通过三维计算机断层扫描测量骨密度的验证

Posted · Add Comment

概述

随着人口老龄化，骨质疏松越来越受到关注，导致骨折和手术并发症的风险增加。为做出明智的治疗决策并识别容易出现骨密度相关问题的患者，外科医生需要在手术前了解患者的骨质量。然而，目前的骨密度分析方法并不十分可靠和准确。

本研究旨在开发一种术前根据 CT 数据测量肱骨近端局部松质骨矿物质密度（BMD）的方法。研究人员通过 Simpleware 软件使用感兴趣三维区域的方式，比现有方法更精确和一致。

亮点

  • 术前利用 CT 数据测量肱骨近端局部松质骨矿物质密度的方法。
  • 通过使用 μCT 数据对标准 CT 扫描进行准确性分析验证测量结果。
  • Simpleware 软件可以确认骨密度的空间位置（可靠性），并从临床 CT 扫描中准确提取骨密度特征。

图像获取

通过临床 CT 扫描设备（Siemens SOMATOM Definition AS+）扫描 30 具尸体肱骨，使用制造商的密度模型将灰度值转换为 BMD [mgHA/cm3] 值。额外的 microCT（μCT，Phoenix v/tome/x s）扫描，体素分辨率为 50μm，BMD [mgHA/cm3]中已校准体模 82 灰度值作为评估密度分析准确性的参考。

分析方法

图2：验证3D CT 骨密度测量的分析方法

使用 μCT 数据在体模校准队列（n = 30）的标准 CT 扫描中进行准确性分析。通过自动图像处理脚本为密度分析进行可靠性分析。

使用临床 CT 数据的组内相关系数（ICC）和图像处理脚本与 μCT 数据和 Simpleware 工具性分析评估准确性和可靠性。对单个测量值进行双向随机效应分析，并将可靠性应用于单个评分者/方法的单个测量值一致性的背景下。ICC 大于 0.75 为优秀，0.40 到 0.75 为中等信度，小于 0.40 为较差信度。

对于工具性分析，使用 Simpleware 软件重建临床 CT 和 μCT 扫描，并对肱骨进行整体分割，确定全局感兴趣区域（ROI）和植入相关的 ROI。得分和其他变量也从扫描数据中获得。然后使用自动化算法运行工作流程，并根据全局和植入相关的 ROI以及分数和变量收集密度测量值。

图3：使用 Simpleware 对临床 CT 和 μCT 进行全局 ROI 分割
图4：在标准临床 CT 和 μCT 扫描中骨密度的 “Normal” 和 “Weak”区域的可视化

结果

比较临床 CT 和 μCT 的脚本方法与工具性方法的可靠性结果发现，两种方法之间具有良好的一致性。Simpleware 软件能够确认骨密度的空间位置，证明了其可靠性。此外，该软件还可以从标准体模校准的临床 CT 扫描中准确提取骨密度特征。

表1：组内相关系数

参考

  • 致谢和更多信息请参考英文原文：https://www.synopsys.com/simpleware/resources/case-studies/bone-density.html
  • Ritter, D., et al., 2024. Preoperative 3D Computed Tomography Bone Density Measures Provide Objective Bone Quality Classifications for Stemless Anatomic Total Shoulder Arthroplasty, J Shoulder Elbow Surg, S1058-2746（23）00887-X.