Innovative Diagnostik der Arthrose mittels endoskopietauglicher Faser-Bragg-Gitter-basierter Indentierung

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.