Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Erforschung des Muskuloskelettalen Systems (Bewegungsapparat) unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich dabei in erster Linie mit den Form- Funktions- Beziehungen des Knorpel- und Knochengewebes und mit der Charakterisierung krankhafter Veränderungen dieser Gewebe bei Osteoarthrose und Osteoporose. Diese stellen die weitverbreitesten Erkrankungen des Bewegungssystems dar.

Schwerpunktthemen:

• In-vivo-Analyse des Gelenkknorpels mit der Magnetresonanztomographie (MRT)
• Determinanten der mechanischen Festigkeit des Skelettsystems beim älteren Menschen und Bedeutung für die Vorhersage des Frakturrisikos bei Osteoporose

In-vivo-Analyse des Gelenkknorpels mit der Magnetresonanztomographie (MRT)

In diesem Projekt verwendet die Arbeitsgruppe selbst entwickelte Bildverarbeitungsmethoden, mit welchen die Morphologie (Form) des Gelenkknorpels quantitativ und dreidimensional am Lebenden und mit hoher Genauigkeit analysiert werden kann. Konkrete Ziele des Projektes sind es, das Deformationsverhalten des Gelenkknorpels bei körperlicher Aktivität am Lebenden zu charakterisieren, funktionelle Anpassungsprozesse des Knorpelgewebes an die mechanischen Bedingungen (Überbeanspruchung, Immobilisation) zu erforschen sowie die Risikofaktoren der Osteoarthrose in epidemiologischen Studien zu charakterisieren. Die Arbeitsgruppe kooperiert in mehreren großen, vom National Institute of Health (NIH) geförderten Studien mit amerikanischen Arbeitsgruppen (z.B. Framingham Osteoarthritis Study, Boston; MAK Study Chicago) und arbeitet als spezialisiertes Service-Zentrum für internationale Kooperationspartner. In Kooperation mit pharmazeutischen Unternehmen werden Methoden entwickelt, mit denen sich der Einfluss von sog. "Struktur-modifizierenden Osteoarthrose-Medikamenten (SMOADs) auf den Knorpelverlust bestimmt werden kann. Das Team besteht aus ca. 10 freien Mitarbeitern, die mit der Softwareentwicklung, Segmentierung und Qualitätskontrolle der Bilddaten befasst sind.





Eine graphische Übersicht über die in der Forschung eingesetzten Methoden finden Sie hier.
Eine graphische Übersicht über die bearbeiteten Projekte finden Sie hier.

Determinanten der mechanischen Festigkeit des Skelettsystems beim älteren Menschen und Bedeutung für die Vorhersage des Frakturrisikos bei Osteoporose


 

In diesem Projekt erforscht die Arbeitsgruppe in Zusammenarbeit mit Frau Dr. med. Eva-Maria Lochmüller (1. Universitätsfrauenklinik der Ludwig-Maximilians-Universität
München) diejenigen Faktoren, welche die mechanische Kompetenz des Skelettsystems sowie ihre Variabilität zwischen unterschiedlichen Personen und innerhalb des Körpers bestimmen. Diese Analysen haben zusätzlich das Ziel, diejenigen Messverfahren und Messorte zu identifizieren, anhand derer sich bei Osteoporose klinisch die zuverlässigste Vorhersage des individuellen Frakturrisikos treffen lässt. Die Arbeitsgruppen haben mehrere, größere experimentelle biomechanische Projekte zum Zusammenhang von Knochenstruktur und mechanischer Kompetenz bearbeitet, welche von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurden. Sie sind darüber hinaus in Zusammenarbeit mit den Gruppen von Prof. Dr. Thomas Link (Department of Radiology, University of Southern California, San Francisco) und Prof. Dr. Ralph Müller (Institut für Biomedizinische Technik, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) an der Entwicklung von modernen Analyse- und Computersimulations-Verfahren beteiligt, mit denen die Vorhersage des Frakturrisikos bei Osteoporose verbessert werden soll.

