26. August 2022 – Die Heilung eines gebrochenen Knochens ist nicht immer ein einfacher Prozess, bei dem man einen Gips anlegt und darauf wartet, dass der Körper mit der Zeit seine Sache erledigt. Die vielen Materialien, aus denen unsere Knochen bestehen, haben unterschiedliche Dichten und interagieren auf verschiedene Weise, die sich darauf auswirken, ob eine Fraktur richtig heilt.
Eine Fraktur, die nicht richtig heilt, wird als Pseudarthrose bezeichnet und kann bei langen Knochen, wie z. B. einem Beinknochen, zu einer Behinderung führen. Und Ärzte können nicht immer sagen, wann eine Pseudarthrose aufgetreten ist, geschweige denn vorhersagen, wie wahrscheinlich sie im Voraus ist. Aber die Forschung zu Knochenbildgebungsverfahren ist auf dem Weg, dies zu ändern und Ärzten einen Blick in die Zukunft zu geben, damit sie Probleme früher erkennen können.
Maschinenbauforscher an der Lehigh University in Bethlehem, PA, verwenden Knochenbildgebung und virtuelle mechanische Tests, um mehr zu entwickeln genaues Modell des Heilungsprozesses.
Ein virtuelles Modell kann Ärzten helfen, zu erkennen, wenn ein Knochen von einem gesunden Heilungsprozess abweicht, damit sie früher eingreifen können. Der Schlüssel liegt darin, den physikalischen Prozess in der Heilungszone, in der die Fraktur tatsächlich repariert wird, besser zu verstehen.
In der Besetzung
Der Heilungsprozess beginnt, wenn der Körper den Bruch erkennt und Immunzellen aussendet, um eine Entzündung auszulösen. Schwellungen sind das Warnsignal des Körpers, den verletzten Teil nicht mehr zu verwenden.
Auch um die Verletzung herum sammeln sich Blutzellen, und diese Zellmasse – ein Hämatom oder ein Blutgerinnsel – füllt den Raum in der Bruchstelle aus. In der nächsten Woche ersetzt eine Art weicher Knochen namens Kallus allmählich das Blutgerinnsel und hält den Knochen zusammen, obwohl er noch nicht stark genug ist, um mit der Verwendung des Knochens zu beginnen. Nach einigen Wochen hat der Kallus Zeit, sich zu verhärten, und dann beginnt harter Knochen, den harten Kallus zu ersetzen.
Aber es ist schwierig zu sehen, wie gut diese späteren Stadien auf Röntgenbildern auftreten, da harter Kallus und harter Knochen so ähnlich aussehen. Ingenieure arbeiten daran, die mechanischen Eigenschaften von Knochen und Kallus wie Masse und Dichte zu verstehen, damit sie besser vorhersagen können, wann der harte Knochen den Kallus vollständig ersetzt hat. Eine zu frühe Vorhersage könnte den Heilungsprozess behindern, wenn die Person den Knochen normal verwendet, bevor er vollständig geheilt ist.
Frühere Computermodelle konnten harten Kallus nicht genau von hartem Knochen unterscheiden, hauptsächlich weil Kallus selbst aus verschiedenen Gewebearten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften besteht.
Aber diese neue Forschung stützt sich auf das Testen der Belastung, die während des Verdrehens auf den Knochen ausgeübt wird. Die Forscher speisten diese Testergebnisse und die entsprechenden CT-Bilder in einen Computer ein, um den Heilungsprozess zu modellieren. Hellere Bereiche auf dem Bild stellen steifere, härtere Knochen dar, sodass ihre Arbeit den Ermittlern half, den Grenzpunkt herauszufinden, an dem das Material aufhört, Kallus zu sein und sich in Knochen verwandelt. Die Kenntnis dieses Grenzwerts kann helfen, früher zu erkennen, wann eine Pseudarthrose auftritt, was wiederum den Ärzten helfen kann, besser zu verstehen, wie und warum der Heilungsprozess fehlschlägt, damit sie helfen können.