Berufsverband Niedergelassener Chirurgen e.V.

Der Sound der Arthrose: Schalldiagnostik kann frühe Knorpelschäden erkennen

Ein kaputtes Gelenk kann knarren wie eine Tür. Dieser Umstand hat Wissenschaftler der Hochschule Fulda, der Universitätsmedizin Charité Berlin, der Universität Ulm und der Technischen Hochschule Mittelhessen in Gießen auf die Idee gebracht, Knorpelschäden am Knie per Schalldiagnostik zu entdecken. Sie fanden zwar heraus, dass Knorpelschäden einen ganz eigenen Sound haben, der für das menschliche Ohr nicht hörbar ist. Doch wenn ein Patient mit Knorpelschäden Kniebeugen macht, entstehen derart typische Geräusche, die sich von anderen Geräuschen abheben und sich per Schallemissionsanalyse mit einer Schallkurve aufzeichnen lassen. 

Eine Pilotstudie, die jetzt im „Journal of Medical Engineering and Physics“ veröffentlicht wurde, zeigt vielversprechende Ergebnisse. So stimmten die Resultate der Schalldiagnostik von 29 Patientinnen und Patienten mit Knieschäden mit zuvor angefertigten MRT-Aufnahmen in 95 Prozent der Fälle überein. Somit wurden nahezu alle radiologisch bestätigten Schäden auch mithilfe der Schalldiagnostik entdeckt. Wie die Hochschule Fulda mitteilte, sehen die Forscher großes Potenzial in der Technik: „Die Schalldiagnostik kann möglicherweise auch schon früher als Röntgenaufnahmen oder MRT einen Gelenkverschleiß bemerken“, hofft Prof. Udo Wolf, Mitautor der Studie und Professor für Physiotherapie am Fachbereich Pflege und Gesundheit der Hochschule Fulda. Für diesen Nachweis brauche es jedoch weitere klinische Studien.

Denn Knorpelschäden seien auf Röntgenbildern oder MRT-Aufnahmen erst in einem späteren Stadium zu sehen, wenn der Knorpel so dünn geworden ist, dass sich der Gelenkspalt verschmälert hat und Knochen droht, auf Knochen zu reiben. Meist sei der Knochen dann allerdings schon so beschädigt, dass als Behandlungsoption oft nur noch ein Gelenkersatz infrage komme. Prof. Wolf erklärte: „Wenn wir schon früh herausfinden könnten, dass eine Arthrose beginnt, könnte man rechtzeitig therapeutisch entgegenwirken, etwa mit Kompressionsbehandlungen oder Krafttraining.“ Gleichzeitis sei die Schallemissionsprüfung vergleichsweise preisgünstig und schonend, weil es keine Strahlenbelastung gibt.

Schallemissionsanalysen werden auch zur Überprüfung der Qualität von Werkstoffen – etwa in der Autoindustrie – durchgeführt, um zu testen, ob das verwendete Material einwandfrei ist. Dazu werden die Materialen verformt, etwa durch mechanische Belastung, die zur Emission von Schall führt. Für die Aufzeichnung der Geräusche von Knorpelschäden haben die Wissenschaftler ein spezielles Mikrofon und Sensoren entwickelt, die diese spezifischen Schallmuster automatisch ausfiltern. Um herauszufinden, wie ein kranker Knorpel im Vergleich zum gesunden Knorpel klingt, setzten die Forscher u. a. an totem Material definierte Schäden, rieben Knorpel ab oder bohrten Löcher.

In der Pilotstudie brachten die Wissenschaftler dann am Kniegelenk der 29 Testpersonen das Aufnahmegerät an und zeichneten die Geräusche auf, während die Patientinnen und Patienten eine Kniebeuge machten. Die Wissenschaftler notierten auch die Gradzahl der Bewegung, bei der die typischen Schallmuster auftreten, um Hinweise auf den Ort der Knorpelschäden zu bekommen. Dann verglichen sie ihre Resultate aufgrund Schalldiagnostik mit zuvor angefertigten (ihnen unbekannten) MRT-Aufnahmen der Patienten und stellten eine Übereinstimmung in 95 Prozent der Fälle fest.

Ein Teil der Patientinnen und Patienten zeigte zudem auffällige Schallmuster, obwohl die Röntgendiagnostik unauffällig war. In weiteren Studien wollen die Forscher daher nun prüfen, ob die Schalldiagnostik möglicherweise sogar sensibler ist und daher bereits kleine Veränderungen am Knorpel wahrnehmen kann, die über das klassische bildgebende Verfahren nicht erkennbar sind.

Quelle: J. Kiselev ,B, Ziegler, H.J. Schwalbe, R.P. Franke, U. Wolf: Detection of osteoarthritis using acoustic emission analysis. Journal of Medical Engineering and Physics. März 2019 (65). S. 57-60

 

 

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