7 – 1,5 mm Fein- oder Mikrofokusröhre 40 – 100 µA 10 – 150 kV 5 – 30 µm Detektor Zeilendetektor Zeilen- oder Flächendetektor Objektdurchmesser 5 – 50 cm < 5 cm Matrixgröße 5122 5123 - 10243 



  

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Speicherbedarf 0,5 MB/Bild (16 bit) 160 MB/Datensatz 0,5 – 2,1 MB/Schicht (16 bit) 270 – 2150 MB/Datensatz  Volumenscanzeit 20 – 40 s (Thorax) Minuten bis Stunden Rekonstruktionszeit pro Schicht (5122 Matrix) 0,5 – 5 s 10 – 30 s Tabelle 1: Vergleich der Eigenschaften des Spiral-CTs mit denen des Micro-CTs. Einige Werte, z.B. für die Ortsauflösung, sind abhängig vom spezifischen Scannerdesign,,daher sind in der Tabelle typische Bereiche angegeben. Neueste Spiral-CT-Scanner haben bis zu 4 parallele Detektorzeilen, die in der Tabelle angegebenen Werte beziehen sich auf Geräte mit einer Detektorzeile; modifiziert nach (Engelke et al. 1999).  



  

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2.4 Fragestellung der Arbeit 53 Kehlköpfe aus dem Obduktionsgut des Instituts der Rechtsmedizin der Universität Göttingen sowie des Rechtsmedizinischen Instituts in Kassel sollen an der Justus-Liebig-Universität Gießen in Zusammenarbeit zwischen dem Rechtsmedizinischen Institut und der Abteilung für experimentellen Radiologie mikro-computertomographisch untersucht werden auf das Vorliegen eines Alters- und Geschlechtspolymorphismus.  Von den vorliegenden Kehlköpfen sind 23 Kehlköpfe mit einer einseitiger Oberhornanlage ausgestattet, welche mit Kehlköpfen mit regulärer Anlage der Oberhörner gepaart werden. Dieser Vergleich fußt auf einer mikro-computertomographischen Untersuchung des Basis- und Subbasisbereiches mit Fokus auf die Parameter welche die trabekuläre Ossifikation erfassen.   



  

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3 Material und Methoden 3.1 Material Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine Untersuchung an 53 Kehlkopf-Präparaten, die in den Jahren 2005-2007 im Institut für Rechtsmedizin Göttingen, sowie von 2010-2013 im Institut für Rechtsmedizin in Kassel im Rahmen forensischer Obduktionen gesammelt wurden. Diese Obduktionen wurden ausschließlich gerichtlich angeordnet und die Präparate im Auftrag der Staatsanwaltschaft (StA) für folgende Untersuchungen asserviert. Am 15.01.2015 wurde die Bearbeitung des Projekts (Nummer 255/14) durch das Votum der Ethik-Kommission abgesegnet.  Das Verum-Kollektiv besteht aus Präparaten, die dem Auswahlkriterium eines nur einseitig angelegten Schildknorpeloberhorns (n=23, Abbildung 10 b und Abbildung 11 b) oder einer komplett fehlenden Anlage eines Oberhorns (n=5, Abbildung 10 Abbildung 10c und Abbildung 11 c) entspricht. Das Vergleichskolletiv setzt sich aus Kehlkopf-Präparaten zusammen, die eine reguläre zweiseitige Anlage von Schildknorpeloberhörnern aufweisen (n=25, Abbildung 10 a und Abbildung 11 Abbildung 11a). Diese wurden im Paarvergleich 



  

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gematcht, unter Rücksichtnahme der Kontrollvariablen des Alters und des Geschlechts. Als weiteres Kriterium für die Vorauswahl im Vergleichskollektiv galt der Erhaltungszustand der formalinfixierten Präparate. In einzelnen Fällen musste die Zuordnung zu den beiden Kollektiven nach der radiologischen Darstellung angepasst werden (n=2). Für die Untersuchung zum Geschlechts- und Alterspolymorphismus der Schildknorpel wurden alle Kehlköpfe (n=53) als Gesamt-Kollektiv betrachtet und nur an Hand des Alters und des Geschlechts unterschieden.  
 Abbildung 10: a.p. Maximum Intensity Projection (Kehlköpfe v.l.n.r. angeordnet) 1a: zweiseitige/reguläre Anlage der Schildknorpeloberhörner (KK #36) 1b: 



  

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einseitige Anlage eines Schildknorpeloberhorns (KK #42) 1c: fehlende Anlage der Schildknorpeloberhörner (KK #37) 
 Abbildung 11 Seitlicher Strahlengang Maximum Intensity Projection (Kehlköpfe v.l.n.r. angeordnet) 2a: zweiseitige/reguläre Anlage der Schildknorpeloberhörner (KK #36) 2b: einseitige Anlage eines Schildknorpeloberhorns (KK #42) 2c: fehlende Anlage der Schildknorpeloberhörner (KK #37)  3.2 Alters- und Geschlechterverteilung Die verwendeten Schildknorpel (n=53) stammen von 25 verstorbenen Frauen im Alter von 24 bis 93 Jahren (Median=71;) und 28 verstorbenen Männern im Alter von 26 bis 79 Jahren (Median=61,5). Bei keinem der Präparate waren Zeichen einer Erkrankung oder Verletzung des Kehlkopfes zu erkennen. Bei 



  

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diesem Kollektiv liegt keine Normalverteilung vor, weshalb verzichtet wird auf eine Angabe zum Mittelwert oder der Varianz. Die Altersverteilung, aufgeschlüsselt nach dem Geschlecht der Verstorbenen, findet sich in Diagramm 1 graphisch dargestellt. Die vorgenommenen Paarungen für den zweiten Teil der Doktorarbeit wurden in Tabelle 2 und Tabelle 3 zusammengestellt. 
 Diagramm 1: Darstellung der Alters- und Geschlechtsverteilung des Gesamtkollektivs   024681012 20-2930-3940-4950-5960-6970-7980-8990-99Anzahl N Alter in Jahren

Alters- und Geschlechtsverteilung Weiblich NMännlich N



  

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 PAARUNG WEIBLICH 0 OH Alter [Jahren] 1 OH Alter [Jahren] 2 OH Alter [Jahren]   KK #1 33 KK #2 24   KK #3 40 KK #4 41   KK #5 43 KK #6 42   KK #7 53 KK #8 52 KK #9 65 KK #10 64 KK #11 60   KK #12 71 KK #13 64   KK #14 71 KK #15 73   KK #16 77 KK #17 75   KK #18 79 KK #19 79   KK #20 85 KK #21 83 KK #22 96   KK #23 93 Tabelle 2: Paarung und Nummerierung der Weiblichen Kehlköpfe (KK), Kehlkopfoberhorn=OH 



  

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PAARUNG MÄNNLICH 0 OH Alter [Jahren] 1 OH Alter [Jahren] 2 OH Alter [Jahren]   KK #24 35 KK #25 37 KK #26 39 KK #27 39 KK #28 38   KK #29 41 KK #30 42   KK #31 46 KK #32 48   KK #33 50 KK #34 50   KK #35 62 KK #36 61 KK #37 67   KK #38 68 KK #39 74 KK #40 73 KK #41 73   KK #42 75 KK #43 73   KK #44 75 KK #45 74   KK #46 76 KK #47 76   KK #48 78 KK #49 79 Tabelle 3: Paarung und Nummerierung der Männlichen Kehlköpfe (KK), Kehlkopfoberhorn=OH  



  

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3.3 Methoden 3.3.1 Überblick Zunächst wurden die Kehlkopfpräparate im Rahmen der radiologischen Untersuchung mittels Mikro-Computertomographie (µ-CT) gescannt. Dann wurden die erhaltenen Bilder rekonstruiert und im Programm DataViewer® (s. S.59 Kapitel 3.3.6) geöffnet, um sie entlang der Achsen in der Sagittal-, Transversal- und Frontalebene auszurichten. Darauf folgte die weitere Bearbeitung im Programm CT-Analyser® (s. S.59 Kapitel 3.3.6). Dabei wurden sechs unterschiedliche Regions of interest (ROI) gesetzt, um dann eine Quantifizierung der jeweiligen ROI´s anzuschließen. Zur Zusammenstellung aller Messergebnisse wurde das Programm Microsoft Excel 2016® genutzt. Die statistische Auswertung wurde nachfolgend mit IMB SPSS Statistics® Version 24 durchgeführt. 3.3.2 Zielparameter und Einflussgrößen Mit der technischen Entwicklung der möglichen Durchführung einer 3D-Analyse, wurden neue Parameter ausgearbeitet, mit denen man die Knochenstruktur und -Mikrostruktur charakterisieren kann (Ulrich et al. 1999). 



  

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DEFINITION DER ZIELPARAMETER Zielparameter Einheit Definition TV Tissue Volume mm3 Gesamtvolumen der Probe und damit die Summe aller Voxel innerhalb des gesamten VOI (Volume of Interest)  BV Bone Volume mm3 Volumen des Knochens innerhalb des VOI BV/TV Percent Bone Volume % Prozentualer Anteil des Volumens des Knochens im Gesamtvolumen, also der Knochenvolumenanteil BS/BV Bone Surface/ Volume Ratio mm-1 Das Verhältnis der Knochenoberfläche zum Knochenvolumen BS/TV Bone Surface Density mm-1 Das Verhältnis der Knochenoberfläche zum Gesamtvolumen, also die Knochenoberflächendichte Tb.Th Trabecular Thickness mm Dicke der Trabekel Tb.Sp Trabecular Separation mm Abstand zwischen den einzelnen Trabekeln Tb.Pf Trabecular Pattern Factor mm-1 Konnektivität der Trabekel (s.u.) 



