1  Einleitung

Die Verfolgung und Beurteilung der Stabilität von regenerierendem Knochen nach einer Fraktur oder einer Distraktionsbehandlung ist von besonderem klinischen wie wissenschaftlichen Interesse. Für das klinische Management kommt einer Möglichkeit der Abschätzung der Knochenbelastbarkeit eine entscheidende Bedeutung zu. Eine verfrühte Fixateurexplantation nach Distraktionsbehandlung könnte zu einer erneuten Fraktur oder einer axialen Verbiegung im Distraktionssegment führen. Andererseits kann es zu einer Immobilisationsosteoporose kommen, sollte der Fixateur zu lange belassen werden. Hierdurch besteht die Gefahr einer Fraktur außerhalb der Distraktionszone [61]. Radiologische und biomechanische Methoden konnten erfolgreich die Stabilität beurteilen, wobei die radiologischen Verfahren den Vorteil besitzen nicht invasiv zu sein. Das klinische Management orientiert sich allerdings nach wie vor an empirischen Werten des befundenden Radiologen oder Unfallchirurgen.

Die Einführung einer nicht invasiven, radiologischen Methode, anhand derer sowohl qualitative als auch quantitative Aussagen über den regenerierenden Knochen möglich sind, birgt Vorteile für klinische und experimentelle Fragestellungen.

Die vorliegende Arbeit stellt zwei radiologische Methoden vor, die neben der herkömmlichen qualitativen Befundung auch quantitative Aussagen über das Knochenregenerat erlauben. Zunächst werden die geeigneten Parameter für die nachfolgende Studie gesucht. Im Hauptversuch wird die Anwendbarkeit der beiden Verfahren in einem Großtierversuch mit Yucatan-Schweinen im Rahmen einer Distraktionsbehandlung an der Tibia untersucht und anschließend mit biomechanischen Daten korreliert. Schließlich erfolgt der Vergleich mit den etablierten Methoden der Knochendichtebestimmung.

Die Entdeckung der Röntgenstrahlung am 8.11.1895 durch Wilhelm C. Röntgen ermöglichte erstmals die Durchleuchtung fester Körper [22,64]. Die Geräte und Aufnahmetechniken waren einem rasanten Wandel unterzogen, der auch heute [Seite 8↓]noch nicht abgeschlossen ist.

In den letzten zwanzig Jahren wurden Systeme entwickelt, welche die Kommunikation zwischen einzelnen Abteilungen des Krankenhauses sowie die Verbindung mehrerer Krankenhäuser verbessern sollten: die Picture Archiving and Communication Systems PACS. Im Rahmen der fortschreitenden Digitalisierung wurde an der Entwicklung digitaler Röntgenbilder gearbeitet [9,10], deren Weiterentwicklung die digitale Lumineszenzradiographie DLR ist [14,74].

Heutzutage stehen verschiedene Systeme der digitalen Bildverarbeitung zur Verfügung:

• Die digitale Bildverstärker-Radiographie DBR erzeugt mit Hilfe einer Röntgenbildverstärker-Fernsehkette zunächst ein analoges Bild, welches nachträglich über einen Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt wird.
• Bei der digitalen Lumineszenzradiographie DLR wird die Bildinformation auf einer speziellen Speicherfolie festgehalten und mit einem Laserstrahl in einer Ausleseeinheit in eine digitale Bildinformation übertragen.
• Der Begriff digitalisierte Filmradiographie DFR umfaßt verschiedene Verfahren, denen gemein ist, daß sie konventionell erzeugte Röntgenfilme in eine digitale Information überführen. Die heutzutage gebräuchlichen Systeme basieren auf einer hochauflösenden Videokamera, wobei die digitale Erfassung durch einen CCD-Zeilenscanner oder durch die Abtastung mit einem Laserstrahl erfolgt.
• Die rekonstruktiven Verfahren beinhalten Methoden, welche durch eine digitale Bilderfassung und eine nachträgliche Bildrekonstruktion mittels eines Computers gekennzeichnet sind [9].

