Multimodale ultraschallbasierte Bestimmung der kortikalen Knochenfestigkeit

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Die genaue Ermittlung der Knochenfestigkeit ist von entscheidender Bedeutung für die Patientenversorgung bei Osteoporose und anderen Skeletterkrankungen. Das Frakturrisiko wird üblicherweise mit der Osteodensitometrie gemessen, allerdings sind die klinisch eingesetzten Geräte nicht in der Lage, Aspekte der Knochenqualität wie der Mikrostruktur oder der Materialfestigkeit zu erfassen, Eigenschaften, welche ebenfalls die Bruchfestigkeit des Knochens beeinflussen. Zwar können einige neue Methoden wie die Magnetresonanzbildgebung Informationen über die Struktur liefern, die Bestimmung kortikaler Knocheneigenschaften über Masse und Makrostruktur hinaus ist aber gleichermaßen wichtig, jedoch heutzutage nicht in vivo durchführbar. Ultraschall bietet das Potential, kortikale Porosität, ultrastrukturelle Orientierung und lineare und nichtlineare elastische Eigenschaften zu messen, auf der mikroskopischen (Gewebe) und der makroskopischen (Organ) Ebene. Wir werden kortikalen Knochen mit akustischer Mikroskopie und in vivo einsetzbaren quantitativen Utraschallverfahren untersuchen. Diese Methoden sollen durch multi-skalare Vergleiche mit makro- und mikromechanischen Tests inklusive der Nanoindentation validiert werden. Mit Hilfe von Simulationsrechnungen der Ultraschallausbreitung sollen Geräte zur in vivo Messung an Femur, Radius und Phalangen entworfen werden, welche für die Prädiktion elastischer und struktureller Parameter geeignet sind. Abschließend soll das Potential dieser Geräte für die Identifikation von Patienten mit hohem Risiko für Hüftfrakturen in vivo ermittelt werden, im Vergleich mit der Standard Osteodensitometrie.