  

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SMI Structure Model Index  Strukturelle Anordnung der Trabekel (s.u.) DA Degree of Anisotropy  Anisotropie bzw. Ausrichtung der Strukturen (s.u.) Gr.R x/y/z Radius of Gyration auf der x/y/z-Achse  Trägheitsradius, ein Streuungsparameter entlang der x-, y- und z-Achse (s.u.) Score Score für die Art der Verknöcherung  Einordnung in das Spektrum der flächig- scholligen Verknöcherung bis hin zu rein trabekulärer Verknöcherung  Tabelle 4: Abkürzung und Definition der Zielparameter (Salmon 2012; Bedini et al. 2009; Ito et al. 2002; Hildebrand und Rüegsegger 1997; Guinier et al. 2012; Behrens 2010) 3.3.2.1 Trabecular Pattern Factor Um das Verhältnis von konkaven und konvexen Oberflächen darzustellen und quantifizieren zu können, wurde der 
histomorphometrische Parameter „Trabecular Bone Pattern 

Factor“ (Tb.Pf) entwickelt. Dabei handelt es sich um einen inversen Index der Konnektivität. Dieser berechnet sich aus der relativen Konvexität oder der relativen Konkavität der gesamten Knochenoberfläche. Jener wird auf trabekulären Knochen 



  

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angewendet. Das dahinterstehende Prinzip lautet: Konkavität steht für eine Verknüpfung und das Vorhandensein von „nodes“ (Knoten) und Konvexität für eine isolierte unverknüpfte Struktur, 
also „struts“ (Streben) (Salmon 2012). Ein niedriger Tb.Pf zeigt eine bessere Konnektivität wie bei einem Gitter an, während ein hoher Tb.Pf eine schlechter verknüpfte Struktur aufzeigt (Hahn et al. 1992). Bei dem Tb.Pf handelt es sich um einen Parameter, der zum Vergleich herangezogen werden kann, nicht aber als absoluter Wert betrachtet werden sollte (Salmon 2012). Ein negativer Wert kann durch konkave Flächen oder auch durch eingeschlossene Hohlräume verursacht werden. Der Tb.Pf ist ein gutes noninvasives Mittel, um qualitative Informationen über den Knochen zu erhalten, wurde allerdings laut Cortet nicht ausreichend mit dem Goldstandard der Biopsie und Histomorphometrie verglichen (Cortet et al. 1995). 3.3.2.2 SMI (Stucture Model Index) Der SMI dient der Charakterisierung der trabekulären Knochenanteile (Ito et al. 2002) und prognostiziert die Stärke der trabekulären Region (Mittra et al. 2005) bzw. die elastischen Fähigkeiten des trabekulären Knochens (Liu et al. 2008). Dabei wird der gemessene Knochen eingeordnet in eine Skala von 0 bis 4 anhand der Konvexität der Oberfläche. Dazu wird einem SMI 



  

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von 0 eine ideale Plattenstruktur zugeordnet, während eine ideale Stabstruktur einen SMI von 3 aufweist. Ein SMI von 4 deutet auf eine ideale Kugel-Struktur hin. Bei Präparaten die mehrere Strukturformen oder deren Zwischenstadien aufweisen, findet man einen SMI-Wert der zwischen den oben genannten liegt (Hildebrand und Rüegsegger 1997; Salmon et al. 2015).  3.3.2.3 DA (Degree of Anisotropy) Bei Isotropie oder Anisotropie handelt es sich um ein Maß der Symmetrie bzw. der An- oder Abwesenheit einer Ausrichtung der Strukturen entlang einer bestimmten Achse (Salmon 2012). Dabei ist der DA ein ausschlaggebender Faktor für die mechanische Stärke (Odgaard 1997; Salmon 2012). Der DA steigt mit zunehmender axialen Festigkeit und Stärke eines trabekulären Pfeilers (Unnikrishnan et al. 2013). Liegt eine vollständige Isotropie vor, erhält man einen DA von 0, während man bei völliger Anisotropie einen Wert von 1 erreicht. Man kann den DA als Prädiktor der Knochenqualität beschreiben (Kim et al. 2015).  3.3.2.4 Gr.R (Radius of Gyration) Der Radius of Gyration wird als Trägheitsradius übersetzt und bezeichnet den Mittelwert der quadratischen Abstandes aller Teilchen vom Schwerpunkt (Rutgers 2014; Guinier et al. 2012). 



  

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Dabei charakterisiert der Gr.R sowohl die Größe als auch die Form eines Körpers je nach Ausrichtung entlang der X-, Y- oder Z-Achse (Behrens 2010; McCaw 2014). Es handelt sich also um einen geometrischen Parameter, der ein Streuungsmusters berechnet (Kikhney und Svergun 2015; Petoukhov und Svergun 2013). Er korreliert mit der molekularen Masse (Bruker 2010) und wird meist bei Untersuchungen auf atomarer Ebene verwendet (Ren et al. 2010). Allerdings eignet der Gr.R sich auch, um die Funktion und Struktur eines Knochens zu beschreiben (Endo und Takahashi H. 1982).  3.3.2.5 Score der Verknöcherungsart Dabei handelt es sich um einen eigens für diese Arbeit entwickelten Score, bei dem es darum geht, die Art der Verknöcherung zu beurteilen. Hierfür wurde dreimalig in jeweils 10 Schnitten pro Präparat, die auf das gesamte Präparat verteilt waren, eine deskriptive Einordnung auf einer Skala von 0 bis 10 durchgeführt. Hierbei steht eine 0 für eine rein schollig-flächige Verknöcherung (s. Abbildung 12, Score von 3), während eine 10 für eine komplett trabekuläre Verknöcherung spricht (s. Abbildung 13, Score von 10)Abbildung 13, wie man sie bei vielen Röhrenknochen findet.  



  

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  Abbildung 12: Orthographic Section - Darstellung, KK# 11, schollig- flächige Verknöcherung mit einem Score von 3, a: Übersichtsaufnahme b: Transversalschnitt c: Sagittalschnitt d: Frontalschnitt 



  

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  3.3.3 Präparation Für die autoptische Entnahme der Kehlskelette wurden die Halsweichteile in sogenannter Blutleere dargestellt. Zunächst wurde die Muskulatur des Mundbodens durchtrennt sowie ein Horizontalschnitt durch das Palatinum geführt, am Übergang des Palatinum durum zum Palatinum molle. Der nächste Schnitt führte 

Abbildung 13: Orthographic Section - Darstellung, KK# 46, trabekuläre Verknöcherung mit einem Score von 10; a: Übersichtsaufnahme b: Transversalschnitt c: Sagittalschnitt d: Frontalschnitt 



  

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bis auf die retropharyngeale Verschiebeschicht, wobei die Apertura thoracis umschnitten wurde. Dann folgte die Entnahme des gesamten Hals-Lungen-Paketes. Nun folgte das Zerschneiden des Velum palatinums links der Uvula palatina sowie ein Längsschnitt durch den Ösophagus und ein Frontalschnitt durch den Zungengrund im Bereich des Foramen caecum. Es schloss sich sowohl ein Schnitt durch die am Zungenbein inserierende Muskulatur einschließlich der Ligg. stylohyoidea unter Schonung der Cornua minora an als auch die kaudale Durchtrennung der Mm. thyrohyoidei, Ligg. thyrohyoidei und der Membrana thyrohyoidea. Dann führte man das Ablösen der Pars laryngea pharyngis vom Larynx durch, während die Insertion des M. constricor pharyngis belassen wurde. Der Schnitt wurde paratracheal in der Verschiebeschicht gesetzt, die lateral der großen Gefäß- und Nervenbündel liegt, unter Belassen der Schilddrüse und Nebenschilddrüsen. Der Ösophagus wurde von kaudal nach kranial längs durchtrennt und die Schilddrüse auf beiden Seiten abgelöst. Dann setzte man das Präparat zwischen der 2. und 3. Trachealspange ab. Dabei erhielt man den Kehlkopf als komplettes Präparat (Maxeiner und Dietz 1986). Anschließend erfolgte eine Fixierung des Kehlkopf-Präparates in Formalin. 



  

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 3.3.4 Bildgebendes Verfahren mittels Computertomographie Die Proben wurden in der Experimentellen Radiologie, Abteilung für Diagnostische Radiologie (Imaging Unit) des Uniklinikums Gießen & Marburg (UKGM) in einem Mikro-Computertomographen der Firma Bruker (ehemals SkyScan; Kontich, Belgien) durchgeführt. Für die Bildgebung wurde das µ-CT-Gerät SkyScan 1173 (s. Tabelle 5) verwendet.  Die Mikrofokusröhre, mit einem Fokus kleiner 5 µm, arbeitet mit Kegelstrahlgeometrie und einem CCD-Detektor (Charges Coupled Devices). Die maximale Röhrenspannung beträgt 130 kV, während sich die maximale Stromstärke auf 300 µA und die maximale Leistung auf 8 W belaufen. Als ursächlich für die mehrstündigen Scanzeiten ist die niedrige Leistung anzusehen. Um die Strahlenaufhärtung zu reduzieren, wurden je nach Probenbeschaffenheit unterschiedliche Filter in verschiedenen Dicken verwendet. Die benutzte Detektorkamera ist ein Produkt der Firma Hamamatsu. Die Matrix des Detektors betrug 2240 x 2240 Pixel bei 16 Bits. Damit wurde eine Ortsauflösung von 4 bis 5 µm erreicht. Zwischen der Mikrofokusröntgenröhre und dem Flachbilddetektor befindet sich die Probebühne mit dem Probenhalter. Die Position der Probebühne kann je nach 



  

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gewünschter Vergrößerung verändert werden, während die Röntgenröhre und die Kamera feststehend installiert sind. Für die Bildrekonstruktion und Geräteeinstellungen wurden zwei PC-Einheiten an das µ-CT angeschlossen.   µ-CT BRUKER SKYSCAN 1173 Röntgenröhre Spannung: 40-130 kV, Auflösung <5 µm Röntgendetektor Flat-Panel-Sensor, Matrix: 2240 x 2240 Pixel, 12-Bit Maximale Objektgröße 140 mm Durchmesser, 200 mm Länge (100-140 mm Scanlänge) Ortsauflösung <4-5 µm, 7-8 µm bei niedrig-Kontrast-Auflösung Strahlungssicherheit <1 µSv/h bei 10 cm Entfernung zur Instrumentenoberfläche Scanzeit Minuten bis Stunden Geometrie Fächer- oder Kegelstrahl Tabelle 5:  Eigenschaften des Bruker µ-CT-SkyScan 1173 (Bruker 2018, 2017)  



  

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3.3.4.1 Bildakquirierung Die Kehlköpfe wurden vor dem jeweiligen Scan, sortiert nach 
Größe, in drei Gruppen eingeteilt mit einer festen „Image Pixel 

