Background, Motivation and Objective

Hip joint prostheses (HJP) are increasingly common with an aging population. The most frequent complication is aseptic loosening, linked to bone resorption and a growing soft tissue gap between bone and implant. However, integration monitoring and loosening diagnosis still rely on expensive, static X-ray imaging. Ultrasound, despite cheaper, dynamic, and radiation-free, is not yet viable due to its limits in resolving tissue beyond the bone.

This work presents how a novel quantitative ultrasound (QUS) data processing approach could improve HJP monitoring by quantitatively assessing osteointegration. While the basic concept was already tested on artificial models, we now show first clinical results for ultrasonic thickness measurements of the bone-implant gap at hip implant patients compared to X-ray imaging.

Statement of Contribution/Methods

Our approach is based on an analysis of raw (RF) beamformed ultrasonic data. A scan line perpendicular to the bone surface is extracted and a certain signal range following the dominant bone reflection is transformed to the frequency domain using a Fast Fourier Transform (FFT) (a). The gap thickness, indicating local osteointegration quality and potential loosening signs, is then determined by evaluating the frequency spacing of minima in the amplitude spectrum.

To demonstrate the potential of our QUS method, we analyzed ultrasonic scans from six HJP patients at one fixed position each (sagittal and transversal) using a handheld scanner (C3 HD3, Clarius, Canada) and compared the measured gap thicknesses with x-ray images.

Results/Discussion

(b) shows the gap thicknesses determined using our QUS method in comparison with the visual assessment of corresponding X-ray images. Despite the small sample size and some simplifying assumptions used for this first feasibility test, the clear trend highlights the approach’s potential for assessing local implant integration. The cases where no gap could be seen in the x-ray image illustrate its potential for gap detection beyond X-ray resolution limits.

Besides gap thickness, our QUS approach could also reveal elasticity changes in the soft-tissue gap, potentially indicating critical biofilm formation. Further steps also include extending our method to an automated thickness detection during dynamic scanning and integrating results into B-mode images, e. g., using color coding.

Chronic kidney disease (CKD) is characterized by persistent inflammation and tubulointerstitial fibrosis leading to end-stage renal disease. Transient receptor potential canonical 6 (TRPC6) channel inhibition mitigates tubular injury and renal fibrosis in murine models of unilateral ureteral obstruction (UUO) and 2-month chronic post-ischemia-reperfusion injury (2m post-I/R). Through integrated analysis of single-cell-RNA-sequencing (scRNA-Seq) data from UUO mice treated with the selective TRPC6 inhibitor SH045, here the renoprotective cell composition and cell type-specific transcriptional programs are defined. We explored translational aspects by conducting an in-depth scRNA-Seq analysis of kidney samples from patients with CKD. These results reveal global transcriptional shifts with a dramatic diversification of inflammatory cells, endothelial cells and fibroblasts. Notably, a distinct subpopulation of novel endothelial cells is delineated, which is termed ECRIN, that regulate inflammatory networks implicating VEGF and GAS signaling pathways. The data also indicates that inhibition of TRPC6 channels triggers a Prnp transcription factor regulatory network, which contributes to the alleviation of renal fibrosis. The key findings are supported at the protein level by immunofluorescence and western blot analysis. We observed similar patterns in the chronic 2m postI/R injury model. These findings provide novel insights into the potential therapeutic benefits of TRPC6 inhibition in CKD.

Wärmepumpen (WP) stellen eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende im Gebäudesektor dar. Die Erkenntnis, dass die Effizienz von WP vom Temperaturhub zwischen Wärmequelle und Wärmesenke und damit von der benötigten Vorlauftemperatur abhängt, ist mittlerweile weit verbreitet. Vor diesem Hintergrund werden Raumheizeinrichtungen auch so ausgewählt und ausgelegt, dass sie mit einem möglichst niedrigen Temperaturniveau auskommen. Wenig Aufmerksamkeit wird bisweilen aber der Tatsache geschenkt, dass in den hydraulischen Systemen ein Abfall der Vorlauf- bzw. Versorgungstemperatur (Drop of Supply Temperature (DoST)) von der WP bis zum Verbraucher auftritt, der im weiten Bereich zwischen 0 und 20 K variiert. Dies führt mitunter zu einer Effizienzverschlechterung des WP-Betriebs von bis zu 50 %. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit den oft vermeidbaren Ursachen und gibt Größenordnungen für den DoST an. Hieraus kann die Effizienzverschlechterung für das Wärmepumpen-System (WPS) nach „CARNOT“ abgeschätzt werden.

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit neueren Erkenntnissen der Mobilitätsforschung zur Erklärung von Verkehrshandeln. Aus der Perspektive verschiedener Disziplinen wird die Wechselwirkung zwischen Mobilität und sozialen Strukturen analysiert und hinsichtlich ihrer Bedeutung für eine sozial-ökologische Transformation des Mobilitätssystems bewertet. Zunächst wird das Verhältnis von Raumstrukturen und Mobilität geklärt, bevor grundlegende Theorien der Umweltpsychologie vorgestellt werden. Anschließend wird die Bedeutung von Routinen sowie von Umbruchsituationen im Lebenslauf für die Veränderung des Verkehrshandelns diskutiert und das darauf basierende Konzept der Mobilitätsbiografien erläutert. Folgerungen für eine sozial-ökologische Transformation des Mobilitätssystems und die dafür notwendige Mobilitätspolitik schließen den Beitrag ab.