Zielstellung: Die Verwendung von Computertomographie und Magnetresonanzto-mographie zur Diagnostik von pathologischen Weichteilveränderungen, wie Läsionen der Speicheldrüsen, wird empfohlen. Diese begründet sich in Ihrer hohen Bildauflö-sung und dem guten Bildkontrast. Nach unserem Wissen gibt es aktuell keine publi-zierte Literatur, welche sich mit der CT- oder MRT-Anatomie der Speicheldrüsen der Katze beschäftigt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Schnittbildmerkmale der Speicheldrüsen zu definieren und Landmarken für eine sichere Identifikation zu be-schreiben. Material und Methoden: Es wurden zwei Gruppen von Katzen untersucht. Die pros-pektiv untersuchten Tiere bestanden aus 16 Katzen, welche aus Gründen euthana-siert wurden, die nicht in Zusammenhang mit der Studie standen. Diese erfuhren ein CT (1 mm Schichtdicke) und 0,5 Tesla MRT (T2W, T2W SPIR, PDW, T1W) des Kop-fes. Im retrospektiven Anteil der Studie wurden CT-Untersuchungen (0,8-1 mm Schichtdicke) von 25 Katzen und MRT-Untersuchungen (T2W, T1W vor und nach Kontrastmittelgabe) von 21 Katzen verwendet. Diese Untersuchungen wurden zwi-schen 2005 und 2013 in unserer Klinik angefertigt. Dabei konnten keine Pathologien in Zusammenhang mit den Speicheldrüsen festgestellt werden. Alle Speicheldrüsen wurden bezüglich Identifizierbarkeit, Abgrenzbarkeit, Größe und Signalverhalten un-tersucht. Wenn vorhanden, wurden anatomische Landmarken die Speicheldrüsen umgebend notiert. Zusammenfassung 80 Ergebnisse: 94,3% der Glandulae parotidae, 90,7% der Glandulae mandibulares und 96,8% der Glandulae zygomaticae konnten mit dem CT identifiziert werden. Beim MRT waren es 94,1% der Glandulae parotidae, 99,2 % der Glandulae mandibulares, 88,9% der Glandulae zygomaticae und 51,4 % der Glandulae buccalis ventralis. In beiden Gruppen konnten keine der restlichen kleinen Speicheldrüsen identifiziert werden, dies galt für beide Schnittbildverfahren. Als hilfreiche anatomi-sche Landmarken konnten der äußere Gehörgang, der M. masseter, der M. pterygo-ideus medialis und der Bulbus oculi herangezogen werden. Die medianen Dichtewer-te lagen für die Glandula parotis, die Glandula mandibularis und die Glandula zygo-matica bei 65 HU, 62 HU und 57 HU. Die Parotis war überwiegend dezent hyperin-tens zur Muskulatur und hypointens zum Fett. Die Mandibularis, Zygomatica, und Glandula buccalis ventralis stellten sich hauptsächlich hyperintens zur Muskulatur und hypointens zu Fettgewebe dar. Dieses Signalverhalten war für T1W, T2W und T2W SPIR (fettunterdrückt) gewichtete Sequenzen gleich. Die Größe war für beide Gruppen und Modalitäten vergleichbar und lag bei circa 17 x 6 mm (gemessen von lateral nach medial und von dorsal nach ventral) bei der Glandula parotis, 8 x 17 mm bei der Glandula mandibularis, 10 x 7 mm bei der Glandula zygomatica und bei der Glandula buccalis ventralis 3 x 10 mm. Schlussfolgerungen: Landmarken und Aussagen über die Signalintensität bezie-hungsweise Dichte und die Größe der Glandula parotis, Glandula mandibularis, Glandula zygomatica und der Glandula buccalis ventralis konnten erhoben werden. Die mangelhafte Identifizierbarkeit der restlichen kleinen Speicheldrüsen, im Ver-gleich zu den oben genannten, kann vor allem mit dem unzureichenden Weichteil-kontrast zum umliegenden Gewebe im CT und der niedrigen Auflösung des Nieder-feld-MRTs erklärt werden. Neuere MRT-Techniken können detailliertere Bilder er-zeugen und so eine Beschreibung der kleinen Speicheldrüsen ermöglichen. / Objective: Due to their high resolution and useful contrast resolution, CT and MRI are recommended methods for diagnosing pathological changes of soft tissues such as lesions of the salivary glands. To our knowledge, no studies about the CT or MR anatomy of the feline salivary glands have been published yet. The aim of the study was to define anatomical characteristics of the salivary glands in cross-sectional im-ages and to describe landmarks for a reliable identification. Materials and methods: Two groups of cats where examined. In a prospective trial, 16 cats, euthanized for reasons unrelated to the study, underwent a head CT (1 mm slice thickness) and 0.5 Tesla MRI scans (T2W, T2W SPIR, PDW, T1W). In a retro-spective trial, the CT scans (0.8-1 mm slice thickness) of 25 cats and the MR scans (T2W, T1W, pre- and post-contrast) of 21 cats were used. These scans were per-formed at our clinic between 2005 and 2013. No signs of salivary-gland-related pa-thologies were visible. All images were reviewed with respect to the following criteria: the presence, delineation and size of the salivary glands as well as the signal intensi-ty. Anatomical landmarks surrounding the glands were also recorded. Results: 94.3% of the parotid glands, 90.7% of the mandibular glands and 96.8% of the zygomatic glands could be delineated using CT. With MRI, 94.1% of the parotid Summary 82 glands, 99.2 % of the mandibular glands, 88.9% of the zygomatic glands and 51,4 % of the ventral buccal glands could be identified. In both groups the other small salivary glands could not be visualized neither in CT nor in MRI. Anatomical landmarks such as the external ear canal, the M. masseter, the M. pterygoideus medialis and the Bulbus oculi facilitate the identification. The mean density of the parotid gland, the mandibular gland and the zygomatic gland was 65 HU, 62 HU and 57 HU, respectively. The parotid gland was mainly modestly hyperintense to muscle and hypointense to fat. The mandibular, zygomatic and ven-tral buccal glands were hyperintense to muscle and hypointense to fat. Signal intensi-ties were similar for T1W, T2W and T2W SPIR images. Sizes were comparable for both groups and modalities and measured about 17x6 mm (lateral to medial and dor-sal to ventral) for the parotid gland, 8 x 17 mm for the mandibular gland, 10x7 mm for the zygomatic gland and 3x10 mm for the ventral buccal gland. Conclusions: Landmarks were recorded and data regarding the density/signal in-tensity and the size of the parotid gland, the mandibular gland, the zygomatic gland and the ventral buccal gland could be gathered. The discrepancy between depicting the small glands and the above mentioned glands can be explained mainly by the lack of contrast to the surrounding tissue in CT and the low spatial resolution in low-field MRI. Advanced MRI techniques are expected to produce more detailed images and therefore those techniques could be used to also describe the small salivary glands.

