Originalarbeiten -
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Sonographische Verlaufskontrolle der sekundären Frakturheilung Iirste Lrfahruiigeii mit d e r morphologischen und sc!miquantitaliven Ueiirteiluiig d e r periostalen Kn.lliisbildurig
Von G. l l a n n e s s c l r l u g e r J und R. Resclluliefl %en~ralröntgciiinstitul'(Vorslaiid: i'iirii Di. li Stadl~!r)uiid Al)lt!iliiiigl'iir ~,nfitlI(:hiriirgic"
Wir bericlileri über die Werligkeil der BBild-Sonographie im Vergleich zuin konventionellen Jlöntgeii bei der Überwachung der Frakturheilung von 1 2 1 Patienten mit Frakturen der langen Röhrenknochen der iintcrcn Extremität. Dic Sonomorphologir dcr pi!riostal~:n Ki~llusbildung weist eint: konliriuierlicho Zurialinie der Echogeriität vom Fraklurhärnalorn zuin Faserknochen aul'. Weitere Kriterien stellen die Strukturinhomogenität und die Entwicklung der Grenzlamelle dar. Auch die therapciitisch wichtige IAfferenzieriing dcr Pscudarthrosc in (:in(: hypcrtrophc und oinc atrophe Forrri kariri sonograpliiscli iiaclivollzogeri werden. Durcli die iiiorphologische B-Bild-Beurleilung ist eine leichtere Ilmsetzung in die klinische Praxis möglich, im Gegensatz zu den bisher a.ngewendeten Methoden, die ein kallusspczifischcs A-Modc-Amplitudcnsignal vcrwc?nden. Dit? Soriographie bietet gegeniiber der Röntgeriunlersuchurig komplerneiiläre Informalioiien, kann aber aufgrund methodischer Grenzen das Höntgenbild nicht ersetzen.
I
words Key -
Sonographie
Sonography - Fracture healing
-
Frakt~irheilung
Wie aus zahlreichen histologischen und tierexperimentellen Studien bekannt ist, folgt die Kallusbildung bei der sekundären Frakturheilung einem phasenhaften Ablauf', der durch radiologische urid computertomographische Beurteilurigckriterien nachvollziehbar ist (2. 3, 7-11. siehe auch Tab. 1). Mit radiologischen Methoden werden vorwiegend die anorganischen Kalluskomponenten repräsentiert, wahrend die organischen. die Stabilität mitbccinfliisscndcn Antcilc unbcriicksichtigt bleiben (6). Arihand der vorliegerideri Sludie wurde die Wertigkeit der
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Wereportonthecontribution ofreal-timc sonography in cornparison to plain radiographs to the assessrrierii. ol' fraclure healirig ol' 1 2 1 paticnts suffcring fractures of the long bones oi'the lower linibs. Soriornorphology of periostal callus inetaniorphosis sliows basically a persistent increase of echogenicity representing tho lcrnporal rangc from fract~irehaemstoma to the "woven borie". Further (:riteria arc ihr homogeneity of struclure arid tlie developrrieril oi'a rriarginal intcrlace. Nonunion radiologically classified irilo IiyperLropIiic and atrophic types niay also be differenliated by sonographic criteria and may influence proper orthopaedic managernent. Rcgarding sonographic methods using a n A-rnode amplilude signal, the morphologic assessrncnt of callus rnetamorphosis is niore likely to be tra.nslated into clinical practice. Although it yields a variely ofiniormation, sonography will be unable to replace radiography diie 1.0 rncthodical limitations.
Schlüsselwörter
Einführung
P
S o n o g a p h i c control ofsecondary fiacture healing. Early experiences with morphologic ; ~ n dscmiquantitalive assessment of'perioslal cällus .. . .metaniorphosis
P
Iivrtschr. Höntgenstr. 153,2(1YYO) 113-119 (si GcorgThicmc Vcrlag Stuttgnrt . NPWYnrk
I
I
B-Bild-Sonographie bei der morphologischen Verlaufskont,rolle der periostalen Kalliishildung im Rahmen dcr sekundären Fraklurheilurig untersucht, mit der Absicht,, vor allem bei Kindern durch die routiriemäßige Anwendurig I~öntgenuntersuchungen einzusparen. Untersuchungen dieser Art an einem größeren Patientenkollektiv sind unseres Wissens bishcr nicht publiziert worden. Anhand erster Erfahrungen berichten wir über diagnostische Aspekte und über die in der klinischen Routine auftrctenden Probleme. Die üblicherweise im Kapitel .,Resultate" angci'ii hrtcn Ergcbnissc werden aus Gründen der Praktikabilität iri den Kapiteln „Sonomorphologischc Befunde hci der urikomplizierteri Frakturheilung" und „Sonomorphologische Befunde bei der pathologischen Frakturheilung" zusammengefaßt und kommentiert.
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A K H I.in/ (Vorstiiiid: YroC I)r. H. Ht~s(,liiiiicr).
Fortschr ßontgenstr 153.2
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w ä h r e n d des stutionriren Aujknthalles (etwa a m 4 . , 8 . u n d arn 14. T a g u n m i t t e l b a r v o r d e r Entlassung). - bei d e n arnbulanten Koritrollerl(meist a i i i 21. u i i d 28. Tag). Bei liegender Gipsfixntiori w i i r d e eiii Gipsfenster ausgeschnitten (Abb. 1 ). Die L.okalisation w u r d e a n Stellen zweifelhafter o d c r fchlender radiologischer Durchbauung festgelegt.
Nach einer der Große desschallkopfes bzw der Vorlauktrecke angepaßten Bleischablone(Pfeile)wird ein Gipsfensterausgeschnitten Bis zu zwei derartiger Gipslenster beeintrachtigen diestabilitat des Gipsverbandesnicht
Abb. 1
Morl~hologische I>iaynostik: Ariliarid der Zirkuniferenz des Knochcnqucrschnittcs w u r d e n acht Eiiisctiallebsn c n fcstgclcgt u n d i n Sngittalschiiitteri untersucht. In u n d u m d e n Fraktiirspalt - derri [{(:reich d e r Kallusbildung eritsprcchcrid w u r d e eine möglichst große ..Region ol'interest" ( R o l l gelegt. Als Iicfrrcnzgcbict diente e i n Kompakt;~ani.eil i n gleicher Gewebstiefe u i i d gleiclieiri Uritersuchungsbild. I m C r a u w c r t t i i s t o g r a m m k a n n d a n n automatisch die durchschnittliche (;raiiwertverteilurig rriit d e m (;raumittclwcrt (M), die .Stnndnrdnbrueicl~ung(SD) u n d die A i i ~ a l i dl e r iin Sonographiebild repräsentierten G'rauwcrtklassen ( m a x i m a l 60) angezeigt w c r d c n (s. auch Abb. 3 b - d). l i i r i d e n FehIcrcinfluß bezüglich d e r Koiistanz der ptiysikalischen Parameter u n d derri Abkipperi des Schallkopfes aus d e r o r t h o g r a d c n Ebcnc weiter z u minimieren. w u r d c f ü r jede Schallprojektioii jeweils eiii Rclativwert für das Ausinaß der Fchogenität i i n d d e r S t r u k t u r gpbildei.. i i i i d z w a r :
Paticntcn und Mcthodcn --
I. c i n Quotient aus d e n i Grauniitlelwerl des Kallus urid der beiiaclibarteii Koiripakta als repräsentatives M a ß f ü r d i e Ecliogenität (sogenannter ,,(J'rautuertkoeffizio,l" - G W K ) nach der Formel:
--
P P
W i r haben in den letzten beiden J a h r e n (7/87 bis (Toshiba 7/89) 1 2 1 Patienten n i i t 7.5-Mtlz-l.inearschnllk~~)(.e11 Soriolayer SSA 100-A) iriit PVC-Vorlaufstrecke v inter sucht. Es w u r d e n n u r konservativ versorgte, geschlossene F r a k t u r e n der Röhrenknochen d e r unteren Extremität beriicksichtigt. Bei der Erstvorstelliirig w u r d e eine Röritgeriaiifiiahrrie i r i z w e i Ebenen gefordert. b e i d e n Kontrollen w a r sie - soweit vorhanden - d e m U n t c r sucher bekannt. - 7 9 Patieriteri (Durchsctinittsalter: 12.2 a) w u r d e n nach Zeitplan i m gesamten Heilungsverlauf untersucht ( 5 , 3 Untersuchungen p r o Patient). - 4 2 Patienten (Durchschnittsalter: 32.5 a) w u r d e n bei k l i n i schem Verdacht a u f Frakturheilungsstörung sonographisch exploriert (2.3 Untersuchungen). Die Dokuirientatiori erfolgte rnit Miiltiforniatkarnera a u f Rontgenfilm.
