Developing an Automated Image Analysis and Finite Element Modeling Platform to Assess the Effects of Supplemental Protein and Weight Loss on Bone Health in Obese Older Adults

开发自动图像分析和有限元建模平台来评估补充蛋白质和减肥对肥胖老年人骨骼健康的影响

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY Over the past several decades, obesity has risen to epidemic proportions and now affects over 40% of older adults in America. While intentional weight loss is a highly effective treatment for severe obesity and its associated comorbidities, increasing evidence suggests it disrupts skeletal health and increases fracture risk. Protein supplementation may reduce osteoporotic fracture risk and be effective in minimizing bone loss associated with intentional weight loss among the aging population. An ongoing clinical trial at Wake Forest University is exploring whether higher protein intake during a 6-month weight loss intervention followed by a 12- month follow-up in obese older adults results in better 18-month bone health compared to recommended protein intake or higher protein intake during the 6-month weight loss intervention only. This proposal enhances the parent study assessment of bone health and fracture prediction by streamlining the collection of advanced 3D bone measures from quantitative computed tomography (CT) and bone strength measures from finite element (FE) modeling. Aim 1 will develop an automated imaging informatics platform to analyze baseline, 6-month, and 18-month participant CT scans to measure volumetric bone mineral density (vBMD) and cortical thickness in the hip. Aim 2 will use subject-specific FE modeling to assess longitudinal bone strength and predict fracture. Taken together, these methodologic advancements will improve our understanding of how protein supplementation affects bone quality. The findings of this analysis could also establish the plausibility of protein supplementation as a clinically relevant therapeutic for attenuating bone loss and mitigating fracture risk in older adults undergoing weight loss. This research will be conducted in the Center for Injury Biomechanics at the Wake Forest School of Medicine as an interdisciplinary collaboration between the Departments of Biomedical Engineering, Gerontology and Geriatric Medicine, Radiology, and Biostatistics and Data Science. This fellowship will also serve as a unique opportunity to train the predoctoral principal investigator in gerontology research, clinical trials design, biostatistics, bone metabolism biology, image-based informatics, and computational biomechanics. Ultimately, the project will refine the principal investigator's biomedical engineering skillset in image analysis and computational modeling to provide valuable experience applying engineering techniques to improve bone health in older adults.
项目概要 在过去的几十年里,肥胖已成为一种流行病,目前影响着超过 40% 的老年人 在美国的成年人。虽然有意识的减肥是治疗严重肥胖及其并发症的一种非常有效的方法。 相关的合并症,越来越多的证据表明它会破坏骨骼健康并增加骨折风险。 补充蛋白质可以降低骨质疏松性骨折的风险,并有效减少骨质流失 与老龄化人口中的有意减肥有关。维克森林大学正在进行的临床试验 大学正在探索是否在为期 6 个月的减肥干预期间增加蛋白质摄入量,然后进行 12 个月的减重干预。 与推荐的蛋白质相比,对肥胖老年人进行一个月的随访可改善 18 个月的骨骼健康状况 仅在 6 个月的减肥干预期间摄入或更高的蛋白质摄入量。该提案增强了 家长研究通过简化高级 3D 收集来评估骨骼健康和骨折预测 定量计算机断层扫描 (CT) 的骨骼测量和有限元的骨骼强度测量 (有限元)建模。目标 1 将开发一个自动成像信息学平台来分析基线、6 个月和 18 个月的参与者 CT 扫描,以测量骨密度 (vBMD) 和皮质厚度 时髦的。目标 2 将使用特定于受试者的有限元模型来评估纵向骨强度并预测骨折。采取 总之,这些方法上的进步将提高我们对蛋白质补充剂如何补充的理解 影响骨质。该分析的结果还可以确定补充蛋白质的合理性 作为临床相关的治疗方法,可减少老年人的骨质流失和骨折风险 减肥。这项研究将在维克森林大学损伤生物力学中心进行 医学是生物医学工程、老年学系之间的跨学科合作 老年医学、放射学、生物统计学和数据科学。该奖学金也将作为一个独特的 有机会培训博士前首席研究员进行老年学研究、临床试验设计、 生物统计学、骨代谢生物学、基于图像的信息学和计算生物力学。最终, 该项目将完善首席研究员在图像分析和生物医学工程方面的技能。 计算建模提供应用工程技术改善骨骼健康的宝贵经验 在老年人中。

项目成果

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