	Abbildung 1: Übersicht über die verschiedenen digitalen bildgebenden Verfahren [9]

Das Röntgenbild stellt ein Durchleuchtungsbild eines Objektes dar. Die Strahlung durchdringt dazu ein Objekt und wird dabei in ihrer Intensität abgeschwächt. Die Schwächung hängt wesentlich von Dicke, Dichte und Ordnungszahl des Objektes ab. Die austretende Strahlung wird im Falle des konventionellen Röntgenfilms auf einer beidseitig beschichteten Folie aufgefangen, wobei die Strahleninformation durch Reduktion von Silberionen zu sichtbaren Silberkörnern in eine fixierte Bildinformation transformiert wird [43]. Die Schwächung der Strahlung durch die Materie läßt sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit voraussagen. Sie ist sowohl von der Photonenenergie als auch von den Eigenschaften der Materie abhängig und läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

	Abbildung 2: Gleichung 1 [27]:

Der Gleichung 1 ist zu entnehmen, daß die Strahlung um so stärker geschwächt wird, je größer der Absorptionskoeffizient m ist. Dieser Schwächungskoeffizient m ist zu der Dichte des durchstrahlten Körpers linear proportional. Folglich kann die Absorption auch auf die Dichte bezogen werden, wobei der Massenschwächungskoeffizient m/r entsteht, der in cm²/g angegeben wird.

Die digitale Radiographie wurde im Zuge der Integration bildgebender Verfahren in ein Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem PACS eingeführt. Sie sollte den Datentransfer der einzelnen Abteilungen eines Krankenhauses erleichtern. Durch die Digitalisierung war es möglich die Röntgenbilder nachzubearbeiten, so daß auch technisch schlechte Aufnahmen beurteilbar wurden [10,48,83]. Ferner wurde eine Reduktion der Strahlendosis in verschiedenen Studien diskutiert [69,80]. Verschiedene Systeme mit unterschiedlichen Methoden der Digitalisierung konkurrieren untereinander. Im folgenden werden zwei Verfahren vorgestellt, die Grundlage dieser Studie sind :

1. das digitalisierte konventionelle Röntgenbild DFR und
2. das digital erstellte Röntgenbild DLR.

Die digitalisierte Filmradiographie stellt eine Möglichkeit dar, konventionelle Röntgenbilder nachträglich zu digitalisieren. Im allgemeinen werden verschiedene Verfahren der Digitalisierung unterschieden:

• Die Methoden, die ein Videosystem verwenden, zeichnen sich durch eine kurze Scanzeit aus. Das Verfahren beruht vornehmlich auf den Eigenschaften der Videokamera, welche bereits eine Umwandlung von optischen in elektrische Signale vornimmt [9].
• Die Laser-Filmdigitalisierer erlauben eine zeilenförmige Abtastung der konventionellen Röntgenfilme unter Verwendung von speziellen optischen Einrichtungen zur Übermittlung des Laserstrahls [9].
• Der dieser Studie zugrunde liegende Digitalisierer arbeitet mit einem hochauflösendem Couple Charge Device CCD-Zeilenscanner, der das Bild nach dem Prinzip des Photoeffektes in Abhängigkeit des einfallenden Lichtes digitalisiert. Die Auflösung beträgt bei 2048 x 2048 Pixel bis zu 2,5 LP/ mm. Die Dynamik beträgt 10 Bit/ Pixel entsprechend einer 2¹⁰ Bitmatrix. Die Graustufenverteilung des digitalisierten Bildes hat eine sigmoidale Kurve [10].

In einem ersten Schritt des Verfahrens werden die Bildkanten sowie die Hell-Dunkel-Verteilung des Tisches ermittelt. Anschließend erfolgt eine zeilenweise Abtastung des Bildes innerhalb der ermittelten Grenzen. In Abhängigkeit vom Bildtyp wird eine Optimierung des Bildes mittels einer Gradationskurve angestrebt. Nach der Digitalisierung des Bildes kann dieses in der Recheneinheit weiterbearbeitet werden. Verschiedene Algorithmen der Bildnachbearbeitung stehen auf der Workstation zur Verfügung. Zudem besteht die Möglichkeit das Bild auf einer Diskette abzuspeichern und ggf. auf einer anderen Recheneinheit einzulesen [10]. Die folgende schematische Graphik zeigt eine “Work Station“ der Firma Pace Systems GmbH®, wie sie auch dieser Studie zur Verfügung stand.

