MRT zur Kontrolle des Einheilungsvorganges

von Spongiosatransplantaten- erste Erfahrungen Von M . Schratter', J. Kranzer', I). Kropef. I? ~ i t s c h Pund H. / r r t I l q ~

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Anhand von 23 Patienten werden erste Erlhtirurigen mit der Magnetresonanztoinographie (MRT) bei ~ ~ o n ~ i o s a t r a n s ~ l a n t awelche t c n . zur DeSektauWIluiig nach Herdausräumung benigner Knochenläsionen verwendet wurden, dargelegt. Lokalisation waren fast ausschliel3lich die langen Röhrenknochen. Es wurden T,-gewichtete, T,-gewichtete Spinecho-Sequenzen und T,-gewichtete nach i.v. Applikation von GadoliniumDTPA durchgeführt (Untcrsuchungsgerät: Magnetom 63, 1,s Tesla). Die insgesarrit 29 Untersuchungen (6 Patienten erhielten jeweils eine Kontrolle) wurden entsprechend den iinterschiecllichen Zeitintewallen zur Operation (Schwankungsbreite wenige Tage bis über 3 Jahre) in 5 Gruppen unterteilt, die MR-morphologischen Ergebnisse gruppenbezogen aufgearbeitet. Aus den Ergebnissen Iäßt sich ein grober stadienhafter Ablaiif' der Transplantateinheilung, aber auch eine größere individuelle Schwankungsbreite in der Dauer des Einheilungsvorganges ableiten. Diese ersten Erfahrungen stellen vorerst-nur MR-tomographische ,.Momentaufnahmen" verschiedener Patienten in verschiedenen poctopcrativen Stadien dar und lassen daher noch wichtige Fragen offen, die durch prospektive Verlaiifskontrollen zu klaren sein werden. Schlüsselwörter --~ Spongiosatransplantat

Spongiosaplombe

- Spongiosaplastik - homolog- autolog

Bei benignen turnorösen oder tumorsirnulierenden Knochenläsionen mit Fraktur- oder Stabilitätsgefährdung stellt die Hcrdausräurnung und Defektaufiillung rnil homo- oder autologen Spongiosatransplantaten die Therapie der Wahl dar. So berichtete /Mutti bereits 1932 über die fi-eie Transplantation von Knochenspongiosa, die c r auch zur Behandlurig von Pscudarthrosen anwandtc ( 6 , 7 ) .

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Fortschr. Röntgenstr. 1 5 3 . 3 (1990)283-288 O Georg'i'hiemc Vcrlag Stutlgarl. New York

P

We present our first experience with MI1 in bone grafts in 23 patients. Graft irnplantation fol-

lowed curettage of benign bone lesions. The locations were. rather exclusively. the long tubular bones. T,- and 'T2-weighted Spin echo-sequences including intravenous applicalion of Gadolinium-DTPA were perf'orrned (Magnetom 63. 1.5 T). A total of 29 examinations (1 follow-up control in 6 pat.) was divided into 5 groups, with regard to different stages after siirgery, which varied from 1 week to more than 3 years postoperatively. The MR results were related to the respective groiips. The results show typical stages ol' borie graft incorporation. but also greater individual variations in the duration of incorporation. Our first results. however, represent only "snapshots" of different patients a t different stages after bone graft surgery. Therefore sorne important questions are still unanswered but may perhaps be explained with the help of subsequent prospective studies.

Key . - words

~. -

MR in Ihe follow-upof'lhe healing process in bone grails Initial expericnces -.

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Bonc graft - Bone graft incorporation Homologous - Autologous

Wurden die pathoanatomischen Vorgärige bei der Einheilung von Knochentransplantaten - wie zahlreiche Publikationen belegen - bereits eingehend im l'ierexperirnent untersucht (2-5, 8-10), so stellt. die kliriischradiologische Überwachung der Transplantateinheilung ein zur Zeit noch nicht befriedigend gelöstes Problem dar. Mit der Magnetresonanztomographie (MRT) ist heute ein bildgebendes Verfahren verfiigbar, das hohe Aussagekraft bei reaktiven Veränderungen, aber auch bei Hcilungsvorgängen des Knochenmarks besitzt. Inwieweit dieses Verfahren auch zur klinischen Verlaufsbeohachtulig des Einbaiivorganges von Spongiosatrans-