Size“ von 24,5 µm, 26,2 µm und 30,9 µm. Wegen der Probengröße der Kehlkopf-Präparate mussten Oversize-Scans durchgeführt werden, bei denen eine Probe automatisch auf der Vertikalachse in mehrere Scans aufgeteilt wird und erst später in der Datenrekonstruktion zu einem kompletten, bündigen Datensatz zusammengesetzt wird. Bei den verwendeten Präparaten reichten zwei Oversize-Scans pro Kehlkopf. Je nach Größe, Dicke und Dichte der Proben wurde ein 1 mm Aluminium-Filter oder ein 0,25 mm Messing-Filter eingesetzt und dementsprechend die Spannung, Stromstärke und folglich auch die Belichtungsdauer angepasst (s. Tabelle 6). Die Probe wurde vor Austrocknung bewahrt, in dem sie in Frischhaltefolie eingewickelt wurde, bevor sie mittels Styroporstreifen im Probehalter auf der integrierten Probebühne befestigt und ausgerichtet wurde (Bruker 2017).  Die Probe kreiste in Winkelschritten von 0,2°, wobei pro Rotationsschritt 4 Frames aufgenommen wurden, bis 180° erreicht sind. Diese wurden nachfolgend übereinandergelegt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Die Belichtungszeit 



  

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lag zwischen 600 ms und 1150 ms (s.Tabelle 6), weshalb die Dauer des Gesamtscans je nach Probengröße zwischen 2,5 Std. bis 4 Std. lag. EINSTELLUNG AM COMPUTERTOMOGRAPHEN Stromspannung / -stärke Belichtungszeit ⌀ Gesamtdauer/Scan  100 kV / 80 µA 600 ms 2,5 Std.  80 kV / 80 µA 750 ms 3 Std.  130 kV / 60 µA 1150 ms 4 Std.  Tabelle 6: Einstellungen der Stromspannung und -Stärke am Micro-CT mit daraus resultierender Belichtungszeit sowie der durchschnittlichen Gesamtscandauer 3.3.4.2 Bildrekonstruktion  Die Rohdaten wurden als TIFF Datei mit einer Grauwerttiefe von 16 Bit gespeichert. Nach dem Scan wurden die Daten mit dem Feldkamp-Flächenstrahl-Algorithmus (Feldkamp et al. 1984; Rodet et al. 2004) in axiale Schnittbilder umgewandelt. Dabei besteht jedes Bild aus isotropen Voxeln. Die Datensätze besitzen eine 8-Bit Grauwertskala, also 256 Werte, wobei 0 für Weiß und 255 für Schwarz steht. Als Rekonstruktionssoftware wurde das Programm NRecon® (Version 1.6.10.4. 64-Bit © SkyScan Bruker) genutzt. Die axialen Schnittbilder wurden im Bitmap-Format (bmp) 



  

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abgespeichert und hatten so pro Kehlkopf-Präparat ein durchschnittliches Datenvolumen von ca. 16 GB, während die RAW-Daten nach dem Scanvorgang ca. 23 GB Speicherplatz einnahmen.  3.3.5 Quantitative Bildanalyse Zur Analyse und Bearbeitung der Datensätze wurde das Programm DATAVIEWER® (Version 1.5.2.4 64-Bit © 2004-2011 SkyScan, © 2012-2015 Bruker microCT) und CT ANALYSER® (Version 1.16.4.1 64 Bit © 2003-2011 SkyScan, © 2012-16 Bruker mircoCT) verwendet.  Um den gesamten Schildknorpel, die Subbasis-Region sowie die Basis-Region separat analysieren zu können, mussten die ROIs jeweils einzeln bei jedem Kehlkopfpräparat in zweidimensionaler Ebene pro Schicht händisch eingezeichnet werden. Später wurden die ROI´s über die gesamte Länge des Präparates zusammengesetzt zu einem dreidimensionalen ROI, auch VOI (volume of interest) genannt. Bei der Subbasis- und Basis-Region mussten zudem zwei weitere ROI´s gezeichnet werden, um den Markraum auswerten zu können, ohne dass die Kortikalis in die Berechnungen mit einfloss. Aus Gründen der technischen 



  

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Umsetzbarkeit wurde zunächst eine sechste ROI eingezeichnet, in der der Bereich der Subbasis und Basis zusammen gefasst wurden zu einer ROI.  Da in der Literatur keine genaue Begrenzung des Subbasis- und Basisbereichs zu finden war, wurden diese Regionen durch folgendes Vorgehen festgelegt:  



  

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 Abbildung 14: Begrenzungen des Basis-/Subbasis-Bereichs eingezeichnet in eine MIP des KK #29, Strecke 1: Maximale KK-Ausdehnung, Strecke 2: Halbe Strecke 1, Strecke 3 und 4: Orthogonale zur KK-Oberfläche, Strecke 5: Begrenzung zwischen Basis und Oberhorn Zunächst wurde die maximale Ausdehnung des Schildknorpels, von der Oberkante des Schildknorpeloberhorns bis zur Unterkante des Schildknorpelunterhorns gemessen (s. Abbildung 14, Strecke 



  

56  

1) und eine Markierung auf der Hälfte des Corpus gesetzt (s. Abbildung 14, Strecke 2). Dann wurde die Schicht aufgesucht, in der man die Oberkante des Schildknorpels am besten einsehen konnte, da die Basis begrenzt wird durch die extrapolierte Strecke der Oberkante des Schildknorpelcorpus. Von den Begrenzungen der Basis nach kaudal und ventral wurde eine Orthogonale, also eine Gerade, die senkrecht zur Oberfläche ist, eingezeichnet und zwar nach ventral 5mm verlängert (s. Abbildung 14, Strecke 3 und 4 sowie rote Pfeile). Die Strecke ist kürzer, wenn keine knöchernen Anteile mehr dadurch eingeschlossen wurden, weil der Schildknorpelcorpus zu wenig verknöchert und damit zu stark knorpelig war. Nach medial wurde die Subbasis-Basis-Region-ROI maximal 100 Schichten weiter gezeichnet, ab dem Schnitt, in dem keine knöcherne Verbindung mehr zwischen Schildknorpeloberhorn und Corpus bestand. Nach kranial wurde die ROI begrenzt, in dem an der Stelle wo der Übergang zum Oberhorn beginnt eine Senkrechte eingezeichnet wurde, also dort, wo die Oberkante einen Richtungswechsel vollführt (s. Abbildung 14, Strecke5). Dadurch entstand pro Kehlkopfpräparat eine Schablone für die Subbasis-Basis-Region (s. Abbildung 15), mit der in jeder Schicht eruiert werden konnte, welche knöchernen und bindegewebigen Anteile zu der Region gehören. Ausgehend von der entstandenen Subbasis-Basis-ROI wurden dann die 



  

57  

weiteren ROI´s gesetzt (Subbasis-ROI, Subbasis-Knochenmark-ROI, Basis-ROI und Basis-Knochenmark-ROI).  
 Abbildung 15 Basis und Subbasisbereich, eingezeichnet in eine MIP des KK #29, blaue Schraffur: Basis-Bereich, rote Schraffur: Subbasis-Bereich    



  

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  Die ROI für den gesamten Schildknorpel wurde gesondert eingezeichnet und ausgewertet.  Sobald alle ROI´s eingezeichnet waren, mussten pro Präparat und Region zwei eigene sog. Thresholds festgelegt werden, um danach die Binarisierung und Quantifizierung durchführen zu können. Die Thresholds sind Grenzwerte, mit denen man bestimmt, welche Grauwerte zu messen sind. Es waren mehrere Thresholds nötig, um sowohl die Kortikalis als auch die Trabekel 

Abbildung 16: MIP des KK #29, links: Seite des Kehlkopfes ohne Oberhorn und Basis; rechts: Seite desselben Kehlkopfes mit Oberhorn und Basis-Bereich (blaue Schraffur)  



  

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richtig darzustellen und einzugrenzen, sodass sie in der Quantifizierung nicht dicker oder dünner ausgemessen werden, als sie tatsächlich sind. In der Quantifizierung wurden die in Tabelle 2 vermerkten Zielparameter bestimmt. Die durch die Quantifizierung erhobenen Daten wurden in Microsoft Excel 2016® eingefügt und gespeichert. Die Bilder der Arbeit wurden mit den oben genannten Programmen sowie mit dem Programm Paint® (Microsoft Windows Version 6.1 © Microsoft Corporation) und CTAn bearbeitet und gespeichert und im JPG-Format gesichert.   3.3.6 Bildanalysesoftware Die Bildrekonstruktion wurde mit dem Programm NRecon® (Version 1.6.10.4. 64-Bit © SkyScan Bruker) durchgeführt. Zur Analyse und Bearbeitung der Datensätze wurde die Software DATAVIEWER® (Version 1.5.6.0 64-Bit © 2004-2011 SkyScan, © 2012-2015 Bruker microCT, Kontich Belgien) und CT ANALYSER® (Version 1.16.4.1 64 Bit © 2003-2011 SkyScan, © 2012-16 Bruker mircoCT) verwendet. Die in der Arbeit verwendeten dreidimensionalen Bilder wurden mit Analyze bearbeitet (Version 12.0, Mayo Foundation, AnalyzeDirect, Inc. 



  

60  

United States). Weitere Bilder und Screenshots wurden mit PAINT® (Microsoft Windows Version 6.1 © Microsoft Corporation) bearbeitet.  3.3.7 Statistische Auswertung Die statistische Auswertung wurde mit dem Programm IMB SPSS Statistics® Version 24.0.0.0 (64 bit) durchgeführt.  Für die statistische Darstellung der Normalverteilung des Gesamtkollektivs, also bei der deskriptiven Statistik, wurde ein Q-Q-Plot eingesetzt. Dies ist eine Voraussetzung für die folgenden statistischen Testungen gewesen. Bei der statistischen Auswertung des Geschlechtspolymorphismus wurde ein t-Test mit unabhängiger Stichprobe gewählt. Dabei wurde im Vorfeld, um den t-Test anwenden zu können, ein Lavene-Test (eine Variante des F-Tests) zur Varianzhomogenität durchgeführt.  Der Altersvergleich wiederum wurde mittels Pearson-Korrelation berechnet und dargestellt. Dieses Vorgehen setzt intervallskalierte Variablen voraus, die normalverteilt sind.  



  

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Um den Zusammenhang der vielen Variablen untereinander aufzeigen zu können, wurde das Verfahren einer Hauptkomponentenanalyse gewählt. Dabei handelt es sich um eine Methode zur linearen Transformation der Variablen. Dies dient zur explorativen Datenanalyse, um Zusammenhänge zwischen den Variablen entdecken zu können. Dafür musste eine Bartelett- und eine KMO-Testung durchgeführt werden. Um die Paarungen statistisch auswerten zu können, musste eine Umstrukturierung vorgenommen werden, die von einem Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test gefolgt wurde. 



  

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4 Ergebnisse Bei 53 Kehlkopfpräparaten wurde eine mikrocomputertomographische Bildgebung durchgeführt. Davon waren 25 weibliche und 28 männliche Präparate. Aus dem Gesamtkollektiv wurden 23 Paarungen gebildet (s. Tabelle 2 und Tabelle 3), bei denen 23 Präparate eine reguläre beidseitige Anlage eines Schildknorpeloberhorns aufwiesen (11 weiblich und 12 männlich), während 21 Präparate mit nur einer einseitigen (10 weiblich und 11 männlich) bzw. 5 Präparate ohne Anlage eines Schildknorpeloberhorns (2 weiblich und 3 männlich) vorlagen. Die Schildknorpel ohne Schildknorpeloberhörner („Nullhörner“) wurden zusätzlich gepaart. Es wurden insgesamt 16 unterschiedliche Parameter an 6 unterschiedlichen ROIs pro Präparat gemessen.  4.1 Deskriptive Analyse des Gesamtkollektivs Zunächst erfolgt die deskriptive Analyse des Gesamtkollektivs ohne Rücksichtnahme auf Geschlecht oder Kehlkopfkonfiguration (s. Tabelle 7 bis Tabelle 9). Dabei soll der Mittelwert, Standardfehler, Standardabweichung (SD), sowie Minima und Maxima im Vordergrund stehen. Bei der graphischen Darstellung 



  

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fand sich kaum eine Abweichung von der Normalverteilung, weswegen für die weitere statistische Auswertung eine Normalverteilung angenommen wurde. Dies wird am Beispiel der Werteverteilung für das Percent Bone Volume, also den Anteil an knöchernen Volumen im Gesamtgewebevolumen, in Diagramm 2 und Diagramm 3 gezeigt. 
 Diagramm 2: Beispiel für die annähernd vorhandene Normalverteilung der Werte anhand des Percent Bone Volume des gesamten Schildknorpels in einem Q-Q-Plots, dabei stellt die Linie die Normalverteilung da um welche die Messwerte schwanken 



  

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 Diagramm 3: Beispiel für die näherungsweise vorhandene Normalverteilung der Werte des Percent Bone Volume des gesamten Schildknorpels anhand der Häufigkeit der Werte  



   

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 DESKRIPTIVE ANALYSE DES GESAMTKOLLEKTIVS IM BEREICH DES GESAMTEN SCHILDKNORPELS  Alter  TV BV BV/TV BS/BV BS/TV Gr.R x Gr.R y Gr.R z Score  
 

Mittelwert 60,89 5695,32 1061,79 17,00 11,481 1,66 16,22 16,61 2 7,25 Standardfehler des Mittelwertes 2,57 326,34 113,43 1,12 0,9442 0,091 0,24 0,26 10 0,23 Median 65,00 5524,54 837,52 15,58 9,64 1,41 16,27 16,42 7,25  Modus 73 2396,50a 74,89a 1,93a 4,95a 0,39a 12,21a 12,70a 1,68  Standardabweichung (SD) 18,69 2375,76 825,76 8,19 6,87 0,67 1,76 1,90 2,80 1,68 Varianz 349,372 5644233,24 681879,46 67,08 47,27 0,44 3,11 3,61 0,23 2,80 Spannweite 72 8595,34 3380,82 31,25 45,34 3,10 8,23 8,30 10,66 8 Minimum 24 2396,50 74,89 1,93 4,95 0,39 12,21 12,70 6,12 2 Maximum 96 10991,84 3455,71 33,18 50,29 3,50 20,44 21,00 16,79 10 Summe 3227 301852,01 56274,83 901,02 605,16 88,02 859,85 880,33 602,35  



   

66  

Perzentile 25 42,00 3586,50 408,37 10,26 8,37 1,19 14,82 15,14 9,13  50 65,00 5524,54 837,52 15,58 9,64 1,41 16,27 16,42 10,68  75 75,50 7521,64 1593,48 22,96 11,76 2,23 17,21 17,93 13,79  Tabelle 7: Deskriptive Analyse des Gesamtkollektivs im Bereich des gesamten Schildknorpels, a=Mehrere Modi vorhanden und der kleinste Wert wird angezeigt, Einheiten: TV und BV in mm3, BS/BV und BS/TV in mm-1           



   

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DESKRIPTIVE ANALYSE DES GEPAARTEN KOLLEKTIVS IN DREI UNTERSCHIEDLICHEN BEREICHEN DES SCHILDKNORPELS Bereich des Schildknorpels Alter  TV BV BV/TV BS/BV BS/TV Gr.R x Gr.R y Gr.R z Basis und Subbasis N  44 44 44 44 44 44 44 44 44 Mittelwert 60,70 234,9995 46,0028 20,2101 13,8858 2,2809 2,8197 2,6404 3,3523 Standardfehler des Mittelwertes 2,635 13,25172 3,62920 1,53082 1,14486 0,09967 0,11350 0,08809 0,11673 Median 64,00 233,1318 46,0083 19,5527 12,7951 2,3946 2,7665 2,5426 3,3143 Modus 73 90,71a 1,76a 1,07a 5,05a ,54a 1,55a 1,29a 1,65a Standardabweichung 17,478 87,90199 24,07337 10,15433 7,59417 0,66112 0,75285 0,58434 0,77431 Varianz 305,469 7726,759 579,527 103,110 57,671 0,437 0,567 0,341 0,600 Spannweite 69 367,82 101,32 53,47 45,72 2,86 3,57 3,12 3,99 Minimum 24 90,71 1,76 1,07 5,05 0,54 1,55 1,29 1,65 Maximum 93 458,53 103,08 54,53 50,77 3,40 5,13 4,42 5,64 Perzentile 25 42,25 158,7433 26,3139 12,9009 9,7413 1,8674 2,2564 2,2355 2,7818 



   

68  

50 64,00 233,1318 46,0083 19,5527 12,7951 2,3946 2,7665 2,5426 3,3143 75 75,00 298,8840 65,3786 23,8206 15,9219 2,6853 3,0334 3,0087 3,6252 Basis N  44 44 44 44 44 44 44 44 44 Mittelwert 60,70 69,4633 15,9313 24,0931 13,0130 2,6558 2,2050 1,8357 2,4571 Standardfehler des Mittelwertes 2,635 5,81599 1,63075 1,81885 1,03678 0,14970 0,08072 0,08838 0,10195 Median 64,00 62,6661 14,4382 25,6652 12,2641 2,7654 2,1960 1,7491 2,3590 Modus 73 16,51a ,55a 1,60a 5,70a ,70a 1,08a ,80a ,89a Standardabweichung 17,478 38,57894 10,81717 12,06490 6,87723 0,99297 0,53541 0,58624 0,67625 Varianz 305,469 1488,334 117,011 145,562 47,296 0,986 0,287 0,344 0,457 Spannweite 69 154,81 51,10 61,92 38,42 4,09 2,43 2,47 3,33 Minimum 24 16,51 0,55 1,60 5,70 0,70 1,08 0,80 0,89 Maximum 93 171,31 51,65 63,51 44,12 4,79 3,51 3,27 4,21 Perzentile 25 42,25 39,6834 6,0502 13,7671 9,2213 1,8916 1,8806 1,4234 2,0556 50 64,00 62,6661 14,4382 25,6652 12,2641 2,7654 2,1960 1,7491 2,3590 



   

69  

75 75,00 101,1797 21,2239 30,6159 14,3786 3,3541 2,3997 2,1494 2,8087 Subbasis N Gültig 49 49 49 49 49 49 49 49 49 Mittelwert 61,47 155,8100 25,0402 17,4964 15,5247 2,0948 2,7089 2,2844 2,9948 Standardfehler des Mittelwertes 2,530 9,71945 2,09195 1,63220 1,07132 0,10713 0,12176 0,08952 0,12908 Median 65,00 151,9504 24,2875 16,2413 14,5702 2,1138 2,7172 2,2354 2,8873 Modus 73 ,35a ,11a 1,01a 4,02a ,29a 1,18a 1,16a 1,08a Standardabweichung  17,712 68,03616 14,64366 11,42540 7,49926 0,74988 0,85231 0,62662 0,90358 Varianz 313,713 4628,919 214,437 130,540 56,239 0,562 0,726 0,393 0,816 Spannweite 72 354,19 65,72 67,99 49,56 3,17 3,71 3,00 4,14 Minimum 24 0,35 0,11 1,01 4,02 0,29 1,18 1,16 1,08 Maximum 96 354,54 65,83 69,01 53,58 3,47 4,90 4,16 5,21 Perzentile 25 42,50 106,4472 12,7952 10,5724 11,6361 1,5979 2,0386 1,7691 2,3993 50 65,00 151,9504 24,2875 16,2413 14,5702 2,1138 2,7172 2,2354 2,8873 75 75,00 186,5431 35,9356 22,3403 19,3751 2,6921 3,1153 2,7721 3,2781 



   

70  

Tabelle 8: Deskriptive Analyse des gepaarten Kollektivs in den drei Bereichen der Basis, Subbasis und der Basis+ Subbasis; Kortikalis, Knochenmark und Weichteilgewebe zusammengefasst, , a=Mehrere Modi vorhanden und der kleinste Wert wird angezeigt, Einheiten: TV und BV in mm3, BS/BV und BS/TV in mm-1  



  
71  

DESKRIPTIVE ANALYSE DES GEPAARTEN KOLLEKTIVS IN ZWEI UNTERSCHIEDLICHEN KNOCHENMARK-BEREICHEN DES SCHILDKNORPELS Bereich des Schildknorpels Alter in Jahren TV BV BV/TV BS/BV BS/TV Tb.Th Tb.Sp Tb.Pf SMI DA SD der Tb.Th SD der Tb.Sp Gr.R x Gr.R y Gr.R z Basis-Knochen-mark N  44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 44,00 Mittelwert 60,70 27,91 3,79 14,35 33,76 4,45 0,15 0,72 11,92 2,08 67625,82 0,07 0,35 1,68 1,46 1,84 Standardfehler des Mittelwertes 2,63 3,50 0,54 1,28 1,95 0,44 0,01 0,06 0,84 0,05 1309,31 0,00 0,03 0,10 0,09 0,11 Median 64,00 24,39 2,76 13,41 31,38 3,65 0,14 0,70 10,24 2,06 67157,50 0,06 0,33 1,71 1,46 1,85 



