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Computer-unterstützte Radiodensitometrie der Knochenveränderungen bei experimenteller Osteomyelitis

Meliha Kujundzic

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Hanns Plenk

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DOI

10.25365/thesis.29337

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30393.98392.291553-3

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Einleitung und Problemstellung: Das konventionelle Röntgenbild spielt noch immer eine sehr große Rolle in der Osteomyelitis Diagnostik und Verlaufskontrolle. Beschreibungen und subjektive Einschätzung der entzündlichen und reparativen Knochenveränderungen bei experimenteller Osteomyelitis beruhen auf radiologisch etablierten Kriterien und pathohistologischem Scoring. Ziele dieser Diplomarbeit waren einerseits Erprobung computerunterstützter Messmethoden zur Erfassung der für Osteomyelitis charakteristischen Knochenveränderungen, andererseits die Eigenentwicklung einer Erfassung der Röntgendichte-Veränderungen an den vorliegenden Röntgenbildern einer experimentellen Studie. Die neuen objektiven radiologischen Bewertungen sollten mit bereits vorliegenden subjektiven Einschätzungen des Schweregrades der Osteomyelitis durch einen Radiologen verglichen, und mit eigenen pathohistologischen Befunden korreliert werden. Material und Methoden: In der experimentellen Studie war in 4 Gruppen bei jeweils 8 Neuseeland-Kaninchen (w, 1.7- 2.0 kg) die rechte Tibia operativ mit Staphylococcus aureus (Gruppen A+B), und mit Pseudomonas aeruginosa (Gruppen C+D) infiziert worden. Die etablierte chronische Osteomyelitis war nach 4 Wochen operativ mit Antibiotikum-imprägniertem Humanbanknochen (A: Osteomycin®-Vancomycin; C: Osteomycin®-Tobramycin) behandelt worden, oder mit Antibiotikum-kombiniertem Knochenzement (B: Palacos®-Vancomycin, D: Palacos®-Gentamycin). Nach 7 Wochen waren die Tiere getötet und die Tibia für pathohistologische Untersuchungen (unentkalkte, Giemsa-oberflächengefärbte proximale und distale Querschliffe, Histomorphometrie, Polyfluorochrom-Sequenzmarkierung) entnommen worden. Analoge medio-laterale Röntgenbilder von 4 radiologischen Verlaufskontrollen (jeweils Beginn und Ende der Infektionsphase und Behandlungsphase) wurden für radio-morphometrische und radio-densitometrische Messungen digitalisiert, standardisiert und kalibriert. Die Messungen wurden mithilfe von Photoshop CS5 (Adobe®, USA) und NIS-Elements AR 3.2 Software (Nikon, Japan) durchgeführt. Die Daten wurden statistisch mit SPSS 18.0 und SAS® Learning Edition 4.1 evaluiert. Ergebnisse: Mithilfe der computerunterstützten Radio-Morphometrie konnten in der ausgewerteten Region (AOI) zwischen Tuberositas tibiae und fibulo-tibialen Vereinigung bei der Schaftverbreiterung in 3 von 4 Gruppen während der Behandlung eine Zunahme, aber keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen gemessen werden. Die Vermessung der proximalen und distalen Tibia-Schaftdurchmesser ergab ebenfalls eine Zunahme während der Behandlungsphase, und dieser Parameter korreliert signifikant mit den Ergebnissen des subjektiven radiologischen Scorings. Mithilfe der radio-densitometrischen Quantifizierung der Röntgendichten konnten in der Infektions- bzw. Behandlungsphase bei allen Gruppen Veränderungen der Flächenanteile mit Kortikalisdichte, periostaler und intramedullärer Knochenbildung und am Bankknochen (nur Gruppen A und C) gezeigt werden, die mit den histomorphometrischen Befunden übereinstimmen. In den Gruppen A und B wurde in der Behandlungsphase ein Anstieg der Flächenanteile mit kortikaler Knochendichte gemessen. In beiden Gruppen nahm die periostale Knochenbildung ab, und die intramedulläre Knochenbildung nahm zu. Bei der Gruppe C zeigte sich in der Behandlungsphase eine deutliche Erhöhung der Knochenflächenanteile mit Kortikalisdichte. Die Menge des Bankknochens hatte sich deutlich verringert. In der Gruppe D blieb dagegen die periostale Knochenbildung während der Behandlungsphase gleich, und beim kortikalisdichten Knochen wurde eine Verminderung gemessen. Diese Befunde stimmen mit dem statistischen Vergleich der pathohistologischen Scores für Entzündung und Reparation bei den Gruppen C und D überein. Diskussion und Schlussfolgerungen: Trotz standardisierter Anfertigung waren oft erhebliche Unterschiede in Belichtung und Bildqualität der analogen Röntgenbilder zu beobachten, die dann nach ebenfalls standardisierter Digitalisierung eine weitere angleichende Bildbearbeitung im Photoshop CS5 erforderten. Da wegen des geringeren Einflusses der Positionierung der rechten unteren Extremität nur die Röntgenbilder im medio-lateralen Strahlengang ausgewertet wurden, konnte dann aber bei der Radio-Densitometrie nur die anteriore Hälfte des Tibiaschaftes bewertet werden, weil in die posteriore Hälfte auch die Fibula projiziert war. Durch radio-morphometrische Vermessung der konventionellen Röntgenbilder konnten die Veränderungen der Schaftdicke nachvollziehbar und als Zahlenwerte angezeigt werden, und diese Daten korrelierten auch deutlich mit der subjektiven Einschätzung dieser Parameter durch einen erfahrenen Radiologen. Die neuentwickelte Radio-Densitometrie zeigte großes Potential für eine detailierte Befundung von Röntgendichteveränderungen im Verlauf dieser experimentellen Osteomyelitis-Studie, und ermöglicht auch eine vergleichende Erfolgsbewertung der verschiedenen Therapieverfahren.