Zielstellung: Die Verwendung von Computertomographie und Magnetresonanzto-mographie zur Diagnostik von pathologischen Weichteilveränderungen, wie Läsionen der Speicheldrüsen, wird empfohlen. Diese begründet sich in Ihrer hohen Bildauflö-sung und dem guten Bildkontrast. Nach unserem Wissen gibt es aktuell keine publi-zierte Literatur, welche sich mit der CT- oder MRT-Anatomie der Speicheldrüsen der Katze beschäftigt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Schnittbildmerkmale der Speicheldrüsen zu definieren und Landmarken für eine sichere Identifikation zu be-schreiben. Material und Methoden: Es wurden zwei Gruppen von Katzen untersucht. Die pros-pektiv untersuchten Tiere bestanden aus 16 Katzen, welche aus Gründen euthana-siert wurden, die nicht in Zusammenhang mit der Studie standen. Diese erfuhren ein CT (1 mm Schichtdicke) und 0,5 Tesla MRT (T2W, T2W SPIR, PDW, T1W) des Kop-fes. Im retrospektiven Anteil der Studie wurden CT-Untersuchungen (0,8-1 mm Schichtdicke) von 25 Katzen und MRT-Untersuchungen (T2W, T1W vor und nach Kontrastmittelgabe) von 21 Katzen verwendet. Diese Untersuchungen wurden zwi-schen 2005 und 2013 in unserer Klinik angefertigt. Dabei konnten keine Pathologien in Zusammenhang mit den Speicheldrüsen festgestellt werden. Alle Speicheldrüsen wurden bezüglich Identifizierbarkeit, Abgrenzbarkeit, Größe und Signalverhalten un-tersucht. Wenn vorhanden, wurden anatomische Landmarken die Speicheldrüsen umgebend notiert. Zusammenfassung 80 Ergebnisse: 94,3% der Glandulae parotidae, 90,7% der Glandulae mandibulares und 96,8% der Glandulae zygomaticae konnten mit dem CT identifiziert werden. Beim MRT waren es 94,1% der Glandulae parotidae, 99,2 % der Glandulae mandibulares, 88,9% der Glandulae zygomaticae und 51,4 % der Glandulae buccalis ventralis. In beiden Gruppen konnten keine der restlichen kleinen Speicheldrüsen identifiziert werden, dies galt für beide Schnittbildverfahren. Als hilfreiche anatomi-sche Landmarken konnten der äußere Gehörgang, der M. masseter, der M. pterygo-ideus medialis und der Bulbus oculi herangezogen werden. Die medianen Dichtewer-te lagen für die Glandula parotis, die Glandula mandibularis und die Glandula zygo-matica bei 65 HU, 62 HU und 57 HU. Die Parotis war überwiegend dezent hyperin-tens zur Muskulatur und hypointens zum Fett. Die Mandibularis, Zygomatica, und Glandula buccalis ventralis stellten sich hauptsächlich hyperintens zur Muskulatur und hypointens zu Fettgewebe dar. Dieses Signalverhalten war für T1W, T2W und T2W SPIR (fettunterdrückt) gewichtete Sequenzen gleich. Die Größe war für beide Gruppen und Modalitäten vergleichbar und lag bei circa 17 x 6 mm (gemessen von lateral nach medial und von dorsal nach ventral) bei der Glandula parotis, 8 x 17 mm bei der Glandula mandibularis, 10 x 7 mm bei der Glandula zygomatica und bei der Glandula buccalis ventralis 3 x 10 mm. Schlussfolgerungen: Landmarken und Aussagen über die Signalintensität bezie-hungsweise Dichte und die Größe der Glandula parotis, Glandula mandibularis, Glandula zygomatica und der Glandula buccalis ventralis konnten erhoben werden. Die mangelhafte Identifizierbarkeit der restlichen kleinen Speicheldrüsen, im Ver-gleich zu den oben genannten, kann vor allem mit dem unzureichenden Weichteil-kontrast zum umliegenden Gewebe im CT und der niedrigen Auflösung des Nieder-feld-MRTs erklärt werden. Neuere MRT-Techniken können detailliertere Bilder er-zeugen und so eine Beschreibung der kleinen Speicheldrüsen ermöglichen. / Objective: Due to their high resolution and useful contrast resolution, CT and MRI are recommended methods for diagnosing pathological changes of soft tissues such as lesions of the salivary glands. To our knowledge, no studies about the CT or MR anatomy of the feline salivary glands have been published yet. The aim of the study was to define anatomical characteristics of the salivary glands in cross-sectional im-ages and to describe landmarks for a reliable identification. Materials and methods: Two groups of cats where examined. In a prospective trial, 16 cats, euthanized for reasons unrelated to the study, underwent a head CT (1 mm slice thickness) and 0.5 Tesla MRI scans (T2W, T2W SPIR, PDW, T1W). In a retro-spective trial, the CT scans (0.8-1 mm slice thickness) of 25 cats and the MR scans (T2W, T1W, pre- and post-contrast) of 21 cats were used. These scans were per-formed at our clinic between 2005 and 2013. No signs of salivary-gland-related pa-thologies were visible. All images were reviewed with respect to the following criteria: the presence, delineation and size of the salivary glands as well as the signal intensi-ty. Anatomical landmarks surrounding the glands were also recorded. Results: 94.3% of the parotid glands, 90.7% of the mandibular glands and 96.8% of the zygomatic glands could be delineated using CT. With MRI, 94.1% of the parotid Summary 82 glands, 99.2 % of the mandibular glands, 88.9% of the zygomatic glands and 51,4 % of the ventral buccal glands could be identified. In both groups the other small salivary glands could not be visualized neither in CT nor in MRI. Anatomical landmarks such as the external ear canal, the M. masseter, the M. pterygoideus medialis and the Bulbus oculi facilitate the identification. The mean density of the parotid gland, the mandibular gland and the zygomatic gland was 65 HU, 62 HU and 57 HU, respectively. The parotid gland was mainly modestly hyperintense to muscle and