Constructing the dependence between the Young’s modulus value and the Hounsfield units of spongy tissue of human femoral heads

Пациент-ориентированное биомеханическое моделирование требует знаний не только о геометрической модели исследуемого объекта конкретного пациента, но и о механических свойствах его тканей. Количественная компьютерная томография предоставляет исходные данные для геометрического моделирования, а также данные о рентгеновской плотности (числах Хаунсфилда) исследуемого объекта. Известно, что числа Хаунсфилда коррелируют с минеральной плотностью сканируемых объектов, а также с их прочностными свойствами. Цель исследования состояла в определении зависимости между числами Хаунсфилда и значениями модуля Юнга губчатой ткани головок бедренных костей человека. Данное исследование проведено на образцах губчатой костной ткани бедренных костей пациентов, перенесших тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава по поводу коксартроза. Образцы сканировали на компьютерном томографе Toshiba Aquilion 64 и затем подвергали одноосному сжатию на универсальной испытательной машине Instron 5944. В результате исследования для каждого образца были получены средние числа Хаунсфилда, а также значения модулей Юнга. Были рассчитаны регрессионные зависимости, связывающие числа Хаунсфилда и значения модуля Юнга образцов губчатой ткани головок бедренных костей при разных типах заболеваний. Полученные зависимости позволяют неинвазивно определить значение модуля Юнга губчатой кости головок бедренной кости для конкретного пациента в зависимости от его заболевания и использовать его в процессе предоперационного планирования. Также полученные зависимости могут быть использованы при биомеханическом моделировании вариантов лечения заболеваний и повреждений позвоночно-тазового комплекса конкретного пациента и внедрены в систему поддержки принятия врачебных решений в хирургии позвоночно-тазового комплекса.