Abstract

(Englisch)

Introduction and Aims: Conventional radiography is still standard for the clinical diagnosis and follow-up of osteomyelitis. Thus, in experimental osteomyelitis description and subjective estimation of inflammatory and reparative bone changes are based on parameters established in clinical radiology, and then supplemented by pathohistological scorings. Aims of the present diploma work were first the testing of computer-assisted morphometry for exact measurement of structural bone changes, and secondly the own development of a radiodensitometric quantification of bone changes on the existing conventional radiographs from an experimental osteomyelitis study. The resulting data should be compared with the subjective scoring of the severity of osteomyelitis by a clinical radiologist, and be correlated with own pathohistologic findings. Material und Methods: For the experimental study in 4 groups of 8 New Zealand rabbits each (f, 1.7-2.0 kg) the right tibia was surgically infected with Staphylococus aureus (groups A+B), and with Pseudomonas aeruginosa (groups C+D). The established chronic osteomyelitis was surgically treated after 4 weeks with either antibioticum-impregnated human bank bone (A: Osteomycin®-Vancomycin; C: Osteomycin®-Tobramycin), or antibioticum-combined bone cement (B: Palacos®-Vancomycin; D: Palacos®-Gentamycin). After 7 weeks the animals were sacrificed and the right tibia retrieved for pathohistological evaluations (undecalcified proximal and distal cross ground sections, Giemsa-surface stained histomorphometry, polyfluorochrome sequential labelling). For the radio-morphometric and the radio-densitometric evaluations analogous medio-lateral radiographs from 4 follow-ups (begin and end of infection phase and treatment phase) were digitized, standardized and calibrated. The measurements were performed with Photoshop CS5 (Adobe®, USA) and NIS-Elements AR 3.2 Software (Nikon, Japan). Data were statistically analyzed using SPSS 18.0 und SAS® Learning Edition 4.1. Results: Using computer-assistedradio-morphometry, during treatment phase an increase of the tibial shaft area in the region (AOI) between tibial tuberosity and fibulo-tibial union was measured only in groups A to C, while in D shaft thickness decreased, but differences between groups were not significant. Measurement of proximal and distal shaft diameters in the AOI yielded also increases in the treatment phase, and for this parameter a significant correlation with the subjective radiological scoring was calculated. Radio-densitometric evaluation could differentiate areas of cortical bone, periosteal and intramedullary bone density, and bank bone or bone cement, respectively, which corresponded with histometrical findings in all groups. In groups A and B areas of cortical and intramedullary bone density increased during treatment, while periosteal bone areas decreased. Also in group C cortical bone density areas increased significantly, and a decrease of bank bone was measured. In contrast, group D showed no changes in periosteal bone areas, and cortical bone density areas decreased during treatment. These differences in radio-densities between groups C and D were in accordance with the pathohistological scorings of inflammatory versus reparative changes. Discussion and Conclusions: Despite standardized techniques the analogous radiographs were of different exposure and quality, requiering after standardized digitalization adaptive image processing in Photoshop CS5. Due to lesser variation in positioning of the right lower extremity only the medio-lateral radiographs could be used for evaluation, but then only the anterior half of the tibia was evaluated by radio-densitometry, because the fibula was projected over the posterior half. By radio-morphometric measurements on conventional radiographs the changes of tibial shaft thickness could be reproducibly expressed as hard data which correlated well with the subjective scoring by an experienced radiologist. The newly developed radio-densitometry showed great potential for a detailed evaluation of bone density changes during experimental osteomyelitis, allowing also the quantification of successful healing after different treatment modalities.

Autor*innen

Meliha Kujundzic

Haupttitel (Deutsch)

Computer-unterstützte Radiodensitometrie der Knochenveränderungen bei experimenteller Osteomyelitis

Paralleltitel (Englisch)

Computer-assisted radiodensitometry of bone changes in experimental osteomyelitis

Publikationsjahr

2013

Umfangsangabe

XII, 114 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Deutsch

Beurteiler*in

Hanns Plenk

Klassifikationen

42 Biologie > 42.99 Biologie: Sonstiges ,

44 Medizin > 44.64 Radiologie

AC Nummer

AC11042080

Utheses ID

26174

Studienkennzahl

UA | 442 | | |

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Schlagwörter