hypointense to fat. The mandibular, zygomatic and ven-tral buccal glands were hyperintense to muscle and hypointense to fat. Signal intensi-ties were similar for T1W, T2W and T2W SPIR images. Sizes were comparable for both groups and modalities and measured about 17x6 mm (lateral to medial and dor-sal to ventral) for the parotid gland, 8 x 17 mm for the mandibular gland, 10x7 mm for the zygomatic gland and 3x10 mm for the ventral buccal gland. Conclusions: Landmarks were recorded and data regarding the density/signal in-tensity and the size of the parotid gland, the mandibular gland, the zygomatic gland and the ventral buccal gland could be gathered. The discrepancy between depicting the small glands and the above mentioned glands can be explained mainly by the lack of contrast to the surrounding tissue in CT and the low spatial resolution in low-field MRI. Advanced MRI techniques are expected to produce more detailed images and therefore those techniques could be used to also describe the small salivary glands.

Virtual 3D city and landscape models are the main subject investigated in this thesis. They digitally represent urban space and have many applications in different domains, e.g., simulation, cadastral management, and city planning. Visualization is an elementary component of these applications. Photo-realistic visualization with an increasingly high degree of detail leads to fundamental problems for comprehensible visualization. A large number of highly detailed and textured objects within a virtual 3D city model may create visual noise and overload the users with information. Objects are subject to perspective foreshortening and may be occluded or not displayed in a meaningful way, as they are too small. In this thesis we present abstraction techniques that automatically process virtual 3D city and landscape models to derive abstracted representations. These have a reduced degree of detail, while essential characteristics are preserved. After introducing definitions for model, scale, and multi-scale representations, we discuss the fundamentals of map generalization as well as techniques for 3D generalization. The first presented technique is a cell-based generalization of virtual 3D city models. It creates abstract representations that have a highly reduced level of detail while maintaining essential structures, e.g., the infrastructure network, landmark buildings, and free spaces. The technique automatically partitions the input virtual 3D city model into cells based on the infrastructure network. The single building models contained in each cell are aggregated to abstracted cell blocks. Using weighted infrastructure elements, cell blocks can be computed on different hierarchical levels, storing the hierarchy relation between the cell blocks. Furthermore, we identify initial landmark buildings within a cell by comparing the properties of individual buildings with the aggregated properties of the cell. For each block, the identified landmark building models are subtracted using Boolean operations and integrated in a photo-realistic way. Finally, for the interactive 3D visualization we discuss the creation of the virtual 3D geometry and their appearance styling through colors, labeling, and transparency. We demonstrate the technique with example data sets. Additionally, we discuss applications of generalization lenses and transitions between abstract representations. The second technique is a real-time-rendering technique for geometric enhancement of landmark objects within a virtual 3D city model. Depending on the virtual camera distance, landmark objects are scaled to ensure their visibility within a specific distance interval while deforming their environment. First, in a preprocessing step a landmark hierarchy is computed, this is then used to derive distance intervals for the interactive rendering. At runtime, using the virtual camera distance, a scaling factor is computed and applied to each landmark. The scaling factor is interpolated smoothly at the interval boundaries using cubic Bézier splines. Non-landmark geometry that is near landmark objects is deformed with respect to a limited number of landmarks. We demonstrate the technique by applying it to a highly detailed virtual 3D city model and a generalized 3D city model. In addition we discuss an adaptation of the technique for non-linear projections and mobile devices. The third technique is a real-time rendering technique to create abstract 3D isocontour visualization of virtual 3D terrain models. The virtual 3D terrain model is visualized as a layered or stepped relief. The technique works without preprocessing and, as it is implemented using programmable graphics hardware, can be integrated with minimal changes into common terrain rendering techniques. Consequently, the computation is done in the rendering pipeline for each vertex, primitive, i.e., triangle, and fragment. For each vertex, the height is quantized to the nearest isovalue. For each triangle, the vertex configuration with respect to their isovalues is determined first. Using the configuration, the triangle is then subdivided. The subdivision forms a partial step geometry aligned with the triangle. For each fragment, the surface appearance is determined, e.g., depending on the surface texture, shading, and height-color-mapping. Flexible usage of the technique is demonstrated with applications from focus+context visualization, out-of-core