Medizintechnik Mini-Seismograf gegen Knochenbrüche

Seismografen können nicht nur vor Erdbeben, sondern auch vor Knochenschäden warnen. Wissenschaftler bauen einen Prototypen, der drohende Ermüdungsbrüche aufspüren soll - mit Wissen aus der Erdbebenforschung und Bauteilen von der Stange.


Die Knochen von Leistungssportlern, Profi-Tänzern und Soldaten werden ständig beansprucht, doch nicht immer halten sie den Dauerstress aus: Ab einem bestimmten Punkt bricht der Knochen - scheinbar ganz spontan und ohne Vorwarnung. Meistens treten diese Brüche an den Füßen, den Beinen und Hüftgelenken auf. Verhindern lassen sich solche Ermüdungserscheinungen nicht. Bislang zumindest. Seismografen aus der Erdbebenforschung aber könnten - in einer Mini-Version - rechtzeitig warnen, berichten Wissenschaftler der Purdue University in West Lafayette (USA).

Beraten über den Prototypen des Mini-Seismografen: Ozan Akkus (rechts) und einer seiner Doktoranden
Purdue News

Beraten über den Prototypen des Mini-Seismografen: Ozan Akkus (rechts) und einer seiner Doktoranden

Den Ermüdungsbrüchen gehen feine Risse voraus, die sich mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren nicht feststellen lassen. Allerdings lösen die Haar-feinen Risse im Knochengewebe winzige Erschütterungen aus, ähnlich wie bei einem Erdbeben. Deshalb könnte man die gleiche Technik, die man für Erdbeben-Frühwarnsysteme einsetzt, auch bei Knochen einsetzen, so die Annahme von Biomedizin-Ingenieur Ozan Akkus.

Die Vibrationen im Gewebe seien zwar viel geringer, aber mit derzeit verfügbarer Technik durchaus messbar, sagt Akkus. Eine solche Technologie werde bereits eingesetzt, um beispielsweise die Stabilität von Brücken oder den Zustand von Rotorblättern bei Hubschraubern zu überprüfen, so der Leiter des Forschungsteams.

"Die gesamte Technik ist verfügbar, und die Sensoren gibt regelrecht von der Stange", so Akkus. Die Wissenschaftler wollen nun die vorhandene Technik zur Messung von Erschütterungen noch anpassen, um tragbare Untersuchungsgeräte zu entwickeln. Ein Prototyp ist in Arbeit: Er nimmt die Daten über die Entwicklung der Risse auf und übermittelt sie an einen Minicomputer (PDA).

Auch Astrophysik geht an die Knochen

Die Mini-Seismografen könnten dann bei drohenden Knochenbrüchen frühzeitig vor weiterer Belastung warnen und die erfassten Daten Ärzten zugänglich machen. Die Forscher müssten jetzt vor allem noch lernen, zwischen ernsten und harmlosen Erschütterungen zu unterscheiden, sagte Akkus. Nur so könne man bestimmen, wann wirklich die Gefahr eines Ermüdungsbruchs bestehe und ob die Beanspruchung der Knochen eingestellt werden sollte.

Von dem Mini-Seismografen könnten nicht nur Menschen profitieren, die wegen ihres Berufs ihre Knochen oft hohen Belastungen aussetzen. Auch bei Menschen mit geringer Knochendichte, einer sogenannten Osteoporose, ließe sich das Risiko für Ermüdungsbrüche bestimmen.

Auch mit Astrophysik kann man sich den zerbrechlichen Knochen nähern. Um das Osteoporose-Risiko präziser zu erfassen, haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und des Münchner Klinikums rechts der Isar ein neuartiges Verfahren entwickelt. Es verkleinert rechnerisch das Weltall, schrumpft Sternsysteme zu Punkten. Das dabei entstehende System ähnele der der Struktur eines von Osteoporose betroffenen Knochens, berichteten die Forscher kürzlich in der Fachzeitschrift "Proceedings of the International Society for Optical Engineering".

fba/ddp



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