Об оценке и использовании в моделировании механических свойств губчатой кости позвонков, рассчитанных по данным компьютерной томографии

Остеопороз характеризуется снижением качества и минеральной плотности губчатой костной ткани. Минеральная плотность кости может быть определена на основе единиц Хаунсфилда (HU), рассчитанным по данным количественной компьютерной томографии (КТ). КТ также используется для неинвазивного определения механических свойств губчатой кости. Исходные данные КТ, как правило, содержат несколько серий снимков, полученных с помощью различных сверточных ядер. Исследуется влияние сверточных ядер КТ на результаты оценки механических свойств и напряженно-деформированное состояние губчатой кости поясничных позвонков. Для этого были проанализированы две анонимизированные серии КТ-снимков пояснично-крестцового сегмента позвоночника. По каждой серии снимков было определено два набора механических свойств губчатой кости тел позвонков и было построено две соответствующие им биомеханические модели пояснично-крестцового сегмента позвоночника вместе с системой фиксации на уровне позвонков L4–L5. Моделирование напряженно-деформированного состояния обеих моделей под действием типовых статических нагрузок выполнено с использованием метода конечных элементов. Наибольшая абсолютная разница в соответствующих HU составила 52,2 единицы для L5 позвонка, а в модулях упругости – 47 МПа. Моделирование выявило, что различия в максимальных эквивалентных напряжениях в губчатой кости тел позвонков составили 35 %. Показано, что при анализе результатов моделирования может возникнуть проблема, связанная с корректностью оценки риска повреждения губчатой кости, основанной на сравнении возникающих в кости напряжений и ее прочностных характеристик. Результаты исследования подчеркивают важность учета параметров обработки КТ-изображений при проведении биомеханического анализа, особенно в контексте планирования ортопедических операций и прогнозирования долговечности имплантатов. Работа также указывает на необходимость стандартизации неинвазивных методов оценки механических свойств костной ткани для повышения точности и надежности пациенториентированного моделирования.