利用各向异性三维 Minkowski 泛函表征股骨近端标本小梁骨并预测其生物力学强度
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2020-02-19 v1 医学物理
摘要
各向异性 Minkowski 泛函（AMFs）能够在评估底层灰度结构拓扑性质的同时捕捉局部各向异性，这一能力此前已被证实。我们评估该方法在多层螺旋 CT 上可视化的离体股骨近端标本中表征小梁骨微结构局部结构特性、以用于生物力学骨强度预测的能力。为此，对取自 146 个标本股骨头的感兴趣体积（VOI）逐体素局部计算体积 AMFs。此类 AMFs 捕捉的局部各向异性通过分数各向异性度量量化；每个像素处各向异性的大小与方向存于直方图中，作为表征 VOI 的特征向量。采用线性多重回归分析算法从特征集预测失效载荷（FL）；预测 FL 与通过生物力学测试确定的真实 FL 比较。预测性能以各特征集的均方根误差（RMSE）度量。最佳预测性能来自 AMF 欧拉特征的分数各向异性直方图（RMSE = 1.01 ± 0.13），显著优于 MDCT 衍生的平均 BMD（RMSE = 1.12 ± 0.16，p<0.05）。我们得出结论：此类各向异性 Minkowski 泛函能捕捉关于区域性小梁骨质量的宝贵信息，并有助于改进骨强度预测，这对改善骨质疏松性骨折风险的临床评估十分重要。
引用
@article{arxiv.2002.07156,
title = {Using anisotropic 3D Minkowski functionals for trabecular bone characterization and biomechanical strength prediction in proximal femur specimens},
author = {Mahesh B. Nagarajan and Titas De and Eva-Maria Lochmueller and Felix Eckstein and Axel Wismueller},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.07156},
year = {2020}
}
备注
SPIE Medical Imaging Conference 2014