Development of MR-based procedures and technologies for non-invasive in-vivo assessment of mechanical loading of tissues: Movement and straining of soft tissue structures using the knee joint as example system

开发基于 MR 的程序和技术,用于组织机械负荷的非侵入性体内评估:以膝关节为例的软组织结构的运动和应变系统

基本信息

项目摘要

Verification and assessment of changes of tissue properties due to physiological or pathological adaption processes require fundamental understanding of the associated stress in vivo for unraveling this mechano-biological coupling. To date, however, analysis of tissue stress in single patients individually while taking into account his or her joint s specific anatomy and kinematics has not become possible yet. Therefore, the aim of this research project is to determine and identify both the stress (strain of soft tissue structures) and its (dynamic) changes during passive and active movement in vivo by using MR-based, dynamic imaging. Choosing the knee joint, we aim to demonstrate exemplarily how joint movement and strain of tissue structures interact. In particular, we are interested to process the image information of soft tissues spanning the knee joint in such a way that the strains serving as a correlate of the acting stress can be visualized and quantified. Monitoring pathological movement patterns together with their strain patterns in vivo and in 3D would then provide for the first time insight into the dynamics of elastic deformation of ligaments, tendons and menisci in the intact joint as well as its modifications in an injured joint (e.g. ACL rupture in young and elderly patients). This patient specific recording would allow proving the paradigm of the mechano-biological coupling with respect to tissue adaptation in specific situations and assessing pathologies, interventions and preventive concepts in vivo.
验证和评估由于生理或病理适应过程而导致的组织特性变化需要对体内相关压力的基本了解,以阐明这种机械生物学耦合。然而,迄今为止,对单个患者的组织胁迫分析,同时考虑到他或她的特定解剖学和运动学的分析尚未成为可能。因此,该研究项目的目的是通过使用基于MR的动态成像来确定和确定在体内被动和主动运动期间的应力(软组织结构的应变)及其(动态)变化。选择膝关节,我们旨在证明组织结构的关节运动和应变如何相互作用。特别是,我们有兴趣处理跨越膝关节的软组织的图像信息,以至于可以可视化和量化作用应力相关的菌株。监测病理运动模式及其在体内和3D中的应变模式将首次提供对完整关节中韧带,肌腱和半月板弹性变形的动态,以及其在受伤的关节中的修饰(例如,年轻和老年患者的ACL破裂)。该患者的特定记录将允许在特定情况下对组织适应的机械生态耦合的范式,并评估体内病理,干预措施和预防概念。

项目成果

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