GWK I(;rauwcrtkocffizicnt)
=
Graurnittclwcrt dcs Kallus C r a u r n i t t e l w e ~ d c Kr o m p a k t a
2. e i n Quotient aus den Produkteii voii Staridardabweichung u n d Anzahl d e r Grauwertklassen v o n Kallus u n d angrenzender K o m p a k t a als M a ß für die StrukturinhonzogeniriiL (sogenaririt c r ,,.Strukturkoeffirier~t" StK) nach d e r F o r m e l
-
StK (Strukturkoefftzient) = (Standardabw. x A n z a h l d e r Grauwertklassen) des Kalliis (Standardabw X Anzahl d e r (irauwertklassen) der Kornpakta
Zeitliclie Koordiiiatioii der soriograpliischen L n . tersuchung: unmittelbar o d c r a n i 1. T a g post traunla.
Zeitpunkt
I Histologie
Trauma
I
>6h >2d
>9 d
>l d
>6 d
>6-8 s
Monate bisJahre
Hamatom
/
Rontgen Frakturlinie Weichteil schwellung
Beginn der Organisation (Fibroblasten + Gefaße = Zellmigration) Periost-Proliferation,Kollagen produktion (= Granulations gewebe) Fibroblasten-Metaplasiein Chon- subperiost. Knochendroblasten (+ Knorpelbrucke) bildung frakturnahe Osteopenie + Osteoidproduktion (periostal, Struktuwerdichtunaendostal) (+Kallus) Kallusgrenzen schärfer Faserknochen + Kalziumeinlagerung Knorpelabbau Verlust der Frakturlinie Faserknochen + Kalziurneinlagerung Knorpelabbau Umbau in lamellaren Knochen trabekulare Kortizes
I Sonographie I Hamatom dorsale Schallverstarkung nimmt ab + Binnenechos Echogenitat steigt Struktur inhomogen Echogenitat steigt, Grenzlamelle + Frakturspalt überbrückt Echogenitat steigt. Struktur homogener, Grenzlamelle++ Grenzlarnelle +++,zunehmende dorsale Schallausloschung dorsale Schallausloschung Kortikalisreflex dorsale Schallausloschung Kortikalisreflex
Tab. 1 Zeitlicher Ablauf der Frak turheilung Korrelation histologischer rontgenologischer und sono graphischer Befunde (modifiziert ;
~
~
= Stu"en
~
,
=
:
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114 -
~
Sorzographische Verlaufskontrollc der sckundarcrr Frakturlrcilur~g .. .
Strukturinhomogenität
Echogenität Verlaufskurve
Verlaufskurve
1.0 I
I
SA
-I 4
SA
=
I
i
StK
I
0.08
8
Standardabweichung
14
21
28
Gips a b
Tage post Trauma
0,s
4
8
14
SA = Standardabweichung
Abb. 2 b
Abb. 3 a Durch die Organisationdes Frakturhämatorns(=h, linkesSchallbild)entstehtGranulationsgewebe (= g, rechtesSchallbildschraffiert)(4.Tag post trauma)
CA-010
CA-024
21
28
Gips ab
Tage post Trauma
Strukturkoeffizient(StK)-Kurve
Abb. 3 b Weitere Bildungvon kollagenem Fasergewebemit Zunahme der Echogenität des Kallus(8.Tag post trauma). Eine Grenzlamelle ist noch nicht erkennbar (Pfeilspitzen). Grauwerthistogramm: k = Kalluskuwe, C = Koriikalis kurve. Die ROI sind im linken Schallbild eingezeichnet.
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GWK
-.- ... ..
r
.
l
.
P
i
Abb. 3 C Beginnende Dernarkierungder Grenzlanielle (Weilspitzen).Am Frakturgrund sind zwei parallele Reflexbander nachweisbar (Pfeile)( I 2 Tag post traurna)
Abb. 3 d Bereits deutliche Auspragungdes Oberflachenreflexes(Pfeilspit zen) mit zunehmender dorsaler Schallausloschung(24 Tag post traurna)
Dic Standardabweichung multipliziert m i t der Anzahl der repräsentierten Grnuwei.tklnssen des Kallus (SD = 6.7 x 40) dividiert durch das Produkt der Fernurkortikalis (SU = 7.4 x 30) crgibt cincn Strukturkocffizicntcn von 1.21 18. Tag post trauiiin). Während der gesamten Untersuchungsdaucr wurden intraindividucll dic (;crätcparamnt.nr für die Cesaiiitverstiirkung. die Nah- iiiid Tieieriverstärkuiig sowie die Programme für das Postprocessing konstant gehalten.
iVnchsnlz zur nt~grc~inntllen Tlcrrupie: Kleinkinder i i r i l r r 2 Jalireii rnit dislozierten Frakturen wurdcn m i t der Ouerlzead-Ex/ensior2riacli Brqatit therapiert (Dilu'pr 2-3 Worheri). Kinder ijhcr dem 2. I.ehensjnhr niit der Verliknlexterision nacli MIeDer versorgt (Dauer 4-5 Wochen). Bei älteren Kindcrn wurdc i m Anschluß daran cin Ucckcn-Hcin-Gips für cn 3 Wocheii niigelegt. S o n o m o r p h o l o g i s c h e Bef~iiideb e i cler u n k a m p l i z i r r tc n-1 : r -a k t u r h c i l u n g .-----
Abb. 3 e Weiterhin zunehmende Kortikalisierungmit einem homogenen Kortikalisreflex(Weilspitzen)und dorsaler Schallausloschung(42 Tagpost traurna. nach Gipsabnahme). Abb. 3 SonomorpholonischeBefunde bei der unkompliziertensekundaren Frakturheilungam~ernur~eder sonographischen Abbildung wurde eine Sche mazeichnung(frakturierie Knochenenden = schwarz, Kallus =schraffiert) bei-
Ais (;rundlage für eine Beispielsrectiriiiiig wiirder1 die Wertr iii Abb. 3 b hnrungczogcn: L)cr i m Histogramni angczcigte Graumittelwert von Kallus (M 30.5) dividiert durch den Wert der Fcmurkortikalis (M = 41 .G) crgibt cntsprcchcnd dcr oben aiigefülirten Fornirl einen Grauwcrtkocffizienten von 0.73.
. .
Die s o n o m o r p h o l o g i s c h e n V e r ä n d e r u n g e ~ i der physiologischen periostalen Kallusbildung w u r d e n n a c h d r e i K r i t c r i c n Echogenität. S t r u k t u r u n d G r e n z f l ä che - aria1ysit:t-1. D e n i n A b b . 2 a U. b dargestellteri K u r v e n liegen d i e W e r t e d e r m e d i a n - s a g i t t a l e n P r o j e k l i o n v o i i 48 Patienten u n t e r 15 J a h r e n m i t u n k o m p l i z i e r t e m F r a k t u r hcilungsvcrlaul' z u g r u n d e . D i e R e l a t i v w e r t e s i n d z e i t a b h ä n g i g als k u m u l a t i v e H 2 u l i g k e i t s f i i n k t i o n a u f g e t r a g e n u n d b e s t i m m e n d u r c h d e n arithmetischen M i t t e l w e r t dcs j e w e i l i g e n Untersuchurigstages d e i i V e r l a u i d e r Z a h l e n g e r a d e n . D i e s e n k r e c h t e n L.inien e n t s p r e c h e n d e r i n t e r i n d j v i ducllcn Strcuhrcitc.
