Development of MR-based procedures and technologies for non-invasive in-vivo assessment of mechanical loading of tissues: Movement and straining of soft tissue structures using the knee joint as example system

开发基于 MR 的程序和技术,用于组织机械负荷的非侵入性体内评估:以膝关节为例的软组织结构的运动和应变系统

基本信息

项目摘要

Verification and assessment of changes of tissue properties due to physiological or pathological adaption processes require fundamental understanding of the associated stress in vivo for unraveling this mechano-biological coupling. To date, however, analysis of tissue stress in single patients individually while taking into account his or her joint s specific anatomy and kinematics has not become possible yet. Therefore, the aim of this research project is to determine and identify both the stress (strain of soft tissue structures) and its (dynamic) changes during passive and active movement in vivo by using MR-based, dynamic imaging. Choosing the knee joint, we aim to demonstrate exemplarily how joint movement and strain of tissue structures interact. In particular, we are interested to process the image information of soft tissues spanning the knee joint in such a way that the strains serving as a correlate of the acting stress can be visualized and quantified. Monitoring pathological movement patterns together with their strain patterns in vivo and in 3D would then provide for the first time insight into the dynamics of elastic deformation of ligaments, tendons and menisci in the intact joint as well as its modifications in an injured joint (e.g. ACL rupture in young and elderly patients). This patient specific recording would allow proving the paradigm of the mechano-biological coupling with respect to tissue adaptation in specific situations and assessing pathologies, interventions and preventive concepts in vivo.
由于生理或病理适应过程导致的组织特性变化的验证和评估需要对体内相关应力的基本理解,以解开这种机械-生物耦合。然而,到目前为止,在考虑他或她的关节的特定解剖结构和运动学的情况下,对单个患者的组织应力进行单独分析还不可能。因此,本研究项目的目的是通过使用基于MR的动态成像来确定和识别体内被动和主动运动期间的应力(软组织结构的应变)及其(动态)变化。选择膝关节,我们的目的是示范如何关节运动和应变的组织结构相互作用。特别是,我们感兴趣的是处理的图像信息的软组织跨越膝关节的方式,作为相关的作用应力的应变可以可视化和量化。在体内和3D中监测病理运动模式及其应变模式将首次提供对完整关节中韧带、肌腱和腱索弹性变形的动力学以及损伤关节中的变形(例如年轻和老年患者的ACL断裂)的洞察。这种患者特异性记录将允许证明关于特定情况下的组织适应的机械-生物耦合的范例,并在体内评估病理、干预和预防概念。

项目成果

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知道了