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Innovative Diagnostik der Arthrose

mittels endoskopietauglicher Faser-Bragg-Gitter-basierter Indentierung

Prof. Dr. Johannes Roths
Fakuktät für Angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik


Arthrose ist weltweit eine der häufigsten Erkrankungen des Bewegungsapparats. Im Rahmen eines arthroskopischen Eingriffs müssen die Knorpelschäden innerhalb des geschädigten Gelenks genau lokalisiert und charakterisiert werden, was durch eine optische Beurteilung unter Operationsbedingungen nicht immer leicht möglich ist. In diesem Vorhaben sollen die wissenschaftlichen Grundlagen für ein neuartiges Diagnoseverfahren zur Bestimmung des Degenerationszustandes von Knorpel geschaffen werden. Durch Antastung verschiedener Stellen des Gelenkknorpels mit einer endoskopischen Indentationssonde, die auf einem faseroptischen Sensorelement, einem sogenannten Faser-Bragg-Gitter, beruht, wird insbesondere der Elastizitätsmodul der obersten Knorpelschicht bestimmt. Aus der gemessenen Knorpelelastizität werden Informationen über den Degenerationsgrad des Knorpels abgeleitet. Es werden applikationsspezifische Sonden und Signalgenerierungskonzepte entwickelt, die eine ausreichend hohe Messempfindlichkeit und -genauigkeit bereitstellen. Die Korrelation zwischen gemessener Knorpelelastizität und Degenerationsgrad wird durch Vergleich mit rasterkraftmikroskopischen Untersuchungen (sowohl mit nano- und mikroskaligen Spitzen) an bovinen Knorpelmodellen mit durch enzymatischer Behandlung simulierten variablen Degenerationsgraden ermittelt. Durch Untersuchungen an humanen Knorpelproben (ex vivo) soll die prinzipielle Leistungsfähigkeit des Verfahrens bei realen medizinischen Aufgabenstellungen gezeigt werden.


Faseroptischer Mikro-Indentierungssensor. Quelle: Labor für Photonik, Hochschule München
Faseroptischer Mikro-Indentierungssensor. Quelle: Labor für Photonik, Hochschule München


Das Forschungsprojekt RO 4145/4-1 wurde vom 01.01.2016 - 31.12.2018 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.


Projektpartner waren:

  • Klinikum der Universität München, Chirurgische Klinik und Poliklinik Experimental Surgery and Regenerative Medicine
  • Professor Dr. Hauke Clausen-Schaumann ,Hochschule München Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik