Funktionelle Computertomographie: Beanspruchungsabhängige Darstellung der subchondralen Mineralisierung mittels CT gestützter Osteoabsorptiometrie (CTOAM)

Zusammenfassung

Ziel: Darstellung und Quantifizierung der subchondralen Mineralisierung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Beanspruchungssituationen mittels funktioneller Computertomographie als CT-Osteoabsorptiometrie (CT-OAM). Methode: An 46 humanen Präparaten mit Hallux valgus (HV) wurden exemplarisch die TMT I (Tarsometatarsal)- und MTP I (Metatarsophalangeal)-Gelenke des ersten Strahles (sagittal 1/1/1 mm) an einem Singleslice Spiral-CT (SCT, Somatom Plus 4, Siemens AG) untersucht. Der subchondrale Knochen wurde segmentiert, den Pixel wurde mittels Volume Rendering Technik (VRT) 10 Graustufenbereiche (D100 HU, Range 200 - 1200 HU) zugeordnet. Die Auswertung erfolgte in Abhängigkeit vom Schweregrad des HV; der HV-Winkel wurde hierzu mittels konventioneller Röntgenaufnahmen (d.p.) ermittelt. Ergebnisse: An allen vier Gelenkflächen von TMT- und MTP-Gelenk lassen sich mittels CT-OAM charakteristische Densitogramme der subchondralen Mineralisierung erstellen. Anhand der Lokalisation der Mineralisierungsmaxima ist eine Gruppenbildung möglich; in Abhängigkeit vom HV-Winkel lassen sich dabei unterschiedliche Ausbildungen der Dichtemaxima beobachten (p < 0,001). Schlussfolgerung: Die CT-OAM ist eine funktionelle CT-Untersuchungstechnik zur Darstellung und Quantifizierung der subchondralen Mineralisierungsverteilung und ermöglicht eine nichtinvasive beanspruchungsabhängige Untersuchung von Gelenkflächen. Bei Hallux valgus zeigen sich in Abhängigkeit vom Ausprägungsgrad belastungsabhängig unterschiedliche Ausprägungen der Mineralisierung.

Abstract

Purpose: Functional computed tomography for visualization and quantification of subchondral bone mineralization using CT osteoabsorptiometry (CT-OAM). Materials and Methods: Tarsometatarsal (TMT) and metatarsophalangeal (MTP) joints of 46 human hallux valgus (HV) specimens were examined (sagittal 1/1/1 mm) on a single slice CT scanner SCT (Somatom Plus 4, Siemens AG). Subchondral bone pixels were segmented and assigned to 10 density value groups (Δ100 HU, range 200 - 1200 HU) the pixels using volume rendering technique (VRT). The data analysis considered the severity of HV as determined by the radiographically measured HV-angle (a. p. projection). Results: CT-OAM could generate reproducible densitograms of the distribution pattern of the subchondral bone density for all four joint surfaces (TMT and MTP joints). The bone density localization enables the assignment to different groups, showing a characteristic HV-angle-dependent distribution of the maximum bone mineralization of the load-dependent densitogram (p < 0.001). Conclusion: CT-OAM is a functional CT technique for visualizing and quantifying the distribution of the subchondral bone density, enabling a noninvasive load-dependent assessment of the joint surfaces. Load-dependent densitograms of hallux valgus specimens show a characteristic correlation with an increase of the HV-angle.

Key words

Computed tomography (CT) - functional CT - CT osteoabsorptiometry (CTOAM) - hallux valgus - bunion - diagnosis - bone mineralization

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