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Soundcheck

08.04.2019

Die Beurteilung des Knorpels anhand der Kniegeräusche - mehr als eine Vision.

In einer Pilotstudie hat die Hochschule Fulda in Kooperation mit der Universitätsmedizin Charité Berlin, der Universität Ulm und der Technischen Hochschule Mittelhessen in Gießen Kniegeräusche, die bei Knorpelschäden entstehen, technisch analysiert und ausgewertet. Im Ergebnis wird davon ausgegangen, dass ein solcher "Soundcheck" als diagnostische Option durchaus Zukunftspotential hat.

Knorpelveränderungen im Knie können zu Kniegeräuschen führen, die selbst von Patienten bemerkt werden und von erfahrenen Ärzten schon immer - wenn auch mit unterschiedlichem Stellenwert - in ihre diagnostischen Erwägungen  einbezogen wurden.

Dieser Ansatz wurde nun mit präziseren technischen Instrumenten ausgebaut und strukturiert. Die entscheidenden Hilfsmittel sind ein speziell entwickeltes Mikrofon für die Aufzeichnung der Geräusche von Knorpelschäden sowie Sensoren, die spezifische Schallmuster präzise ausfiltern können.

Die für eine Analyse notwendigen Vergleichsdaten wurden an Modellen simuliert, an denen definierte Schäden wie Knorpelabrieb oder Knorpelabrisse etc. lebensnah gestaltet wurden. Durch zahlreiche Geräuschaufnahmen und Tests konnten stufenweise Muster eruiert werden, die erkennen lassen, wie unterschiedlich Gelenkschäden klingen.

Macht ein Patient mit Knorpelschäden Kniebeugen, dann entstehen Geräusche, die typisch sind und sich von anderen Geräuschen abheben. In der den Vorbereitungen folgenden Pilotstudie brachten die beteiligten Wissenschaftler Aufnahmegerät am Kniegelenk von Testpersonen an und zeichneten die Geräusche während einer Kniebeuge auf. Die so gewonnenen Geräusch-, Klang-, Soundcharakteristika wurden mit den an den Modellen erhobenen Befunden abgeglichen.

Neben dem Geräusch wurde auch die Gradzahl dokumentiert, bei der die typischen Schadensgeräusche auftraten. Von der auszuwertenden Korrelation zwischen Gradzahl und Geräusch verspricht man sich Hinweise auf die Lokalisation der Knorpelschäden.

Im Ergebnis sind sich die an diesem Modellversuch beteiligten Wissenschaftler sicher, mit dem "Soundcheck" eine bald verfügbare Ergänzung oder gar Alternative zu den bisherigen diagnostischen Optionen bei Vorliegen einer Gonarthrose liefern zu können.

Highlights

Schallemission, Acoustic Emission, AE)

• AE aus den Knien der Patienten zeigt Art und Ort der Knorpelschäden an.
• AE erkennt Knorpelveränderungen, die im MRT nicht sichtbar sind.
• Mit MRT als Referenz betrug die Sensitivität der AE 92%, die Spezifität der AE 70%.
• AE aufgrund von Gelenkreibung wird durch Knochenmikroknacken (bone microcracking) von AE getrennt.

Abstract

Osteoarthritis (OA) of the knee is a widespread disease, often resulting in pain, restricted mobility and a reduction of activities and participation. Initial studies gave hints that Acoustic Emission Analysis (AEA) is capable of detecting early changes in cartilage structure. However, up to date no in vivo validation studies have been conducted. A prospective pilot study was conducted to investigate this diagnostic capability and the accuracy of the AEA, using magnetic resonance imaging (MRI) as a reference standard. Additionally, potential factors influencing false positive or negative results were studied.

Twenty-eight patients, receiving MRI due to discomfort of the knee, were examined with AEA.

Sensitivity was 0.92 for the whole knee and 0.86 to 1 for different parts of the knee. The specificity was 0.7 and 0.59 to 0.78, respectively. Confidence intervals varied between 0 and 0.33 for sensitivity and 0.1 and 0.24 for specificity.

The diagnostic accuracy of the AEA was shown to be good to very good. However, because of the relatively small number of patients involved, interpretation of the data should be handled with care. Future studies with greater sample sizes have to be conducted to confirm the results of this investigation.

Quellen:

• Detection of osteoarthritis using acoustic emission analysis
  J.Kiselev, B.Ziegler, H. J. Schwalbe, R.P.Franke, U.Wolf
  Medical Engineering & Physics
  Volume 65, March 2019, Pages 57-60
  https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2019.01.002
• Schalldiagnostik künftig mögliches Verfahren zur Knorpelbeurteilung im Knie
  www.aerzteblatt.de

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