Eine intensive Zusammenarbeit in diesen Projekten wird seit 2005 mit dem Institut für Biomechanik der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität (Prof. Dr. rer. nat. Peter Augat, Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Murnau) betrieben.

• Project Grant (AO-2009-BR-0995) by the European Space Agency (ESA), from 7/2012 to 6/2015
  Prof. Dr. Felix Eckstein as Co-Investigator, with Prof. Dr. Gert-Peter Brüggemann, German Sport University Cologne, Institute of Biomechanics and Orthopedics, Cologne, Germany (Principal Investigator of the project)
  Topic: Effect of immobilization with different types of countermeasures on cartilage morphology and biology / bed rest study (in Toulouse, France).
• Project Grant (ILSRA-2009-0994) by the European Space Agency (ESA), from 7/2012 to 6/2015
  Prof. Dr. Felix Eckstein as Co-Investigator, with Prof. Dr. Gert-Peter Brüggemann, German Sport University Cologne, Institute of Biomechanics and Orthopedics, Cologne, Germany (Principal Investigator of the project)
  Topic: Effect of microgravity on cartilage morphology and biology / space flight study (in Houston, Texas, USA).
• Large-scale integrating project (CP-IP  228929-1) im 7. Rahmenprogramm der Europäischen Union (FP7-NMP-2008-LARGE-2) von 02/2010 bis 01/2014           
  Prof. Dr. Felix Eckstein als Partner (Work packages 2 and 3)                                            
  Thema: Development of novel nanotechnology based diagnostic systems for Rheumatoid Arthritis and Osteoarthritis (NanoDiaRA)
  Umfang: 392.000€
• UCSF Vendor Contract No. 9000011523 von 7/2008 bis 12/2010
  Thema: Quantitative Cartilage Analysis in a Sample of OA Initiative Index Knees
  Umfang: 660.000 US$
• R01 Grant NIH AR054806 (National Institute of Health) von 4/2008 bis 3/2013
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Principal Investigator des Subcontracts mit Prof. Dr. Leena Sharma M.D. (Principal Investigator des Projektes) Northwestern University Chicago, IL, USA 
  Thema: Relationship of Hip Muscle Group Weakness to Deterioration of the OA Knee by MRI.
  Umfang des Subcontractes: 60.000 US$
• P60 Grant NIH AR048098 (National Institute of Health) von 8/2007 bis 7/2012
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Principal Investigator des Subcontracts, mit Prof. Dr. Leena Sharma M.D. (Principal Investigator des Projektes) und Prof. Dr. Richard Pope (Principal Investigator des Multidisciplinary Clinical Research Center), Northwestern University Chicago, IL, USA
  Thema: Potential Beneficial Role of Hip Muscles in Knee Osteoarthritis.
  Umfang des Subcontractes: 180.000 US$
• UCSF Vendor Contract No. 9000011571 von 8/2008 bis 6/2009
  Thema: Baseline, 12, and 24 Month Quantitative Cartilage Analysis in a Sample of 107 OA Initiative Index Knees
  Umfang: 196.000 US$
• American College of Radiology Grant von 1/2007 bis 12/2008
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Principal Investigator des Subrecipient Agreement, mit Prof. Dr. Tim Mosher, Pennsylvania State University, College of Medicine, Milton Hershey Medical Center, Hershey, Pennsylvania (Principal Investigator of the Project)
  Thema: Reproducibility and stability of measures of cartilage morphology with 3 Tesla MR imaging
  Umfang: 81.000 US $
• RO1 NIH Grant AR052528-01A2 (National Institute of Health) von 7/2006 bis 6/2011
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Principal Investigator des Subcontracts, mit Dr. Stephen Messier, Ph.D., Wake Forest University, Winston Salem, NC, USA (Principal Investigator of the Project)
  Thema: Intensive Dietary Restriction with Exercise in Arthritis
  Umfang: 50.000 US$
• RO1 NIH Grant HD043500 (National Institute of Health) von 6/2005 bis 12/2007
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Principal Investigator des Subcontracts, mit Dr. Leena Sharma M.D., Associate Professor of Medicine, Northwestern University Chicago, MI, USA (Principal Investigator of the Project)
  Thema: Laxity and malalignment in a large cohort study of OA (MOST).
  Umfang: 200.000 US$
• RO1 Grant NIH AR48216 (National Institute of Health) von 3/2002 bis 2/2007
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Consultant, mit Dr. Leena Sharma M.D., Associate Professor of Medicine, Northwestern University Chicago, MI, USA (Principal Investigator des Projekts)
  Thema: Progression of knee OA: The role of local factors (MAK).
  Umfang: 260.000 US$
• Arthritis Foundation Clinical Sciences Grant von 9/2001 bis 8/2006
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Principal Investigator des Subcontracts, mit Dr. David T. Felson M.D., M.P.H. Boston University, MA, USA (Principal Investigator des Projekts)
  Thema: Correlates of articular cartilage volume and thickness in Framingham Subjects.
  Umfang: 135.000 US$
• Center Grant NIH # P60 AR47785 (National Institute of Health) von 9/2001 bis 8/2006
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Principal Investigator des Subcontracts, mit Dr. David T. Felson M.D., M.P.H., Boston University, MA, USA (Principal Investigator des Projekts)
  Thema: Correlates of Articular Cartilage Thickness in Knees of Subjects in the Framingham Study.
  Umfang: 135.000 US$
• Sachbeihilfe Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (LO 730/3-1 und 3-2) von 1/2003 bis 12/2005
  Prof. Dr. Felix Eckstein als Mitantragsteller zusammen mit Dr. E. M. Lochmüller
  (1. Universitäts-Frauenklinik der LMU München) und Prof. Dr. T. Link (Institut Röntgendiagnostik der TU München, Klinikum rechts der Isar)
  Thema: Skeletal mikrostructure and mechanical competence in the elderly.
  Umfang: ca. 150.000 €
• NIH (National Institute of Health) Consultancy von 10/2004 bis 6/2005
  Prof. Dr. Felix Eckstein, Consultant, mit Dr. Michael Nevitt, University of California, San Francisco, CA, USA (Principal Investigator des Projekts)
  Thema: Test-Retest Cartilage Volume Analysis for Cross Validation and Coil Comparison in the Osteoarthritis Initiative Pilot Study.
  Umfang: 21.000 US$
• Sachbeihilfe (Fortsetzung) Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (GR 1638/5-2) von 7/2002 bis 6/2004
  Prof. Dr. Felix Eckstein als Mitantragsteller zusammen mit Prof. Dr. H. Graichen (Orthopädische Klinik, Univ. Frankfurt) and Prof. Dr. T. Vogl (Radiologische Diagnostik, Univ. Frankfurt)
  Thema: 3D open MRI analysis of functional joint biomechanics.
  Umfang: ca. 100.000 €