	Abbildung 3: Die digitale Filmradiographie (Fa. Digital Diagnostix Deutschland, Pace Systems GmbH, Wiesbaden, Deutschland)

Abbildung 3 zeigt die “Work Station“ für die digitalisierte Filmradiographie der Firma Pace Systems^®. Sie besteht aus einem Tisch und einem Rahmen auf Rollen. Auf der linken Seite befindet sich die Kamera für die digitale Abtastung und eine Glasplatte mit einer darunterbefindlichen Halogenlampe zur Beleuchtung des Röntgenbildes. Die Daten werden auf den Computer rechts im Tisch übertragen und können dort digital bearbeitet und befundet werden.

Die digitale Lumineszenzradiographie ermöglicht mittels einer neuartigen Speicherfolie die digitale Bildentstehung ohne den Zwischenschritt der konventionellen Röntgenaufnahme [45]. Die Folie wird von einem Laser ausgewertet und die Information auf einen Bildrechner übertragen. Das Bild kann anschließend an einer Bildbearbeitungskonsole weiterverarbeitet werden. Als Speicherfolie dient eine mit Europium-dotierten Bariumfluorobromidkristallen beschichtete Folie. Die photostimulierbaren Phosphorverbindungen besitzen die Eigenschaft, die Energie der Röntgenstrahlung in einem stabilen Zustand zu absorbieren. Die Hälfte der aktivierten Elektronen fällt zwar sogleich auf das niedrigere Niveau zurück, wobei die spontane Lumineszenz entsteht. Die andere Hälfte der Elektronen verbleibt jedoch in ihrem aktivierten Zustand und enthält die Strahleninformation [14,77]. Ein feinfokussierter Laserstrahl kann diese Elektronen in Form von stimulierter Lumineszenz kontrolliert freisetzen. Die Daten werden anschließend über einen analog-digital Wandler auf einen Bildrechner übertragen [14], wo das Bild zur digitalen Weiterverarbeitung zur Verfügung steht. Die Ortsauflösung ist von der Matrixgröße und dem verwendeten Bildformat abhängig. [Seite 12↓]Bei der dieser Arbeit zugrundeliegenden Matrixgröße von 2048 x 2048 und einem Kassettenformat von 24 x 30 cm läßt sich eine Ortsauflösung von bis zu 3,3 LP/mm erreichen. Die DLR hat eine Signaldynamik von annähernd linearer Charakteristik. Auf der Konsole stehen verschiedene Auslesungs- und Bildbearbeitungsmodi zur Verfügung, um die beste Auflösung für die jeweilige Untersuchungsregion zu ermöglichen. Durch eine Ortsfrequenzfilterung mittels unscharfer Maske kann ein kantenbezogenes Bild erzeugt werden, so daß eine Betonung aller im Orginalbild vorhandenen Objektkonturen erfolgt. Die Gradationsanpassung bietet die Möglichkeit einer problemorientierten Grauwertoptimierung, so daß unterschiedlich absorbierende Körperteile mit nur einer Exposition getrennt kontrastreich dargestellt werden können [15]. Durch die Bildbearbeitungsmodi können Fehlbelichtungen, ebenso wie bei der DFR, digital nachbearbeitet werden, wodurch nachträgliche Aufnahmen überflüssig werden [29]. Nachteilig ist zum einen das hohe Datenaufkommen von bis zu mehreren Megabyte pro Bild. Ferner ist ein vermehrtes Bildrauschen und eine im Vergleich zum konventionellen Röntgen begrenzte Ortsauflösung zu verzeichnen [15]. Die folgende schematische Graphik zeigt eine Bearbeitungskonsole der Firma Siemens®, wie sie dieser Studie zur Verfügung stand.

	Abbildung 4: Die digitale Lumineszenzradiographie (Fa. Siemens Health Services GmbH & Co, Erlangen, Deutschland)

Die Röntgentechnik ermöglicht die Beurteilung einzelner Körperteile, die der direkten Inspektion verschlossen sind. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Untersuchung des Skeletts. Es dient dem Organismus als Stützapparat und auch als Mineralreserve [27,40]. Die Morphologie pathologisch-anatomischer [Seite 13↓]Prozesse im Knochen kann im Röntgenbild dargestellt werden, so daß eine Erkennung metabolischer, hormoneller und anderer Störungen möglich ist [27].

