Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Fissurer och odislocerade frakturer hos häst kan ibland vara svåra att upptäcka utan avancerad bilddiagnostik. Det är dock viktigt att diagnostisera dem i tid för att hindra att skadorna förvärras. Röntgen, datortomografi, magnetresonanstomografi och scintigrafi kan ge bra information men metoderna är relativt dyra, inte alltid tillgängliga, innebär en del säkerhetsrisker och kräver erfarna tolkare. Ultraljud är en mobil metod som anses ofarlig men dagens teknik är inte så användbar för att undersöka skelett. Inom industrin har nya ultraljudsmetoder utvecklats som tar hänsyn till olinjära egenskaper hos ljudvågorna. Dessa metoder kan användas för att detektera mycket små sprickor i diverse material och objekt. Metoderna utnyttjar att ultraljudsvågor distorderas (ändrar form) då de träffar på olinjäriteter i materialet som undersöks. Distortionen innebär att nya frekvenser bildas, övertoner och sidband, vars egenskaper kan användas för att beskriva materialets strukturkvalitet. Biologiska material har en inneboende olinjäritet p.g.a. sin atomstruktur, men defekter i form av sprickor ger ett ännu högre olinjärt respons hos ultraljudet. I denna studie har en olinjär ultraljudsmetod kallad NAW (Nonlinear Acoustic Wavemodulation) använts för att undersöka åtta kotben från häst före och efter traumatisering av benen samt med och utan mjukdelar. Resultatet fås i form av ett skadevärde efter beräkningar på egenskaper hos sidband som bildas då ultraljudsvågorna interagerar i områden med sprickor. Metoden och beräkningarna är utvecklade av Acoustic Agree AB i Ronneby, Sverige. Resultatet visar att NAW kan detektera sprickor i kotben från häst. Mjukdelarna dämpar signalen men utifrån denna studie går det ej att dra några slutsatser om hur mjukdelarnas tillstånd påverkar skadevärdet. Metoden har potential att göra nytta i veterinärmedicinen men för att nå dit krävs mycket mer forskning, bl.a. om hur skador i mjukdelar påverkar mätningen samt hur mycket mikrosprickor som finns i ett friskt hästben. Utrustningen behöver också anpassas till häst och användning i fält.

Diagnosis of fissures and non-displaced fractures in horses may require advanced medical diagnostic imaging at a veterinary hospital. An early diagnosis is however important in preventing progression of a fissure or fracture injury. Radiography, computed tomography, magnetic resonance imaging, and scintigraphy are good diagnostic methods for fissures and non-displaced fractures, but these methods are relatively costly, may have limited availability, are usually not mobile, involve safety risks and require training and experience to accurately interpret the resulting images. Ultrasound is a mobile method which is considered harmless, but today's technology is not very useful for the examination of bone for fissures or non-displaced fractures.
New ultrasound methods have been developed, using nonlinear properties of sound waves. These methods are used in industry for detection of very small cracks in various materials and objects. The methods utilise the distortion of sound waves as they meet nonlinearities in the
material examined. This distortion creates new frequencies, harmonics and sidebands, and the properties of these may be used in describing structural qualities of the material. Biological materials have an inherent nonlinearity due to their atomic structures, but defects such as cracks give an even greater nonlinear response from the ultrasound.
This study utilised a nonlinear ultrasound method called Nonlinear Acoustic Wave modulation (NAW) for examination of eight equine proximal phalanges before and after the induction of fissures/non-displaced fractures. The bones were examined with NAW with and without soft tissue. Results are given as damage values after calculation of sidebands resulting from sound wave interactions in cracked areas. The method and calculations have been developed by Acoustic Agree AB in Ronneby, Sweden.
The result shows that NAW may detect fissures/non-displaced fractures in equine proximal phalanges. Soft tissue dampens the signal, but this study did not investigate details of how the physical state of the tissue affects the damage value. The NAW method has potential for use in fissure and fracture diagnosis but more research is needed. Further studies should investigate the effects of damaged soft tissue on NAW values, and the normal level of micro-cracks that occur in equine bones in horses without lameness. Additionally, the ultrasound equipment needs to be customized for equine and field use.