Ultraschallbildbasierte Messung der intraossären Gefäßreaktion

Es wird angenommen, dass die Blutzirkulation im Knochen eine Schlüsselrolle beim Knochenwachstum, bei der Frakturheilung und bei der Entwicklung von Knochenerkrankungen wie Osteoporose spielt. Gegenwärtige medizinische Bildgebungsverfahren wie die herkömmliche Ultraschalluntersuchung können die Blutzirkulation innerhalb des Knochens nicht erkennen. Die Forscher schlagen vor, eine neue Art der Sonographie zu entwickeln, die als intraossäre funktionelle Sonographie bezeichnet wird und die den Nachweis und die Charakterisierung der Blutzirkulation in festem Knochengewebe, Knochenmark und knochenumgebenden Weichgeweben (z. B. Muskeln) ermöglichen wird. Da die meisten Weichteile im Wesentlichen aus Wasser bestehen, ist die Schallgeschwindigkeit in Weichteilen ähnlich der in Wasser und variiert nur geringfügig zwischen verschiedenen Arten von Weichteilen. Aus diesem Grund gehen klinische Ultraschallgeräte, die für die Sonographie verwendet werden, davon aus, dass die Schallgeschwindigkeit im menschlichen Körper für alle Arten von Weichteilen gleich ist. Diese Annahme ist in Weichgeweben vernünftig, aber sie gilt nicht in Knochen, da festes Knochengewebe viel steifer als Weichgewebe ist. Seismologen verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Erstellung von Bildern der Erdstruktur auf der Grundlage der Analyse elastischer Wellen, die denselben physikalischen Gesetzen wie Ultraschallwellen folgen. Der Untergrund der Erde enthält Schichten aus festen Materialien und Flüssigkeiten, daher ist er einer Region des menschlichen Körpers sehr ähnlich, die Knochen und Weichgewebe enthält. Daher werden die Forscher zunächst an der Anpassung bewährter seismischer Bildgebungsverfahren arbeiten, um eine Ultraschalluntersuchung des Knochens zu ermöglichen. Sobald ein korrektes Bild des Knochens erstellt wurde, verwenden die Ermittler einen Ultraschallscanner, der für die Forschung bestimmt ist, um dieses Bild hunderte Male pro Sekunde zu wiederholen, ähnlich wie bei einem Zeitlupenvideo. Da sich Blut bewegt, während der Knochen ruht, wird die Intensität im Bild dort, wo sich Blut bewegt, leicht verändert. Somit ermöglicht die Analyse dieser Veränderungen, den Blutfluss innerhalb des Knochens zu erkennen und zu charakterisieren. Die Forscher erwarten, auf diese Weise Blutströme mit einer Geschwindigkeit von nur wenigen Millimetern pro Sekunde nachweisen zu können. Schließlich wird die Sensitivität der Technik zum Nachweis und zur Charakterisierung der Blutzirkulation im Knochen bei Patienten im Krankenhaus und bei gesunden Probanden evaluiert. Der Erfolg dieser Arbeit wird dazu beitragen, Erkenntnisse über die Rolle der Blutzirkulation im Knochen zu gewinnen. Langfristig kann es bei der Diagnose von Knochenerkrankungen helfen.