Die Knochenmatrix setzt sich zu 50-55 vol% aus einer anorganischen Grundmatrix, zu 30-35 vol% aus organischen Bestandteilen und zu 10-15 vol% aus Wasser zusammen. Das Kalziumphosphat ist als Hydroxyapatitkristall mit der chemischen Strukturformel von Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ gespeichert [28] und ist hauptverantwortlich für die Absorption der Röntgenstrahlen [26].

Der Absorptionskoeffizient der Röntgenstrahlung für Knochengewebe setzt sich additiv aus den einzelnen Koeffizienten seiner Bestandteile zusammen und ist folgender Gleichung zu entnehmen:

	Abbildung 5: Gleichung 2 [27]

Die Schwächung der Röntgenstrahlung im Knochen entspricht demzufolge:

	Abbildung 6: Gleichung 3 [27]

Die besten Ergebnisse für die Beurteilung des Knochens sind folglich bei niedrigen Spannungen zu erzielen, da dann die Unterschiede der Strahlenabsorption vom organischen und vom anorganischen Bestandteil besonders groß sind [27].

Die statischen Eigenschaften des Skeletts sind abhängig vom Knochenmineraliengehalt, der Knochenstruktur, der Knochengröße sowie den Materialeigenschaften der Knochenmatrix [23]. Der Mineraliengehalt des Knochens spielt jedoch die wichtigste Rolle im Hinblick auf das Risiko für eine Fraktur [58]. Diese Aussage wurde in biomechanischen Vergleichsstudien an Wirbelkörpern [25,46] und Femurknochen [9,58,61] belegt. Demzufolge gibt es die Bestrebung, Veränderungen des Knochenmineralgehaltes frühzeitig zu ermitteln [27], um die [Seite 14↓]Statik einzelner Knochen sowie des ganzen Skletts besser und nicht invasiv zu beurteilen.

Mineralverluste des Knochens sind für das menschliche Auge auf Röntgenaufnahmen ohne Referenzsystem allerdings erst ab einer Abnahme von mindestens 25 - 30 % [28,40] erkennbar. Für klinische und experimentelle Situationen werden jedoch genauere Verfahren gefordert [78].

Demzufolge wurden unterschiedliche Bezugsysteme entwickelt, um die subjektiven Röntgenbefunde zu objektivieren [26]. Hierfür sind verschiedene Untersuchungsmethoden geeignet:

• Vergleichende Strukturanalysen versuchen das Strukturmuster des Knochens einzuteilen. Die Objektivierung der Befunde wird zwar erleichtert, quantitative Aussagen über den Mineralgehalt können jedoch nicht gemacht werden [86].
• Zur Objektivierung makroskopischer Strukturveränderungen des Knochens wurden spezielle optoelektrische Bildverarbeitungsmethoden entwickelt [28]. Die unterschiedlichen Verfahren erlauben Aussagen über die Grauwertverteilung des Röntgenbildes, lassen aber keine quantitativen Ergebnisse bezüglich der Knochenmasse zu [28].
• Ende der Dreißiger Jahre wurden verstärkt Versuche unternommen, den Mineralgehalt des Knochens quantitativ zu messen. Die meisten röntgenologischen Verfahren konnten sich allerdings in der Praxis nicht durchsetzen [75].

Die ideale Untersuchungsmethode vereinigt eine kurze Scanzeit, eine geringe Strahlenexposition, eine hohe Genauigkeit sowie verschiedene Ansichten auf den Knochen zur Unterscheidung von trabekulärem und kortikalem Knochen.

Die DEXA und die qCT gelten zur Zeit als sensitivste und nicht invasive Methoden zur Bestimmung des Knochenmineralgehaltes [13,26]. Sie unterscheiden sich im Hinblick auf den untersuchten Knochen, die Präzision und die Güte des Verfahrens, die Untersuchungsdauer und Strahlendosis sowie die Kosten der Untersuchung [13].

