Robert Rosenberg
Dr. med.
Vergleichende Untersuchungen zur kernspintomographischen Abbildungsgenauigkeit
der gesunden und arthrotischen Knorpelverhältnisse am Hüftgelenk – eine
experimentelle Studie an Tier-, Leichen- und Probandenhüftgelenken
Geboren am 29.11.1970 in Oradea / Rumänien
Reifeprüfung am 11.06.1990 in Viernheim
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom WS 1990 bis SS 1997
Physikum am 31.08.1992 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg Fakultät Mannheim
Praktisches Jahr in Heidelberg Fakultät Mannheim
Staatsexamen am 13.05.1997 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Orthopädie
Doktorvater: Priv.-Doz. Dr. med. M. Lukoschek
Der Gelenkknorpel als erstes morphologisches Substrat der Koxarthrose ist aus
orthopädischer und radiologischer Sicht von besonderem diagnostischem Interesse. Mit der
Magnetresonanztomographie steht ein nichtinvasives bildgebendes Verfahren für die
Darstellung der Knorpelverhältnisse am Hüftgelenk zur Verfügung, doch war eine präzise
Beurteilung von Hüftkopf- und Hüftpfannenknorpel bisher nur sehr beschränkt möglich. Eine
magnetresonanztomographische Darstellung des Gelenkspalts mit Trennung des Hüftkopf-
und Hüftpfannenknorpel erlaubt die Erkennung von kleinen bis mittelgroßen Knorpeldefekten
und eine differenzierte Erkennung des Läsionsortes.
Ziel der Arbeit war die Prüfung der Abbildungsgenauigkeit des gesunden und arthrotisch
veränderten Hüftgelenkknorpels im Magnetresonanztomogramm anhand verbesserter MRT-
Sequenzen mit Trennung von Hüftkopf- und Hüftpfannenknorpel in vitro und in vivo.
Im experimentellen Teil der Studie wurden den MRT-Bildern von 3 Kadavertierhüften, 8
resezierten Patientenhüftköpfen und 18 Leichenhüftgelenken, an denen entweder artifizielle
Knorpeldefekte gesetzt wurden oder die eine Koxarthrose Stadium I-III aufwiesen, die
korrespondierenden makroskopischen Kryomikrotomschnitte zugeordnet. Es erfolgten
vergleichende Knorpeldickenmessungen mit dem Ziel der Klassifikation
magnetresonanztomographisch visualisierbarer Knorpelläsionen. Bei den koxarthrotischen
Präparaten erfolgten zusätzliche histomorphologische Knorpeluntersuchungen. Im klinischen
Teil der Studie wurden 12 gesunde und 10 arthrotische Probandenhüftgelenke mit einem
speziellen Traktionsverfahren magnetresonanztomographiert. Es erfolgte die Anwendung der
im experimentellen Teil gewonnenen Ergebnisse auf die in vivo Gelenkspalt- und
Knorpeldefektdarstellung.
Alle MRT-Knorpeldickenmessungen zeigten signifikante Korrelationen (p ( 0,001) zum
makroskopischen Gefrierschnitt, wobei die T1-Volumen-Gradientenechosequenz im Bereich
des lateralen Hüftkopfes bei einem Korrelationskoeffizienten r = 0,94 die geringste
Meßabweichungen aufwies. Es ließen sich am arthrotisch veränderten Hüftgelenk durch die
Anwendung der Magnetresonanztomographie vier verschiedene Knorpelqualitäten
unterscheiden: Normalbefund: Intakter, regelrecht dicker Knorpel mit homogenem
Signalmuster, Stadium I: Regelrecht dicker Knorpel mit inhomogenem Signalmuster, Stadium
II: Reduzierte Knorpeldicke mit aufgerauhter Oberfläche, Stadium III: Knorpelglatze. Die
magneztresonanztomographisch visualisierbaren Knorpelschädigungen konnten
makroskopisch durch Gefrierschnitte sowie durch histologische Untersuchung des Knorpels
verifiziert werden. Quantifiziert wurden die arthrotischen Knorpelveränderungen unter
Anwendung eines nach Mankin und Sakakibara modifizierten Scores. Es konnte gezeigt
werden, daß das inhomogene Signalmuster des MRT-Stadiums II auf frühe Schädigungen bei
Arthrose zurückzuführen ist. Durch den Abbau hydrophiler Typ II-Kollagenfasern sowie
durch den Verlust von Mukopolysacchariden kommt es hierbei zur Minderung der
Signalintensität. Die Anwendung der T1-Volumen-Gradientenecjosequenz und der
Hüftgelenkstraktion bei MRT-Untersuchungen erlaubte erstmals durch die vollständige,
signalarme Darstellung des Gelenkspalts die Trennung des signalintensiven Hüftkopfknorpels
vom ebenfalls signalintensiven Hüftpfannenknorpel am Probanden und Koxarthrosepatienten.
Dadurch war eine differenzierte Erkennung der Lokalisation von arthrotischen
Knorpelschäden getrennt nach Hüftkopf und Hüftpfanne möglich. Der hyaline Knorpel zeigt
ein signalintensives und homogenes Signalmuster. Die Abbildungsgenauigkeit des
Hüftkopfknorpels konnte durch die Wahl eines kleinen Bildfeldes von 125 mm und einer
Schichtdicke von 1 mm verbessert werden. Bei horizontaler Einstellung des
Phasenkodiergradienten ließ sich das nicht vollständig supprimierbare chemical-shift-Artefakt
an der Knorpel-Spongiosa-Grenze vor allem im ventrolateralen Bereich minimieren. Die
Beurteilung des Hüftpfannenknorpels war in allen Sequenzen erschwert. Unter Anwendung
der T1-gewichteten-Volumen-FFE-Sequenz und der Hüftgelenkstraktion konnte an
Leichenhüftgelenken mit artifiziell gesetzten Knorpeldefekten sowie an
Probandenhüftgelenken mit Koxarthrose Stadium I-II präoperativ die Einstellung besserer
Knorpelareale in die Belastungszone simuliert werden. Der Effekt der
Umstellungsosteotomie, der im Eindrehen gut erhaltener und Herausdrehen arthrotischer
Bezirke des Hüftkopfknorpels besteht, konnte magnetresonanztomographisch überprüft
werden.
Mit den vorgestellten MRT-Untersuchungen am gesunden und arthrotischen Hüftgelenk ist
eine verbesserte Darstellung von gesunden und arthrotischen Hüftgelenk ist eine verbesserte
Darstellung von gesundem Gelenkknorpel und früharthrotischen Knorpeldefekten möglich.
Dies erlaubt die Einbeziehung der Knorpelsituation des arthrotischen Hüftgelenks in
therapeutische Überlegungen bei der Koxarthrose. Weitere Verbesserungen der
magnetresonanztomographischen Hüftknorpeldarstellung sind durch Anwendung sogenannter
fat-suppression-Sequenzen sowie durch die Verbesserung der dreidimensionalen
Hüftknorpeldarstellung in Computergrafiken, die durch Sequenzierung zweidimensionaler
MRT-Datensätze erreicht werden kann, zu erwarten. Eine Optimierung der von uns
entwickelten Hüftgelenkstraktion zur Gelenkspaltdarstellung kann ebenfalls erfolgen.
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