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1 L6 Fortsclzr. Rontgeristr. 153,2
Sonograpl~ischcVcrlauJskor~trollr:der srkutttliirrn k'r;rclki~urheilurrg .
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.. .
..
..
. ..-...
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Abb.4a Konventio. nelle Torno~raphie (a. P.): hypertrophe Pseudarihrose der Tibia (6Monate post traurna). Der schwarze Pfeil zeigt die Einschallrichtungin Abb. 4 b
Abb. 4 b Sonographie: echoarme, inhomogeneStruktur des ,.Reizkallus" (7 irn Schallbild siehe ROI. in der Schernazeichnuneeinfach schraffiertlohne ~renzlarnelle(~eilspitlen).Der Pfeil bezeichnet di~~inschallrichtun~i" Abb. 4 a
1. Die Echog~nittit:Es ist eine kontinuierliche zeitabhangige Zunahme des CWK mit einem steilen Aristieg wi-ihrond der ersten 10 Tage bei allerdings breiten Vertraue11sberei(:hennachwrisba.r (Abb. 2 a). 2. Die Strukirir: Die ziinä(:hst vorhandene Strukturinhomogenität zeigt. aucgelieiid vom Prakturhämatom. einen ~vellenförmigen Verlauf mjt zunächst cincrn Anstieg des StK, der ctwa i n der 2. posttraumatisc:hen Woc:htt cinc Spitzcnnlcrt erreicht und anschließend wieder langsam abriirrirnt (das hciljt. die Stniktur wird wieder liuniogener) (Abb. 2 b). 3. Uie Grenzfläche: Die aiiranglich verwaschonc, nicht abgrenzbare Grenzlamelle demarkiert sich zeitabhiingig ab dcr ersten Woche und führt schließlich zu eirier dorsaleri Schallauslöschung. Nach der Ausprägung des (;renzflächerireflexes ist dic? weitere Veränderung des GWK und des StK allerdirigs stark von der I.age der R 0 1 abhängig. Aus Gründen der Schallreflexion und/odrr dcr Schallabsorption sollte der Abschnitt hinter dor (;rctnzlarncllc nicht mehr in die Berechnung eingeheii. Bildbeispiele für dic crhcbbaren. zeitabhtingigen sonomorphologischeii Befundti in dcn verschiedenen Stadien der unkomplizierten Frakturbeilung sind in Abb. 3 a c dargestellt. Bei dokumentierbarer klinischer Frakturf~?st,igkeit weist der Kallus nach unseren Erfahrungen folgende sonornorphologischc Merkmale auf: - seit der Letztuiitersuchurig konstant bleibende, den Prakturspalt vollständig überbrückendt: Kalliisrnenge mit echoreicher Struktur, - Vorhandcnscin cinnr definierten Grenzlamelle rnit zumindest angt:doutet.cr dorsn.ler Schallabschwäcliurig.
I Inter den i m gesamten Heilungsvcrlauf untersuchten 79 Patienten konnten insgesamt 6 Frakturheilurigsstiirurigen beobachtet werden (= 7.5 X ) , wobei 2 Patienten (- 2,5 %) eirier späteren operativen Intervention bedurften. Bezüglich der zeitlichen Korrelation dcr sonoiriorphologischen Veränderungen mit histologischen und radiologischen Bellindcn s. Tab. 1 . Sonornorphologische Reruiide bei der pathologischan 1:raktiirheilung Die Pseudarthrose (..iioiiuiiion" = Ausblciben der Frakturkonsolidierung über die zu erwartc:nd« Frakturheilungszeit hinaus) wird nach dem Ausinaß der Knllusbilclung eingeteilt in einen - hypertrophen 7 i p mit variabler, teilweise übeischieIh!ndcr Kalliisrnenge (sogenannter ,,Rcizkalliis"), a.ls ~ i r i t w o r td(:s vitalen Knochens und Periostes aiil' cinc kontinuierlicht: ßcwcgiing im I:rakturspaltbereic:h, und einen - atropherl 'i:~jpohne siclitbaro Kallushildung, der seine Ursache in einer höhergradigtrri Dcvitalisierung tler Fraktiironden hat (8, 11). Beidcn Formen gemeinsam ist eine persistierende Einschallbarkoit dcs Frakturspaltes in allen oder in einem Großteil der Einsc:tiallchcncn. Die sonographische ßifferenzierung erfolgt durch die An- oder Abwesenheit von Kallusgewebe irn t;rakturspaltbereic:h: - Bei der hypc!rtropherz I;orni zeichnet sich dor vorhiin-
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dll.
153,2
-Abb. 5 a Konventionelles Rontgen (a. P.): atrophe Pseudarthrose der 'ribia und knöcherner Durchbau der Fibula. Immobilisationsbedingte Entkalkungdessprung. gelenkes(ca. 4 Monate post trauma). Pfeil und Pfeilspitze zeigen die Einschallrichtung in Abb. 5 b an
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G Hannessrhlager uricl R Heschauer P -
Diese differentialdiagnostische Trennung ist von Bedeutung. weil bei der hypertrophen Form ein konservatives Vorgehen mit Realisierung einer stabilen Fixation angestrebt wird. Das Fasergewebe innerhalb des Frakturspaltes vermag wegen seiner osteogenetischen Eigenschaften noch zu einer Frakturlieilung führen. Bei der atrophen Form wird eine operative Intervention mit Ai~frischen der Frakturränder und Defektüberbrückung durch Spongiosaanlagerung angcstrebt (8, 111. Voii den 42 Patienten, die bei klinischem und radiologischem Verdacht auf Frakturheilungsstörung sonographisch exploriert wurden, konntc in 19 Fällen durch den Nachweis einer uberbriickung des Frakturspaltes bzw. oincr dem Frakturalter entsprechenden KallusMorphologie eine Pseudarthrosenbildung ausgeschlossen werden. Bei 7/23 Patienten wurde durch die sonographische Darslelluiig eines kallusfreien Frakturspaltes (atrophe Form) die Entscheidung zur Operation wesentlich beschleunigt, bei ' V 2 3 Frakturen erwies sich die Sonographie als wertvoll, weil der echoarme ,.Reizkallus" inorphologisch unter dem Kriterium einer Echogenitätszunahme und Entwicklung einer Grenzlarnelle unter konservativer Therapie beurteilt werden konnte. In Fällen mit gleichbleibender Sonomorphologie konnto die Sonographie die Entscheidung zur operativen Spongiosaarilagerung beeinflussen. In allen Fällen war das Rönlgenbild dein Untersucher vor der sonographischen Exploration bekannt. Diskrission Seit 20 Jahren berichten vereiri~eltAutoren (1, 5, 6) über verschiedene Meßverrahren von Schallwellen am Knochen, wobei anhand verschiedener Parameter (Schallgeschwindigkeit, Schallaufzeit. Schallschwächiing) eine Quantifizierung der Knochenmineralisation bzw. der Kallusbildung erreicht werden soll. Vielen Methoden ist neben der Verwendung des A-Mode-Ampliludensignales eine schlechte Reproduzierbarkeit infolgr der komplizierten Schallausbreitung gemeinsam.
Abb. 5 b Sonographische Bestätigung der knöchernen Llberbrückungder Fibula im ventro-lateralen Bereich (linkes Schallbild). Ventro-medial an der Tibia nachweisbar (rechtesSchallbild) ist keine ~allu~bildun~oder~r~nzlarnelle (Pfeilspitzen). Pfeil und große Pfeilspitze geben die Einschallrichtung in Abb. 5 a an.
dene Kallus (histologisch Fasergewebe) durch eine echoarme. inhomogene Struktur ohne eindeutig definierbare Grenzlamelle aus. wobei iin Verlauf eine Zunahmc dcr Echogcnität. nicht beobachtet werden kann (Abb. 4 a u. b). - Bei der atrophen Pseudarthrose ist eine Kallusbildung auch sonographisch nicht nachweisbar (Abb. 5 a U.b).
