Metoda analizy strukturalnej bliższego końca kości udowej (hip structure analysis, HSA) została wprowadzona w celu pozyskania informacji o wytrzymałości kości związanej z ich geometrią. Do jej opracowania posłużyły pochodzące z dużych badań klinicznych obrazy bliższego końca kości udowej wykonane metodą dwuwiązkowej absorpcjometrii rentgenowskiej (DXA). Przeprowadzone badania wykazały, że na podstawie konwencjonalnej densytometrii trudno wnioskować o wytrzymałości kości. Z tego powodu wśród klinicystów rośnie zainteresowanie bardziej bezpośrednią metodą oceny wytrzymałości kości. W niniejszym artykule dokonano przeglądu czynników odpowiedzialnych za wytrzymałość, sposobu ich wykorzystania w symulacjach inżynieryjnych i możliwości pozyskania danych na ich temat z wyników DXA. Należy pamiętać, że choć aparaty DXA można wykorzystywać do pomiaru wytrzymałości geometrycznej, to nie były one projektowane w tym celu. Stosowana obecnie metoda HSA zasadniczo ogranicza się do oceny wytrzymałości na zginanie w płaszczyźnie obrazowania, dlatego dokładność pomiaru zależy od stałości ułożenia (pozycjonowania) kości udowej. W artykule omówiono kwestię pozycjonowania i innych ograniczeń metody HSA, jak również decydujące o interpretacji geometrii kości znaczenie skalowania rozmiarów ciała. Omówiono również możliwości pokonania istniejących obecnie ograniczeń dzięki konstrukcji aparatu DXA nowej generacji, przystosowanego do tego właśnie celu.

Wprowadzenie

Na swoim pierwszym radiogramie Wilhelm Roentgen – odkrywca promieni X – wykorzystał rękę swojej żony do zademonstrowania, że obraz kości cieniuje się na kliszy fotograficznej. Roentgen uświadomił sobie, że kontrast jest wynikiem większej gęstości tkanki kostnej i wyższego stężenia pierwiastków o większej masie cząsteczkowej – wapnia i fosforu.¹ Wraz z upowszechnieniem się radiografii w medycynie klinicyści szybko odkryli związek między zmniejszeniem kontrastu w kościach ludzi w podeszłym wieku a złamaniami niskoenergetycznymi. Pierwsi badacze założyli, że wiarygodny pomiar ilościowy kontrastu kostnego mógłby stanowić narzędzie diagnostyczne w chorobie znanej dziś jako osteoporoza. Ewolucja tamtych metod doprowadziła do stworzenia współczesnej densytometrii, której prawdopodobnie najlepszym przykładem jest dwuwiązkowa absorpcjometria promieniowania rentgenowskiego (DXA). Statystyczne związki między gęstością mineralną kości (BMD) ocenianą metodą DXA a kruchością kości zostały opracowane wówczas, gdy Światowa Organizacja Zdrowia zastosowała tę metodę do zdefiniowania osteoporozy.² W istocie ścisły związek niskiej gęstości mineralnej ze złamaniami niskoenergetycznymi sprawia, że wiele osób uważa BMD za właściwość tkanki kostnej odpowiedzialną za wytrzymałość mechaniczną. Byłoby dogodne, gdyby wytrzymałość obiektu można było określić za pomocą tak prostego i konwencjonalnego pomiaru, ale wytrzymałość stanowi problem inżynieryjny i nie należy do kwestii prostych. Związki statystyczne między BMD a wytrzymałością lub ryzykiem złamań rzeczywiście wskazują jednak, że informacje o wytrzymałości pochodzące z badań DXA są zasadne. Niniejszy artykuł wyjaśnia, dlaczego BMD nie jest rzeczywistym miernikiem wytrzymałości, jakie czynniki odpowiadają za wytrzymałość, w jaki sposób niektóre czynniki można ocenić na podstawie danych uzyskanych metodą DXA i w jaki sposób można ulepszyć aparaty, aby uzyskiwane wyniki były dokładniejsze i bardziej wiarygodne.