Einfluss des Kippwinkels bei der ultraschallbasierten Knorpelcharakterisierung
Föhr P, Jordan L, Stolberg-Stolberg J, von Eisenhart-Rothe R, Große C, Burgkart R
Fragestellung: Für die präzise Bestimmung der Dicke von Gelenkknorpel ist es auf Grund der äußerst begrenzten Regenerationsfähigkeit des Gewebes nicht erwünscht, dieses dabei zu verletzen. Im Bereich der Geweberegeneration hat sich in der in vitro Züchtung von Gelenkknorpel das ultraschallbasierte (US) Impuls-Echo-Verfahren etabliert. Mit Hilfe dessen kann die Dicke des Knorpels im Knorpel-Knochenverbund nicht-invasiv durch die Aussendung mechanischer Wellen bestimmt werden. Eine alternative nicht-invasive Messung der Knorpel-Knochengrenze mit mechanischen Methoden ist zudem nicht bekannt. Kommt das Impuls-Echo-Verfahren zum Einsatz, wird die Stirnseite des Prüfkopfs parallel zur Knorpeloberfläche ausgerichtet. Ziel der vorgestellten Studie ist zu untersuchen, ob sich eine Verkippung des Messkopfs relativ zur Knorpeloberfläche negativ auf die Genauigkeit der Dickenmessung ausübt. Dies ist eine dringend zu klärende Frage, da für zukünftige Normenprüfung Verfahren mit dieser Anwendung vorgeschlagen werden sollen.
Methodik: Basierend auf der US-Dickenmessmethode nach Suh et al. (2001) werden bovine Knorpel-Knochenzylinder (n=7) verwendet (d=6 mm, h=10 mm). Dabei sollen zwei Parameter auf ihr Streuverhalten hin untersucht werden: a) die Signalqualität in Form eines Vergleichs der Amplitudenhöhe in Prozent und b) eine mögliche Laufzeitdifferenz bei bekannter Kompression, jeweils in Abhängigkeit des Kippwinkels von -6, -3, 0, 3, 6 Grad und in zwei Rotationen. Nach Anfahren des zu untersuchenden Kippwinkels wird die Probenoberfläche über eine Kontaktkraft von 10 mN bestimmt und der Wegkanal tariert. Anschließend folgen Laufzeitmessungen bei Kompressionen um 0,1 und 0,2 mm, immer mit einer lastfreien Erholungsphase von 5 min. Die Messwerte werden anschließend nach Winkel und Untersuchungsparameter gemittelt, um eine mögliche Abhängigkeit zur applizierten Kippstellung zu untersuchen.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei dem Vergleich der Signalqualität in Form der Amplitudenhöhe konnte keine Abhängigkeit zum applizierten Kippwinkel gezeigt werden (Bereich von 14,09±4,50% bis 23,23 ±16,62%, Abbildung 1 [Abb. 1]). Für die Betrachtung der Laufzeitunterschiede bei den Kompressionsstufen von 0,1 und 0,2 mm wurde ebenfalls keine Abhängigkeit zum Kippwinkel festgestellt. Zudem wurde keine der Proben (n=7) als Ausreißer gewertet. Basierend auf diesen Ergebnissen wird davon ausgegangen, dass eine Verkippung des Messkopfs im Bereich von ±6 Grad keinen messbaren Einfluss auf die Untersuchungsmethodik hat. Dadurch wird die Methode als sehr robust eingestuft und kann in der Geweberegeneration weiter etabliert werden.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR14-821
doi: 10.3205/14dkou497, urn:nbn:de:0183-14dkou4972
Published: October 13, 2014
© 2014 Föhr et al.
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