terrain rendering, and information visualization. This thesis presents components for the creation of abstract representations of virtual 3D city and landscape models. Re-using visual language from cartography, the techniques enable users to build on their experience with maps when interpreting these representations. Simultaneously, characteristics of 3D geovirtual environments are taken into account by addressing and discussing, e.g., continuous scale, interaction, and perspective. / Gegenstand der Arbeit sind virtuelle 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle, die den städtischen Raum in digitalen Repräsentationen abbilden. Sie werden in vielfältigen Anwendungen und zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. Dabei ist die Visualisierung ein elementarer Bestandteil dieser Anwendungen. Durch realitätsnahe Darstellung und hohen Detailgrad entstehen jedoch zunehmend fundamentale Probleme für eine verständliche Visualisierung. So führt beispielsweise die hohe Anzahl von detailliert ausmodellierten und texturierten Objekten eines virtuellen 3D-Stadtmodells zu Informationsüberflutung beim Betrachter. In dieser Arbeit werden Abstraktionsverfahren vorgestellt, die diese Probleme behandeln. Ziel der Verfahren ist die automatische Transformation virtueller 3D-Stadt- und Landschaftsmodelle in abstrakte Repräsentationen, die bei reduziertem Detailgrad wichtige Charakteristika erhalten. Nach der Einführung von Grundbegriffen zu Modell, Maßstab und Mehrfachrepräsentationen werden theoretische Grundlagen zur Generalisierung von Karten sowie Verfahren zur 3D-Generalisierung betrachtet. Das erste vorgestellte Verfahren beschreibt die zellbasierte Generalisierung von virtuellen 3DStadtmodellen. Es erzeugt abstrakte Repräsentationen, die drastisch im Detailgrad reduziert sind, erhält dabei jedoch die wichtigsten Strukturen, z.B. das Infrastrukturnetz, Landmarkengebäude und Freiflächen. Dazu wird in einem vollautomatischen Verfahren das Eingabestadtmodell mithilfe des Infrastrukturnetzes in Zellen zerlegt. Pro Zelle wird abstrakte Gebäudegeometrie erzeugt, indem die enthaltenen Einzelgebäude mit ihren Eigenschaften aggregiert werden. Durch Berücksichtigung gewichteter Elemente des Infrastrukturnetzes können Zellblöcke auf verschiedenen Hierarchieebenen berechnet werden. Weiterhin werden Landmarken gesondert berücksichtigt: Anhand statistischer Abweichungen der Eigenschaften der Einzelgebäudes von den aggregierten Eigenschaften der Zelle werden Gebäude gegebenenfalls als initiale Landmarken identifiziert. Schließlich werden die Landmarkengebäude aus den generalisierten Blöcken mit Booleschen Operationen ausgeschnitten und realitätsnah dargestellt. Die Ergebnisse des Verfahrens lassen sich in interaktiver 3D-Darstellung einsetzen. Das Verfahren wird beispielhaft an verschiedenen Datensätzen demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das zweite vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren für geometrische Hervorhebung von Landmarken innerhalb eines virtuellen 3D-Stadtmodells: Landmarkenmodelle werden abhängig von der virtuellen Kameradistanz vergrößert, so dass sie innerhalb eines spezifischen Entfernungsintervalls sichtbar bleiben; dabei wird ihre Umgebung deformiert. In einem Vorverarbeitungsschritt wird eine Landmarkenhierarchie bestimmt, aus der die Entfernungsintervalle für die interaktive Darstellung abgeleitet werden. Zur Laufzeit wird anhand der virtuellen Kameraentfernung je Landmarke ein dynamischer Skalierungsfaktor bestimmt, der das Landmarkenmodell auf eine sichtbare Größe skaliert. Dabei wird der Skalierungsfaktor an den Intervallgrenzen durch kubisch interpoliert. Für Nicht-Landmarkengeometrie in der Umgebung wird die Deformation bezüglich einer begrenzten Menge von Landmarken berechnet. Die Eignung des Verfahrens wird beispielhaft anhand verschiedener Datensätze demonstriert und bezüglich der Erweiterbarkeit diskutiert. Das dritte vorgestellte Verfahren ist ein Echtzeit-Rendering-Verfahren, das eine abstrakte 3D-Isokonturen-Darstellung von virtuellen 3D-Geländemodellen erzeugt. Für das Geländemodell wird eine Stufenreliefdarstellung für eine Menge von nutzergewählten Höhenwerten erzeugt. Das Verfahren arbeitet ohne Vorverarbeitung auf Basis programmierbarer Grafikkarten-Hardware. Entsprechend erfolgt die Verarbeitung in der Prozesskette pro Geometrieknoten, pro Dreieck, und pro Bildfragment. Pro Geometrieknoten wird zunächst die Höhe auf den nächstliegenden Isowert quantisiert. Pro Dreieck wird dann die Konfiguration bezüglich der Isowerte der drei Geometrieknoten bestimmt. Anhand der Konfiguration wird eine geometrische Unterteilung vorgenommen, so dass ein Stufenausschnitt entsteht, der dem aktuellen Dreieck entspricht. Pro Bildfragment wird schließlich die finale Erscheinung definiert, z.B. anhand von Oberflächentextur, durch Schattierung und Höheneinfärbung. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten werden mit verschiedenen Anwendungen demonstriert. Die Arbeit stellt Bausteine für die Erzeugung abstrakter Darstellungen von virtuellen 3D-Stadt und Landschaftsmodellen vor. Durch die Orientierung an kartographischer Bildsprache können die Nutzer auf bestehende Erfahrungen bei der Interpretation zurückgreifen. Dabei werden die charakteristischen Eigenschaften 3D geovirtueller Umgebungen berücksichtigt, indem z.B. kontinuierlicher Maßstab, Interaktion und Perspektive behandelt und diskutiert werden.

