Diane Haake (Autor) Evaluation der Magnetresonaztomographie zur longitudinalen Untersuchung degradierbarer Mag-nesiumimplantate in vivo

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1 Diane Haake (Autor) Evaluation der Magnetresonaztomographie zur longitudinalen Untersuchung degradierbarer Mag-nesiumimplantate in vivo Copyright: Cuvillier Verlag, Inhaberin Annette Jentzsch-Cuvillier, Nonnenstieg 8, Göttingen, Germany Telefon: +49 (0) , Website:

2 Inhaltsverzeichnis EINLEITUNG... 1 LITERATURÜBERSICHT... 3 AUFBAU DES KNOCHENS... 3 OS FEMORIS... 3 ZELLEN DES KNOCHENS... 4 BIOMECHANIK DES KNOCHENS... 5 REMODELING... 6 KNOCHENREGENERATION... 6 OSTEOGENESE... 7 DIE RATTE ALS TIERMODEL... 7 UNTERSUCHUNGSMETHODEN DES KNOCHENREMODELINGS... 8 COMPUTERTOMOGRAPHIE... 8 Physikalische Grundlagen... 8 Mikro-Computertomographie... 9 In vivo -Computertomographie... 9 MAGNETRESONANZTOMOGRAPHIE Historie Technische Grundlagen Physikalische Grundlagen Bildkontrast Apparative Parameter Ortskodierung Diffusions Tensor Suszeptibilitätsartefakte In vivo Magnetresonanztomographie HISTOMORPHOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN Probenaufbereitung für die histologische Untersuchung IMPLANTATE Knochenimplantate Reaktionen auf das Einbringen intramedullärer Implantate KLINISCH VERWENDETE IMPLANTATMATERIALIEN A: Nicht resorbierbare Implantatmaterialien Polymere PEEK Biokeramik Nachteile nicht resorbierbarer Implantatmaterialien B: Resorbierbare Implantatmaterialien Anforderungen an resorbierbare Implantatmaterialien Resorbierbare Polymere Eisen und Zink IMPLANTATE AUF MAGNESIUMBASIS Magnesium Magnesium im Knochen... 32

3 Korrosion von Magnesium Historie der Entwicklung Magnesium basierter Implantatmaterialien Überblick über die bisher untersuchten Magnesiumlegierungen GADOLINIUM STELLUNG IM PERIODENSYSTEM,HISTORIE Vorkommen und Eigenschaften Verwendung seltener Erden Verwendung in der Humanmedizin GADOLINIUM IN DER DIAGNOSTISCHEN BILDGEBUNG Toxizität Gadolinium als Legierung FRAGESTELLUNG EIGENE UNTERSUCHUNGEN TIERE HALTUNG IM EXPERIMENT VERSUCHSAUFBAU IMPLANTATE In-vitro Test Reinigung und Sterilisation der Implantate OPERATION Präoperative Maßnahmen Durchführung Postoperative Maßnahmen Klinisches Scoring In vivo Magnetresonanztomographie VORBEREITUNG DER TIERE FÜR DIE UNTERSUCHUNG IM MRT AUSWERTUNG DER ANATOMISCHEN MRT-SEQUENZEN Auswertung der Volumenberechnung Auswertung der Signalintensitäten im magnetresonanztomografischen Bild Auswertung der diffusionsgewichteten Sequenzen Aufbau des Inveon Multimodality Scanners DURCHFÜHRUNG DER -CT-UNTERSUCHUNG Scanparameter -CT CT Scan Setup Röntgenmatrix Field of view Röntgenröhre Auswertung der CT-Scans HISTOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN Euthanasie und Sektion Probenvorbereitung für die Histologie Entwässerung und Einbettung des distalen Femurs Schneiden der in Technovit 9100 New eingebetten distalen Femura Entwässerung und Einbettung des proximalen Femurs in Paraffin... 68

4 HISTOLOGISCHE FÄRBUNGEN Entplasten und Rehydratation der Schnitte Von Kossa Safranin-Orange Färbung Toluidinblau-Färbung Hämatoxilin-Eosin Färbung Siriusrotfärbung AUSWERTUNG DER HISTOLOGISCHEN PROBEN STATISTISCHE AUSWERTUNG ERGEBNISSE OPERATION UND POSTOPERATIVER BEOBACHTUNGSZEITRAUM MAGNETRESONANZTOMOGRAPHISCHE UNTERSUCHUNG Vermessung des Implantatvolumens Darstellung des Implantates unter Verwendung einer Oberflächenspule Auswertung der Signalintensitäten Auswertung der apparent diffusion coefficient-werte VERMESSUNG DES IMPLANTATVOLUMENS MITTELS -COMPUTERTOMOGRAPHIE HISTOLOGISCHE UNTERSUCHUNG PEEK Reines Magnesium Mg 5%Gd Leerbohrung Histologische Untersuchung der Tiere aus der -Computertomographie Studie Semiquantitatives Scoring Histologische Quantifizierung des Gasvolumens DISKUSSION AUSWERTUNG DER VOLUMENBERECHNUNG MITTELS MRT AUSWERTUNG DER SIGNALINTENSITÄTEN IM MAGNETRESONANZTOMOGRAPHISCHEN BILD AUSWERTUNG DES DIFFUSIONSTENSORS AUSWERTUNG DER VOLUMENBERECHNUNG MITTELS -CT BEURTEILUNG DER BIOKOMPATIBILITÄT AUSWERTUNG DER HISTOLOGISCHEN UNTERSUCHUNG AUSWERTUNG DES GASVOLUMENS ANHAND HISTOLOGISCHER SCHNITTPRÄPARATE BEURTEILUNG TOXIZITÄT BEWERTUNG DER LEGIERUNG MG5%GD BEWERTUNG DES TIERMODELLS VERGLEICH DER VERWENDETEN METHODEN UND AUSBLICK ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY LITERATURVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS

5 TABELLENVERZEICHNIS ANHANG DANKSAGUNG ERKLÄRUNG