Age Related Bone Loss Assessed by Ultrasound Tomography: Bone Quality Beyond BMD

通过超声断层扫描评估与年龄相关的骨质流失:骨质量超越 BMD

基本信息

  • 批准号:
    8043597
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 14.71万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-02-01 至 2013-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The gold standard to assess bone loss with age is the Bone Mineral Density (BMD), because this measurement highly correlates to bone mass. However, the BMD cannot fully explain the decrease in bone strength and the associated risk of fracture, indicating that other factors beside bone mass play an important role. Ultrasound is also used to evaluate bone properties by measuring the velocity and the attenuation of longitudinal waves. Unfortunately, most of current clinical ultrasound devices aim to determine bone mass density, as DXA does, without taking advantage of the fact that ultrasound is sensitive to geometry, trabecular orientation and tissue composition. Recent in vitro studies have provided evidence of the propagation of two different longitudinal wave modes in cancellous bone, as predicted by the poroelastic approach of wave propagation originally developed by Maurice A. Biot. However, most current ultrasound approaches consider only one wave to propagate in cancellous bone, and the wave velocity/attenuation is usually analyzed as a function of the bone mass density only. It is important to note that reported velocities in highly osteoporotic bone (for instance 90% fluid and 10% solid) never shows values below 1450m/s, which is the speed of sound in marrow. This observation suggests that in highly porous samples, the fraction of the media being characterized by the measured wave is the fluid one, as opposed to the solid trabecular structure. The relevance of the ultrasound black box approach to distinguish the changes in the trabecular microstructure is therefore challenged. In this proposal, we intent to combine Biot's poroelastic approach with a tomography based (multidirectional) assessment of acoustic properties in bone. The major advantage of the poroelastic approach is that it predicts the existence of two waves and characterizes the relative contribution of the solid and fluid bone fractions on ultrasound wave velocity/attenuation. The role of the anisotropic solid structure and fluid in the behavior of the fast and slow wave velocities is examined. From the acoustic properties, the elastic properties of bone are derived and then compared to mechanical testing measurements. This approach has the potential to better characterize changes due to bone loss with age and to provide a first step for defining a criterion for bone loss beyond bone mineral density. Project Narrative and Relevance: The proposed study has the potential to produce a highly medically significant result. Achievement of the proposed aims would enable further research possibly leading to the development of new diagnostic devices capable of greater sensitivity and specificity for the detection and grading of osteoporosis risk.
描述(由申请人提供):随着年龄的增长,评估骨质流失的黄金标准是骨矿物质密度(BMD),因为该测量与骨骼高度相关。但是,BMD无法完全解释骨强度的降低以及骨折的相关风险,表明骨质量以外的其他因素起着重要作用。超声也用于通过测量纵向波的速度和衰减来评估骨骼特性。不幸的是,当前大多数临床超声设备旨在确定骨骼密度,就像DXA一样,而没有利用超声对几何,小梁方向和组织组成敏感的事实。最近的体外研究提供了证据表明,如Maurice A. Biot最初开发的波浪传播的毛弹性方法所预测的那样,取消骨的两种不同纵向波模式的传播证据。但是,大多数当前的超声方法仅考虑一个波浪在取消骨中传播的波,而波速/衰减通常仅作为骨质量密度的函数进行分析。 重要的是要注意,报告的高度骨质疏松骨的速度(例如90%的流体和10%的固体)永远不会显示低于1450m/s的值,这是骨髓中的声音速度。该观察结果表明,在高度多孔的样品中,以测量波为特征的介质的比例是流体,而不是固体小梁结构。因此,挑战了小梁微观结构变化的超声黑匣子方法的相关性。在此提案中,我们意图将Biot的毛弹性方法与基于断层扫描(多向)评估骨骼中的声学特性相结合。毛弹性方法的主要优点是它预测了两个波的存在,并表征了固体和流体骨馏分对超声波速度/衰减的相对贡献。研究了各向异性固体结构和流体在快速和慢波速度行为中的作用。从声学特性中,骨骼的弹性特性得出,然后与机械测试测量值进行比较。这种方法有可能更好地表征由于骨质流失随着年龄的增长而变化,并为定义骨矿物质密度以外的骨质流失标准提供了第一步。项目叙述和相关性:拟议的研究有可能产生高度显着的结果。提出的目标的实现将使进一步的研究可能导致开发具有更高敏感性和特异性的新诊断设备,以检测和分级骨质疏松症风险。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Blood and interstitial flow in the hierarchical pore space architecture of bone tissue.
  • DOI:
    10.1016/j.jbiomech.2014.12.013
  • 发表时间:
    2015-03-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Cowin, Stephen C.;Cardoso, Luis
  • 通讯作者:
    Cardoso, Luis
Effect of tissue properties, shape and orientation of microcalcifications on vulnerable cap stability using different hyperelastic constitutive models.
  • DOI:
    10.1016/j.jbiomech.2014.01.010
  • 发表时间:
    2014-03-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Cardoso, Luis;Kelly-Arnold, Adreanne;Maldonado, Natalia;Laudier, Damien;Weinbaum, Sheldon
  • 通讯作者:
    Weinbaum, Sheldon
Mixture theory-based poroelasticity as a model of interstitial tissue growth.
基于混合理论的孔隙弹性作为间质组织生长的模型。
Experimental determination of the permeability in the lacunar-canalicular porosity of bone.
  • DOI:
    10.1115/1.3200908
  • 发表时间:
    2009-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Gailani G;Benalla M;Mahamud R;Cowin SC;Cardoso L
  • 通讯作者:
    Cardoso L
Dynamic permeability of the lacunar-canalicular system in human cortical bone.
  • DOI:
    10.1007/s10237-013-0535-7
  • 发表时间:
    2014-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Benalla, M.;Palacio-Mancheno, P. E.;Fritton, S. P.;Cardoso, L.;Cowin, S. C.
  • 通讯作者:
    Cowin, S. C.
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