Title: Reproducibility of the HR-pQCT based FE-analysis of the distal radius
Language: English
Authors: Wagner, Leopold
Qualification level: Diploma
Keywords: HR-pQCT; Knochen; Osteoporose; Reproduzierbarkeit; distaler Radius; Image Registration; Finite Elemente
HR-pQCT; bone; osteoporosis; reproducibility; distal radius; image registration; finite element
Advisor: Zysset, Philippe Kurt
Issue Date: 2010
Number of Pages: 72
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die, auf High Resolution periphäre Quantitative Computer Tomographie (HR-pQCT) basierte, Finite Elemente (FE) Analyse des distalen Radius hat das Potential eine zukünftige Diagnosemethode für Osteoporose zu werden. Es ist notwendig die Reproduzierbarkeit einer Diagnosemethode zu kennen, um Veränderungen als pathologische oder therapeutische Effekte zu quanti zieren.
Sechs Paare von Unterarmen wurden in vitro jeweils sechs mal mit dem HR-pQCTSystem am AKH Wien gescannt. Die erste Serie von Scans wurde als Baseline (BL), die fünf folgenden als Follow Up (FU) de niert. Außer der klinischen Region (STD Region) wurden noch eine zweite, distal verschobene, Region (MD Region) und eine dritte Region, welche sich aus STD & MD zusammensetzt, untersucht. Auf alle drei Regionen wurden jeweils zwei Modellierungszugänge angewandt: die micro FE (uFE) und die homogenized FE (hFE) Methode. Zusätzlich zur FE-Analyse wurde auch die Knochendichte aus den HR-pQCT-Bildern evaluiert. Um die BL Bilder in den FU Bildern wiederzu nden wurde Image Registration angewandt, und die gesamte Analyse (Knochendichte & FE) für diese registrierten FU wiederholt. Die MD und die DS Region waren, aus struktureller und materieller Sicht, schwächer als die STD Region. Die Reproduzierbarkeit wurde mit Precision Errors (PE%CV) quantifiziert, welche bereits für die nicht registrierten FU sehr gering waren. Durch die Image Registration konnten die PE%CV von allen Ergebnissen verringert werden. Die Reproduzierbarkeit war: (1) generell am besten für die STD Region, gefolgt von den MD und DS Regionen, und (2) besser für die Knochendichtemessung als für die uFE und hFE Ergebnisse.
Schliesslich war die Reproduzierbarkeit, nach der Image Registration, ähnlich für die uFE und hFE Ergebnisse (STD: PE%CV >0.8%; MD: PE%CV >1.5%; DS: PE%CV >1.4%). Die Image Registration verursachte allerdings eine Verringerung der absoluten uFE Ergebnisse und eine Erhöhung der hFE Ergebnisse.
Eine Beschränkung dieser Studie folgt aus der Verwendung von Unterarmen in vitro: Patientenbewegungen sind nicht inkludiert, die resultierende Reprozierbarkeit stellt daher ein 'best case' Szenario für den in vivo Fall dar. Die Reproduzierbarkeit der uFE und hFE Analyse muss also noch durch eine in vivo Studie untersucht werden, um die Eekte von Bewegungsartefakten zu bestimmen und zu klinisch relevanten Ergebnissen zu kommen.

High Resolution peripheral Quantitative Computed Tomography (HR-pQCT) based Finite Element (FE) analysis of the distal radius has the potential to become a future diagnostic tool for osteoporosis. When pathological processes or therapeutic eects shall be quanti ed, it is necessary to know the reproducibility of a diagnostic tool.
Six pairs of fresh frozen human cadaver forearms were scanned six times with the HR-pQCT system at the AKH Wien. The rst series of the scans was selected as the Baseline (BL) and the following ve represent the Follow Ups (FU). Next to the clinical region, currently investigated, (STD region) a second, distally shifted, region (MD region) and a third region, representing a combination of STD & MD (DS region), were analysed. Two modelling strategies, the micro FE (uFE) approach and the homogenized FE (hFE) method, were used to create the FE models of the three radius regions, respectively. In addition to the FE analysis, the bone mineral density (BMD) was evaluated from these HR-pQCT images. Image registration was performed on the ve FU to nd the corresponding BL images, and the whole analysis (BMD & FE) was repeated for these registered FU.
The MD region and the DS region were weaker, from both structural and material points of view, than the STD region. The reproducibility was quanti ed by precision errors. PE%CV of the FU of STD, MD and DS regions was very good already at the unregistered stage. The reproducibility of all measures could be improved through image registration. Reproducibility was (1) generally better for the STD region than for the MD and DS regions, and (2) better for BMD measures than for uFE and hFE derived measures. The resulting reproducibility of all three regions was similar after the image registration for both uFE and hFE approaches (STD: PE%CV >0.8%; MD: PE%CV >1.5%; DS: PE%CV >1.4%). Image registration introduced a shift in the FE results, uFE decreased and hFE increased.
A clear limitation of the present study came from the usage of cadaver forearms:
patient motion was not included, so the obtained reproducibility represents a 'best case' scenario for the in vivo case. The reproducibility of the uFE and hFE analysis still needs to be investigated by an in vivo study to evaluate the effects of movement artefacts and finally obtain clinically relevant results.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-41697
http://hdl.handle.net/20.500.12708/11663
Library ID: AC07808528
Organisation: E317 - Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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