Collaborative Research: Uncovering the Multiscale Determinants of Atypical Femoral Fracture using MRI and CT-Based Modeling

合作研究:利用 MRI 和 CT 建模揭示非典型股骨骨折的多尺度决定因素

基本信息

  • 批准号:
    2025923
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This award supports fundamental research to uncover the factors that contribute to atypical femoral fracture. Atypical femoral fracture is a rare side effect of long-term use of some drugs to treat osteoporosis. Osteoporosis, or a decrease in bone strength, is responsible for over two million bone fractures annually in the United States. This increases mortality and decreases quality-of-life. This project will make a computer model of atypical femoral fracture, based on images from real patients. It will then be used to study how the effects of bone geometry and material properties (for example, how hard or soft a bone is) combine to determine fracture risk. This new understanding of atypical femoral fracture made possible by this project will ultimately improve the ability to identify those at risk and may also enable new drug discovery to avoid all types of bone fracture. These longer-term outcomes will result in improved quality of life for patients and reduced health care costs. This project will also include activities to improve long term faculty diversity in science and engineering through outreach to groups underrepresented in science and engineering. There is currently neither a systematic experimental or computational study that has identified which factors are the most important determinants of atypical femoral fracture, nor a suitable computational model for assessing such types of fracture. Thus, the overall goal of this project is to identify the fundamental mechanisms that lead to atypical femoral fracture using a novel, multimodal, image-based, and multiscale computational bone model. The project will develop and validate multiscale whole femur computational models based on magnetic resonance imaging and high resolution micro-computed tomography. This new model will be used to determine the individual and coupled effects of macro- and microscale properties on atypical femoral fracture, as well as the critical levels of these factors that would lead to atypical femoral fracture. As a result, this novel computational modeling approach will provide unique information on the most important determinants of atypical femoral fracture that cannot be directly identified by experiments.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项支持基础研究,以揭示导致非典型股骨骨折的因素。非典型股骨骨折是长期使用某些治疗骨质疏松症药物的罕见副作用。 在美国,骨质疏松症(即骨强度下降)每年导致超过 200 万例骨折。 这会增加死亡率并降低生活质量。该项目将根据真实患者的图像制作非典型股骨骨折的计算机模型。 然后,它将用于研究骨骼几何形状和材料特性(例如骨骼的硬度或软度)的影响如何结合起来确定骨折风险。 该项目使人们对非典型股骨骨折有了新的认识,最终将提高识别高危人群的能力,也可能使新药的发现成为可能,以避免所有类型的骨折。这些长期结果将提高患者的生活质量并降低医疗保健成本。该项目还将包括通过接触科学和工程领域代表性不足的群体来改善科学和工程领域长期教师多样性的活动。目前既没有系统的实验或计算研究来确定哪些因素是非典型股骨骨折最重要的决定因素,也没有合适的计算模型来评估此类骨折。因此,该项目的总体目标是使用新型、多模态、基于图像的多尺度计算骨模型来确定导致非典型股骨骨折的基本机制。该项目将开发和验证基于磁共振成像和高分辨率微计算机断层扫描的多尺度整个股骨计算模型。这个新模型将用于确定宏观和微观特性对非典型股骨骨折的单独和耦合影响,以及这些因素导致非典型股骨骨折的临界水平。因此,这种新颖的计算建模方法将提供有关非典型股骨骨折的最重要决定因素的独特信息,这些决定因素无法通过实验直接确定。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值进行评估,被认为值得支持以及更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Development of a Novel MRI-Based Finite Element Modeling Approach to Evaluate the Determinants of Atypical Femoral Fracture
开发基于 MRI 的新型有限元建模方法来评估非典型股骨骨折的决定因素
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