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Introduction: Stenotic nares are one of the most important characteristics of brachycephalic obstructive airway syndrome (BOAS), which was first described in 1949. However, although they have been mentioned in most texts about brachycephalic malformations, few studies have attempted to characterize the nasal entrance of dogs morphologically or functionally, and none of them have described it objectively with landmarks. Recently, as the popularity of brachycephalic dogs has exploded worldwide, innumumberable dogs are suffering from BOAS due to structural malformations. In the point of view of animal welfare, stenotic nares should be objectively evaluated to provide evidence of torture breeding. Objectives: The aim of this study was to objectively measure and thus characterize the nasal entrance stenosis of brachycephalic dogs in comparison to non-brachycephalic dogs. To this end, the following objectives were defined: 1. Our aim is to use three-dimensional (3D) soft-tissue morphometry to objectively measure the externally visible part of the nasal entrance of healthy and brachycephalic dogs. 2. Our aim is to define specific soft-tissue landmarks and parameters to objectively characterize the nasal entrance of dogs. 3. Compare 3D high-resolution scanning with computed tomography (CT) using the newly defined parameters. 4. Reexamine the nasal entrance with 3D scan six months after surgical correction of nasal entrance stenosis (Ala-vestibuloplasty). Animals, Material and Methods: Forty-five brachycephalic and 45 non-brachycephalic dogs were included in this study between 2018 and 2020. All the animals were referred to the Ear, Nose, and Throat Unit of the Small Animal Department at the University of Leipzig, either for surgical correction of BOAS or for endoscopic examination. Animals were excluded if their nasal entrance was potentially affected due to disease or previous surgery. All dogs were scanned with a 3D scanner under general anesthesia using a standardized anesthetic protocol before endoscopic intervention. The 3D scans and CT images were later imported into two advanced software (Amira, Thermo Fisher and Facial Analysis Tool) for objective measurement of the nasal entrance. Intra-observer error and ala-vestibuloplasty (AVP) efficacy of the CT images and 3D scans were tested and compared. All the data were normalized using Shapiro–Wilk normality test. All statistical analyses were later performed using Pearson or Spearman test for correlation, paired t-test, or t-test. Paired t-test was used to test whether the mean difference between pairs of measurements was zero. If it was not the same group of animals, t-test was used instead. Results: We defined new specific soft-tissue landmarks to calculate the nasal opening area (NOA) and stenotic angle (SA) to objectively describe the canine nasal entrance. The NOA and SA were significantly smaller in brachycephalic dogs than in non-brachycephalic dogs, and the NOA was significantly correlated with body weight, whereas SA was not. After nasal entrance correction via AVP, the nasal entrances were 295%left and 233%right larger than before surgery in brachycephalic dogs. Intra-observer reliability was tested with excellent significance through NOA measurements. Comparison between the 3D scanner and CT was measured with the NOA, and it did not show a significant difference between the methods. Conclusion: Obtaining the NOA and SA using 3D surface scans seems to be a reliable and reproducible tool for precise objective evaluation of the visible canine nasal entrance. With the measurement of derived NOA and SA, all the brachycephalic dogs in the study were found to have stenotic nares, and all they required AVP to relieve breathing difficulty. The brachycephalic nasal entrances were increased significantly after AVP, the modified nare correction surgery. We consider the results of our study strong evidence that the breeding of brachycephalic dogs is torture breeding. The restriction of nasal breathing due to the extreme reduction of the nasal entrance to a fraction of the size of that of non-brachycephalic dogs is obvious evidence of this.:1 INTRODUCTION - 1 - 1.1 General Introduction - 1 - 1.2 Objectives - 2 - 2 OVERVIEW OF THE LITERATURE - 3 - 2.1 Brachycephalic Obstructive Airway Syndrome (BOAS) - 3 - 2.1.1 General Introduction of BOAS - 3 - 2.1.2 How to Define Brachycephalic Dogs - 3 - 2.1.3 Commonly Affected Breeds - 4 - 2.2 The Canine Nasal Entrance - 4 - 2.2.1 Anatomy of the Canine Nasal Entrance and Stenosis - 4 - 2.2.2 Pathophysiology of Stenotic Nares in Brachycephalic Dogs - 5 - 2.3 Diagnosis of Stenotic Nares - 9 - 2.3.1 Visual Assessment - 9 - 2.3.2 Nostril Ratio - 11 - 2.3.3 Air Volume of the Nasal Entrance - 11 - 2.4 Development of Morphometry in Brachycephalic Dogs - 11 - 2.5 3D Scanners for 3D Model Reconstruction - 12 - 2.6 Landmarks - 14 - 2.6.1 Introduction of Landmarks - 14 - 2.6.2 Development of Landmarks in Human Medicine - 15 - 2.6.3 Development of Landmarks in Veterinary Medicine - 16 - 2.6.4 Cephalometric Analysis Software - 17 - 