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Zcntralrs Iiislilut iiir Radiodiagnoslik dcr Universität Wirii (Vorstand: I'rol: I)r. tl. Pokieser). Ludwig-Boltzmann-lnstilut fiii- radi«logisch-physikiilisclir T~imordiagnoslik(I.eitr: Prof. Dr. H . Pokieser) iiiid Orlhopädische Univrrsitiilskliriik Wicn (Vorstand: I'rof. I)r. 11. Kotz)

284 1;ortschr Hontgensrr 753,.7

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M .Schrntler i~ndMilnr6

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Abb. 1 a Konventionelle Aufnahmea. p..gut abgrenzbarer. mit dem Spongiosatransplantatgefüllter Op-Defekt(Pfeile).

Abb. 1C Tz-gewichtete Aufnahme: nur umschriebenes kleineresAreal mit Signalzunahme (Odembezirk). Abb. 1 d Keine Anfärbungnach Gadolinium. applikation. DeutlicheAnfärbunghingegen der umgebendenMuskulalur.

Abb. 1 20jahriger Patient,Zustand nach Riesenzelltumorproximale Tibia, wenigeTage postoperativ.

p l a n t a t e n eingesetzt w e r d e n k a n n . w u r d e b i s h e r n o c h kaum u n t e r s u c h t (13). In d e r v o r l i e g e n d e n S t u d i e s o l l e i i e r s t e diesbezügliche E r f a h r u n g e n vorgestellt w e r d e r i .

Patienten und Mcthode

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... . .. .

23 Paticntcn m i t Zustand nach Herdausräumung und Implantation von homo- und autologen Spongiosatransplantaten wurdcn mittels MKI' untersucht (11 MRnner. 12 Fraucn, Durchschnittsalter 31 .Jahre). Dic homologen Transplaritale w i i r dcn aus einer Knochenbank bezogen und stammten meist aus Femur und Tibia. die autologen wurden dein Darrnbeinkamm cntnommen. Bei den zugruiideliegcndcn Knochenprozessen handelte cs sich tcils u m benigne Tuirioren. teils u m tumorsimulicrende Veränderungen. fast ausschließlich i n den langen Röhrenknochen lokalisiert (Tab. 1 U. 2). Bei h Paticntcn wurde jeweils eine Kontrolluntcrsuchung durchgeführt. so daß insgesamt 29 Untcrsuchurigeri vorliegen. Das Zcitintcrvall zwischen 0peral.ioii iiiid MRUntersuchung schwaiikte zwischen wcnigcn 'Tagen u n d mehr als 3 Jahren. Dic Größe des Operationsgebietes variierte zwischcn 1 .T> und 10 cm (diirchschnittlich 4 cm).

Tab. 1 Lokalisationsverteilungder Läsionen bei den 23 Patienten. -

PP

F~~~~ Tibia Humerus Radius Talus

Tab. 2

PP

P

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Histologie der Knochenlasionen.

Chondrom Chondroblastom Zyste Riesenzelltumor nicht-ossifizierendes Fibrom Osteoidosteom aneur. Knochenzyste intraossäres Ganglion intraossares Lipom Brodie-Abszeß fibröser Koriikalisdefekt fibröse Dysplasie

9 6 6 1 1

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Abb. 1b T,-gewichteteAufnahme teils hypointenses. teils aus signallosenStruktiiren bestehendes Operationsgebiet

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Abb. 2 a T,.gewichteteAufnahrne: Ruckgang der signallosenStruMuren. Abb. 2

Fortschr tlontgensir 1.5.?..7

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Abb. 2 b T,-gewichtete Aufnahme: nun starke zentrale Signalzunahme.

Abb. 2 c Nun deutliches peripheres Konlrastinittelenhancernent.

Gleicher Patient, Kontrolle 5 Wochen spater.