Ifeaney und Mitarb. (5) benutzen die Schallaufgeschwindigkeit durch die Patella zur Messung der Knochenrnineralisation und köririen signifikant zwischen osteoporotischen (mit geringerer Knochenschallaufzcit) und riorrnalen Frauen unterscheiden, wobei auf eirie gute Reproduzierbarkeit der Methode hingewiesen wird. Voraussetzung ist allerdings die „Durchschallbarkeit" und beschränkt somit die Anwendung der Methode auf oberflächliche Knochcnanteile mit trabekulärer Innenstruktur (wie die Patella). Leitgeb (6) beschrieb erstmalig ein Verfahren, bei dem auch herkömmliche B-Real-tirne-Sonographiegeräte mit A-Mode-Zusatz verwendet werden können. Durch den Unterschied der Schallgeschwindigkeiten von Blut (ca. 1500 m/s) und Knochen (> 3300 m/s) Jassen sich die Um bauprozesse des Kallus durch Abnahme der Schallaufieit dokumentieren. So ist theoretisch durch eirie einmalige Messung eine Aussage über die Knochenfestigkeit möglich. In viv0 bestchen jedoch große Probleme in der Erkennung des kallusspezilischen A-Signals und der Trennung desselben von Wiederholungsechos und Artefakten. Auch verfügen viele gebräuchliche Sonographiegeräte
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11 8 Forlschr Rontgenslr -
Sonographische Verlaufskontrolle der sekundären Frakturllcilung
I.Qrtschr Rontgcnstr. 15.?,2 1 19
~-
Gegenüber diesen angeführleii A-ModeMeLlverfahrcn und gegenüber radiologischen Metlioderi seheri wir folgende Vorteile d c r morphologischen sonographischen B-Bild-Beurteilung d e r Kallus-Metamorphose: 1 . ßekannte Vorteile der Sonographie gegenüber strrihIcnhelasteten Verfahren. 2 . Gute Reproduzierbarkeit. weil d e m Verfahren n u r Relativwerte zugrundeliegen und ein kalliisspezifisches ASignal n i c k idenlifiziert ~ ~ e r d omiiß. n 3. Der frühe bildliche A'ach~ueisauch d e r stabilitätsbeeinfliissenden, orqctrtischen Kulluskornponenten. dic im konventionellen Röntgenbild unterrepräseiiliert siiid. 4. Möglichkeit d e r gleichzeitigen visuellen Kallus-Heurleilung und d e r klinischen Prüfung mit Dokumentation der Frakturfestigkeit unter .,Real-time"-Bedingungen in einem Untersuchungsgang. Dadurch kann die notwendige Immobilisationszeit in1 Gipsverband miriimicrt werden. 5. (;egenübcr dor Riintgcnkontrolle deutlich leichteres ,,Handlingw und Management von Kleinkindern a n Overheud- und Vertikalextensionen. d a ein Großteil d e r technisch aufwendigen Becken- und Oberschenkelaufnahmen z u r Beurteilung d e s Hepositionsergebriisses entfallen kann (s. auch Tab. 2). 6. Früher Nachweis uon Weichteilintcrporznten als möglic h e Ursache von Frakt.urheilurigsstiirungcn. 7. Kein A-Mode-Zusatz a m Gerät notwenig.
Tab. 2
Zeitpunkt
- ..- .-.. .
- -
I Röntgen
I Sonographie
I
I 1
Trauma + (Frakturlyp) , + (Weichteilinterponat?) -.während des stationären Aufenthaltes(in der Extension) 4. Tag + (Achsenabweichung, + (Organisationdes Beinlängendifferenz) Hämatoms?) 8. Tag + (Kallusfest?) 14. Tag (-)(fallsklinisch und sono- + graphisch fest) -+ambulanteKontrollen nach Anlegen eines definitiven Gipsverbandes mit ein bis zwei Gipsfenstern 71. Tag -(falls unkompliziert) + weitere Kontrollen + +Abschlußkontrolle + + nach Gipsabnahiiie -I
ventionelle Röntgenuntersuchung wegen methodischer Grcnzcn (z. R. Dokumentation voii Aclisenabweic:hiingen) nicht vollwertig ersetzen, wird a b e r durch die Übernahnie von Teilindikationsbereichen in Zukunft einen festen Plalz bei d e r Verlaufskontrolle besonders kindlicher Frakturen erlangen und zu einem Rückgang d e r a n g c h r d c r t e n Röntgcinuntcrsiichringen führen.
Als Reispicl d e r Einbindung d e r Sonographie in die Verlaufskontrollo unkomplizierter kindlicher Femurfrakturen stellen wir unser i r i Anwendung befindliches Untersuchungsschema z u r Diskussiori (s. T a b . 2). Lileralur
L.
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5.
Demgegenüber stehen verschiedene Nachteile: Aufrechterhaltung d e r Konstanz der MeJbedingungen (Meßort. Ceräteeinstellung), eine Voraussetziing, die bei zunehmender Erfahrung und sorgfalliger IJntorsuchungsführung (Vergleich mit d e n Vorbildern!) problemlos eingehalten werden kann. Aus methodischen Gründen ist eine Mcssung von ilchserzabweichungen und Beinlängenuerkürzungcn nicht möglich. Bei Kleinkindern unter zwei J a h r e n mit s e h r kurzen Extremitäten w ä r e auch eine erschwerle Positionierung d e s Schallkopfes denkbar (4). Eine absoluie, objektivierhare Aussage über die Festigkeit d e s Frakturkallus ist nicht möglich, d a d e r semiquantitativen Auswertung n u r Relativwerte bei relativ kleinem und statistisch inhomogenem Palienlenkollekliv zugrunde liegen. Dies resultiert in einer großen iriterindividuellen Streubrcite d e s Meßergebnisses und macht eine verläßliche Aussage für d a s Einzelindivid u u m (vorläufig) unmöglich (s. Abb. 2 a U. b). Die Methode ist a n d a s Vorhandensein uon Kallr~s gebunden, d a s heißt n u r für die Verlaufskontrolle vor1 sekundären Frakturheilungen geeignet. Bei komplexen Frakturen ergibt sich eine erschwerte anatomische Orier~tierung,s o d a ß vor d e r Ausgangsuntersuchung ein Röntgenbild angefordert werden muß.
Zusammenfassend bietet die Sonographie gegenüber der konventionellen Röntgenuntersuchung komplementäre Informationen über die Frakturheilung und kann d a h e r im klinischen Alltagvon Nutzen sein, w e n n klinische und r6nlgenologische Beurteilung d e r Frakturheilung differieren. Die Kallus-Sonographie wird die kon-
'
Ahend.vchein. W.. G. W. Hyatt: Ultrasonics and seiected pliysical properties of bone. Clin. Orthop. 6 9 (1970) 294-301 Brartnstcin, E. M., S. A. Goldslein, J. Ku. P. Smith, L. S. Mattlzews: Conipiited torriography and plain radiography in experiiiieiilal fracture healing. Skclctal Radiol. 15 (1986) 27-31 "ucher, 0.: Cytologie. Histologie und rnikroskopischc Anatomie des Menschen. Kapitel 111: Binde- und Stützgewebe. Iluber. Rerii-SI.ii1tgart-Wien. 10. Auflagc (1984) 138-1 39 ' Correll, J.: Dic sonographisclie Verlaufskontrollc bei dcr Bxtrcmit5tenverlangerurignach Ilisarov. In: DicSonographie i i i der 0ri.liopädie. Hrsg.: Frank. W.. R. Byb. Springer. Wieii. New York (1988) 97 101 " Hear~cq,R. P.. 1.. V. Avioli. C. H. Chesnut 111, .I. Lappe. R. R. Recker, G. H. Brandenburger: Osteoporotic bone fragility: Detection by ultrasound transniissioii velocity. J. Arner. Mcd. Ass. 261 (1989) 2986-2990
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l0
''
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(Chaptcrl: General principles). SaundersCompany. Philadelphia (1986) 21 -33
L)r Gerald Hannsssclllager Zentralröntgcninstitut - AKH I.inz Krankcnhausstraße 9, A-4020 Linz
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nicht über einen A-Mode-Zusatz. w a s eine Umsetzung in den klinischeri Alltag erschwert.
