Lokoregionäre patellare Knorpeldeformation nach Belastung – Analyse mit 3D-MR-Volumetrie bei 3T

Ziele: Die Verteilung der lokalen Knorpeldeformation in vivo liefert Hinweise auf die Stressverteilung auf einer Gelenkfläche. Da bisher nur globale (über die gesamte Gelenkfläche gemittelte) in vivo Deformationsdaten verfügbar waren, war unser Ziel die Analyse der lokalen und regionalen belastungsinduzierten patellaren Knorpeldickendeformation nach Knien, Hocken und Kniebeugen. Methode: Die Patellae von 7 gesunden Probanden wurden in-vivo vor und nach Belastung (Knien, Hocken, 50 Kniebeugen), sowie nach 90min. Erholungszeit mit je einer sagittalen 3D-T1-w FLASH-WE Sequenz (14,2ms/7,2ms/15°/0,3² x1,5mm³/512²/3T) untersucht. Nach Knorpelsegmentation und 3D-Rekonstruktion wurde die lokale Dicke über die Gelenkfläche berechnet (Dickenplot), 2σ-Differenzplots (3D matching) vor und nach Belastung bzw. Ruhe erstellt, sowie signifikant deformierte Areale (analog IKDC-Scoresheet) ermittelt. Zusätzlich wurden globale Parameter (Volumen (Vol), mittlere Dicke (MTh) und Knorpel-Knochen-Grenzfläche (CBI)) berechnet und verglichen (T-Test). Der Reproduzierbarkeitsfehler (R) wurde ermittelt (RMSA, Test-Retest für globale Parameter und lokale Dicke). Ergebnis: Für Knorpeldicken ≥1mm lag der lokale R unter Voxelgröße, der globale R bei 1,3–2,5%. Die globalen Deformationswerte waren Vol 3,6%/mTh 3,7%, (Knien), Vol 3,1% (Hocken) und Vol 1,1%/mTh 1%. (Kniebeugen). Die signifikant getesteten lokalen Deformationen fanden sich überwiegend zentral (Knien, 0,3–3,3%), mediokaudal (Hocken, 2–8%) und kraniolateral (Kniebeugen, 2,2%). Schlussfolgerung: Die Daten zeigen erstmals individuelle patellare belastungsspezifische Kontaktzonen. Die Veränderungen sind klein. Sie korrespondieren mit biomechanischen Untersuchungen, die postulieren, dass Druckkräfte auf den Gelenkknorpel in statisch kniender oder hockender Position durch Bodenkontakt- und Weichteilentlastung abgemildert werden. Die Daten bieten in vivo Eingangsparameter für biomechanische Modellrechnungen, auch im Hinblick auf Gelenkbelastung und Arthroseentstehung.

Korrespondierender Autor: Horng A

Universitätsklinikum LMU München Campus Grosshadern, Institut für Klinische Radiologie, Marchioninistraße 15, 81377 München

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