Ultraschall-Technologien haben sich seit Jahrzehnten für vielfältige technische und medizinischen Anwendungen bewährt. Während in der Technik vor allem quantitative Messungen wie die Bestimmung von Materialdicken oder Durchflussgeschwindigkeiten im Fokus stehen, wird Ultraschall in der Medizin primär zur Bildgebung eingesetzt – meist ohne Berücksichtigung der komplexen Materialeigenschaften durchdrungener Strukturen. Dadurch ist eine differenzierte Analyse von Mehrschichtsystemen, etwa an Knochen-Implantat-Grenzflächen, bislang nicht möglich. Für entsprechende medizinische Problemstellungen ist der Einsatz von Ultraschall-Diagnostik daher bislang ausgeschlossen.
Ein besonders klinisch relevantes Beispiel ist das Integrations-Monitoring von Hüftprothesen, um beispielsweise Lockerungen oder Infektionen, die mit einem Knochenabbau und einer sich mit der Zeit verschlechternden Behandlungsprognose einhergehen, frühzeitig vorhersagen zu können. Solche strukturellen Veränderungen im Interface zwischen Knochen und Implantat werden mit den aktuell angewandten radiologischen Verfahren erst spät erkannt, wodurch wertvolle Knochensubstanz verloren geht. Zudem ist die Untersuchung mittels Röntgendiagnostik kostenintensiv, ressourcenaufwendig und mit Strahlenbelastung verbunden. Eine frühzeitige, präzise und quantitative Ultraschall-Untersuchung mittels entsprechender (bio-)mechanischer Kennwerte könnte wertvolle Knochensubstanz erhalten, Komplikationen bei Revisionsoperationen reduzieren, die Lebensdauer der Folgeprothese erhöhen und kostensparende Kontrolluntersuchungen ermöglichen – genau hier setzt das Promotionsprojekt an.

Im Rahmen des Promotionsvorhabens soll untersucht werden, ob und wie eine quantitative Ultraschall-Datenverarbeitung anders als die etablierte Graustufen-Bildgebung eine Bewertung des Integrationszustands von Hüftprothesen technisch ermöglichen kann.
Ziel ist die Entwicklung neuartiger Methoden der Ultraschall-Signalanalyse, die eine akustische Charakterisierung des komplexen biologischen Systems Oberschenkel mit Hüftimplantat als physikalisches Mehrschichtsystem erlauben. Auf Basis dieser akustischen Charakterisierung sollen medizinisch relevante Aussagen zum Implantat-Integrationszustand und zu möglichen pathologischen Veränderungen im Knochen-Implantat-Interface abgeleitet werden können.