Жесткость и прочность дистального отдела лучевой кости могут быть определены с помощью фотонно-счетной КТ.

Введение

Оценка прочности костей играет ключевую роль в определении риска остеопоротических переломов. Традиционно для этого используется высокоразрешающая компьютерная томография (КТ), однако ее клиническое применение ограничено. В данной статье показано, что клиническая фотонно-счетная КТ (PCCT) также может быть использована для количественной оценки прочности костей, что расширяет возможности ее применения в клинической практике.

Цель

Количественная оценка прочности костей и их микроархитектуры в дистальном отделе лучевой кости с помощью высокоразрешающей периферической количественной КТ (HR-pQCT) позволяет прогнозировать риск остеопоротических переломов независимо от двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DXA). PCCT — это новая методика визуализации, обладающая большим полем обзора, меньшим временем сканирования и сопоставимым разрешением по сравнению с HR-pQCT. Цель данного исследования — сравнить жесткость и прочность дистального отдела лучевой кости, рассчитанные на основе изображений PCCT и HR-pQCT.

Методы

Исследовался участок дистального отдела лучевой кости длиной 10,2 мм у восьми трупных предплечий, сканированных с помощью PCCT и HR-pQCT с размером вокселя 0,11 мм и 0,061 мм соответственно. Все изображения КТ были преобразованы в воксельные линейные конечно-элементные модели. Использовались две материальные модели:

• Сегментационная модель с фиксированным модулем Юнга 10 ГПа для костных элементов.
• Плотностная модель, где модуль Юнга назначался для каждого вокселя индивидуально на основе его серого значения.

Коэффициент Пуассона для всех элементов был установлен на уровне 0,3. Для количественной оценки жесткости применялось осевое сжатие при 1% кажущейся деформации, а прочность оценивалась по критерию Пистойи. Также анализировалось распределение нагрузки между кортикальной и трабекулярной костной тканью.

Результаты

Обнаружена сильная корреляция между показателями жесткости, прочности, а также долей кортикальной и трабекулярной кости, полученными с использованием PCCT и HR-pQCT, для сегментационных моделей (R² > 0,911; p < 2e-4). Для плотностных моделей корреляция и согласованность были еще выше (R² > 0,977; p < 4e-6).

Выводы

Показано, что PCCT позволяет оценивать прочность костей с высокой точностью и согласованностью по сравнению с HR-pQCT. Эти результаты подчеркивают потенциал PCCT в оценке риска переломов при остеопорозе. Кроме того, большое поле обзора PCCT расширяет возможности ее применения, включая области за пределами периферических конечностей.

Термины и сокращения

• PCCT (Photon-Counting CT) — фотонно-счетная компьютерная томография.
• HR-pQCT (High-Resolution peripheral Quantitative Computed Tomography) — высокоразрешающая периферическая количественная компьютерная томография.
• DXA (Dual-energy X-ray Absorptiometry) — двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия.
• Young's modulus (Модуль Юнга) — мера жесткости материала.
• Poisson's ratio (Коэффициент Пуассона) — параметр, характеризующий упругие свойства материала.
• Pistoia criterion (Критерий Пистойи) — метод оценки прочности кости на основе конечно-элементного анализа.