Die Osteoporose ist eine Erkrankung des Skelettsystems, die mit einer Verminderung der Knochenmasse, - struktur und - funktion einhergeht. Sie tritt vorwiegend im mittleren Lebensalter auf und ist mit einem erhöhten Risiko für Frakturen assoziiert. Für kaukasische Frauen ab dem mittleren Alter besteht ein Gesamtrisiko im Laufe des Lebens eine Fraktur der Hüfte, eines Wirbelkörpers oder eines Unterarms zu erleiden von fast 40%. Die Erniedrigung der Knochenmasse ist dabei mit Abstand der wichtigste Risikofaktor für das Auftreten von Frakturen im Zuge einer Osteoporose [13]. Nicht zuletzt wegen der hohen, nachfolgenden Behandlungskosten stellt die Osteoporose auch eine Herausforderung für das Gesundheitswesen dar [34]. Durch eine frühzeitige Prävention besteht die Möglichkeit, die Folgeerscheinungen der Erkrankung zu vermeiden. Ferner ist eine genaue Bestimmung der Knochenmasse für die Kontrolle des Therapiemanagements wichtig. Daher werden nicht invasive Untersuchungstechniken gesucht, um die Knochenmasse der Patienten zu bestimmen.

Die Radiogrammometrie beruht darauf, den Skelettstatus über die Dicke des Kortex des Os Metacarpale zu bestimmen. Die kombinierte kortikale Dicke ist eine Weiterführung der Methode [44] und bewährte sich, das Risiko für die Entstehung von spontanen Wirbelkörperfrakturen abzuschätzen.

Semiquantitative Messungen des trabekulären Knochens wurden für Röntgenaufnahmen des proximalen Femurknochens [72] und des Calcaneus [1] eingeführt. Die Techniken benutzten ein “Grading“ als Schema, das sich an den trabekulären Strukturen orientiert. Alle Techniken ermöglichen eine Diagnose und eine Einteilung der Osteoporose, jedoch keine direkte Bestimmung der Knochenmasse [1,72] .

Mit der Einführung der digitalen Datenverarbeitung in die Radiologie wurden neue Methoden entwickelt. Für den klinischen Gebrauch konnten sie jedoch nur wenig Praktikabilität zeigen und blieben daher ein wissenschaftliches Werkzeug [63].

Die Einführung des Densitometer durch Mack führte erstmals zu der Möglichkeit, die Knochendichte mittels der Lichtdurchlässigkeit des Röntgenbildes zu bestimmen. Da die Röntgenbilder jedoch aufgrund unterschiedlicher Störfaktoren nicht direkt miteinander vergleichbar sind, wird ein Phantom als [Seite 16↓]Kalibrierungsstandard benötigt und der Mineralgehalt als Äquivalenzwert (equivalent thickness ET) bestimmt [27], z. B. durch eine Aluminiumtreppe als Aluminiumäquivalenzwert EAT. Diese Methoden konnten sich allerdings in der Praxis nicht durchsetzen, da sie einen zu großen Aufwand erforderten.

Absorptionsmessungen von Ultraschallschallwellen konnten sich in den letzten Jahren etablieren. Die Verfahren beruhen einerseits auf der Messung der frequenzabhängigen Schallapsorption im Knochen (broadband attenuation, BUA) oder auf der Messung der Schallgeschwindigkeit durch die Knochensubstanz (speed of sound, SOS) [16,30,35]. Die BUA erlaubt die Bestimmung der Knochendichte, die SOS-Methode macht zudem Aussagen über die Elastizität [16]. Da die Messkurven der Ultraschallgeräte untereinander und auch zu anderen Methoden nur schwer zu vergleichen sind, kann über die Aussagekraft das quantitativen Ultraschalls im Hinblick auf das Frakturrisiko bei Osteoporosepatienten zum heutigen Zeitpunkt noch keine Aussage getroffen werden [16,34,35].

Heutzutage ist die DEXA die am meisten verbreitete Methode für die Knochendichtebestimmung bei Patienten mit Osteoporose. Es handelt sich um eine schnelle, akkurate und sichere Methode mit einer relativ geringen Strahlenbelastung. Sie ist insbesondere geeignet, Patienten mit einem erhöhten Frakturrisiko frühzeitig zu erkennen und der Therapie zuzuführen [6,35]. Da sie allerdings nur zweidimensionale Messungen erlaubt, und von der Größe des Knochens abhängig ist, kann sie zu erhöhten Knochendichtewerten führen [35].

Das qCT erlaubt ein dreidimensionale Messunge der Knochendichte und bestimmt daher die exakte dreidimensionale, anatomische Lokalisation des untersuchten Gewebes [23]. Die Methode ist sehr gut geeignet den Verlauf einer Therapie zu beurteilen. Aufgrund der hohen Strahlendosis, der Probleme in der Qualitätskontrolle und der hohen Kosten wird sie allerdings als Screeningmethode nicht verwendet [6,35].