  
72  

Modus 73,00 0,09a 0,01a 1,71a 16,21a 1,09a 0,06a 0,12a 4,79a 1,51a 61327,00 0,02a 0,04a 0,30a 0,28a 0,39a SD 17,48 23,23 3,61 8,46 12,96 2,94 0,05 0,38 5,60 0,30 8684,97 0,03 0,19 0,64 0,62 0,75 Varianz 305,47 539,61 13,00 71,57 168,04 8,64 0,00 0,15 31,34 0,09 75428664,43 0,00 0,04 0,42 0,38 0,56 Spannweite 69,00 109,20 17,66 43,05 54,98 16,43 0,21 1,65 24,72 1,45 37420,00 0,14 0,78 2,85 2,42 3,20 Minimum 24,00 0,09 0,01 1,71 16,21 1,09 0,06 0,12 4,79 1,51 50711,00 0,02 0,04 0,30 0,28 0,39 Maximum 93,00 109,29 17,67 44,76 71,19 17,52 0,27 1,76 29,51 2,97 88131,00 0,16 0,82 3,14 2,70 3,59 Perzentile 25 42,25 10,13 0,92 8,83 23,53 2,67 0,11 0,42 7,76 1,91 61406,50 0,05 0,21 1,36 1,03 1,48 



  
73  

50 64,00 24,39 2,76 13,41 31,38 3,65 0,14 0,70 10,24 2,06 67157,50 0,06 0,33 1,71 1,46 1,85 75 75,00 43,57 5,99 17,33 41,10 5,06 0,18 0,96 14,01 2,28 74034,00 0,08 0,46 2,04 1,70 2,29 Subbasis-Knochen-mark N  49,00 49,00 49,00 49,00 49,00 49,00 49,00 49,00 49,00 49,00 47,00 49,00 49,00 49,00 49,00 49,00 Mittelwert 61,47 90,81 8,09 10,49 28,06 2,79 0,16 0,98 10,07 2,12 48889,38 0,07 0,41 2,29 1,98 2,60 Standardfehler des Mittelwertes 2,53 8,60 1,00 0,98 1,14 0,30 0,01 0,06 0,53 0,03 1801,18 0,00 0,03 0,13 0,09 0,14 Median 65,00 96,94 6,47 8,32 25,91 2,10 0,16 0,94 9,24 2,10 47234,00 0,06 0,37 2,25 1,92 2,55 Modus 73,00 ,35a ,11a 1,27a 16,48a ,45a ,08a ,23a 5,21a 1,78a 26357,00a ,03a ,08a ,37a ,41a ,29a 



  
74  

SD 17,71 60,21 7,03 6,88 8,00 2,10 0,04 0,45 3,71 0,23 12348,24 0,02 0,20 0,88 0,64 0,96 Varianz 313,71 3624,71 49,47 47,36 63,99 4,40 0,00 0,21 13,78 0,05 152478992,46 0,00 0,04 0,77 0,41 0,92 Spannweite 72,00 251,66 28,12 31,13 42,00 11,79 0,16 1,85 21,22 0,93 50050,00 0,10 0,96 4,37 3,33 4,70 Minimum 24,00 0,35 0,11 1,27 16,48 0,45 0,08 0,23 5,21 1,78 26357,00 0,03 0,08 0,37 0,41 0,29 Maximum 96,00 252,01 28,23 32,40 58,48 12,24 0,24 2,08 26,43 2,71 76407,00 0,13 1,04 4,74 3,74 4,99 Summe 3012,00 4449,87 396,54 513,77 1374,96 136,49 7,75 47,83 493,24 104,12 2297801,00 3,23 20,32 112,33 97,25 127,16 Perzentile 25 42,50 44,98 2,63 4,75 23,01 1,41 0,13 0,62 7,67 1,96 38795,00 0,05 0,30 1,80 1,59 2,00 



  
75  

50 65,00 96,94 6,47 8,32 25,91 2,10 0,16 0,94 9,24 2,10 47234,00 0,06 0,37 2,25 1,92 2,55 75 75,00 130,80 11,00 14,43 31,34 3,36 0,19 1,23 11,82 2,30 58770,00 0,08 0,50 2,73 2,42 3,12 Tabelle 9: Deskriptive Analyse des gepaarten Kollektivs in zwei Bereichen: der Basis und der Subbasis mit Ausschließlicher Untersuchung des Knochenmarks, a= mehrere Modi vorhanden, der kleinste Wert wird angezeigt, Einheiten: TV und BV in mm3, BS/BV, BS/TV und Tb.Pf in mm-1, Tb.Th und Tb.Sp in mm



  

76  

4.2 Geschlechtsdimorphismus Aus Tabelle 10 wird ein deutlicher Geschlechtsdimorphismus am gesamten Schildknorpel deutlich. Diesen Unterschied zwischen den Geschlechtern erkennt man an folgenden Parametern: Tissue Volume, Bone Volume, Percent Bone Volume, Bone Surface Density, Radius of Gyration x/y/z. Bei diesen Parametern lagen die p-Werte jeweils unter 0,05 und zeigen damit eine Signifikanz auf. Die negativen T-Werte verdeutlichen, dass die gemessenen und errechneten Mittelwerte im männlichen Kollektiv höher waren als im weiblichen Kollektiv. Im Speziellen bedeutet das, dass die weiblichen Kehlköpfe durchschnittlich kleiner waren als die männlichen, also ein geringeres Gesamtvolumen aufweisen. Zudem haben sie nicht nur ein geringeres Gesamtknochenvolumen, sondern auch ein geringeres Verhältnis von BV zu TV, was bedeutet, dass die weiblichen Kehlköpfe anteilig weniger verknöchert sind als ihre männlichen Gegenstücke. Die Knochenoberflächendichte (BS/TV) bei den männlichen Präparaten ist höher als bei den weiblichen. Die Streuung, gemessen mit dem Gr.R in jeder Ebene, zeigt bei den weiblichen Präparaten ein deutlich geringeres Ausmaß als bei den männlichen. Es zeigt sich, dass das Verhältnis von Knochenoberfläche zu Knochenvolumen (BS/BV) bei Frauen tendenziell größer ist als bei Männern, wobei mit einem p-Wert 



  

77  

von 0,099 nicht mehr von Signifikanz gesprochen werden kann, da der Wert die Schwelle von 0,05 überschreitet und somit nur eine Tendenz feststellbar ist.   



  

78  

GESCHLECHTERMITTELWERTVERGLEICH IM GESAMTEN SCHILDKNORPEL  Variable T-Wert Signifikanz (2-seitig) Mittlere Differenz Standardfehler der Differenz TV -7,198 0,000 -3346,34754 464,92906 BV -4,736 0,000 -905,56800 191,20892 BV/TV -2,853 0,006 -6,02909 2,11318 BS/BV 1,707 0,099 3,32211 1,94638 BS/TV -2,118 0,039 -0,37575 0,17740 Gr.R x -2,470 0,017 -1,14367 0,46310 Gr.R y -4,894 0,000 -2,13235 0,43569 Gr.R z -8,089 0,000 -4,28706 0,53001 Tabelle 10: t-Testung zum Mittelwertvergleich der Geschlechter, p-Wertangaben von 0.000 entsprechen p<0,001, Einheiten der Mittleren Differenz wie in Tabelle 4, T-Wert > 0 bedeutet Mittelwert (weiblich) > Mittelwert (männlich) und T-Wert < 0 bedeutet Mittelwert (weiblich) < Mittelwert (männlich) 



  

79  
 Diagramm 4: Geschlechtervergleich für das Tissue Volume und das Bone Volume im Bereich des gesamten Schildknorpels; Mittelwert weibliches Kollektiv TV=3927,4 mm3 und BV=583,4 mm3, Mittelwert männliches Kollektiv TV=7273,4 mm3 und BV=1488,9 mm3; 



  

80  
        
Diagramm 5: Geschlechtervergleich für die Knochenoberflächendichte (Bone surface density) im Bereich des gesamten Schildknorpels; Mittelwert weibliches Kollektiv = 1,46 mm-1 und Mittelwert männliches Kollektiv = 1,84 mm-1 



  

81  
   Diagramm 6: Geschlechtervergleich des Verhältnisses von Knochenoberfläche zu Knochenvolumen (Bone surface/Volume ratio) im Bereich des gesamten Schildknorpels; Mittelwert weibliches Kollektiv = 13,17 mm-1 und Mittelwert männliches Kollektiv = 9,85 mm-1 



  

82  
 Diagramm 7: Geschlechtervergleich des Knochenanteils am Gesamtvolumen (Percent Bone Volume) im Bereich des gesamten Schildknorpels; Mittelwert weibliches Kollektiv = 13,82 % und Mittelwert männliches Kollektiv = 19,84 % 



  

83  
 Diagramm 8: Geschlechtervergleich des Trägheitsradius (Radius of Gyration) im Bereich des gesamten Schildknorpels; Mittelwert weibliches Kollektiv für Gr.R x= 15,6, Gr.R y= 15,5, Gr.R z= 9,1  und Mittelwert männliches Kollektiv für Gr.R x= 16,8, Gr.R y= 17,6, Gr.R z= 13,4    



  

84  

 Deskriptive Analyse nach Geschlecht am gesamten Schildknorpel Geschlecht N Spann-weite Mini-mum Maxi-mum Mittelwert Standard-abwei-chung  Varianz Weiblich Alter 25 72 24 96 64,96 19,370 375,207 TV 25 8595,34 2396,50 10991,84 3927,4393 1810,44496 3277710,961 BV 25 3331,90 74,89 3406,79 583,3760 637,84950 406851,984 BV/TV 25 29,07 1,93 30,99 13,8151 7,43660 55,303 BS/BV 25 45,34 4,95 50,29 13,1732 9,40559 88,465 BS/TV 25 2,84 0,66 3,50 1,4623 0,67033 0,449 Gr.R x 25 7,80 12,21 20,01 15,6194 1,88847 3,566 Gr.R y 25 7,53 12,70 20,23 15,4835 1,57397 2,477 Gr.R z 25 6,93 6,12 13,05 9,1003 1,63018 2,657 



  