Für die Untersuchungen stand cin 1,5 Tesla-Gerät (Magnetom 63, Siemens) zur Verfügung. In jedem Fall wurden T,-und Tz-gewichtete SE-Sequenzen (TR 700/ TE 15 - TR 2500/TE 70) und T,-gewichtete Sequenzen nach i.v. Applikation von Gadolinium-DTPA (0,l mmol/kg Körpergewicht) in einer adäquaten Schnittebene durchgeführt (Schichtdicke 3-4 mrn). In einzelnen Fällen war bei exponierter Lage des Operationsgebietes eine vierte Sequenz in einer zusätzlichen Ebenc erforderlich. Zum Sigiialempfang wurde je nach Sitz der Läsion die Helmholtz-Spulc (proximales Femur, proximaler Hurnerus) bzw. die Extremilätenspiile (distaler Sitz) verwendet. Die Untersuchungen (n = 29) wurden entsprechend den untcrschiedlichen Zeitintervallen zur Operation in 5 Gruppen (Gruppe 1 -wenige Tage postoperativ/ Gruppe l l - 1 bis 6 Monate postoporaliv/Gruppe 111 - 7 bis 12 Monate postoperativ/Griippe 1V- 1 bis 2 Jahrc postoperativ/Gruppe V- mehr als 2 .Jahre postoperativ) unterteilt. Bei der Auswertung der MR-Bilder wurden in jedem Fall das Signalverhalten auf T , - und Tz-gewichtcten Aufnahmen und das Kontrastrnittelanfarbeverhalteri nach Gadoliniumapplikation analysiert. Letzteres wurde mittels Signalintensitatsmcssungen vor und nach Kontrastrnittelapplikation, in Relerenz zum umgebenden normalen Knochenmark, objektiviert. Weiters erfolgte eine Korrelation mit zcitlich übereinstinirnenden konventionellen Röntgenaufnahmen. Entsprechend dem im Zuge des Einheilungsverlaufes zu erwartenden Wandcl der Röntgenmorphologie erfolgte die Unterscheidung - gute AbgrcnzbarkeiUmäßige Abgrenzbarkeit/Konsolidierung - dcs Operationsgebietes.

Ergebnisse

Gruppe I (n = 1)

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wenige Tage postoperativ

I r i dieser Gruppe liegt bisher nur eine Untersuchung vor. bei der sich das Operationsgebiet teils hypoiritens. teils signallos mit lediglich einem urnschriebenen Areal mit Signalzunahrne auf T,-gewichteten Aufnahmen und fehlender Gadoliniumanfarbung darstellte (Abb. 1).

Gruppe I1 (n = 5)

1 bis 6 Monate postoperativ

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Hicr zeigte sich durchwegs ein inhomogen hypointenses Signal aufTl -gewichteten Aufnahmen. wobei bei den 4 Monate und später postoperativ durchgeführten Untersuchungen ein signalloscr Randsaum aurtrat. AufT,gcwichteten Aufnahmen zeigte sich nun eine durchwegs deutlich starke Signalzunahme. Nach Cadoliniiimapplikation war in allen Fällen dieser Gruppe bis auf einen eine periphere Randanrarbung zu beobachten (Abb. 2).

Gruppe 111 (n = 6)

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7 bis 1 2 Monate postoperativ

Hier zeigten sich in allen Fällen ein hypointenses Zentrum und ein signalloser Randsaurn auf T,gewichteten Aufriahrnen. Die Signalzuriahrne auf T,gewichteten Aufnahmen war auch in dieser Gruppe durchwegs nachzuweisen, teilweise jedoch nicht mehr so ausgeprägt. Nach Gadoliniuniapplikation zeigte sich auch hier durchwegs bis auf einen Fall ein ringforrniges Randeriliancement.

285 -

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~MKI'zcarKontrolle des t;inheilungsvorgangrs aonSpongiosu~runsplutttutcrz

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Abb. 3 a KonventionelleAufnahrnea. p.: nur mehr schlecht erkennbaresOp-Gebiet (Pfeile).

Abb. 3

A4 Schratterund Mitnrb

15?..7

Abb. 3 b T,-gewichtete Aufnahme: zentral hypointenses Operationsgebiet mit signallosem Randsaum. Nach Gadoliniumapplikation zeigte sich kein Enhancement mehr.