Im Jahre 1905 präsentierte A. Codivilla die Technik des Calcaneusextensionsnagels.

Sein Verfahren fand sehr bald Anerkennung und wurde von vielen Kollegen weiterentwickelt. In den frühen Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts wurden die Techniken unter Berücksichtigung biologischer und physiologischer Voraussetzungen verfeinert, deren Ergebnisse jedoch wegen der gravierenden Komplikationen in Frage gestellt wurden [55,86].

1951 entwickelte G. A. Ilizarov ein neues Verfahren, welches das biologische Potential des Gewebes besser ausnutzen und zudem die Formation des neuen Knochens direkt steuern konnte. Ilizarovs Konzept nutzt verschiedene biologische und mechanische Erkenntnisse. Hierfür wird ein Ringfixateur mit einer hohen torsionalen und axialen Stabilität ober - und unterhalb des Frakturspaltes durch Kirschnerdrähte befestigt und das Kallusgewebe entlang des Fixatuers distrahiert, wobei axiale Mikrobewegungen im Frakturspalt erlaubt sind. Durch das Körpereigengewicht kann während der Konsolidierungsphase eine geringe Kompression auf das Gewebe ausgeübt werden [33]. Jedoch muß der Fixateur bis zur kompletten Knochenheilung belassen werden. Die Theorien Ilizarovs wurden in zahlreichen histologischen und radiographischen Studien belegt [2,12,21,31,32,33].

	Abbildung 7: Das Prinzip der Distraktionsosteogenese nach Ilizarov [89]

Die Vorteile der Methode bestehen zum einen in einer stabilen Fixierung der niederenergetischen Kortikotomie, wodurch die Erhaltung der Blutzufuhr gewährleistet wird. Ferner dient die Latenzperiode zwischen Kortikotomie und [Seite 18↓]Distraktion der Überbrückung der Frakturzone mit fibrösem Gewebe, welches unter kontinuierlicher Distraktion von 1 mm pro Tag von peripher nach zentral ossifiziert [61]. Durch die lange Tragedauer kann es jedoch Fixateur-assoziierten Komplikationen wie Pininfektionen, Immobilisationsosteoporose oder Osteomyelitis kommen. Bei ungefähr 10% der Patienten treten strukturelle Fehler des Regenerates in Form von Frakturen, Verbiegungen, Verkürzungen oder Pseudoarthrosen auf [81]. Zudem stellt die lange Tragedauer eine besondere psychische Belastung für den Patienten dar [61]. Heutzutage wird die Distraktionsbehandlung nach Ilizarov vorwiegend zur Extremitätenverlängerung und Behandlung posttraumatischer Knochenverluste angewendet [3,24,60].

Verschiedene Faktoren haben einen Einfluß auf den Erfolg der Distraktionsosteogenese, wobei das Alter, die Distraktionsgeschwindigkeit und -rate sowie operative Faktoren die größte Auswirkung zu haben scheinen [18].

Der Erfolg der Ilizarov-Methode hängt entscheidend von der Verlaufsbefundung während der Distraktions- und Konsolidierungsphase ab. In der Frühphase der Verlaufskontrolle sollte eine Längenbestimmung und Ausrichtung des Distraktionsspaltes erfolgen, um eventuelle Achsenfehlstellungen zu korrigieren. Mindestens ebenso wichtig ist die Bestimmung der Knochenneubildung während und nach der Distraktion, da sich die Geschwindigkeit der Distraktion an der Knochenneubildung orientiert. Dem Radiologen kommt die wichtige Rolle zu, im Verlauf der Distraktionsosteogenese die seriellen Röntgenbilder zu evaluieren und eventuelle Komplikationen fürhzeitig zu entdecken [81]. Daher ist eine enge Kooperation zwischen Radiologen und Traumatologen erforderlich, um Korrekturen rechtzeitig vorzunehmen [81]. Hierfür ist die konventionelle Röntgentechnik nach wie vor die am häufigsten verwendete Methode [30,38]. Im Röntgenbild wird das Kallusgwebe ab der 4. Woche dargestellt. Im Verlauf der Distraktion werden dann wöchentliche Verlaufskontrollen angefertigt, um die Distraktionsrate an die Knochenformation anzupassen [89]. Quantitative Aussagen über die Knochenmasse sind dem konventionellen Röntgenbild nicht zu entnehmen. Die Photodensitometrie stellt eine verläßliche radiologische Methode zur Quantifizierung der Kallusmasse dar. Sie fand jedoch wegen mangelnder Praktikabilität keinen Einzug in die Klinik [36,73]. Der größte limitierende Faktor des [Seite 19↓]radiologische Kallusmonitoring besteht darin, dass es sich um eine zweidimensionale Darstellung handelt [61].