Forschungsschwerpunkt
Muskuloskelettale Krankheiten, Biomechanik und Sportmedizin

Kurzbeschreibung:

Ziel des Forschungsschwerpunktes ist es, die vorklinischen und klinischen Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der „Muskuloskelettalen Krankheiten, Biomechanik und Sportmedizin" folgender Einrichtungen zu bündeln und kollaborative Projekte zu fördern.

• der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität, 
• den Universitätskliniken Salzburg, 
• Berufsgenossenschaftliche Unfallklinik Murnau (Institut für Biomechnik der Paracelsus Universität)
• Synthes Innovation Workshop
• Naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Salzburg
• Sportwissenschaftliche Fakultät der Universität Salzburg 
• andere interessierte Institutionen (Fachhochschulen, Industrieutnernehmen) im Raum Salzburg und angrendender Bundesländer

Der Bedarf hieran begründet sich in der steigenden Zahl degenerativer Erkrankungen und Verletzungen des Bewegungsapparates bei zunehmender Lebenserwartung (Osteoarthrose, Osteoporose, Frakturen), einer hohen Erwartung an die Lebensqualität sowie der steigenden Zahl von Sportverletzungen. Mit Ausrufung der „Bone and Joint Decade 2001 – 2010“ hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) den Bedarf an Forschung in diesem Themenbereich politisch untermauert. Der Raum Salzburg bietet hierfür besonders geeignete Voraussetzungen, da vor Ort bereits viele international renommierte Arbeitsgruppen auf diesem Gebiet erfolgreich tätig sind.