85  

Score für die Art der Verknöcherung 25 7 2 9 6,48 1,782 3,177 Männlich Alter 28 53 26 79 57,25 17,614 310,269 TV 28 6071,70 4908,90 10980,60 7273,7868 1574,52403 2479125,917 BV 28 3303,74 151,97 3455,71 1488,9440 741,92918 550458,905 BV/TV 28 30,08 3,10 33,18 19,8442 7,88963 62,246 BS/BV 28 12,21 6,00 18,22 9,8511 2,64456 6,994 BS/TV 28 2,36 0,39 2,76 1,8380 0,62105 0,386 Gr.R x 28 6,95 13,49 20,44 16,7631 1,47656 2,180 Gr.R y 28 6,88 14,12 21,00 17,6158 1,59170 2,534 Gr.R z 28 10,47 6,31 16,79 13,3873 2,15542 4,646 Score für die Art der Verknöcherung 28 6 4 10 7,93 1,245 1,550 



  

86  

Tabelle 11: Deskriptive Analyse für das weibliche und männliche Kollektiv am gesamten Schildknorpel; Einheiten s. Tabelle 4 

 Beim Score zeigen sich im Geschlechtervergleich Unterschiede in der Art der Verknöcherung. Zwar tendieren sowohl Männer als auch Frauen eher zu einer trabekulären und spongiösen Art der Diagramm 9: Score im Geschlechtervergleich, Ausreißer-Werte sind nicht mittelwertbildend 



  

87  

Verknöcherung als zu einer schollig-flächigen Verknöcherung, allerdings ist dies bei Männern deutlich ausgeprägter der Fall als bei Frauen.  4.3 Altersabhängigkeit Eine positive Korrelation mit dem Alter kann nur bei der Variablen BS/TV, also der Bone Surface Density mit einer mittleren Effektstärke erkannt werden (s.Tabelle 12). Die Dichte der Knochenoberfläche weist also mit steigendem Alter höhere Werte auf. Bei allen anderen Variablen ist mit einem r-Wert zwischen 0,1 und 0,3 nur ein schwacher Effekt festgestellt worden. Was die Variablen des Scores und des TV betrifft, ist keine Korrelation zu sehen. In Tabelle 12 ist die Korrelation der einzelnen Messvariablen zum Alter dargestellt.     



  

88  

   TV BV BV/TV BS/BV BS/TV Gr.R x Gr.R y Gr.R z Score für die Verknöcherung Alter  Korrelation nach Pearson 0,048 0,155 0,198 -0,112 ,327* -0,169 -0,136 0,105 0,099   p-Wert (2-seitig) 0,734 0,269 0,154 0,423 0,017 0,226 0,330 0,456 0,480   N 53 53 53 53 53 53 53 53 53 Tabelle 12: Alterskorrelation der Variablen am gesamten Schildknorpel, dargestellt in der Pearson-Korrelation, Einheiten der Variablen s. Tabelle 4 



  

89  

 
 Diagramm 10: Korrelation von BS/TV zum Alter, positive Korrelation sichtbar, mit steigendem Alter erhält man steigende Werte für die Knochenoberflächendichte Interessanterweise kann man allerdings eine stärkere Alterskorrelation feststellen, wenn man bei den Berechnungen zwischen den Geschlechtern unterscheidet. 



  

90  

Geschlecht  TV BV BV/TV BS/BV BS/TV Gr.R x Gr.R y Gr.R z Score für die Verknöcherung Männlich, Korrelation mit dem Alter Korrelation nach Pearson ,562**  ,471* 0,361 -0,011 ,434* -0,077 0,094 ,572** ,425* p-Wert (2-seitig) 0,002 0,011 0,059 0,954 0,021 0,697 0,632 0,001 0,024 N 28 28 28 28 28 28 28 28 28 Weiblich, Korrelation mit dem Alter Korrelation nach Pearson 0,036 0,170 0,243 -0,246 0,390 -0,136 -0,146 0,189 0,069 p-Wert (2-seitig) 0,864 0,417 0,243 0,236 0,054 0,517 0,487 0,366 0,742 N 25 25 25 25 25 25 25 25 25 Tabelle 13: Alterskorrelation der Variablen am gesamten Schildknorpel, je nach Geschlecht, dargestellt in der Pearson-Korrelation, Einheiten s.Tabelle 4, farblich unterlegt sind die Werte die eine Korrelation mittleren oder sogar starken Effektes aufweisen  



  

91  

In Tabelle 13 ist zu sehen, dass bei den weiblichen Schildknorpeln weiterhin nur die Variable BS/TV eine Korrelation mit mittlerer Effektstärke aufweist (s. farblich unterlegte Tabellenfelder). Bei den männlichen Präparaten hingegen lässt sich mit Signifikanz beschreiben, dass bei einigen Variablen eine Korrelation mit dem Alter besteht, wie bei den Parametern BV, BV/TV, BS/TV und dem Score für die Art der Verknöcherung. Bei Variablen wie dem TV oder der Gr.R z zeigt sich sogar eine höhere Effektstäke und gleichzeitig mit einem p-Wert < 0,01 eine hohe Signifikanz.  In Diagramm 11 ist beispielhaft dargestellt, dass sich ab dem Erreichen des Erwachsenenalters das Gesamtvolumen des Schildknorpels bei Frauen im Laufe des Lebens kaum mehr verändert (die blaue Linie verdeutlicht das Fehlen eines Zusammenhangs zwischen den beiden Variablen), während die männlichen Präparate eine positive Korrelation zwischen TV und Alter aufwiesen und zwar mit hoher Signifikanz (sichtbar in der grünen Linie). Dies bedeutet, dass die männlichen Schildknorpel im gehobenen Alter auch ein höheres TV aufweisen. Die schwarze Linie verdeutlicht den Zusammenhang der Variablen, wenn man die Werte betrachtet ohne sie vorher nach Geschlecht zu sortieren. 



  

92  
 Diagramm 11: Korrelation zwischen TV (Tissue Volume, Gesamtvolumen des Schildknorpels) und dem Alter, sortiert nach Geschlecht; Grüne Linie = Korrelationsgerade der männlichen Werte, Blaue Linie = Korrelationsgerade der weiblichen Werte, schwarze Linie = Korrelation 



  

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 Diagramm 12: links: Korrelation zwischen Score und dem Alter sortiert nach Geschlecht; rechts Korrelation zwischen BV (Knochenvolumen) und Alter sortiert nach Geschlecht; Grüne Linie = Korrelationsgerade der männlichen Proben, Blaue Linie = Korrelation der weiblichen Proben 

 Diagramm 13: links: Korrelation zwischen dem Radius of Gyration auf der Z-Achse und dem Alter sortiert nach Geschlecht; rechts Korrelation zwischen BS/TV (Knochenoberflächendichte) und Alter sortiert nach Geschlecht; Grüne Linie = Korrelationsgerade der Männliche 



  

94  

 
 Aus den vorherigen Abbildungen ist ersichtlich, dass es eine positive Korrelation zwischen dem Alter und bestimmten Variablen gibt, die allerdings bei den männlichen Proben deutlich stärker ausgeprägt ist als bei den weiblichen Proben. Diagramm 14: Korrelation zwischen dem Percent Bone Volume und Alter sortiert nach Geschlecht; Grüne Linie = Korrelationsgerade der Männlichen Proben, Blaue Linie = Korrelationsgerade der Weiblichen Proben, Schwarze Linie: Korrelationsgerade ohne vorherige Sortierung 



  

95  

4.4 Hauptkomponentenanalyse Die Hauptkomponentenanalyse, auch Principal Component Analysis (PCA) genannt, ist ein Verfahren zur Visualisierung der gemessen Werte jeder Variablen in ihrer Gesamtheit, also eine explorative Faktoranalyse. Dabei geht es darum, die einzelnen Variablen in einen Gesamtkontext zu bringen, in dem man sie miteinander ins Verhältnis setzt. Die aus Linearkombinationen errechneten Hauptkomponenten fungieren lediglich als Hilfsmittel, um einen Bezugspunkt für die Variablen zu repräsentieren. Diese Darstellung lässt ohne weitere Quantifizierung eine Vermutung über den Zusammenhang der Variablen untereinander zu. Die in Diagramm 16 veranschaulichten Variablen wurden mit den Werten aus dem Basis- und Subbasis-Knochenmark-Bereich berechnet, da das die Bereiche sind an denen alle Parameter bestimmt wurden bis auf den Score.  



  

96  

Sowohl der Bartlett-Test (Chi-Quadrat (120) =1098,124 , p<0,001) als auch das Kaiser-Meyer-Olkin Measure of Sampling Adequacy (KMO=0,645 ) weisen darauf hin, dass sich die Variablen für eine Faktoranalyse eignen. Deshalb wurde eine Hauptkomponentenanalyse mit Varimax-Rotation durchgeführt. Obwohl diese auf das Vorliegen von vier Faktoren mit Eigenwerten größer 1,0 hinweist, wurde aufgrund des Screenplots (s. Diagramm 15) und weiterer theoretischer Überlegungen eine 
Diagramm 15: Screenplot zu den Eigenwerten der unterschiedlichen Komponenten, Extraktionsmethode: Hauptkomponentenanalyse, 



  

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Zwei-Faktoren-Lösung gewählt, welche 66,309% der Varianz erklärt und in Diagramm 16 veranschaulicht wird.   
 Diagramm 16: Hauptkomponentenanalyse, Darstellung der unterschiedlichen Messvariablen im Verhältnis zu den zwei wesentlichen Hauptkomponenten, Werte hierfür aus den Knochenmarksbereichen, Abkürzungen siehe Tabelle 4 Während die einfachen Volumina wie das BV, TV, Gr.R x,y,z sowie das DA stark mit der ersten Komponente korreliert, hat der SMI eine starke Beziehung zur zweiten Komponente. Die 



  

98  

restlichen Variablen wie die trabekulären Parameter (Tb.Th, Tb.Pf, Tb.Sp), die BS/BV, BS/TV und BV/TV weisen eine Querladung auf, die darauf schließen lässt, dass sie mit beiden Komponenten korrelieren.  Bei der Hauptkomponentenanalyse des Gesamtdatensatzes, also aller gemessenen Bereiche, allerdings mit Betrachtung einer eingeschränkten Anzahl an Variablen (ausgewertet wurden nur die Variablen die in jedem der Bereiche gemessen wurden), konnte eine noch deutlichere Korrelation der Parameter BV, TV und Gr.R x,y,z zur ersten Komponente gezeigt werden. Auffällig ist die unterschiedliche Beziehung der Werte zu den Regressionsfaktoren je nach Geschlecht und gemessenem Bereich, die in Diagramm 17 und Diagramm 18 gezeigt werden.  