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Abb. 3 C Tz-gewichteteAufnahme: kaum nachweisbare Signalzunahme.

24jähriger Patient, Zustand nach Brodie-Abszeßdistale Tibia, 1 V.Jahre postoperativ.

Gruppe W (n = 8)

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1 bis 2 .Jahre postoperativ

Die Untersuchungen dieser Gruppe boten ein untereinander s e h r unterschiedliches Signalverhalten. So fand sich auf T,-gewichteten Aufnahmen eine inhomogene Signalverteilung mit bci cinem Teil d e r Fälle signailoSem. bei einem anderen Teil hyperintensem Randsaum und vonvicgend hypoinlensem Zentrum. Auf Tz-gewichtetcn Aufnahmen fand sich teils starke, teils geringe, teils fehlende Signalzunahme (Abb. 3). Nach Gadoliniumapplikalion w a r ein ringförmiges Randenhancemeril n u r in d e r Hälfte d e r Fälle noch nachweisbar. in d e r anderen Hälfte (später als 1.5 J a h r c postoperativ durchgeführte Untersuchungen) hingegen nicht m e h r vorzufinden. Gruppe V - - m e h r als 2 J a h r e postoperativ (n = 9) Auch in dieser Gruppe bot sich ein s e h r unt e r s c h i e d l i c h ~Bild. ~ Auf Tl-gewichteten Aufnahmen licll sich in einem Drille1 d e r Untersuchungen d a s Operationsgebiet kaum m e h r gegen die Umgcbung abgrenzen (Ahb. 4). während e s bei dcn übrigen Ilritersuchungen inhomogen, teils hypo-, teils hyperintens. mit teils singalloSem Randsaiim imponierte. AuT Tz-gewichteten Aufnahmen zeigte sich bei zwei Dritteln d e r Untersiichungen nur rnchr minimaler oder fehlender Signalanstieg. bci 3 I J n b r suchurigen noch starker Signalanstieg. Nach Gadoliniumapplikation w a r bei zwei Drittcln der IJntersuchuiigen kei-

nerlei Anfarburig m e h r nachweisbar, bei 3 Untersuchungen hingegen iioch d a s typische Randenhancemcnt. vorzufinden. In Tab. 3 sind die gruppenbezogenen MRErgebnissc nochrnals übersichtlich zusaminengefaßt.

Tab. 3 Uberblick uber die gruppenbezogenenMR-Befunde,welche den stadienhaften Ablauf derTrans~lantateinheilun~dernonstrieren. -

I TI Gruppe l (wenige d postop) Gruppe II (1-6 Monate PO~~OP)

Gruppe lll (7 - 12 Monate PO~~OP) Gruppe lV (1-2 a) PO~~OP)

GruppeV (2 a postop)

I

-

T2

I Gd

1 teils hypointens I kaum teils signallos inhomogen hypointens beginnender signalloser Randsaum hypointens, stetssignalloser Randsaurn inhomogen. teils hypo^, teils hyperintens, teils signalloser Randsaum inhomogen, teils hypo-, teils hyper intens, teils kaum mehr abgrenzbar

I keine Signalzunahme Anfarbung (nur kleine Areale) deutliche Signal- marginale zunahme Anfärbung zentral

deutlicheSignalzunahme zentral teils noch Signalzunahme, teils nicht mehr

marginale Anfarbung teils keine Anfarbung mehr

überwiegend keine Signalzunahmemehr

überwiegend keine Anfarbung inehr

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286 1 , o r ~ s ~ hHonlgenslr r -

MH'I'zitrKontrolle des F,lnI~eilungsoorgnngesoon Spongiosntrnt~splnn&(rler~ -.

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Fortschr. Höntgens~r.153.3

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Abb. 4 22jähriger Patient, Zustand nach aneurysmatischerKnochenzysteproximaler Radius. 2,5 Jahre postoperativ.