3 ANIMALS AND METHODS - 19 - 3.1 Animals - 19 - 3.2 Methods - 19 - 3.2.1 3D Scanning Process and Set-ups of Canine Nasal Entrance - 19 - 3.2.2 Cephalomorphometric Software - 20 - 3.2.3 Cephalometric Landmarks - 20 - 3.2.4 Advanced Morphometric Parameters for Nares - 22 - 3.2.5 Efficacy of Ala-Vestibuloplasty (AVP) - 24 - 3.2.6 Comparison between CT and the 3D Scanning Tool - 24 - 3.2.7 Intra-observer Reliability - 25 - 3.2.8 Statistics - 25 - 4 RESULTS - 26 - 4.1 Brachycephalic Dogs and Non-brachycephalic Dogs - 26 - 4.2 The Nasal Opening Area (NOA) - 28 - 4.3 Efficacy of Ala-Vestibulopasty - 30 - 4.4 Stenotic Angle (SA) - 31 - 4.5 Comparison between CT and the 3D Scanning Tool - 32 - 4.6 Intra-observer Reliability - 34 - 5 DISCUSSION - 36 - 5.1 The Nasal Entrance - 36 - 5.2 Method: the 3D Scanner - 37 - 5.3 Method: Comparison between CT and the 3D Scanner - 38 - 5.4 Method: Landmarks and Reproducibility, Intra-observer Reliability - 39 - 5.5 Nasal Opening Area (NOA) and Efficacy of Ala-Vestibuloplasty (AVP) - 42 - 5.6 Stenotic Angle (SA) - 44 - 5.7 Animal Welfare - 45 - 6 SUMMARY - 47 - 7 ZUSAMMENFASSUNG - 49 - 8 REFERENCES - 51 - / Einleitung: Die Naseneingangstenose ist eine der wichtigsten Merkmale des brachyzephalen Syndroms (BOAS), das erstmals 1949 beschrieben wurde. Obwohl diese komplexe Stenose in den meisten Texten über brachyzephale Fehlbildungen erwähnt wird, haben nur wenige Studien versucht, den Naseneingang von Hunden morphologisch oder funktionell zu charakterisieren. Eine objektive Beschreibung mit Landmarken ist bisher nicht bekannt. In den letzten Jahren ist die Popularität brachyzephaler Hunde weltweit explodiert. Unzählige Hunde leiden aufgrund struktureller Fehlbildungen an BOAS. Unter dem Gesichtspunkt des Tierschutzes sollte die einzige, mit bloßem Auge sichtbare Stenose der oberen Atemwege brachyzephaler Hunde, die Stenose des Naseneingangs objektiv bewertet werden können, um Hinweise auf eine Qualzucht zu belegen. Zielsetzung: Ziel dieser Studie war es, den Naseneingang von brachyzephalen Hunden im Vergleich zu nicht-brachyzephalen Hunden objektiv zu messen und damit die Stenose des Naseneingangs zu charakterisieren und eine chirurgische Therapie, die Ala-Vestibuloplastie (AVP), zu evaluieren. Zu diesem Zweck wurden die folgenden Ziele definiert: 1. Anwendung der dreidimensionalen (3D) Weichteilmorphometrie zur objektiven Messung des äußerlich sichtbaren Teils des Naseneingangs von gesunden und brachyzephalen Hunden. 2. Definition spezifischer Weichteil-Landmarken und Parameter zur objektiven Charakterisierung des Naseneingangs von Hunden. 3. Methoden-Vergleich zwischen den hochauflösenden 3D-Scans und der Computertomographie (CT) unter Verwendung der neu definierten Parameter. 4. Kontrolluntersuchung mit 3D-Scan sechs Monate nach der chirurgischen Korrektur der Naseneingangsstenose (Ala-Vestibuloplastik). Tiere und Methoden: 45 brachyzephale und 45 nicht-brachyzephale Hunde wurden zwischen 2018 und 2020 in diese Studie aufgenommen und wurden an die Hals-Nasen-Ohren-Abteilung der Kleintierklinik der Universität Leipzig überwiesen, zur endoskopischen Untersuchung der oberen Atemwege und gegebenenfalls zur chirurgischen Korrektur der BOAS-assozierten Stenosen. Ausgeschlossen wurden Tiere, deren Naseneingang aufgrund von Krankheiten oder einer früheren Operation verändert war. Alle Hunde wurden nach einem standardisierten Anästhesieprotokoll anästhesiert, ein Computertomogramm des Kopfes erstellt und vor dem endoskopischen Eingriff wurde der Kopf mit einem 3D-Scanner gescannt. Die 3D-Scans und CT-Bilder wurden in zwei Softwareprogramme (Amira, Thermo Fisher und Facial Analysis Tool) zur objektiven Messung des Naseneingangs importiert. Zur genauen Charakterisierung wurden neue Landmarken am Naseneingang definiert und zur Berechnung von zwei neuen, abgeleiteten Parametern, der Nasenöffnungsfläche (NOA) und dem stenotischen Winkel (SA) verwendet. Der Intraobserver-Fehler und die Wirksamkeit der Ala-Vestibuloplastie wurden anhand der CT-Bilder und 3D-Scans mit demselben Verfahren geprüft und verglichen. Alle statistischen Analysen wurden später mit dem Pearson-Test oder dem Spearman-Test für die Korrelation, dem gepaarten t-Test oder dem t-Test durchgeführt. Der gepaarte t-Test wurde verwendet, um zu prüfen, ob der Mittelwertunterschied zwischen Paaren von Messungen gleich Null war. Handelte es sich nicht um dieselbe Gruppe von Tieren, wurde stattdessen der t-Test verwendet. Ergebnisse: Mit den neu definierten spezifischen Weichteil-Landmarken und den abgeleiteten Parametern NOA und SA konnte der Naseneingang aller brachyzephalen und nicht-brachyzephalen Hunde objektiv beschrieben werden. NOA und SA waren bei brachyzephalen Hunden signifikant kleiner als bei nicht-brachyzephalen Hunden. NOA korrelierte in beiden Gruppen signifikant mit dem Körpergewicht. Dagegen zeigte SA keine Korrelation mit dem Körpergewicht. Nach der chirurgischen AVP waren die Naseneingänge bei allen brachyzephalen Hunden größer als vor der Operation, mit einer Zunahme der NOA links um 295 % und rechts um 233 %. Die Intraobserver-Zuverlässigkeit wurde durch