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Funktionsweise

Die Funktionsweise von CaviTAU

Ultraschall gestützte bildgebende Verfahren sind eine sichere und minimal-invasive Technologie in der Medizin seit den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts. CaviTAU® bedient sich nicht der Standard-Ultraschalltechnik, bei der der Streubereich oder der Untergrund der reflektierten Schallsignale ausgewertet wird, sondern hört stattdessen Schallwellen ab, nachdem der Schall den Knochen komplett durchwandert hat. Diese Technik basiert darauf, dass Schall, trockenes und festes Knochengewebe schneller durchdringt als Wasser oder flüssiges Fett in Fettzellen oder erweichtes Knochengewebe. Daher können fettig-degenerative osteonekrotische und osteolytische Osteopathien (FDOK), mit ihren vielen hohlen, luftgefüllten Räumen (Cavitationen) und ihrem trockenen und faserigem Mark mit CaviTAU® dargestellt werden. CaviTAU® ist damit eine sichere und effektive bildgebende Untersuchungsmethode um alveoläre spongiöse Knochenpathologien verbunden mit niedriger Knochendichte und Ischämie klinisch zu beurteilen.

Schnelles Erkennen und Lokalisieren von medullären Kavitäten

CaviTAU® bezieht sich auf das Erkennen und Lokalisieren von medullären Kavitäten (= vermehrte Hohlräume bis zur fettig-degenerativen Auflösung der Trabekelstrukturen) in Kieferknochen unter Verwendung der trans-alveolaren Ultrasonographie (Through Transmission Alveolar Ultrasonography, TAU). CaviTAU® erzeugt einen Ultraschallpuls und leitet den Puls durch den Kieferknochen. Der Impuls wird anschließend von einer Ultraschallempfangseinheit erfasst und gemessen. Abschwächungen der Amplitude des Pulses zeigen Veränderungen im Kieferknochen an. Die Ergebnisse werden auf einem Farbmonitor angezeigt und zeigen je nach Dämpfungsgrad unterschiedliche Farben (Abbildung 1 und 2).

Funktionsweise - Wie genau CaviTAU® ist
Abbildung 1: Detaillierte Farbschemata anatomischer Strukturen mit unterschiedlichen Dichten im neuen CaviTAU® im Oberkiefer
Abbildung 2: Detaillierte Farbschemata anatomischer Strukturen mit unterschiedlicher Dichte im neuen CaviTAU® im Unterkiefer
Abbildung 3: Abbildung 3 zeigt das neue CaviTAU®-Dashboard, auf das hier nicht näher eingegangen wird. Bemerkenswert ist die Integration des aktuellen OPG des Patienten, um die Orientierung während der enoralen Messung sicherzustellen. Jeder einzelne Messbereich (= Zahn-Kiefereinheit/Odonton) wird vergrößert und rechts oben angezeigt, um die Knochendichte detailliert zu interpretieren. Alle 2D-Grafiken können im 3D-Format dargestellt und geneigt und gezoomt werden.
Normalerweise wird Ultraschall von der Kortikalis (äußere Knochenschicht des Kieferknochens) reflektiert, deshalb arbeitet CaviTAU® mit einer spezifischen Frequenz von 2,5 – 2,75 MHz, um die Kortikalis zu durchdringen. CaviTAU® misst die Dämpfung der Geschwindigkeit des Schalls nach dem Durchtritt der fettig-degenerativen Areale einer Kavität mit Osteolyse/Osteonekrose.

Ein Computer wertet die Geschwindigkeit und die Stärke des erzeugten Schalls aus, nachdem er den Knochen durchwandert hat. Dabei wandelt er das Signal in ein farbcodiertes Bild um. Damit kann die Minderung der Knochendichte auch dem Patienten verständlich gemacht werden:

 

GRÜN = Gesunde und feste Knochen- und Zahnstrukturen
GELB/ORANGE = Mittleres Stadium der chronischen fettigen Degeneration.
ROT = Fettig aufgelöster Kieferknochen mit Bakterien, Toxinen und extremer RANTES/CCL5-Expression.