Die Computertomographie bietet eine hervorragende Möglichkeit der Befundung. Im Computertomogramm ist die Kalzifizierung des Kallus ab der 3. Woche sichtbar. Mit Hilfe der quantitativen Computertomographie sind zudem verlässliche Aussagen über die Festigkeit des neuformierten Kallus möglich, jedoch stellen Überlagerungsartefakte durch das Metall des Fixateurs, die hohe Strahlenbelastung des Patienten und die hohen Kosten limitierende Faktoren dar [30].

Ebenfalls geeignet für die quantitativen Knochenmineralbestimmung [65] ist die DEXA. Jedoch hat sie eine geringe Ortsauflösung und kann Verbiegungen im Distraktionsspalt schlecht darstellen. Daher ist sie für die alleinige Verlaufsbefundung der Distraktionsosteognese wenig geeignet und wird vorwiegend in der Konsolidierungsphase angewendet [30].

Die Sonographie ist eine weitere Methode für die frühe Befundung der Distraktionszone [5,60], da sie das Kallusregenerat schon 4 bis 14 Tage nach der Operation darstellen kann. Sie ist gut geeignet, die Distraktionsrate im Frühstadium anzupassen und Ossifikationsdefekte zu entdecken [38]. Im Rahmen der zunehmenden Mineralisation des Knochens nimmt ihre Aussagekraft stark ab und ist in der Konsolidierungsphase nicht mehr einsetzbar. Vorteilhaft ist die fehlende Strahlenbelastung des Patienten, jedoch können quantitative Aussagen aus dem Ultraschallbild noch nicht gewonnen werden [5,11,88].

Die Distraktionsosteogenese hat sich in den vergangenen Jahrzehnten in Unfallchirurgie und Orthopädie als Verfahren zur Knochenstabilisierung- und verlängerung etabliert. Sie bietet die Möglichkeit durch kontinuierlichen Zug des Knochenregenerates eine Knochenneubildung zu erreichen. Ein dringendes Problem stellt jedoch die nicht invasive Beurteilung der strukturellen Eigenschaften und damit einhergehend die Beurteilung der Belastbarkeit des Regenerates dar. Verschiedene Methoden wurden entwickelt um die Belastbarkeit vorauszusagen, jedoch orientiert sich das heutige Management primär an klinischen und empirischen Parametern. Für die Verlaufsbefundung während der Distraktionsosteogenese ist die konventionelle Radiologie nach wie vor die Methode der Wahl.

Im Rahmen einer pharmakologischen Großtierstudie, bei der die Wirksamkeit von homologem rekombinantem Wachstumshormon (rp-GH) zur Beschleunigung der Regeneratkonsolidierung bei der Kallusdistraktion untersucht wird, ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Wertigkeit von zwei unterschiedlichen digitalen Röntgenverfahren als Verlaufsparameter während der Distraktionsosteogenese zu evaluieren. Die Auswertung der Daten erfolgt dabei unabhängig von der Applikation des Studienmedikaments rp-GH.

Für die Studie werden zum einen konventionelle Röntgenbilder erstellt und anschließend auf einer “Work Station“ digitalisiert. Zum anderen werden rein digitale Röntgenbilder erstellt. In der vorliegenden Arbeit ergeben sich folgende Fragestellungen:

1. Ist eine zuverlässige Verlaufsbeurteilung des Regenerates mit den dieser Arbeit zugrundeliegenden Messungen des Knochengewichtes möglich?
2. Inwieweit lassen sich diese Methoden mit den biomechanischen Ergebnissen korrelieren?
3. Welchen Stellenwert nehmen die quantitativen radiologischen Knochengewichtsmessungen im Vergleich zu anderen etablierten Methoden ein?
4. Welche Vor- und Nachteile besitzen die unterschiedlichen digitalen Verarbeitungsmöglichkeiten des Röntgenbildes?