NOA-Messungen getestet und war hoch signifikant. Zum Methoden-Vergleich zwischen 3D-Scanner und CT wurde die Nasenöffnungsfläche jeweils am gemessen und zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen den Methoden. Schlussfolgerungen: Morphometrische Messungen mit 3D-Oberflächenscans scheinen ein zuverlässiges und reproduzierbares Instrument zur präzisen, objektiven Bewertung des Naseneingangs des Hundes zu sein. Bei der Messung der abgeleiteten Flächen (NOA) und Winkel (SA) wurde bei allen brachyzephalen Hunden dieser Studie eine Naseneingangsstenose festgestellt. Nach der chirurgischen Korrektur der brachyzephalen Naseneingangsstenose, der AVP, waren die Nasenöffnungen deutlich vergrößert. Die Einschränkung der Nasenatmung durch die extreme Verkleinerung des Naseneingangs auf einen Bruchteil der Größe von nicht-brachyzephalen Hunden, betrachten wir als eindeutigen Beweis dafür, dass die Zucht von brachyzephalen Hunden eine Qualzucht ist.:1 INTRODUCTION - 1 - 1.1 General Introduction - 1 - 1.2 Objectives - 2 - 2 OVERVIEW OF THE LITERATURE - 3 - 2.1 Brachycephalic Obstructive Airway Syndrome (BOAS) - 3 - 2.1.1 General Introduction of BOAS - 3 - 2.1.2 How to Define Brachycephalic Dogs - 3 - 2.1.3 Commonly Affected Breeds - 4 - 2.2 The Canine Nasal Entrance - 4 - 2.2.1 Anatomy of the Canine Nasal Entrance and Stenosis - 4 - 2.2.2 Pathophysiology of Stenotic Nares in Brachycephalic Dogs - 5 - 2.3 Diagnosis of Stenotic Nares - 9 - 2.3.1 Visual Assessment - 9 - 2.3.2 Nostril Ratio - 11 - 2.3.3 Air Volume of the Nasal Entrance - 11 - 2.4 Development of Morphometry in Brachycephalic Dogs - 11 - 2.5 3D Scanners for 3D Model Reconstruction - 12 - 2.6 Landmarks - 14 - 2.6.1 Introduction of Landmarks - 14 - 2.6.2 Development of Landmarks in Human Medicine - 15 - 2.6.3 Development of Landmarks in Veterinary Medicine - 16 - 2.6.4 Cephalometric Analysis Software - 17 - 3 ANIMALS AND METHODS - 19 - 3.1 Animals - 19 - 3.2 Methods - 19 - 3.2.1 3D Scanning Process and Set-ups of Canine Nasal Entrance - 19 - 3.2.2 Cephalomorphometric Software - 20 - 3.2.3 Cephalometric Landmarks - 20 - 3.2.4 Advanced Morphometric Parameters for Nares - 22 - 3.2.5 Efficacy of Ala-Vestibuloplasty (AVP) - 24 - 3.2.6 Comparison between CT and the 3D Scanning Tool - 24 - 3.2.7 Intra-observer Reliability - 25 - 3.2.8 Statistics - 25 - 4 RESULTS - 26 - 4.1 Brachycephalic Dogs and Non-brachycephalic Dogs - 26 - 4.2 The Nasal Opening Area (NOA) - 28 - 4.3 Efficacy of Ala-Vestibulopasty - 30 - 4.4 Stenotic Angle (SA) - 31 - 4.5 Comparison between CT and the 3D Scanning Tool - 32 - 4.6 Intra-observer Reliability - 34 - 5 DISCUSSION - 36 - 5.1 The Nasal Entrance - 36 - 5.2 Method: the 3D Scanner - 37 - 5.3 Method: Comparison between CT and the 3D Scanner - 38 - 5.4 Method: Landmarks and Reproducibility, Intra-observer Reliability - 39 - 5.5 Nasal Opening Area (NOA) and Efficacy of Ala-Vestibuloplasty (AVP) - 42 - 5.6 Stenotic Angle (SA) - 44 - 5.7 Animal Welfare - 45 - 6 SUMMARY - 47 - 7 ZUSAMMENFASSUNG - 49 - 8 REFERENCES - 51 -

Superpixels are the results of an image oversegmentation. They are an established intermediate level image representation and used for various applications including object detection, 3d reconstruction and semantic segmentation. While there are various approaches to create such segmentations, there is a lack of knowledge about their properties. In particular, there are contradicting results published in the literature. This thesis identifies segmentation quality, stability, compactness and runtime to be important properties of superpixel segmentation algorithms. While for some of these properties there are established evaluation methodologies available, this is not the case for segmentation stability and compactness. Therefore, this thesis presents two novel metrics for their evaluation based on ground truth optical flow. These two metrics are used together with other novel and existing measures to create a standardized benchmark for superpixel algorithms. This benchmark is used for extensive comparison of available algorithms. The evaluation results motivate two novel segmentation algorithms that better balance trade-offs of existing algorithms: The proposed Preemptive SLIC algorithm incorporates a local preemption criterion in the established SLIC algorithm and saves about 80 % of the runtime. The proposed Compact Watershed algorithm combines Seeded Watershed segmentation with compactness constraints to create regularly shaped, compact superpixels at the even higher speed of the plain watershed transformation. Operating autonomous systems over the course of days, weeks or months, based on visual navigation, requires repeated recognition of places despite severe appearance changes as they are for example induced by illumination changes, day-night cycles, changing weather or seasons - a severe problem for existing methods. Therefore, the second part of this thesis presents two novel approaches that incorporate superpixel segmentations in place recognition in changing environments. The first novel approach is the learning of systematic appearance changes. Instead of matching