Konkretes Anliegen des Forschungsschwerpunktes ist es:

• dieses Profil zu stärken, 
• eine Koordination der an den Instituten und Kliniken laufenden Projekte zu bewirken,
• Ressourcen (Geräte) und Methoden synergistisch nutzbar zu machen, 
• eine Plattform für wissenschaftliche Projekte mit Integration des wissenschaftlichen Nachwuchses zu bieten und 
• gemeinsame Forschungsanträge zu initiieren.

• Cotofana S, Frobell R, Wyman B, Benichou O, Dreher D, Davies RY, Nevitt M, Lee J, Baribaud F, Wirth W, Kwoh CK, and Eckstein F, for the OAI Investigators Group:
  Relationship of weight-bearing and non-weight-bearing pain in knee OA with (central) femorotibial denuded areas – data from the OA Initiative.
  2009 World Congress on Osteoarthritis, Montreal, Canada, 10.-13.9.2009
  Young Investigator Award
• Institute of Anatomy und muskuloskeletal research in collaboration with the Synthes Innovation Shop, the Institute of Physiology and University Hospital for Trauma Surgery at Paracelsus Medical University (PMU)
  Lange Nacht der Forschung, Station 01:Bewegung-Gelenke-Knochen- Knorpel.
  1. Preis für beste Wissenschaftsstation Salzburg
• Eckstein F, Cicuttini F, Raynauld J-P, Waterton J C, Peterfy C:
  Magnetic resonance imaging (MRI) of articular cartilage in knee osteoarthritis (OA): morphological assessment.
  Osteoarthritis and Cartilage 14 Suppl A: A46-75 (2006)
  Top 10 Cited Paper 2006-2008
• Eckstein F, Ateshian G, Burgkart R, Burstein D, Cicuttini F, Dardzinski B, Gray M, Link TM,Majumdar S, Mosher T, Peterfy C, Totterman S, Waterton J, Winalski C, Felson D:
  Proposal for a nomenclature for magnetic resonance imaging based measures of articula cartilage in osteoarthritis.
  Osteoarthritis and Cartilage 14 (10): 974-983 (2006)
  Top 10 Cited Paper 2006-2008
• Wirth W, Maschek S, Hellio Le Graverand M-P, Wyman B, Hudelmaier M, Nevitt M, Eckstein F:
  Sensitivity to change of cartilage thickness for different subregions of the knee - Data from the osteoarthritis initiative progression subcohort.
  2007 World Congress on Osteoarthritis, Fort Lauderdale, USA, 6-9.12.2007 Young Investigator Award
• Eckstein F, Gratzke C, Grams A, Siedek V, Hudelmaier M:
  Mechanical factors in the emergence of cartilage morphology.
  4th International ISMNI Workshop, Chalkidiki, Greece, 28.-31.5.2004
  Best Scientific Contribution (Clinical Research)
• Fischbeck M, Kuhn V, Lochmüller E-M, Eckstein F:
  Heterogenität der mechanischen Kompetenz thorakolumbaler Wirbelkörper älterer Frauen und Männer.
  3 Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik, München; 29.-31.5.2003,
  Student Travel Award
• Lochmüller EM, Kuhn V, Müller R, Eckstein F:
  Correlation of femoral failure loads in side-impact and vertical loading with in situ DXA, peripheral QCT, QCT and quantitative ultrasound.
  International Osteoporosis Foundation, World Congress Osteoporosis, Lisaabon10.-14.5.2002
  Young Investigator Award
• Gratzke C, Glaser C, Englmeier K-H, Reiser M, Eckstein F:
  Morphologie und Deformationsverhalten des patellaren Gelenkknorpels bei Maximalkraftsportlern im Vergleich zu untrainierten Normalpersonen.
  2 Tagung der Deutschen Gesellschaft für Biomechanik, Freiburg i Br; 15.-16.6.2001
  Young Researcher Award
