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Rofo 1999; 171(2): 136-142
DOI: 10.1055/s-1999-242
ORIGINALARBEIT
Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Strukturanalyse hochauflösender Computertomogramme als ergänzendes Verfahren in der Osteoporosediagnostik: In-vitro-Untersuchungen an Wirbelsäulensegmenten

Texture analysis of high-resolution computed tomograms as a supplementary feature in the diagnosis of osteoporosis: in vitro studies on vertebral specimens.S. Waldt, N. Meier, B. Renger, H. Lenzen, M. Fiebich, E. J. Rummeny, T. M. Link
  • Institut für Klinische Radiologie, Westfälische Wilhelms-Universität, Münster
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Publication Date:
31 December 1999 (online)

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Zusammenfassung.

Ziel: Korrelation von Strukturparametern aus hochauflösenden Computertomogrammen humaner Wirbelkörperpräparate mit der biomechanischen Stabilität der Präparate und Vergleich mit der Knochenmineraldichte (BMD, bone mineral density) als Standardparameter. Material und Methoden: Von 36 Wirbelsäulenbewegungssegmenten, bestehend aus jeweils zwei Wirbelkörpern und erhaltenem Bandapparat, wurde durch biomechanische Testung die Bruchlast ermittelt. Vor Frakturierung wurden die Präparate mittels hochauflösender CT und in standardisierter QCT-Technik untersucht. In den hochauflösenden Schichten wurden die Strukturparameter Trabekuläres Flächenverhältnis (TTAR), fraktale Dimension ohne trabekuläre Schwellenwerte (OTS) und fraktale Dimension innerhalb trabekulärer Schwellenwerte (ITS) berechnet. Ergebnisse: Es zeigte sich eine Korrelation der Bruchlast mit TTAR von r = 0,76 (p < 0,01), der fraktalen Dimension (ITS) von r = 0,83 (p < 0.01) und der fraktalen Dimension (OTS) von r = 0.35 (p > 0.01). Der Korrelationskoeffizient von Bruchlast und BMD betrug r = 0,76 (p < 0.01). Die beste Bruchlastvorhersage wurde bei Kombination der Texturparameter mit der BMD erreicht (r = 0,85, p < 0.01). Schlußfolgerung: Die vorliegende in-vitro-Studie zeigte eine signifikante Korrelation zwischen Texturparametern und biomechanischer Stabilität von Wirbelkörpersegmenten, diese lag in einer ähnlichen Dimension wie die von BMD und Bruchlast. Die höchste Korrelation zur Bruchlast wurde durch Kombination von Texturparametern und BMD erzielt; damit wäre durch eine Verwendung beider Parameter eine Verbesserung der Prädiktion des materialbezogenen Frakturrisikos möglich.

Purpose: The purpose of this study was to perform texture analysis of high- resolution CT images obtained from human vertebral specimens and to correlate these parameters with the biomechanical stability of the specimens. In addition, structure data were compared with bone mineral density (BMD) assessed by quantitative CT (QCT). Material and Methods: High-resolution CT images and standard QCT sections were obtained in 36 vertebral motion segments, each consisting of two vertebrae with intact ligaments and intervertebral disc. The trabecular structure in the CT images was assessed using three texture analysis techniques: Trabecular threshold area ratio (TTAR), fractal dimension without thresholding (OTS) and fractal dimension with thresholding (ITS). Finally, the maximum compressive strength (MCS) was determined using a biomechanical testing device. Results: A correlation of r = 0.76 (p < 0.01) was obtained for TTAR versus MCS, of r = 0.83 (p < 0.01) for ITS versus MCS, and of r = 0.35 (p > 0.01) for OTS versus MCS, while r = 0.76 (p < 0.01) was found for BMD versus MCS. Best results were obtained by combining structure measures and BMD (r = 0.85, p < 0.01). Conclusions: This in vitro study showed a significant correlation between structure measures and biomechanical strength, which was comparable to BMD and strength. However, best correlations were obtained by combining both measures. Using both BMD and structure measures therefore may improve the prediction of biomechanically determined bone strength.

Schlüsselwörter:

Osteoporose - CT - Strukturanalyse - Trabekulärer Knochen - Knochenmineraldichte

Key words:

Osteoporosis - CT - Structure analysis - Trabecular bone - Bone mineral density

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Dr. med. Simone Waldt

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