Beurteilung des kortikalen Knochens mit ultraschallgeführten Wellen: Eine Reproduzierbarkeitsstudie in einer gesunden Population

Die Idee der Forschung ist es, ein klinisches Gerät für kortikale Knochenmessungen mittels Ultraschall zu entwickeln, das tragbar, zumindest transportabel und nichtionisierend sein kann. Das Messprinzip basiert auf ultraschallgeführten Wellen, beide Frequenzen hängen sowohl von den Materialien als auch von der Geometrie des kortikalen Knochens ab. Der derzeitige Goldstandard für die Knochenbeurteilung ist die DXA, die Röntgen-Knochendichtemessung.

Es sorgt für eine Knochenmineralität. Es ist sehr nützlich, hat aber einige Einschränkungen. Erstens ist ein eigener Raum erforderlich.

Seine Fähigkeit zur Diskriminierung ist nur mäßig, und dann ist es in vielen Teilen der Welt, wie z.B. in Lateinamerika, nicht weit verbreitet, insbesondere im öffentlichen Gesundheitssystem. Sie können andere Geräte für die Knochenbeurteilung wie MRT oder QCT verwenden, aber sie sind größer und noch weniger verfügbar. Schließlich scheint es, dass Ultraschall eine sehr interessante und vielversprechende Alternative ist.

Die erste Herausforderung besteht darin, brauchbare klinische Parameter zu finden. In dieser Studie haben wir zwei Arten von Parametern, die Vorbereitungsgeschwindigkeit, die sehr einfach sind, ein robustes Maß, aber nicht so einfach zu interpretieren. Und wir haben auch die kortikale Dicke und Porosität, die in Bezug auf Qualität und Quantität des Knochens leichter zu interpretieren, aber weniger leicht zu messen sind.

Und dann besteht die zweite Herausforderung darin, diesen Parameter sehr genau und zuverlässig zu messen. Warum? Wir wollen sehr kleine Unterschiede zwischen Patienten messen. Im nächsten Schritt wird sich unser Labor auf das Design der nächsten Generation des Geräts konzentrieren, das dank des Fortschritts der Elektronik hoffentlich sehr tragbar sein wird.

Wir werden auch neue klinische Parameter einbeziehen, die sich aus künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen ergeben. Und schließlich werden wir uns auch auf verschiedene Fragilitätsfrakturen konzentrieren, insbesondere bei Hüftfrakturen, mit dem Ziel, die Prävention und die Betreuung von Patienten zu verbessern. Zu Beginn werden das elektronische Modul des elektrischen Isolationstransformators und der Laptop nebeneinander auf einem großen Tisch angeordnet, so dass vor diesen Teilen genügend Platz für den Unterarm des Teilnehmers vorhanden ist.

Schließen Sie den elektrischen Isolationstransformator mit einem speziellen Kabel an die Haushaltsstromquelle des Raums an. Verbinden Sie das Elektronikmodul mit einem speziellen Netzkabel mit dem elektrischen Isolationstransformator. Drücken Sie die Ein-Taste am Transformator, um das Modul mit Strom zu versorgen, und schalten Sie dann das Elektronikmodul ein.

Verbinden Sie anschließend den Laptop über das spezielle USB-Kabel mit dem Modul, um die Übertragung der digitalisierten Signale an den Computer zu ermöglichen. Wenn der Laptop Strom benötigt, schließen Sie das Netzkabel an den elektrischen Isolationstransformator an. Befestigen Sie die Ultraschallsonde über den speziellen Kabelschlitz an der Vorderseite des Moduls am Modul.

Platzieren Sie den Pedalschalter auf dem Boden in der Nähe der Füße des Bedieners, um einen einfachen Zugang während der Messung zu gewährleisten. Verbinden Sie den Pedalschalter über ein USB-Kabel mit dem Laptop. Laden Sie den Teilnehmer zu Beginn ein, sich mit dem nackten Unterarm auf den Tisch vor dem bidirektionalen Ultraschallgerät mit axialer Übertragung vor den Bediener zu setzen.

Messen Sie die Radiuslänge mit einem Lineal vom radialen Griffel bis zum Ellbogen. Teilen Sie die Länge durch drei. Markieren Sie dann die Messstelle mit einem Stift ein Drittel des distalen Radius.

Klicken Sie auf die Mensch-Maschine-Schnittstelle oder das HMI-Symbol auf dem Laptop. Fügen Sie im Popup-Fenster die Daten des Teilnehmers hinzu, einschließlich anonymisierter ID, Lateralität, gemessener Standort, Betreiber-ID und Geschlecht. Tragen Sie anschließend ökografisches Gel auf die Vorderseite der Ultraschallsonde und auf die markierte Messstelle am Unterarm des Teilnehmers auf, um die Ausbreitung der Ultraschallwelle sicherzustellen.