- -- -
.
L
--
-
-
-
W
--
113
-
Sonographische Verlaufskontrolle der sekundären Frakturheilung Iirste Lrfahruiigeii mit d e r morphologischen und sc!miquantitaliven Ueiirteiluiig d e r periostalen Kn.lliisbildurig
Von G. l l a n n e s s c l r l u g e r J und R. Resclluliefl %en~ralröntgciiinstitul'(Vorslaiid: i'iirii Di. li Stadl~!r)uiid Al)lt!iliiiigl'iir ~,nfitlI(:hiriirgic"
Wir bericlileri über die Werligkeil der BBild-Sonographie im Vergleich zuin konventionellen Jlöntgeii bei der Überwachung der Frakturheilung von 1 2 1 Patienten mit Frakturen der langen Röhrenknochen der iintcrcn Extremität. Dic Sonomorphologir dcr pi!riostal~:n Ki~llusbildung weist eint: konliriuierlicho Zurialinie der Echogeriität vom Fraklurhärnalorn zuin Faserknochen aul'. Weitere Kriterien stellen die Strukturinhomogenität und die Entwicklung der Grenzlamelle dar. Auch die therapciitisch wichtige IAfferenzieriing dcr Pscudarthrosc in (:in(: hypcrtrophc und oinc atrophe Forrri kariri sonograpliiscli iiaclivollzogeri werden. Durcli die iiiorphologische B-Bild-Beurleilung ist eine leichtere Ilmsetzung in die klinische Praxis möglich, im Gegensatz zu den bisher a.ngewendeten Methoden, die ein kallusspczifischcs A-Modc-Amplitudcnsignal vcrwc?nden. Dit? Soriographie bietet gegeniiber der Röntgeriunlersuchurig komplerneiiläre Informalioiien, kann aber aufgrund methodischer Grenzen das Höntgenbild nicht ersetzen.
I
words Key -
Sonographie
Sonography - Fracture healing
-
Frakt~irheilung
Wie aus zahlreichen histologischen und tierexperimentellen Studien bekannt ist, folgt die Kallusbildung bei der sekundären Frakturheilung einem phasenhaften Ablauf', der durch radiologische urid computertomographische Beurteilurigckriterien nachvollziehbar ist (2. 3, 7-11. siehe auch Tab. 1). Mit radiologischen Methoden werden vorwiegend die anorganischen Kalluskomponenten repräsentiert, wahrend die organischen. die Stabilität mitbccinfliisscndcn Antcilc unbcriicksichtigt bleiben (6). Arihand der vorliegerideri Sludie wurde die Wertigkeit der
-
Wereportonthecontribution ofreal-timc sonography in cornparison to plain radiographs to the assessrrierii. ol' fraclure healirig ol' 1 2 1 paticnts suffcring fractures of the long bones oi'the lower linibs. Soriornorphology of periostal callus inetaniorphosis sliows basically a persistent increase of echogenicity representing tho lcrnporal rangc from fract~irehaemstoma to the "woven borie". Further (:riteria arc ihr homogeneity of struclure arid tlie developrrieril oi'a rriarginal intcrlace. Nonunion radiologically classified irilo IiyperLropIiic and atrophic types niay also be differenliated by sonographic criteria and may influence proper orthopaedic managernent. Rcgarding sonographic methods using a n A-rnode amplilude signal, the morphologic assessrncnt of callus rnetamorphosis is niore likely to be tra.nslated into clinical practice. Although it yields a variely ofiniormation, sonography will be unable to replace radiography diie 1.0 rncthodical limitations.
Schlüsselwörter
Einführung
P
S o n o g a p h i c control ofsecondary fiacture healing. Early experiences with morphologic ; ~ n dscmiquantitalive assessment of'perioslal cällus .. . .metaniorphosis
P
Iivrtschr. Höntgenstr. 153,2(1YYO) 113-119 (si GcorgThicmc Vcrlag Stuttgnrt . NPWYnrk
I
I
B-Bild-Sonographie bei der morphologischen Verlaufskont,rolle der periostalen Kalliishildung im Rahmen dcr sekundären Fraklurheilurig untersucht, mit der Absicht,, vor allem bei Kindern durch die routiriemäßige Anwendurig I~öntgenuntersuchungen einzusparen. Untersuchungen dieser Art an einem größeren Patientenkollektiv sind unseres Wissens bishcr nicht publiziert worden. Anhand erster Erfahrungen berichten wir über diagnostische Aspekte und über die in der klinischen Routine auftrctenden Probleme. Die üblicherweise im Kapitel .,Resultate" angci'ii hrtcn Ergcbnissc werden aus Gründen der Praktikabilität iri den Kapiteln „Sonomorphologischc Befunde hci der urikomplizierteri Frakturheilung" und „Sonomorphologische Befunde bei der pathologischen Frakturheilung" zusammengefaßt und kommentiert.
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A K H I.in/ (Vorstiiiid: YroC I)r. H. Ht~s(,liiiiicr).
Fortschr ßontgenstr 153.2
. .--
w ä h r e n d des stutionriren Aujknthalles (etwa a m 4 . , 8 . u n d arn 14. T a g u n m i t t e l b a r v o r d e r Entlassung). - bei d e n arnbulanten Koritrollerl(meist a i i i 21. u i i d 28. Tag). Bei liegender Gipsfixntiori w i i r d e eiii Gipsfenster ausgeschnitten (Abb. 1 ). Die L.okalisation w u r d e a n Stellen zweifelhafter o d c r fchlender radiologischer Durchbauung festgelegt.
Nach einer der Große desschallkopfes bzw der Vorlauktrecke angepaßten Bleischablone(Pfeile)wird ein Gipsfensterausgeschnitten Bis zu zwei derartiger Gipslenster beeintrachtigen diestabilitat des Gipsverbandesnicht
Abb. 1
Morl~hologische I>iaynostik: Ariliarid der Zirkuniferenz des Knochcnqucrschnittcs w u r d e n acht Eiiisctiallebsn c n fcstgclcgt u n d i n Sngittalschiiitteri untersucht. In u n d u m d e n Fraktiirspalt - derri [{(:reich d e r Kallusbildung eritsprcchcrid w u r d e eine möglichst große ..Region ol'interest" ( R o l l gelegt. Als Iicfrrcnzgcbict diente e i n Kompakt;~ani.eil i n gleicher Gewebstiefe u i i d gleiclieiri Uritersuchungsbild. I m C r a u w c r t t i i s t o g r a m m k a n n d a n n automatisch die durchschnittliche (;raiiwertverteilurig rriit d e m (;raumittclwcrt (M), die .Stnndnrdnbrueicl~ung(SD) u n d die A i i ~ a l i dl e r iin Sonographiebild repräsentierten G'rauwcrtklassen ( m a x i m a l 60) angezeigt w c r d c n (s. auch Abb. 3 b - d). l i i r i d e n FehIcrcinfluß bezüglich d e r Koiistanz der ptiysikalischen Parameter u n d derri Abkipperi des Schallkopfes aus d e r o r t h o g r a d c n Ebcnc weiter z u minimieren. w u r d c f ü r jede Schallprojektioii jeweils eiii Rclativwert für das Ausinaß der Fchogenität i i n d d e r S t r u k t u r gpbildei.. i i i i d z w a r :
Paticntcn und Mcthodcn --
I. c i n Quotient aus d e n i Grauniitlelwerl des Kallus urid der beiiaclibarteii Koiripakta als repräsentatives M a ß f ü r d i e Ecliogenität (sogenannter ,,(J'rautuertkoeffizio,l" - G W K ) nach der Formel:
--
P P
W i r haben in den letzten beiden J a h r e n (7/87 bis (Toshiba 7/89) 1 2 1 Patienten n i i t 7.5-Mtlz-l.inearschnllk~~)(.e11 Soriolayer SSA 100-A) iriit PVC-Vorlaufstrecke v inter sucht. Es w u r d e n n u r konservativ versorgte, geschlossene F r a k t u r e n der Röhrenknochen d e r unteren Extremität beriicksichtigt. Bei der Erstvorstelliirig w u r d e eine Röritgeriaiifiiahrrie i r i z w e i Ebenen gefordert. b e i d e n Kontrollen w a r sie - soweit vorhanden - d e m U n t c r sucher bekannt. - 7 9 Patieriteri (Durchsctinittsalter: 12.2 a) w u r d e n nach Zeitplan i m gesamten Heilungsverlauf untersucht ( 5 , 3 Untersuchungen p r o Patient). - 4 2 Patienten (Durchschnittsalter: 32.5 a) w u r d e n bei k l i n i schem Verdacht a u f Frakturheilungsstörung sonographisch exploriert (2.3 Untersuchungen). Die Dokuirientatiori erfolgte rnit Miiltiforniatkarnera a u f Rontgenfilm.