Auf' deii konvcntionellen Röntgenaufnahmen w a r d a s Op-Gebiet bei Gruppe I und I1durchwegs noch gut abgrenzbar (Abb. 1 a), bei Gruppe 111 und 1V in 3 Fällen noch gilt abzugrenzen, in d e n übrigen Fällen teils mäßig abzugrenzen. teils bereits konsolidiert (Abb. 3 a), bei Gruppe V in n u r 2 Fällen noch mäßig abgrenzbar. sonst durchwegs konsolidiert (Abb. 4 a). Bei den 6 Palienten mit jeweils einer Koritrolluntcrsuchung zeigte sich in 4 Fällen ein ziemlich unveränderter Befund auf allen Soqueiizen (Aiisgangsuntersuc:hung zwischen 4 und 11 Monate postoperaliv. Kont,rolliritervall jeweils 5 Monate). Bei 2 Patieriteii waren BeTundiindcrurigen zu beobachten; davon bei einem Patienten eirie Rückbildung d e r marginalen Kontrastmittelanfärbung (Untersuc:hungen 5 lind 10 Monate postaperativ), bei dein zweiten Patienten eine deutlichc Abnahme sigrialloser Areale auf 'T,-gcwichteten sowie eine deutliche Zunahme von Arealen mit Signalansticg auf 'l'2-gcwichleten Aufnahmen und d a s Auitreten cirier inaiginal[!ri Kontrastrnittelanfarbung (IJrilersuchungen wenige Tiige und 6 Wochen postoperativ) (Abb. 1 (I. 2).

Abb. 4 b T,-gewichtete Aufnahme: hyperintenses, kaum mehr gegen die Umgebung abgrenzbaresOperationsgebiet(Neospongiosa). Auch hier fand sich keinerlei KM-Enhancementmehr. Abb. 4 c

T,-gewichtete Aufnahme: annähernd identer Aspekt.

Diskussion

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Spongiosatransplantate. niit denen Knochendefekte nach Herdausräumungen aufgefüllt werden, sollen letztlich d e n Wirtsknocheri dazu anregen, d e n Defekt durch eigene Knochenneubildung zu schließen. Dies erfolgt auf dem Wege über Revaskularisation und Resorption des Transplantates.

ßambe konnte auf Basis tierexperirnenteller Untersuchungen (4) mehrere Phasen d e r Inkorporation von Spongiosatransplantaten unterscheiden: die Entzündungsphase, bei d e r CS in d e n ersten postoperativen Tagen zii Einblutungen und zunehmendem Knochenabbaii durch Osleoklasten kommt, die erste osteogenetisclze Phase (4-7 Tage postoperativ), bei d e r zellspezifische knochenbildende Wirt.czellen und iiborlebende Osteoblasten d e s 'l'ransplantales eine erste Knochenneiibilduiig einleiten. e h e letztere Zellen bei homologen Transplantaten im Rahmen einer Immiinrcaktion zugriindt: gehen. die zwsile osteogenetischc Phase (2.-3. Woche postoperativ), bei d e r pluripotentc rncserichymale Zclleri in d a s 'Transplantat einsprießen und durch Abbauprodukte d e s Transplantates zur Knochenneubildiing angeregt werden, und schliel3lich die Fr~~.serknocIzenDildung,Lumellenknocht.nDildi~~~g und

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Abb. 4 a Konventionelle Aufnahme: kaum mehr abgrenzbares, weitgehend konsolidierles 0p-Gebiet (Pfeile).

