Untersuchung der anisotropen, frequenzabhängigen Impedanz, Schallgeschwindigkeit und Dämpfung von kortikalem Knochen im Frequenzbereich von 10 MHz bis 2 GHz mit Hilfe quantitativer akustischer Rastermikroskopiemethoden zur Modellierung der elastomechanisc

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Im Projekt soll ein Verfahren entwickelt werden, mit dem die dispersiven, anisotropen akustischen Parameter des Knochens mit hochauflösender Ultraschallmikroskopie an kleinen Gewebeproben reproduzierbar bestimmt werden können. Dabei haben eigene Voruntersuchungen gezeigt, dass durch gleichzeitige Erfassung von Impedanz, Schallgeschwindigkeit und Dämpfung in den jeweiligen Osteonenlamellen auf die lokale Zusammensetzung und Orientierung der extrazellulären Matrix im histologischen Präparat geschlossen werden kann. In Verbindung mit diesen Datensätzen sollen mit Hilfe eines kontinuumsmechanischen Modells die makroskopischen mechanischen Eigenschaften des kortikalen Knochens berechnet werden, da dafür die klassischen werkstoffkundlichen Prüfverfahren nur grobe Näherungen liefern. Ein solches mathematisch-mechanisches Verfahren wäre ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung klinischer und theoretischer Fragestellungen am Knochengewebe, z.B. der Belastbarkeit des Knochens an Implantatgrenzflächen, molekulare Relaxationsmechanismen bei Belastung, der Auswirkung medikamentöser Therapien oder der Beurteilung von Knochenqualität und Frakturrisiko bei Knochenerkrankungen, wie der Osteoporose.