  

99  
  Diagramm 17: Scatterplot des Gesamtdatensatzes mit dem Bezug zu den Regressionsfaktoren je nach Bereich des Schildknorpels 



  

100  
 Diagramm 18: Scatterplot des Gesamtdatensatzes mit dem Bezug zu den Regressionsfaktoren je nach Geschlecht 4.5 Vergleich der Kollektive im Bereich der Basis und Subbasis Um die Bereiche der Subbasis des Schildknorpels, der Basis und der entsprechenden Bereiche ohne Kortikalis zu vergleichen, wurden die einhörnigen und nullhörnigen Kehlköpfe mit den gepaarten zweihörnigen Kehlköpfen in Hinblick auf die in Tabelle 4 aufgeführten Variablen verglichen. Dabei konnte bei keinem der 



  

101  

Parameter ein nennenswerter Unterschied zwischen den Kollektiven festgestellt werden. Dabei waren die p-Werte der Wilcoxon-Testung deutlich größer als 0,05, was bedeutet, dass die Nullhypothese somit nicht widerlegt werden konnte und dementsprechend keine Verschiedenartigkeit gefunden wurde. Es gab keine sichtbaren Unterschiede zwischen dem Vergleich der ein-, null- und zweihörnigen Schildknorpel und nur den ein- und zweihörnigen Schildknorpeln (gemäß der Paarungen in Tabelle 2 und Tabelle 3), weshalb der Übersichtlichkeit halber im Folgenden die Schildknorpel mit einseitiger Anlage eines Oberhorns mit den Schildknorpeln mit regulärer zweiseitiger Anlage der Schildknorpeloberhörner exemplarisch dargestellt werden.   
Diagramm 19: Paarvergleich des Structure Model Index der Schildknorpel mit fehlenden und regulär angelegten Schildknorpeloberhörnern ausgehend vom Kollektiv mit singulärer Anlage und dem Kontrollkollektiv. Ausreißer sind nicht mittelwertbildend 



  

102  
                  Diagramm 20: Paarvergleich des Percent Bone Volume der Schildknorpel mit fehlenden und regulär angelegten Schildknorpeloberhörnern, ausgehend vom Kollektiv mit singulärer Anlage und dem Kontrollkollektiv. Ausreißer sind nicht mittelwertbildend, links der Bereich des Knochenmarks der Subbasis, rechts der Bereich des Knochenmarks der Basis 



  

103  

 
 Diagramm 21: Paarvergleich des Percent Bone Volume der Schildknorpel mit fehlenden und regulär angelegten Schildknorpeloberhörnern ausgehend vom Kollektiv mit singulärer Anlage und dem Kontrollkollektiv. Ausreißer sind nicht mittelwertbildend, links der Bereich der Subbasis, rechts der Bereich der Basis 



  

104  

5 Diskussion In dieser Arbeit stellt sich die Frage nach der Vulnerabilität des Kehlkopfskelettes bei bestehender Asymmetrie oder anderer Irregularität, zu der eine einseitige oder fehlende Anlage des Schildknorpeloberhorns zu zählen ist. Des Weiteren gilt es bei der Ossifikation des Kehlkopfskelettes einen Geschlechts- und Alterspolymorphismus festzustellen. Rechtsmedizinisch von Belang ist die Frage, ob die varianten Anlagen und Ausprägungen des Schildknorpels mit unterschiedlicher Stabilität und ggf. leichterer Verletzlichkeit einhergehen, sodass es bereits bei leichterer Krafteinwirkung auf den Hals zu tödlichen Verletzungen kommen kann. Dabei unterscheiden sich die Verletzungsmuster bei komprimierender Gewalt gegen den Hals laut Saternus zwischen mittelbarer (betroffen sind die Halswirbelsäule und der Retropharynx) und unmittelbarer (betroffen sind das Kehlskelett, Lymphknoten, Muskulatur, Nerven, Subcutis) Krafteinleitung auf den Hals. Eine Rolle spielt dabei zusätzlich, ob die Krafteinleitung flächig ventral einwirkt, wie es beim Erhängen, Erdrosseln oder einem Schlag der Fall wäre, oder ob eine laterale Krafteinleitung vorliegt, die einer Punktlast entspricht, wie beim Erwürgen (Saternus 1979). 



  

105  

Das Bruchverhalten der Schildknorpeloberhörner ist abhängig von unterschiedlichen Faktoren wie der Konfiguration des Knorpels oder der Ossifikation. Letztere wurde anhand unterschiedlicher mikroarchitektonischer Strukturparameter durch Einsatz der mikro-computertomographischen Technologie analysiert. Es wurden in der Vergangenheit unterschiedliche bildgebende Verfahren genutzt, um die Verknöcherungsmuster des Schildknorpels zu untersuchen. Diese Arbeit soll weitere ausstehende Erkenntnisse mittels µCT liefern, die als Datengrundlage für weitere Studien oder Untersuchungen dienen können.   5.1 Methodik und Probenmaterial Zunächst spielte unter den histologischen Untersuchungstechniken die zweidimensionale Schnitttechnik der Histomorphometrie eine führende Rolle, um quantitativ und qualitativ Strukturen zu erfassen. Die Auflösung der Histomorphometrie liegt unter 200 µm. Durch diese Technik wurde eine größer werdende Anzahl an Strukturparametern des spongiösen Knochens etabliert und leistete damit einen entscheidenden Beitrag zum Fortschritt in der Grundlagenforschung, was sie zum Goldstandard werden ließ 



  

106  

(Dempster et al. 2013). Nachteilig ist allerdings die invasive und eher zufällige Auswahl des relativ geringen zu quantifizierenden Volumens. In den 1980er Jahren wurde die Histomorphometrie durch die µCT sukzessiv ersetzt und von Akhter (Borah et al. 2001) eine hohe Korrelation zwischen Histomorphometrie und µCT nachgewiesen (Engelke et al. 1999; Tamminen et al. 2011; Akhter et al. 2007). Dies lag unter anderem daran, dass man mit der Mikro-Computertomographie die Möglichkeit besitzt, eine weniger zeitintensive und vor allem nicht destruktive Bildgebung des Gewebes durchzuführen. Dabei steht nicht nur ein Werkzeug mit einer hohen Auflösung von bis zu 5 µm zu Verfügung, sondern auch ein Mittel um dreidimensionale Datensätze zu erstellen (Perilli et al. 2012; Burghardt et al. 2011; Engelke et al. 1999). Mit der µCT können kein Remodelling, dafür aber Veränderungen der Knochenstruktur und Dichte auf mikroskopischer Ebene aufgezeigt werden (Akhter et al. 2007). Nicht umsonst wird die µCT als dreidimensionale Röntgenmikroskopie betitelt (Flannery et al. 1987; Beckmann et al. 1997). Die Technik der µCT wurde in den letzten 30 Jahren stetig beforscht und verbessert, wobei die dreidimensionale Darstellung und die Fähigkeit der in vivo-Messungen nur zwei wichtige Meilensteine der Entwicklung sind (Kohlbrenner et al. 2001; Bruker 2017). Laut Clark und Badea ist die µCT der Goldstandard, um mineralisiertes Gewebe quantitativ 



  

107  

und qualitativ in Hinblick auf seine Mikroarchitektur zu untersuchen (Clark und Badea 2014). Darüber hinaus kann durch die Verwendung einer Bildverarbeitungssoftware, wie der 
Skyscan™ CT-Analyzer Software, die Quantifizierung der trabekulären Mikrostruktur des Knochens objektiv und standardisiert ablaufen. Allerdings gibt es auch Nachteile der µCT, wie die Begrenzung der Probengröße durch die CCD Kamera bzw. den Detektor mit 1024 Pixeln, was deutlich längere Scanzeiten verursacht. Des Weiteren wird die µCT auf Grund der Kosten, der langen Scanzeiten, des geringen Weichteilkontrastes und der hohen Strahlenbelastung (wichtig bei in vivo-Scans) noch nicht im klinischen Alltag eingesetzt (Bag et al. 2010). Auch bei der in dieser Arbeit vorliegenden Untersuchung handelt es sich bei den Kehlkopfpräparaten um für das µCT relativ große Proben, die in mehreren Scans durchleuchtet wurden, was nur zulasten der Auflösung umsetzbar war. Und obwohl die Software eine Standardisierung gewährleistet, wurden die unterschiedlichen ROIs und VOIs händisch eingezeichnet. Die dadurch hervorgerufene Fehlerhaftigkeit konnte minimiert werden, indem die Durchführung von ein und derselben Person nach vorher festgelegten Schemata (s. Absatz 3.3.5 Quantitative Bildanalyse) vorgenommen wurde und unterliegt damit der Intraobserver-Variabilität.  



  

108  

Erwähnenswert ist die Tatsache, dass sich Knochenparameter in der µCT verändern, je nach Konservierungszeit der Leichenteile (Le Garff et al. 2017; Le Garff et al. 2018). So nimmt z.B. das Knochenvolumen in einem Versuch von LeGarff bereits innerhalb der ersten zwei Wochen rapide ab, was in dieser Untersuchung allerdings durch die direkte Konservierung in Formalin weitestgehend unterbunden worden ist (Le Garff et al. 2018).  Eine geringfügige Einschränkung der Untersuchung bestand in der Auswahl des Kollektivs, welches nur eine annähernde Normalverteilung aufweist. Dies war auf Grund des retrospektiven Charakters der Arbeit bei begrenztem Probenumfang nicht anders umzusetzen.  Als ebenfalls multivariates statistisches Mittel hätte man auch eine Clusteranalyse statt einer Hauptkomponentenanalyse in diese Arbeit aufnehmen können. Hiervon wurde aber aufgrund des gleichen explorativen Charakters der Analysen, aber der deutlich einfacheren Dimensionsreduktion und inhaltlichen Interpretation zu Gunsten der PCA abgesehen. Zusammenfassend ist sowohl für neue Therapieansätze, wie auch für das Verständnis im rechtsmedizinischen Kontext wichtig, den Zusammenhang zwischen Knochenmasse, dreidimensionaler Knochenarchitektur und Knochenfunktion darzustellen und zu 



  

