多民族参与的三维数字X射线吸收测量（3D-DXA）技术在股骨形态、密度以及有限元分析（FEA）强度方面的评估与校准

《Scientific Reports》：Multi-ethnic evaluation and calibration of 3D-DXA femoral shape, density and FEA strength

　　

摘要

对三维几何结构、骨密度分布和骨强度的评估有助于提高髋部骨折风险的预测准确性，但目前仍需要使用计算机断层扫描（CT）。有研究提出利用双能X射线吸收测定法（DXA）的投影数据，通过二维到三维的统计形状和外观模型（SSAM）重建技术来替代基于CT的模型。虽然有多项研究使用了3D-Shaper软件方法重建的3D-DXA数据，但没有研究在真实临床图像中对这些3D-DXA数据进行独立验证。本研究的第一个目的是评估3D-DXA技术在不同人群中的适用范围。分析了来自三个种族的120对DXA和CT图像（年龄范围：20–85岁；平均骨密度aBMD：0.611–1.214 g/cm2），重点研究了骨体积（BV）、骨矿物质含量、顶点至表面距离、体积骨密度（vBMD）分布以及预测骨强度等方面的差异。所有结果的相关性系数均高于R2≥0.76，未发现任何受试者或参数组存在异常行为。然而，在骨体积测量（BV：斜率=0.89，偏差=9.73 cm3；vBMD：斜率=0.88，偏差=6.27 g/cm3）和骨强度方面存在差异。为了提高评估精度，我们开发了一套图像处理流程（称为3D-DXA*），该流程对BV、总vBMD以及最低跌倒时骨强度的线性回归参数进行了校正（样本量N=96）。在11个跌倒方向上的验证结果显示（样本量N=24），该流程成功将偏差修正为接近零，并使斜率趋于一致。不过，在两种情况下皮尔逊相关性下降了0.01–0.02，而在10个跌倒方向上预测结果的均方根误差（RMSE）增加了3–29%。子分析显示，3D-DXA*有效地减少了3D-DXA模型与CT模型之间的vBMD分布差异，但仍存在因人群而异的差异。这是首次在涵盖广泛年龄范围的多民族数据集上独立评估3D-DXA技术的研究，而且使用的研究对象数量是以往验证工作的两倍多。这些结果为基于DXA的三维重建方法的准确性和局限性提供了详细的了解。