Entwicklung von Bildverarbeitungsmethoden zur quantitativen Analyse der Biomechanik des Kniegelenks auf der Basis magnetresonanztomographischer Daten

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von
dreidimensionalen Bildverarbeitungsmethoden zur in-vivo-Analyse der
Biomechanik des Kniegelenks auf der Basis
magnetresonanztomographischer Bilddaten. Die Verwendung eines
offenen Magnetresonanztomographen ermöglicht die Generierung von
Bilddatensätzen des Kniegelenks sowohl in unterschiedlichen
Flexionsstellungen als auch bei gleichzeitiger Aktivierung der
Beinmuskulatur. Nach Segmentierung und dreidimensionaler
Rekonstruktion von Femur, Tibia und Patella können durch Einführung
eines Tibiaplateau-basierten Koordinatensystems und die Berechnung
einer epikondylären Achse für das Femur femoro-tibiale Translation
und Rotation analysiert werden. Ein Patella-basiertes
Koordinatensystem und femorale Referenzpunkte ermöglichen eine
Analyse der Patellakinematik. Zudem können mittels Triangulierung
segmentierter Kontaktstrecken die Größen der femoro-tibialen und
femoro-patellaren Knorpelkontaktflächen bestimmt werden. Nach einer
Studie zur Intra-Untersucher-Reproduzierbarkeit wird die
Biomechanik im Kniegelenk in einer klinischen Studie untersucht.
Verglichen werden die femoro-tibialen Translations- und
Rotationsmuster, die Patellakinematik und die Größen der
femoro-tibialen und femoro-patellaren Knorpelkontaktflächen einer
gesunden Probanden-Gruppe, mit den Ergebnissen einer Gruppe von
Patienten mit schwerer Gonarthrose. Die entwickelten Methoden
erwiesen sich als sehr reproduzierbar und genau. Es konnte gezeigt
werden, dass Dorsaltranslation und Außenrotation des Femur bei
Knieflexion von 0° auf 90° bei schwerer Gonarthrose deutlich
verringert sind. Zusätzlich kommt es bei den Arthrose-Patienten
während der Knieflexion zu einer Zunahme des Patella-Tilt und des
Patella-Shift nach lateral. Die Analyse der Kontaktflächen zeigte,
dass es bei schwerer Gonarthrose zu einer ausgeprägten Vergrößerung
der femoro-tibialen und femoro-patellaren Knorpelkontaktflächen
kommt. Die entwickelten Methoden können damit zum Verständnis von
Entwicklung und Verlauf von Kniegelenkserkrankungen wie der
Gonarthrose beitragen.