Winkel-sensitive MRT zur nichtinvasiven Analyse belasteter Knorpelstruktur

Garnov, Nikita GND

Die Arthrose wird durch degenerative Veränderungen des Gelenkknorpels verursacht. Dabei sind die arthrotischen Veränderungen in späten Krankheitsstadien fast immer irreversibel. Nur gezielte therapeutische Maßnahmen gegen früh festgestellte Arthrose können diese progressive pathologische Entwicklung aufhalten.Gegenwärtig existieren jedoch keine etablierten nichtinvasiven Methoden zur frühen Arthrosediagnostik im Gelenkknorpel. Die konventionelle klinische Magnetresonanztomographie (MRT) kann weiches Gewebe nichtinvasiv darstellen, ist aufgrund der technischen Grenzen jedoch kaum zum Nachweis früharthrotischer Veränderungen geeignet.Eine erweiterte Methode – winkel-sensitive MRT (WS-MRT) – basiert auf der Orientierungsabhängigkeit der T2-Relaxation bei der MR-Bildgebung und bietet die Möglichkeit mit Hilfe eines analytischen Models Informationen über die Kollagenmatrixstruktur des Gelenkknorpels zu erhalten.Da die Arthrose die organisierte Ultrastruktur des Gelenkknorpels beeinflusst, verändern sich unter stetiger physiologischer Belastung auch seine biomechanischen Eigenschaften sowie das Deformationsverhalten der Kollagenmatrix. Erkennt man diese kaum wahrnehmbaren Veränderungen, könnten die frühen Arthrosestadien so detektiert werden.Aus diesem Grund basieren die Untersuchungen zur druckbedingten Deformation der Knorpelstruktur in dieser Arbeit auf der WS-MRT. Dafür wurden unbehandelte Knorpelproben aus Schafsknien entnommen und im hochauflösenden 7T MRT unter Druckbelastung untersucht. In den Versuchen wurde eine Verfahrensmodifizierung vorgenommen, welche sich durch Druckverteilung auf der gesamten Probenoberfläche mit Hilfe schnell härtenden Acryl-Harzes kennzeichnete. Dadurch konnten nicht nur elastomechanischen Eigenschaften des Gewebes gewonnen, sondern auch die druckbedingte Neigung von Kollagenfasern quantitativ erfasst werden. Diese Daten dienten der detaillierten Beobachtung der Matrixdeformation, einschließlich des Phänomens der Wellenbildung in der Faserform unter Druckbelastung.Die gewonnenen Erkenntnisse wurden zur WS-MRT-Analyse der Signalintensität herangezogen mit dem Ziel, die Möglichkeiten dieses Verfahrens für die klinische Praxis zu evaluieren. Diese Analyse ergab eine gute Übereinstimmung der modellierten Intensitäten mit den experimentell abgelesenen Daten. Das Resultat bietet gute Zukunftsaussichten ein inverses Problem zu lösen: Die druckbedingte Matrixdeformation könnte allein durch die Betrachtung der Signalintensität bei einem MRT-Belastungstest aufgeklärt werden. Dies erfordert jedoch weiterführende Studien, insbesondere grundlegende Untersuchungen am nativen und belasteten Knorpel in vivo.

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Garnov, Nikita: Winkel-sensitive MRT zur nichtinvasiven Analyse belasteter Knorpelstruktur. 2010.

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