• Bringmann C, Eckstein F, Bonel H, Englmeier K-H, Reiser M, Graichen H:
  MRT-Technik zur Quantifizierung der 3D Translation der Menisken und der Kondylen während der Knieflexion unter antagonistischer Muskelaktivität.
  15 Jahrestagung der GOTS; München, 30.6.-2.7.2000;
  Poster Prize
• Burgkart R, Glaser C, Hyhlik-Dürr A, Englmeier K-H, Reiser M, Eckstein F:
  MRI-based assessment of cartilage loss in severe osteoarthritis – accuracy, precision, and diagnostic value
  10th Meeting of the European Orthopaedic Reserach Society; Wiesbaden 15.-17.10.2000;
  Göran Selvik Prize 2000
• Graichen H, Bonel H, Stammberger T, Englmeier K-H, Reiser M, Eckstein F: Changes of the width of the subacromial space width in patients with impingement syndrome measured during shoulder muscle activity.
  9th Annual Conference of the European Orthopaedic Research Society; Brussels, 3.-4.6.1999;
  Poster Prize
• Tieschky M, Faber S, Haubner M, Eckstein F:
  Determination of in vivo cartilage thickness and volume changes following physical exercise with magnetic resonance imaging
  11th Meeting of the European Society of Biomechanics; Toulouse; 8.-11.7.1998
  ESB Student Award 1998
• Eckstein F, Merz B, Hillebrand S, Jacobs S, Sittek H, Putz R:
  Evaluation of elbow joint incongruity with magnetic resonance imaging and of its mechanical consequences with finite element analysis.
  4th European Association of Clinical Anatomy Congress; Lille, 11.-13.9.1997;
  Poster Prize
• Schnier M, Priebsch J, Haubner M, Sittek H, Glaser C, Englmeier K, Reiser M, Eckstein F:
  Validation of MRI based cartilage volume and thickness measurments in the knee joint using CT arthrography and 3D data processing
  &
  Westhoff J, Tieschky M, Faber S, Haubner M, Sittek H, Englmeier K-H, Reiser M, Eckstein F:
  In vivo reproducibility of knee joint cartilage volume and thickness measurements with high-resolution, fat-suppressed MR imaging
  4th European Association of Clinical Anatomy Congress; Lille, 11.-13.9.1997;
  Taittinger Award for best scientific presentation (shared)
• Westhoff J, Eckstein F, Tieschky M, Haubner M, Faber S, Lösch A, Sittek H, Fischer H, Englmeier K-H, Reiser M: Reproducibility of threedimensional cartilage volume and thickness measurements in the living with fat-suppressed MR sequences
  7th Conference of the European Society of Orthopedic Research; Barcelona, 22.-23.4.1997;
  Göran Selvik Prize 1997
• Adam C, Eckstein F, Sittek H, Milz S, Becker C, Schulte E, Reiser M, Putz R:
  Non-invasive determination of topographical cartilage thickness maps with MRI: optimization and comparison with established techniques
  6th Conference of the European Orthopaedic Research Society, Bergen,15.-16.6.1996;
  Göran Selvik Prize 1996
• Eckstein F, Löhe F, Steinlechner M, Müller-Gerbl M, Putz R:
  Load distribution in the human elbow joint: assessment of subchondral mineralisation by CT osteoabsorptiometry and humero-ulnar contact areas by polyether casting
  16th International Society of Biomechanics Congress; Paris, 4.- 8.7.1993;
  Young Investigator Award
• Putz R, Eckstein F Müller-Gerbl M, Benedetto K:
  Subchondral bone density and arthroscopic findings in the femoropatellar joint
  7th Meeting of the European Society of Biomechanics; Aarhus, 8.-11.7.1990;
  Poster Prize