GWK I(;rauwcrtkocffizicnt)
=
Graurnittclwcrt dcs Kallus C r a u r n i t t e l w e ~ d c Kr o m p a k t a
2. e i n Quotient aus den Produkteii voii Staridardabweichung u n d Anzahl d e r Grauwertklassen v o n Kallus u n d angrenzender K o m p a k t a als M a ß für die StrukturinhonzogeniriiL (sogenaririt c r ,,.Strukturkoeffirier~t" StK) nach d e r F o r m e l
-
StK (Strukturkoefftzient) = (Standardabw. x A n z a h l d e r Grauwertklassen) des Kalliis (Standardabw X Anzahl d e r (irauwertklassen) der Kornpakta
Zeitliclie Koordiiiatioii der soriograpliischen L n . tersuchung: unmittelbar o d c r a n i 1. T a g post traunla.
Zeitpunkt
I Histologie
Trauma
I
>6h >2d
>9 d
>l d
>6 d
>6-8 s
Monate bisJahre
Hamatom
/
Rontgen Frakturlinie Weichteil schwellung
Beginn der Organisation (Fibroblasten + Gefaße = Zellmigration) Periost-Proliferation,Kollagen produktion (= Granulations gewebe) Fibroblasten-Metaplasiein Chon- subperiost. Knochendroblasten (+ Knorpelbrucke) bildung frakturnahe Osteopenie + Osteoidproduktion (periostal, Struktuwerdichtunaendostal) (+Kallus) Kallusgrenzen schärfer Faserknochen + Kalziumeinlagerung Knorpelabbau Verlust der Frakturlinie Faserknochen + Kalziurneinlagerung Knorpelabbau Umbau in lamellaren Knochen trabekulare Kortizes
I Sonographie I Hamatom dorsale Schallverstarkung nimmt ab + Binnenechos Echogenitat steigt Struktur inhomogen Echogenitat steigt, Grenzlamelle + Frakturspalt überbrückt Echogenitat steigt. Struktur homogener, Grenzlamelle++ Grenzlarnelle +++,zunehmende dorsale Schallausloschung dorsale Schallausloschung Kortikalisreflex dorsale Schallausloschung Kortikalisreflex
Tab. 1 Zeitlicher Ablauf der Frak turheilung Korrelation histologischer rontgenologischer und sono graphischer Befunde (modifiziert ;
~
~
= Stu"en
~
,
=
:
~
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114 -
~
Sorzographische Verlaufskontrollc der sckundarcrr Frakturlrcilur~g .. .
Strukturinhomogenität
Echogenität Verlaufskurve
Verlaufskurve
1.0 I
I
SA
-I 4
SA
=
I
i
StK
I
0.08
8
Standardabweichung
14
21
28
Gips a b
Tage post Trauma
0,s
4
8
14
SA = Standardabweichung
Abb. 2 b
Abb. 3 a Durch die Organisationdes Frakturhämatorns(=h, linkesSchallbild)entstehtGranulationsgewebe (= g, rechtesSchallbildschraffiert)(4.Tag post trauma)
CA-010
CA-024
21
28
Gips ab
Tage post Trauma
Strukturkoeffizient(StK)-Kurve
Abb. 3 b Weitere Bildungvon kollagenem Fasergewebemit Zunahme der Echogenität des Kallus(8.Tag post trauma). Eine Grenzlamelle ist noch nicht erkennbar (Pfeilspitzen). Grauwerthistogramm: k = Kalluskuwe, C = Koriikalis kurve. Die ROI sind im linken Schallbild eingezeichnet.
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GWK
-.- ... ..
r
.
l
.
P
i
Abb. 3 C Beginnende Dernarkierungder Grenzlanielle (Weilspitzen).Am Frakturgrund sind zwei parallele Reflexbander nachweisbar (Pfeile)( I 2 Tag post traurna)
Abb. 3 d Bereits deutliche Auspragungdes Oberflachenreflexes(Pfeilspit zen) mit zunehmender dorsaler Schallausloschung(24 Tag post traurna)
Dic Standardabweichung multipliziert m i t der Anzahl der repräsentierten Grnuwei.tklnssen des Kallus (SD = 6.7 x 40) dividiert durch das Produkt der Fernurkortikalis (SU = 7.4 x 30) crgibt cincn Strukturkocffizicntcn von 1.21 18. Tag post trauiiin). Während der gesamten Untersuchungsdaucr wurden intraindividucll dic (;crätcparamnt.nr für die Cesaiiitverstiirkung. die Nah- iiiid Tieieriverstärkuiig sowie die Programme für das Postprocessing konstant gehalten.
iVnchsnlz zur nt~grc~inntllen Tlcrrupie: Kleinkinder i i r i l r r 2 Jalireii rnit dislozierten Frakturen wurdcn m i t der Ouerlzead-Ex/ensior2riacli Brqatit therapiert (Dilu'pr 2-3 Worheri). Kinder ijhcr dem 2. I.ehensjnhr niit der Verliknlexterision nacli MIeDer versorgt (Dauer 4-5 Wochen). Bei älteren Kindcrn wurdc i m Anschluß daran cin Ucckcn-Hcin-Gips für cn 3 Wocheii niigelegt. S o n o m o r p h o l o g i s c h e Bef~iiideb e i cler u n k a m p l i z i r r tc n-1 : r -a k t u r h c i l u n g .-----
Abb. 3 e Weiterhin zunehmende Kortikalisierungmit einem homogenen Kortikalisreflex(Weilspitzen)und dorsaler Schallausloschung(42 Tagpost traurna. nach Gipsabnahme). Abb. 3 SonomorpholonischeBefunde bei der unkompliziertensekundaren Frakturheilungam~ernur~eder sonographischen Abbildung wurde eine Sche mazeichnung(frakturierie Knochenenden = schwarz, Kallus =schraffiert) bei-
Ais (;rundlage für eine Beispielsrectiriiiiig wiirder1 die Wertr iii Abb. 3 b hnrungczogcn: L)cr i m Histogramni angczcigte Graumittelwert von Kallus (M 30.5) dividiert durch den Wert der Fcmurkortikalis (M = 41 .G) crgibt cntsprcchcnd dcr oben aiigefülirten Fornirl einen Grauwcrtkocffizienten von 0.73.
. .