images between, for example, summer and winter directly, an additional prediction step is proposed. Based on superpixel vocabularies, a predicted image is generated that shows, how the summer scene could look like in winter or vice versa. The presented results show that, if certain assumptions on the appearance changes and the available training data are met, existing holistic place recognition approaches can benefit from this additional prediction step. Holistic approaches to place recognition are known to fail in presence of viewpoint changes. Therefore, this thesis presents a new place recognition system based on local landmarks and Star-Hough. Star-Hough is a novel approach to incorporate the spatial arrangement of local image features in the computation of image similarities. It is based on star graph models and Hough voting and particularly suited for local features with low spatial precision and high outlier rates as they are expected in the presence of appearance changes. The novel landmarks are a combination of local region detectors and descriptors based on convolutional neural networks. This thesis presents and evaluates several new approaches to incorporate superpixel segmentations in local region detection. While the proposed system can be used with different types of local regions, in particular the combination with regions obtained from the novel multiscale superpixel grid shows to perform superior to the state of the art methods - a promising basis for practical applications.

Superpixels are the results of an image oversegmentation. They are an established intermediate level image representation and used for various applications including object detection, 3d reconstruction and semantic segmentation. While there are various approaches to create such segmentations, there is a lack of knowledge about their properties. In particular, there are contradicting results published in the literature. This thesis identifies segmentation quality, stability, compactness and runtime to be important properties of superpixel segmentation algorithms. While for some of these properties there are established evaluation methodologies available, this is not the case for segmentation stability and compactness. Therefore, this thesis presents two novel metrics for their evaluation based on ground truth optical flow. These two metrics are used together with other novel and existing measures to create a standardized benchmark for superpixel algorithms. This benchmark is used for extensive comparison of available algorithms. The evaluation results motivate two novel segmentation algorithms that better balance trade-offs of existing algorithms: The proposed Preemptive SLIC algorithm incorporates a local preemption criterion in the established SLIC algorithm and saves about 80 % of the runtime. The proposed Compact Watershed algorithm combines Seeded Watershed segmentation with compactness constraints to create regularly shaped, compact superpixels at the even higher speed of the plain watershed transformation. Operating autonomous systems over the course of days, weeks or months, based on visual navigation, requires repeated recognition of places despite severe appearance changes as they are for example induced by illumination changes, day-night cycles, changing weather or seasons - a severe problem for existing methods. Therefore, the second part of this thesis presents two novel approaches that incorporate superpixel segmentations in place recognition in changing environments. The first novel approach is the learning of systematic appearance changes. Instead of matching images between, for example, summer and winter directly, an additional prediction step is proposed. Based on superpixel vocabularies, a predicted image is generated that shows, how the summer scene could look like in winter or vice versa. The presented results show that, if certain assumptions on the appearance changes and the available training data are met, existing holistic place recognition approaches can benefit from this additional prediction step. Holistic approaches to place recognition are known to fail in presence of viewpoint changes. Therefore, this thesis presents a new place recognition system based on local landmarks and Star-Hough. Star-Hough is a novel approach to incorporate the spatial arrangement of local image features in the computation of image similarities. It is based on star graph models and Hough voting and particularly suited for local features with low spatial precision and high outlier rates as they are expected in the presence of appearance changes. The novel landmarks are a combination of local region detectors and descriptors based on convolutional neural networks. This thesis presents and evaluates several new approaches to incorporate superpixel segmentations in local region detection. While the proposed system can be used with different types of local regions, in particular the combination with regions obtained from the novel multiscale superpixel grid shows to perform superior to the state of the art methods - a promising basis for practical applications.