26、医学成像在骨质量与强度评估中的应用及蛋白质结构推断的高效计算方法

医学成像在骨质量与强度评估中的应用及蛋白质结构推断的高效计算方法

1. 医学成像与骨质量、强度的关联研究

在医学领域，骨质量和强度的准确评估对于预测骨折风险至关重要。双能X线吸收法（DXA）是一种常用的测量骨密度（BMD）的方法，其在评估骨强度方面具有重要价值。

1.1 实验研究

• 参数关联实验 ：通过皮尔逊相关系数（r）和线性回归模型，将生物力学参数与BMD进行关联。进行了30次实验，测定了压缩屈服强度和弹性模量，并将这些参数与DXA测定的T分数相关联。T分数是将测量的BMD与同性别35岁左右骨量峰值的年轻人的BMD进行比较得出的统计值。
• 实验结果 ：DXA测量得到的特征值和平均值（BMD和T分数）与所检测样本的相应力学性能（屈服应力和弹性模量）之间的相关性如图4所示。这些值与先前的数据具有良好的一致性，但测定值的偏差可归因于不同研究的采样部位和技术差异。研究发现，BMD与股骨颈的力学性能存在显著相关性，材料的极限强度与BMD的相关性较强（r = 0.838），而与基于应力 - 应变曲线线性弹性区域计算的弹性模量的相关性较弱（r = 0.689）。

然而，该研究过程存在一定局限性，主要基于材料各向同性的假设以及对包含皮质骨和松质骨组织的骨段通用特性的确定。这是因为DXA测量默认反映的是两种骨类型的综合骨矿物质含量（BMA），所以将其视为复合材料的假设对该方法有益。

1.2 FEA模拟

为了将样本的极限抗压强度与股骨颈的脆性骨折风险相关联，对样本的几何形状进行逆向工程，并在考虑多轴力组合的