Die s o n o m o r p h o l o g i s c h e n V e r ä n d e r u n g e ~ i der physiologischen periostalen Kallusbildung w u r d e n n a c h d r e i K r i t c r i c n Echogenität. S t r u k t u r u n d G r e n z f l ä che - aria1ysit:t-1. D e n i n A b b . 2 a U. b dargestellteri K u r v e n liegen d i e W e r t e d e r m e d i a n - s a g i t t a l e n P r o j e k l i o n v o i i 48 Patienten u n t e r 15 J a h r e n m i t u n k o m p l i z i e r t e m F r a k t u r hcilungsvcrlaul' z u g r u n d e . D i e R e l a t i v w e r t e s i n d z e i t a b h ä n g i g als k u m u l a t i v e H 2 u l i g k e i t s f i i n k t i o n a u f g e t r a g e n u n d b e s t i m m e n d u r c h d e n arithmetischen M i t t e l w e r t dcs j e w e i l i g e n Untersuchurigstages d e i i V e r l a u i d e r Z a h l e n g e r a d e n . D i e s e n k r e c h t e n L.inien e n t s p r e c h e n d e r i n t e r i n d j v i ducllcn Strcuhrcitc.
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1 L6 Fortsclzr. Rontgeristr. 153,2
Sonograpl~ischcVcrlauJskor~trollr:der srkutttliirrn k'r;rclki~urheilurrg .
- -
.
.-
.-.
-
.. .
..
..
. ..-...
.-
Abb.4a Konventio. nelle Torno~raphie (a. P.): hypertrophe Pseudarihrose der Tibia (6Monate post traurna). Der schwarze Pfeil zeigt die Einschallrichtungin Abb. 4 b
Abb. 4 b Sonographie: echoarme, inhomogeneStruktur des ,.Reizkallus" (7 irn Schallbild siehe ROI. in der Schernazeichnuneeinfach schraffiertlohne ~renzlarnelle(~eilspitlen).Der Pfeil bezeichnet di~~inschallrichtun~i" Abb. 4 a
1. Die Echog~nittit:Es ist eine kontinuierliche zeitabhangige Zunahme des CWK mit einem steilen Aristieg wi-ihrond der ersten 10 Tage bei allerdings breiten Vertraue11sberei(:hennachwrisba.r (Abb. 2 a). 2. Die Strukirir: Die ziinä(:hst vorhandene Strukturinhomogenität zeigt. aucgelieiid vom Prakturhämatom. einen ~vellenförmigen Verlauf mjt zunächst cincrn Anstieg des StK, der ctwa i n der 2. posttraumatisc:hen Woc:htt cinc Spitzcnnlcrt erreicht und anschließend wieder langsam abriirrirnt (das hciljt. die Stniktur wird wieder liuniogener) (Abb. 2 b). 3. Uie Grenzfläche: Die aiiranglich verwaschonc, nicht abgrenzbare Grenzlamelle demarkiert sich zeitabhiingig ab dcr ersten Woche und führt schließlich zu eirier dorsaleri Schallauslöschung. Nach der Ausprägung des (;renzflächerireflexes ist dic? weitere Veränderung des GWK und des StK allerdirigs stark von der I.age der R 0 1 abhängig. Aus Gründen der Schallreflexion und/odrr dcr Schallabsorption sollte der Abschnitt hinter dor (;rctnzlarncllc nicht mehr in die Berechnung eingeheii. Bildbeispiele für dic crhcbbaren. zeitabhtingigen sonomorphologischeii Befundti in dcn verschiedenen Stadien der unkomplizierten Frakturbeilung sind in Abb. 3 a c dargestellt. Bei dokumentierbarer klinischer Frakturf~?st,igkeit weist der Kallus nach unseren Erfahrungen folgende sonornorphologischc Merkmale auf: - seit der Letztuiitersuchurig konstant bleibende, den Prakturspalt vollständig überbrückendt: Kalliisrnenge mit echoreicher Struktur, - Vorhandcnscin cinnr definierten Grenzlamelle rnit zumindest angt:doutet.cr dorsn.ler Schallabschwäcliurig.
I Inter den i m gesamten Heilungsvcrlauf untersuchten 79 Patienten konnten insgesamt 6 Frakturheilurigsstiirurigen beobachtet werden (= 7.5 X ) , wobei 2 Patienten (- 2,5 %) eirier späteren operativen Intervention bedurften. Bezüglich der zeitlichen Korrelation dcr sonoiriorphologischen Veränderungen mit histologischen und radiologischen Bellindcn s. Tab. 1 . Sonornorphologische Reruiide bei der pathologischan 1:raktiirheilung Die Pseudarthrose (..iioiiuiiion" = Ausblciben der Frakturkonsolidierung über die zu erwartc:nd« Frakturheilungszeit hinaus) wird nach dem Ausinaß der Knllusbilclung eingeteilt in einen - hypertrophen 7 i p mit variabler, teilweise übeischieIh!ndcr Kalliisrnenge (sogenannter ,,Rcizkalliis"), a.ls ~ i r i t w o r td(:s vitalen Knochens und Periostes aiil' cinc kontinuierlicht: ßcwcgiing im I:rakturspaltbereic:h, und einen - atropherl 'i:~jpohne siclitbaro Kallushildung, der seine Ursache in einer höhergradigtrri Dcvitalisierung tler Fraktiironden hat (8, 11). Beidcn Formen gemeinsam ist eine persistierende Einschallbarkoit dcs Frakturspaltes in allen oder in einem Großteil der Einsc:tiallchcncn. Die sonographische ßifferenzierung erfolgt durch die An- oder Abwesenheit von Kallusgewebe irn t;rakturspaltbereic:h: - Bei der hypc!rtropherz I;orni zeichnet sich dor vorhiin-
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dll.
153,2
-Abb. 5 a Konventionelles Rontgen (a. P.): atrophe Pseudarthrose der 'ribia und knöcherner Durchbau der Fibula. Immobilisationsbedingte Entkalkungdessprung. gelenkes(ca. 4 Monate post trauma). Pfeil und Pfeilspitze zeigen die Einschallrichtung in Abb. 5 b an
--
G Hannessrhlager uricl R Heschauer P -
Diese differentialdiagnostische Trennung ist von Bedeutung. weil bei der hypertrophen Form ein konservatives Vorgehen mit Realisierung einer stabilen Fixation angestrebt wird. Das Fasergewebe innerhalb des Frakturspaltes vermag wegen seiner osteogenetischen Eigenschaften noch zu einer Frakturlieilung führen. Bei der atrophen Form wird eine operative Intervention mit Ai~frischen der Frakturränder und Defektüberbrückung durch Spongiosaanlagerung angcstrebt (8, 111. Voii den 42 Patienten, die bei klinischem und radiologischem Verdacht auf Frakturheilungsstörung sonographisch exploriert wurden, konntc in 19 Fällen durch den Nachweis einer uberbriickung des Frakturspaltes bzw. oincr dem Frakturalter entsprechenden KallusMorphologie eine Pseudarthrosenbildung ausgeschlossen werden. Bei 7/23 Patienten wurde durch die sonographische Darslelluiig eines kallusfreien Frakturspaltes (atrophe Form) die Entscheidung zur Operation wesentlich beschleunigt, bei ' V 2 3 Frakturen erwies sich die Sonographie als wertvoll, weil der echoarme ,.Reizkallus" inorphologisch unter dem Kriterium einer Echogenitätszunahme und Entwicklung einer Grenzlarnelle unter konservativer Therapie beurteilt werden konnte. In Fällen mit gleichbleibender Sonomorphologie konnto die Sonographie die Entscheidung zur operativen Spongiosaarilagerung beeinflussen. In allen Fällen war das Rönlgenbild dein Untersucher vor der sonographischen Exploration bekannt. Diskrission Seit 20 Jahren berichten vereiri~eltAutoren (1, 5, 6) über verschiedene Meßverrahren von Schallwellen am Knochen, wobei anhand verschiedener Parameter (Schallgeschwindigkeit, Schallaufzeit. Schallschwächiing) eine Quantifizierung der Knochenmineralisation bzw. der Kallusbildung erreicht werden soll. Vielen Methoden ist neben der Verwendung des A-Mode-Ampliludensignales eine schlechte Reproduzierbarkeit infolgr der komplizierten Schallausbreitung gemeinsam.
