Computational Biomechanics for Prediction of Osteoporotic Vertebral Fracture Risk

预测骨质疏松性椎体骨折风险的计算生物力学

基本信息

  • 批准号:
    8206657
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.54万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-12-15 至 2014-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The applicant's original training is in engineering, computer science, and physics with a background in computational modeling of porous media. He plans to integrate his strengths in quantitative analysis and current postdoctoral experience in finite-element analysis with NIH-relevant research. His long-term career goal is to advance the understanding, diagnosis, and management of diseases through non-invasive imaging and multi-disciplinary approaches. The short-term objective through this coordinated program of mentored research/training in quantitative MRI and biomechanics is to complete the preparation of the applicant as an independent researcher of osteoporotic fractures and further his capacity to establish new directions for biomedical research through multi-disciplinary collaborations. To achieve these goals, the mentored research outlined in this proposal will be complemented by a formal training program involving didactic coursework; participation at conferences, seminars, and workshops; and regular interactions with other investigators, collaborators, and trainees. The applicant will be mentored by world renowned scientists on MR techniques for bone imaging (Prof. Felix W. Wehrli, Ph.D.), endocrinological aspects of metabolic bone diseases (Prof. Peter J. Snyder, M.D.), and image-based biomechanical modeling and mechanical testing (Prof. X. Edward Guo, Ph.D.). The proposed research involves the development of a biomechanical framework for early prediction of vertebral fractures, which are among the most common outcomes of osteoporosis affecting the elderly. The early detection of vertebral deformities is important because patients with such deformities are known to be at elevated risk for further fractures. Lateral radiographic projections of the spine, an approach which has many limitations, are still used as the clinical standard for diagnosis of these deformities. The hypothesis that the impaired mechanical competence at the spine parallels similar changes at distal skeletal sites and the vertebral fracture status can be predicted on the basis of biomechanical analysis via in-vivo high-resolution magnetic resonance (mMR) images of distal extremities will be tested. The proposed study makes use of mMR images of distal radius and distal tibia and midline-sagittal spine MR images in ninety eight patients with osteoporosis. The specific objectives involve 1) validation of parameters relating to bone's mechanical properties derived from mMRI-based finite-element modeling using cadaveric human tibia, 2) expansion of capabilities of the mMRI-based FE-technology developed previously to analyze mMR images of distal radius and distal tibia in patients, and 3) development of a framework to predict vertebral fracture status by exploring the hypothesized association between spinal deformity and MRI-derived parameters relating to bone quality at distal extremities. The proposed research holds the potential to provide an improved technique for early prediction of vertebral fractures and will serve well as a launching pad for the applicant to become an independent researcher.
描述(由申请人提供):申请人的原始培训是具有多孔媒体计算建模背景的工程,计算机科学和物理学。他计划将自己的优势与与NIH相关的研究中的定量分析和当前的有限元分析的博士后经验融为一体。他的长期职业目标是通过非侵入性成像和多学科方法来提高对疾病的理解,诊断和管理。通过该协调的定量MRI和生物力学研究/培训协调计划的短期目标是完成申请人作为骨质疏松性骨折的独立研究人员的准备,并进一步通过多学科协作来建立生物医学研究的新方向。为了实现这些目标,该提案中概述的指导研究将由涉及教学课程的正式培训计划进行补充;参加会议,研讨会和研讨会;以及与其他调查员,合作者和学员的定期互动。申请人将受到世界知名科学家的指导,以了解骨骼成像的MR技术(Felix W. Wehrli教授,博士学位),代谢骨疾病的内分泌方面(M.D. Peter J. Snyder教授),以及基于图像的生物力学建模和机械测试(M.D.拟议的研究涉及开发用于早期预测椎骨骨折的生物力学框架,椎骨骨折是影响老年人的骨质疏松症的最常见结果之一。椎骨畸形的早期检测很重要,因为已知患有这种畸形的患者面临进一步骨折的风险。脊柱的横向射线照相投影(一种具有许多局限性的方法)仍被用作诊断这些畸形的临床标准。在脊柱上相似的机械能力受损的假说可以通过生物力学分析通过体内高分辨率高分辨率磁共振(MMR)图像来预测远端骨骼部位和椎骨骨折状态的相似变化。拟议的研究利用了远端半径和胫骨远端和中线 - 斜脊柱MR图像的MMR图像,其中98例骨质疏松症患者。具体目标涉及1)使用尸体人胫骨与基于MMRI的有限元建模相关的参数的验证,2)以前开发的基于MMRI的FE技术的能力扩展,以分析远端半径的MMR图像和远距离tibia的MMR图像,并在患者的远处进行了远距离探索,并探索了3)范围的范围。在脊柱畸形和与远端骨质量有关的MRI衍生参数之间。拟议的研究具有为早期预测椎骨骨折提供改进的技术的潜力,并将作为申请人成为独立研究人员的发射垫。

项目成果

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