用于表征骨小梁的网络模型
医学物理
2019-06-26 v2 生物物理
组织与器官
摘要
骨小梁是一种轻质、柔顺的材料，组织成支柱和杆（骨小梁）构成的网状结构，随年龄增长及骨质疏松等骨病的发生而侵蚀，导致骨折风险增加。骨质疏松的传统诊断标志物骨密度（BMD）在离体实验中被证明单独考虑时与抗骨折能力相关性较差，而结构特征结合 BMD 能更好地解释骨小梁强度的变化。我们通过从人骨显微计算机断层扫描图像构建图来建立骨小梁的网络模型，其中加权连边代表骨小梁，节点代表分支点。这些图能够计算定量网络指标以表征骨小梁结构。我们还建立了网络的有限元模型，其中每条连边由梁表示，便于分析骨样本对模拟载荷的力学响应。我们在单个骨小梁尺度（约 0.1 mm 量级）和选定感兴趣体积（约几 mm）尺度（称为 VOI）上考察骨小梁的结构与力学性质。在 VOI 尺度上，我们发现 VOI 的刚度与 10 种不同结构指标显著相关。单独来看，每个 VOI 的体积分数与 VOI 刚度相关性最强。我们使用多元线性回归来确定捕捉刚度变化所需的最小变量子集。在线性拟合中，我们发现节点度、加权节点度、Z 方向取向、加权 Z 方向取向、骨小梁间距、连边长度和连边数量是捕捉骨小梁网络刚度变化中最显著（p < 0.05）的结构指标。
引用
@article{arxiv.1811.00092,
title = {Network models for characterization of trabecular bone},
author = {Avik Mondal and Chantal Nguyen and Xiao Ma and Ahmed E. Elbanna and Jean M. Carlson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.00092},
year = {2019}
}