 

Im Gegensatz zum Vorgängermodell „Cavitat“ ist die Konstruktion von CaviTAU® so ausgelegt, dass durch die feste Koplanarität von Sender – liegt außerhalb des Mundes auf der Wange – und Empfänger – liegt auf der Zungen- bzw. Gaumenseite innerhalb des Mundes – objektiv erstellte Messergebnisse erzielt werden. Eine von Seite des Anwenders manipulative Beeinflussung der Stellung von Sender und Empfänger ist dadurch ausgeschlossen. Die Messung selbst ist schmerzfrei und dauert nur kurz. Die intensive Verwendung von Gel-Massen im Mund ist bei CaviTAU® nicht mehr nötig. Zur korrekten akustischen Ankopplung verwendet CaviTAU® angenehme Gel-Kissen. Bei Männern ist wichtig, dass kein Bart vorhanden ist; dieser stört die korrekte akustische Ankopplung.

Kurzbeschreibung der Messeinheit von CaviTAU®

Abbildung 4 zeigt die Ausführungsform des CaviTAU®-Handgriffs: Das dicke runde Element links unten ist der Ultraschallsender 2 und das dünne runde Element der Ultraschallempfänger 3. Zwei Arme verbinden sich rechts in dem Griff. Ein Elektrokabel in der äußersten rechten Position ist mit der Verarbeitungseinheit (PC, nicht gezeigt) verbunden.
Abbildung 4: CaviTAU® Messeinheit

Ein Teil der Messeinheit, vorzugsweise der Sender, befindet sich außen an der Wange oder, während der Empfänger auf der lingualen oder palatinalen Seite des Zahn-Kieferbogens positioniert wird. In beiden Fällen ist die Position von Sender und Empfänger auf sichere und einfache Weise genau definiert. In den meisten Fällen reicht die Flexibilität der Wange aus, um die vorhandenen anatomischen Besonderheiten auszugleichen und dennoch eine Koplanarität zu erreichen. Wenn nicht, ist es möglich, ein halbfestes Gel äußerlich an der Wange zu verwenden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Abweichungen von der Koplanarität nur in einer Dimension auftreten, während beim Cavitat Ultrasonograph die Abweichungen in allen drei Dimensionen routinemäßig auftreten konnten.

Das halbfeste Gel in der neuen CaviTAU®

Ein halbfestes Gel wird zwischen dem Empfänger und dem Alveolarkamm platziert. Die Schallgeschwindigkeit in diesem Gel sollte im selben Bereich liegen wie die von Weichgewebe, dh 1460 – 1615 m / s, und das Gel sollte eine Schalldämpfung von 0,3-1,5 dB / cm (1 MHz) haben, so dass die akustische Messung der Dichte des Kieferknochens nicht behindert werden. Die Abzugsgeschwindigkeit für die spontane Elastizität sollte höchstens 80 mm / s betragen.
Geeignete halbfeste Gele müssen weich, sehr elastisch und sehr flexibel sein, damit ein vollständiger Kontakt des halbfesten Gels mit dem Empfänger und dem Alveolarkamm sichergestellt werden kann; Die Abwesenheit von Luftblasen im verwendeten halbfesten Gel kann durch Sichtprüfung überprüft werden. Aufgrund der Flexibilität des Gels ist es auch möglich, die Position der Messeinheit einzustellen, ohne den Kontakt des Gels zu stören und ohne die Messungen zu stören. Die halbfeste Eigenschaft des Gels verhindert, dass das Gel vor oder während der Messung verschwindet. Es ist ein Styrolblockcopolymer mit einem hydrierten Mittelblock aus Styrol-Ethylen / Butylen-Styrol oder Styrol-Ethylen / Propylen-Styrol und gehört zur Verbindungsklasse der thermoplastischen Elastomere. Das halbfeste Gel kann als solches verwendet werden und wird innen zwischen Empfänger und Alveolarkamm eingefügt, um die Messungen durchzuführen. Zu diesem Zweck wird an der Schmalseite ein Block des Gels geschnitten, um eine kleine Tasche zu schaffen, in die der Empfänger eingeführt werden kann. Nach dem Entfernen von Luftblasen zwischen Empfänger und halbfestem Gel ist die Messeinheit einsatzbereit. Bei komplizierten anatomischen Bedingungen kann es sinnvoll sein, das halbfeste Gel auch auf der Wange, d. h. außerhalb des Mundes, zu verwenden. Die Größe des halbfesten Gels ist groß genug, um alle für die Messungen relevanten Teile sicher abzudecken. Beim neuen CaviTAU® sind eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs) vorgesehen, um die Positionserkennung des Empfängers zu verbessern (siehe Abbildung 5).

