gms | German Medical Science

Im vorgestellten Projekt werden Laborexperimente zur Analyse weichen Gewebes im Larynx im Hinblick auf biomechanische Parameter entworfen, umgesetzt und evaluiert. Die Experimente und Messmethoden zielen dabei auch auf einen zukünftigen klinischen Einsatz ab. Die Bestimmung mechanischer Materialeigenschaften von sowohl synthetischem als auch biologischem Stimmlippengewebe wird Informationen liefern, die wichtig sein werden für die Verifikation synthetischer Modelle, für numerische Simulationen und schließlich für ein tieferes Verständnis des Phonationsprozesses [1].

Unsere Hypothese lautet: Hochfrequenter Ultraschall sowie Vibrometer-basierte Elastizitäts-Messmethoden wie Pipettenaspiration sind anwendbar für klinische in vivo Messungen an Stimmlippen und liefern bisher unzugängliche biomechanische Parameter.

Das Projekt wird durchgeführt im Rahmen einer gemeinsamen FWF-DFG-Förderung zwischen der UMIT Hall i.T. und dem Universitätsklinkum Erlangen.

Einerseits wird die Pipettenaspiration angewandt. Im Inneren eines Hohlzylinders wird ein Wechseldruck erzeugt, der das von der Pipette umschlossene Gewebe in Schwingung versetzt. Aus dem gemessenen Auslenkungsprofil werden die ortsaufgelösten frequenzabhängigen Materialparameter bestimmt. Andererseits wird zur Bestimmung der statischen Elastizitäten mit höherer Ortsauflösung die Methode der US-Elastographie weiterentwickelt [2].

Nach der Verifizierung der Methode an synthetischem Material wird sie an Kadaverkehlköpfen von Schweinen getestet. Der Larynx wird auf einem Stahlrohr fixiert. Es sollen Veränderungen der Elastizität aufgrund von Spannungsänderungen in den Stimmlippen bestimmt werden. Dazu wird die Adduktion von 0 bis 25mNm variiert. Die genaue experimentelle Präparation ist ähnlich zu dynamischen Volllarynx-Experimenten und wurde bereits beschrieben [3].

Die Pipettenaspiration konnte bereits an synthetischen Materialien verifiziert werden. Die Elastizität konnte mit einer Genauigkeit besser als 5% reproduzierbar gemessen werden. An gedehnten Materialien konnte bereits der sich ändernde Grad der Anisotropie nachgewiesen werden. Ein neuer aussagekräftiger Parameter zur Charakterisierung der Anisotropie wurde definiert.

Erste Experimente zur US-Elastographie konnten bereits an synthetischen, anisotropen Materialien durchgeführt werden. Die Verhältnisse der Elastizitäten konnten auch hier mit Genauigkeiten besser als 5% nachgewiesen werden.

Heutige Messmethoden wie Rheologie und Dehnungsmessung erlauben die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften der Stimmlippen an exzidierten Kadaverkehlköpfen oder von Stimmlippenschichten [4]. Allerdings sind diese direkten Methoden nicht klinisch einsetzbar [5]. Die hier gezeigten Entwicklungen in der Ultraschall-Elastographie ebnen den Weg für neue, nichtinvasive Messanwendungen in der Laryngologie. Daher ist die langfristige Perspektive die mechanische in vivo Charakterisierung der Stimmlippen.

Nichtinvasive Methoden wie die Pipettenaspiration müssen für die in vivo Anwendung qualifiziert werden. Die Entwicklung eines Drucksensors zur Erfassung der verteilten Druckkraft des US-Kopfes erscheint lohnenswert. Dadurch wird die Ermittlung der Absolutwerte der Elastizität möglich gemacht.

Beide Methoden sollen für die klinische Anwendung weitentwickelt werden.