Abb. 5 b Sonographische Bestätigung der knöchernen Llberbrückungder Fibula im ventro-lateralen Bereich (linkes Schallbild). Ventro-medial an der Tibia nachweisbar (rechtesSchallbild) ist keine ~allu~bildun~oder~r~nzlarnelle (Pfeilspitzen). Pfeil und große Pfeilspitze geben die Einschallrichtung in Abb. 5 a an.
dene Kallus (histologisch Fasergewebe) durch eine echoarme. inhomogene Struktur ohne eindeutig definierbare Grenzlamelle aus. wobei iin Verlauf eine Zunahmc dcr Echogcnität. nicht beobachtet werden kann (Abb. 4 a u. b). - Bei der atrophen Pseudarthrose ist eine Kallusbildung auch sonographisch nicht nachweisbar (Abb. 5 a U.b).
Ifeaney und Mitarb. (5) benutzen die Schallaufgeschwindigkeit durch die Patella zur Messung der Knochenrnineralisation und köririen signifikant zwischen osteoporotischen (mit geringerer Knochenschallaufzcit) und riorrnalen Frauen unterscheiden, wobei auf eirie gute Reproduzierbarkeit der Methode hingewiesen wird. Voraussetzung ist allerdings die „Durchschallbarkeit" und beschränkt somit die Anwendung der Methode auf oberflächliche Knochcnanteile mit trabekulärer Innenstruktur (wie die Patella). Leitgeb (6) beschrieb erstmalig ein Verfahren, bei dem auch herkömmliche B-Real-tirne-Sonographiegeräte mit A-Mode-Zusatz verwendet werden können. Durch den Unterschied der Schallgeschwindigkeiten von Blut (ca. 1500 m/s) und Knochen (> 3300 m/s) Jassen sich die Um bauprozesse des Kallus durch Abnahme der Schallaufieit dokumentieren. So ist theoretisch durch eirie einmalige Messung eine Aussage über die Knochenfestigkeit möglich. In viv0 bestchen jedoch große Probleme in der Erkennung des kallusspezilischen A-Signals und der Trennung desselben von Wiederholungsechos und Artefakten. Auch verfügen viele gebräuchliche Sonographiegeräte
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11 8 Forlschr Rontgenslr -
Sonographische Verlaufskontrolle der sekundären Frakturllcilung
I.Qrtschr Rontgcnstr. 15.?,2 1 19
~-
Gegenüber diesen angeführleii A-ModeMeLlverfahrcn und gegenüber radiologischen Metlioderi seheri wir folgende Vorteile d c r morphologischen sonographischen B-Bild-Beurteilung d e r Kallus-Metamorphose: 1 . ßekannte Vorteile der Sonographie gegenüber strrihIcnhelasteten Verfahren. 2 . Gute Reproduzierbarkeit. weil d e m Verfahren n u r Relativwerte zugrundeliegen und ein kalliisspezifisches ASignal n i c k idenlifiziert ~ ~ e r d omiiß. n 3. Der frühe bildliche A'ach~ueisauch d e r stabilitätsbeeinfliissenden, orqctrtischen Kulluskornponenten. dic im konventionellen Röntgenbild unterrepräseiiliert siiid. 4. Möglichkeit d e r gleichzeitigen visuellen Kallus-Heurleilung und d e r klinischen Prüfung mit Dokumentation der Frakturfestigkeit unter .,Real-time"-Bedingungen in einem Untersuchungsgang. Dadurch kann die notwendige Immobilisationszeit in1 Gipsverband miriimicrt werden. 5. (;egenübcr dor Riintgcnkontrolle deutlich leichteres ,,Handlingw und Management von Kleinkindern a n Overheud- und Vertikalextensionen. d a ein Großteil d e r technisch aufwendigen Becken- und Oberschenkelaufnahmen z u r Beurteilung d e s Hepositionsergebriisses entfallen kann (s. auch Tab. 2). 6. Früher Nachweis uon Weichteilintcrporznten als möglic h e Ursache von Frakt.urheilurigsstiirungcn. 7. Kein A-Mode-Zusatz a m Gerät notwenig.
Tab. 2
Zeitpunkt
- ..- .-.. .
- -
I Röntgen
I Sonographie
I
I 1
Trauma + (Frakturlyp) , + (Weichteilinterponat?) -.während des stationären Aufenthaltes(in der Extension) 4. Tag + (Achsenabweichung, + (Organisationdes Beinlängendifferenz) Hämatoms?) 8. Tag + (Kallusfest?) 14. Tag (-)(fallsklinisch und sono- + graphisch fest) -+ambulanteKontrollen nach Anlegen eines definitiven Gipsverbandes mit ein bis zwei Gipsfenstern 71. Tag -(falls unkompliziert) + weitere Kontrollen + +Abschlußkontrolle + + nach Gipsabnahiiie -I
ventionelle Röntgenuntersuchung wegen methodischer Grcnzcn (z. R. Dokumentation voii Aclisenabweic:hiingen) nicht vollwertig ersetzen, wird a b e r durch die Übernahnie von Teilindikationsbereichen in Zukunft einen festen Plalz bei d e r Verlaufskontrolle besonders kindlicher Frakturen erlangen und zu einem Rückgang d e r a n g c h r d c r t e n Röntgcinuntcrsiichringen führen.
Als Reispicl d e r Einbindung d e r Sonographie in die Verlaufskontrollo unkomplizierter kindlicher Femurfrakturen stellen wir unser i r i Anwendung befindliches Untersuchungsschema z u r Diskussiori (s. T a b . 2). Lileralur
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Demgegenüber stehen verschiedene Nachteile: Aufrechterhaltung d e r Konstanz der MeJbedingungen (Meßort. Ceräteeinstellung), eine Voraussetziing, die bei zunehmender Erfahrung und sorgfalliger IJntorsuchungsführung (Vergleich mit d e n Vorbildern!) problemlos eingehalten werden kann. Aus methodischen Gründen ist eine Mcssung von ilchserzabweichungen und Beinlängenuerkürzungcn nicht möglich. Bei Kleinkindern unter zwei J a h r e n mit s e h r kurzen Extremitäten w ä r e auch eine erschwerle Positionierung d e s Schallkopfes denkbar (4). Eine absoluie, objektivierhare Aussage über die Festigkeit d e s Frakturkallus ist nicht möglich, d a d e r semiquantitativen Auswertung n u r Relativwerte bei relativ kleinem und statistisch inhomogenem Palienlenkollekliv zugrunde liegen. Dies resultiert in einer großen iriterindividuellen Streubrcite d e s Meßergebnisses und macht eine verläßliche Aussage für d a s Einzelindivid u u m (vorläufig) unmöglich (s. Abb. 2 a U. b). Die Methode ist a n d a s Vorhandensein uon Kallr~s gebunden, d a s heißt n u r für die Verlaufskontrolle vor1 sekundären Frakturheilungen geeignet. Bei komplexen Frakturen ergibt sich eine erschwerte anatomische Orier~tierung,s o d a ß vor d e r Ausgangsuntersuchung ein Röntgenbild angefordert werden muß.
Zusammenfassend bietet die Sonographie gegenüber der konventionellen Röntgenuntersuchung komplementäre Informationen über die Frakturheilung und kann d a h e r im klinischen Alltagvon Nutzen sein, w e n n klinische und r6nlgenologische Beurteilung d e r Frakturheilung differieren. Die Kallus-Sonographie wird die kon-
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L)r Gerald Hannsssclllager Zentralröntgcninstitut - AKH I.inz Krankcnhausstraße 9, A-4020 Linz
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