109  

verstehen. Laut Borah und Bedini ist die µCT dafür ein unverzichtbares Werkzeug, aufgrund der hohen Kontrastunterschiede, der kurzen Scandauer, der Möglichkeit der dreidimensionalen Darstellung, der hohen Auflösung und der Nicht-Invasivität des Verfahrens (Borah et al. 2001; Bedini et al. 2009). Von Fais wurde das µCT bereits verwendet, um Frakturen am Schildknorpel nach dem Erwürgen nachzuweisen, allerdings wurde noch keine vergleichbare Grundlagenforschung mittels µCT mit Bewertung der morphometrischen Parameter am Schildknorpel durchgeführt, wie es in dieser Arbeit der Fall ist (Fais et al. 2016).  5.2 Diskussion der Ergebnisse 5.2.1 Geschlechtsdimorphismus, Alterspolymorphismus und Hauptkomponentenanalyse Eine der Fragen dieser Arbeit bezieht sich auf die Nachweisbarkeit eines Geschlechts- und Alterspolymorphismus der Schildknorpel mit einer Bildgebung mittels µCT. In diversen rechtsmedizinischen und anthropologischen Schriftwerken wurden bereits Ergebnisse zu dieser Thematik veröffentlicht. Turk hat zur Ossifikation des Schildknorpels eine Stadieneinteilung entwickelt, die in Abbildung 17 dargestellt ist. Die Ossifikation und Anatomie 



  

110  

des Kehlkopfes wurden auf unterschiedlichste Art und Weise in der Vergangenheit untersucht. Diese Untersuchungen basieren auf Bildgebungen, die von der Weichstrahlentechnik der Mammographie, Röntgen, Sonographie, Laryngoskopie, über Histologie, MRT, CT bis hin zur Elektronenmikroskopie reichen (Loth et al. 2015; Naimo et al. 2013; Türkmen et al. 2012; Gabet und Bab 2011; Hajiioannou et al. 2010; Dang-Tran et al. 2010; Duband et al. 2009; Soerdjbalie-Maikoe und van Rijn 2008; Garvin 2008; Mupparapu und Vuppalapati 2005; Di Nunno et al. 2004; Turk und Hogg 1993). Es wurde bestätigt, dass der männliche Schildknorpel in Hinblick auf die meisten morphometrischen Variablen größer und stärker ausgeprägt ist als der weibliche Schildknorpel (Claassen et al. 2014; Roncallo 2009; Loth et al. 2015; Jurik 1984; Jotz et al. 2014; Maue und Dickson 1971).  



  

111  Auch diese, erstmalig mit der µCT durchgeführte Untersuchung, konnte im Gesamtkollektiv die bisherigen Resultate bestätigen (s. 

Weiblich Männlich Einteilung der Schildknorpelossifikation nach Turk 
Abbildung 17:Einteilung der Schildknorpelossifikation nach Turk, Vergleich der Stadien nach Geschlecht, planare Aufsicht auf den Schildknorpel mit zweiseitiger Anlage der Ober- und Unterhörner, Abbildung modifiziert nach (Dang-Tran et al. 2010) 



  

112  

Absatz 4.2 und Tabelle 10). Dabei waren die Unterschiede zwischen den Geschlechtern bei beinahe allen gemessenen Parametern statistisch signifikant bis hoch signifikant. Es zeigte sich, dass die männlichen Schildknorpel sowohl ein größeres Knochenvolumen (BV) als auch ein größeres Gesamtvolumen (TV) aufwiesen. Auch der Knochenvolumenanteil (BV/TV) und die Knochenoberflächendichte (BS/TV) waren bei den männlichen Präparaten deutlich größer. Dies bedeutet, dass die von Männern stammenden Kehlköpfe im vorliegenden Kollektiv voluminöser sind als die weiblichen Gegenstücke, was mit den Ergebnissen, dass sie einen höheren Radius of gyration entlang der x-, y- und z-Achse und damit eine größere Streuung aufweisen, kongruent ist. Zudem weisen sie eine höhere Dichte des Knochens im Gesamtvolumen auf, bzw. sind sie anteilig verknöcherter als die weiblichen Präparate. Den Score betreffend hat sich eine Divergenz zwischen den Mittelwerten gezeigt. Während die männlichen Schildknorpel einen Mittelwert von 7,93±0,235 aufweisen, zeigen die weiblichen einen Mittelwert von 6,48±0,356. Das lässt darauf schließen, dass die männlichen Kehlköpfe eine deutlich stärkere Tendenz zur trabekulären Verknöcherung zeigen als die weiblichen, auch wenn geschlechtsunabhängig generell eine trabekuläre Verknöcherung häufiger auftritt als eine schollige. In Abbildung 18 und Abbildung 19 ist der Vergleich zwischen 



  

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einem weiblichen und einem männlichen Schildknorpel dreidimensional exemplarisch dargestellt. Dabei ist der weibliche Schildknorpel sichtbar weniger verknöchert und mit deutlich geringerer Anzahl an Trabekeln ausgestattet, im Kontrast zu dem deutlich stärker verknöcherten, mineralisierten und trabekulär-strukturierten männlichen Schildknorpel in Abbildung 19. 
Abbildung 18: dreidimensionale Darstellung des weiblichen KK #11 Alter: 60 Jahre, hellblau= mineralisierte knöcherne Strukturen, weiß= Weichteilgewebe wie Knorpel oder Bindegewebe; oben links: Aufsicht von posterolateral, oben rechts: frontal, unten links: von posterolateral,  unten mittig: frontal, unten rechts: lateral 

♀ 



  

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 Beim Vergleich der Mittelwerte ist auffällig, dass die männlichen Kehlköpfe beinahe ein doppelt so großes Gesamtvolumen (TV) und sogar ein zweieinhalbfaches Knochenvolumen (BV) und damit eine 44% höhere anteilige Verknöcherung (BV/TV) als die Abbildung 19: dreidimensionale Darstellung des männlichen KK #46 Alter: 76 Jahre, hellblau= mineralisierte knöcherne Strukturen, weiß= Weichteilgewebe wie Knorpel oder Bindegewebe; oben links: Aufsicht von posterolateral, oben rechts: frontal, unten links: von posterolateral, unten mittig: frontal, unten rechts: lateral 

♂ 



  

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weiblichen Schildknorpel haben. Es lässt sich also zusammenfassend erklären, dass die männlichen Schildknorpel größer und stärker verknöchert sind, als die deutlich knorpeligeren und kleineren weiblichen Korrelate. Laut Soerdjbalie-Maikoe und Kahane beginnt die Verknöcherung des Kehlkopfskelettes erst in der zweiten Dekade bei beiden Geschlechtern zeitgleich (Soerdjbalie-Maikoe und van Rijn 2008; Kahane 1978). Claassen und andere wiesen bereits auf ein deutlich unterschiedliches Ausmaß und auf  eine unterschiedliche Geschwindigkeit der Verknöcherung hin, je nach Geschlecht (Claassen et al. 2014; Roncallo 2009; Mupparapu und Vuppalapati 2005; Jain und Dhall 2010; Maue und Dickson 1971). Dies deckt sich mit den Ergebnissen dieser Arbeit und lässt darauf schließen, dass die männlichen Schildknorpel zwar gleichzeitig beginnen zu verknöchern wie die weiblichen, dies allerdings deutlich schneller und daher auch stärker ausgeprägt abläuft. Das sollte in Bezug auf den Alterspolymorphismus näher untersucht werden.  In der Vergangenheit wurden mehrfach altersabhängige Unterschiede, die Verknöcherung von Schildknorpeln betreffend, ermittelt (Hejna et al. 2015; Türkmen et al. 2012; Mupparapu und Vuppalapati 2005). Dang-Tran stellte deutliche Abweichungen in den bisherigen Publikationen zu diesem Thema fest, was vermutlich auf divergierende Messmethoden, -punkte, -thresholds 



  

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und auch auf unterschiedliche Kollektivgrößen zurückzuführen ist (Dang-Tran et al. 2010). Eine positive Korrelation im Gesamtkollektiv konnte in dieser Arbeit nur bei der Bone Surface Density (BS/TV) festgestellt werden. Je älter der Mensch zum Zeitpunkte des Todes und damit der Präparatentnahme war, umso höher fiel die Knochenoberflächendichte aus. Bei allen anderen morphometrischen Parametern konnte nur eine schwache bis keine Korrelation nachgewiesen werden. Separierte man die Berechnungen der Alterskorrelationen nach Geschlecht, fiel das Ergebnis wesentlich eindeutiger aus. Bei den weiblichen Schildknorpeln zeigte sich in der Tabelle bis auf den Parameter der Knochenoberflächendichte keine starke Korrelation. Das weist darauf hin, dass, je älter der Schildknorpel wird, sich desto stärker die Oberfläche der knöchernen Anteile des Schildknorpels verdichtet. Bei den männlichen Schildknorpeln hingegen zeigte sich, dass für die meisten Parameter wie das Knochenvolumen (BV), den BV/TV, die Bone Surface Density (BS/TV), sowie auch beim Score mit Signifikanz eine positive Korrelation nachgewiesen werden konnte. Bei den Parametern des Tissue Volume (TV) und Gr.R z gibt es sogar eine positive Korrelation mit starker Effektstärke. Dies stützt die oben genannte Theorie, dass sich ab der Pubertät die Verknöcherung des Schildknorpels bei Frauen und Männern deutlich unterscheidet (Glikson et al. 2017). 



  

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Weibliche Schildknorpel verknöchern nicht nur insgesamt viel weniger und werden insgesamt nicht so groß wie männliche, sondern verknöchern auch nicht ein Leben lang immer weiter. Bei Männern hingegen konnte nachgewiesen werden, dass die älteren Schildknorpel im Vergleich zu den jüngeren deutlich größer, verknöcherter, mit einer komplexeren trabekulären Knochenstruktur sowie größerer Streuung und Knochenoberflächendichte ausgestattet sind. Diese Variation je nach Alter unterstützt die Meinung von Vlcek und Garvin, dass sich der Schildknorpel im Rahmen von rechtsmedizinischen Knochenfunden eignen würde zur Abschätzung des Alters eines Menschen, zumindest bei männlichen Knochen (Garvin 2008; Vlcek 1980). Es gibt allerdings auch gegensätzliche Aussagen (Dang-Tran et al. 2010). Türkmen hat diesen Unterschied zwischen Männern und Frauen nach Alter aufgeteilt röntgenologisch dargestellt (s. Abbildung 20 20).       



  

118  In der Hauptkomponentenanalyse konnten Zusammenhänge Abbildung 20: Ossifikation des Schildknorpels aufgeteilt nach Geschlecht und Alter