M. Sclzrultsr urzd Mitarb.: iMH7'zicr K o z r o l e dcsEinheilungsnorgar2grs nonS/~ongiosntrnnspluntncen .

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llaverssche Urnbauphnse ( 4 ) . Diese auf die ersten 1 2 postoperativen Wochen sich crstreckenden pathoanatomischen Studien Darnbes können wir derzeit noch nicht MRmorphologisch korrelieren. d a in dieser Phase riocli zu wenige Untersuchungen und insbesondere keine Verlaufskontrollen vorliegen. Aus unseren 29 in 5 Gruppen verschiedencr postoperativer Zeitintcrvallc unterteilten Untersuchungen ist jedoch zumiridest ein grober stadienIiafter Ablauf d e r Transplantateiiiheilung ableitbar: So repräsentierte d a s teils hypointense. teils signallose Signalverhalten des Operationsgebietes bei dein wenige Tage postoperativ untersuchten Patienten weitgehend die „Nativstruktur" d e s Transplantates, entsprechend den kalktialtigen Transplantatbälkchen (Abb. 1 a U . b). T I - und Tz-gewichtet hyperintense Areale würden in dieser Phase auf Einblutungen. n u r 'T,-gewichtet hyperintense Areale (bei unserem Patienten) auf Ödembezirke hinweisen. Bei den 1 bis 6 Monate postoperativ durchgeführten Untersuchungen fiel allgemein d a s Auftreten eines starken Signalanstiegs auf T*-gewichteten Aufnahmen und einer rnarginalen Kontrastmittelanfarbung n a c h Gadoliniurnapplikation auf; ersteres könnte mit d e r Einwanderung von Osteoklasten und Transplantatresorption, teils auch ödenibedingt, letzteres mit d e m Einsprossen von gefäßreichem Granulationsgewebe in die Transplantatperipherie erklärt werden. Vorerst nicht erklärbar erscheint u n s d e r auf T I gewichteten Aufnahmen signallose Randsaum, welcher bei d e n 4 Monate und später postoperativ durchgeführten Untersuchungen zu beobachten w a r . Vermutlich ist e r Ausdruck eines feinen Sklcrosesaums, d e r allerdings auf den konventionellen Röntgenaufnahmen nicht eindeutig als entsprechendes Korrelat abzugrenzen war. Der bei den 7 bis 1 2 Monate postoperativ durchgeführten Untersuchungen teilweise weniger intensive Signalanstieg auf' Tz-gewichteten Aufnahmen könnte den allmählichen Rückgang d e r Osteoklastenaktivität signalisieren. wogegen die Graiiulationcgewebsbildurig in der Transplantatperipherie offensichtlich länger in unveränderter Intensität bestehen bleibt, wie die anhaltend deutliche Kontrastmittelanfärbung zeigt. Das bei d e n s p ä ter als 1 J a h r postoperativ durchgeführten Untersuchungen s e h r differente Signalverhalten d e r einzelnen IJntersrichungen gleicher Gruppen dürfte auf große individuelle Schwankungen in d e r Einheilungsdauer d e s Transplantates hinweisen. Allerdings fanden sich auch bei diesen Gruppen gewisse Gemeinsamkeiten irn Sinne einer rückläufigen Frequenz des Signalanstieges auf Tz-gewichteten Aufnahmen und d e r peripheren Kontrastmittelanfarbung einerseits und eines zunehmenden Auftretens von hyperintensen Arealen auf T,-gewichteten Aufnahmen andererseits; letztere dürften den Einbau fettmarkhaltiger ,,Neosp»ngiosa" signalisieren. Die zumindest bei eirieni Drittel d e r Untersuchungen a u s Gruppe V k a u m m e h r mögliche Abgrenzung des Operationsgebietes gegen die Umgebung dürfte Ausdruck sein d e r endgültigen Adaptation d e s Transplantates a n den Wirtsknochen. Unsere bisherigen ersten Erfahrungen mit der MRT von Spongiosatransplantaten repräsentieren eine Reihe von .,Momentaufnahmen" verschiedener Patienten in verschiedenen postoperativen Zeitintervallen, die erste Informationen über dic Einheilungsdynamik vermitteln. Fragen, wie etwa welche Faktoren Verlauf und Dauer d e s

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Eiritieilurigs\~orgaiiges beeiriflusseri (Griiße d e s Operationsdefektes. homo- o d e r autologes Transplantal etc.). werden durch weitere Studien zu klären sein.

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Chalnzers, J.: 'I'ransplantation iinmuiiity i i i borie hoirio-graftirig. J. Uonc Joint Siirg. (ßr.) 41 (1 958) 160 Dnnzhe. T I.., K. Snur, .' Schiueiberer: Verglcichcndc Untcrsu-

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D' M. Schralter Zentralröntgcninstitutdrs

Iluglgasse 1 A-1150 Wien

Elisab~thspitals

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:88 E'ortsclzr. Hont,qenstr. 153.3

[MRT in the follow-up of the healing process of spongy bone transplants--initial experiences].

We present our first experience with MR in bone grafts in 23 patients. Graft implantation followed curettage of benign bone lesions. The locations wer...
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