Platzieren Sie die Sonde in Kontakt mit dem Unterarm und richten Sie ihre Mitte auf die Markierung aus. Nachdem Sie den Taster mit der markierten Stelle am Unterarm des Teilnehmers in Kontakt gebracht haben, klicken Sie auf die Schaltfläche START, die sich in der unteren rechten Ecke der HMI-Software befindet. Beobachten Sie die Geschwindigkeiten des ersten ankommenden Signals oder den VFOS-Parameterwert, der in der Benutzeroberfläche angezeigt wird und alle 0,5 Sekunden aktualisiert wird.

Passen Sie die Sondenposition langsam an, um einen vFAS-Parameterwert im normalen Bereich von 3800 bis 4200 Metern pro Sekunde zu erreichen. Passen Sie als Nächstes die Sondenposition an, während Sie den bidirektionalen Wert beobachten, der in einem bestimmten Fall der Schnittstelle angezeigt wird. Üben Sie leichten Druck auf eine Seite der Sonde aus, um den absoluten Winkelwert auf weniger als 2 Grad zu reduzieren und eine bessere Parallelität zwischen der Sonde und der Knochenoberfläche zu gewährleisten.

Passen Sie die Sondenposition an, während Sie den VA0-Parameterwert beobachten, der auf der Benutzeroberfläche angezeigt wird. Zielen Sie dann auf einen Wert im normalen Bereich von 1.500 bis 1.900 Metern pro Sekunde ab, und stellen Sie sicher, dass die VA0-Abweichung zwischen aufeinanderfolgenden Berechnungen weniger als 40 Meter pro Sekunde beträgt. Bei Schwierigkeiten beziehen Sie sich bitte auf die geführten Wellenbildspektren in der rechten Spalte der Benutzeroberfläche.

Vergewissern Sie sich, dass das obere Spektrum als durchgehende Linie mit einer Steigung dargestellt wird, die den VA0-Wert darstellt. Beobachten Sie als Nächstes das inverse Problembild, das automatisch angezeigt wird, sobald sich die Geschwindigkeits- und Winkelwerte von vFAS und VA0 stabilisiert haben. Vergewissern Sie sich, dass das Bild ein Maximum enthält, das mit einem klaren Pixel angegeben wird, und ein oder mehrere sekundäre Maxima, die mit einer anderen Farbe angegeben werden.

Die drei fehlenden Qualitätsparameter max, diff und low K werden automatisch in Echtzeit berechnet. Passen Sie die Sondenposition langsam an, während Sie die inversen Problembildmaxima beobachten. Versuchen Sie, das höchstmögliche erste Maximum und das niedrigstmögliche sekundäre Maximum zu finden, indem Sie die entsprechenden Fälle auf der Benutzeroberfläche verwenden.

Beobachten Sie bei Schwierigkeiten das Bild des geführten Wellenspektrums in der rechten Spalte der Benutzeroberfläche. Stellen Sie sicher, dass der untere Teil des Spektrums durchgehende Linien aufweist, die Modi mit hoher Phasengeschwindigkeit darstellen, wobei die Parameterqualität "niedriges K" so hoch wie möglich ist. Sobald ein akzeptables inverses Problembild erreicht ist, stabilisieren Sie die Sondenposition und stellen Sie sicher, dass sich zwischen aufeinanderfolgenden Berechnungen keine signifikanten Änderungen ergeben.

Sobald eine stabile Position erreicht ist, drücken Sie den Pedalschalter mit dem Fuß, um eine Reihe von 10 Erfassungen zu starten. Beobachten Sie nach dem Ende der Reihe die Mittelwerte und Standardabweichungen der interessierenden Parameter. Wenn die Standardabweichungen unter festen Schwellenwerten liegen, akzeptieren Sie die Reihe.

Andernfalls lehnen Sie es ab. Nachdem Sie die Option STOP gedrückt haben, stellen Sie sicher, dass die endgültigen Werte automatisch in der generierten PDF-Datei gemeldet werden. Überprüfen Sie den zweiten präzisen Bericht, der mit exakten Wellenleitermodellwerten für die inversen Problemberechnungen anstelle der im ersten automatischen Bericht verwendeten ungefähren Werte erstellt wurde.

Vergleichen Sie die automatischen und präzisen Berichte, um Konsistenz zu gewährleisten. Entfernen Sie inkonsistente Reihen, die nicht automatisch entfernt werden, um das Dataset zu vervollständigen.