Abbildung 5: LEDs am Ultraschallempfänger enoral

Kalibrierung und Funktionsprüfung

Die Anordnung der Messeinheit in einer definierten Geometrie ermöglicht einen einfachen Test der Funktionalität und Kalibrierung der Vorrichtung. Das vollständige Eintauchen der Messeinheit in Wasser, das schrittweise Bewegen der Einheit durch die Wasseroberfläche und das anschließende vollständige Platzieren der Einheit in Luft, während die Ultraschallsignale kontinuierlich durch die Einheit gesendet werden, ermöglicht die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Geräts. Wasser und Luft geben sehr unterschiedliche Signale und ihr erwartetes Auftreten, insbesondere wenn die Messeinheit durch die Grenze zwischen Wasser und Luft bewegt wird, ermöglicht den Nachweis der korrekten Funktion der piezoelektrischen Elemente. Diese Überprüfung sollte vor jedem Gebrauch durchgeführt werden.

Detaillierte Funktionsweise der CaviTAU® Messeinheit

CaviTAU® umfasst einen flexiblen Streifen, der konfiguriert ist, um die Kraft zu messen, die auf mindestens einen der Arme ausgeübt wird, wobei CaviTAU® eine Anzeige der gemessenen Kraft durch visuelle und / oder hörbare Mittel bereitstellt. Indem vorzugsweise ein flexibler Streifen in dem mit dem Ultraschallempfänger gekoppelten Arm der Vorrichtung angeordnet wird, verhindert dies, dass übermäßige Kraft auf die Gelgrenzfläche zwischen dem Ultraschallwandler und dem Ultraschallempfänger ausgeübt wird. Als Reaktion auf die gemessene Kraft, die einen oder mehrere vorbestimmte Schwellenwerte überschreitet oder unterschreitet, liefert CaviTAU® eine Anzeige gemäß dem Wert der gemessenen Kraft. CaviTAU® umfasst einen Multiplexer, der die vom Ultraschallempfänger erzeugten analogen Signaldaten konfiguriert. Die Verstärkungseinrichtung und / oder die Multiplexeinrichtung befindet sich vorzugsweise in dem Arm, mit dem der Ultraschallempfänger gekoppelt ist, und in unmittelbarer Nähe zu dem Ultraschallempfänger, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, d. h. um Fehler zu reduzieren. CaviTAU® überträgt die multiplexten analogen Signaldaten an eine Haupteinheit, die für die weitere Verarbeitung der Signale getrennt ist. Aufgrund des Multiplexens ist die Anzahl der Übertragungsmittel von der Vorrichtung zur Haupteinheit vorteilhafterweise kleiner als die Anzahl der aktiven piezoelektrischen Elemente im Ultraschallempfänger. Durch Multiplexen der analogen Signaldaten, die gleichzeitig von einer Vielzahl aller aktiven piezoelektrischen Elementen ( 96 Elemente) empfangen werden, reduziert die Vorrichtung vorteilhaft die Anzahl der für die Übertragung erforderlichen Kabel und übermittelt vorverarbeitete Signaldaten an die Haupteinheit (z. B. 8 Kabel statt 96) und ermöglicht dadurch die serielle Übertragung und Verarbeitung der Signaldaten. CaviTAU® überträgt die verstärkten und multiplexten analogen Signaldaten gleichzeitig mit der Digitalisierung der Signaldaten an eine der Vorrichtung zugeordnete Haupteinheit (PC) mit teilweisem Verarbeiten der digitalen Signaldaten, Speichern der teilweise verarbeiteten Signaldaten in einem Speicher und Übertragen der teilweise verarbeiteten Digitalsignaldaten an eine Softwareanwendung zur endgültigen Verarbeitung und anschließenden Übertragung an einen Bildschirm. CaviTAU® umfasst die Anzeige (Abbildung 3) der weiter verarbeiteten Daten durch Verknüpfen unterschiedlicher Signalstärken mit mindestens einem der folgenden Elemente: einer Graustufe mit verschiedenen Tönen, einem oder mehreren Farbschemata (siehe Abbildung 1, 2 und 3) mit unterschiedlichen Farben: Vorzugsweise werden Signal Daten für unproblematische Zonen mit reduzierten farbigen Bereichen (weiß bis grün) angezeigt, während Daten, die Besonderheiten anzeigen, als große Bereiche (orange bis rot) angezeigt werden. Durch die Bereitstellung eines oder mehrerer Graustufen- / Farbschemata hilft dies einem Benutzer bei der Erkennung relevanter Daten. Darüber hinaus ermöglicht die Anzeige der Signaldaten in Form einer Grafik eine schnelle Beurteilung. Ein solcher Graph kann auch im 3D-Format dargestellt werden (siehe Abbildung 3).

Weitere Informationen zu CaviTAU®