Bone Mineral Density Measurement of Rats Using Dual-energy X-ray Absorptiometry: Precision of In Vivo Measurements for Various Skeletal Sites with or without Repositioning

Purpose: Bone mineral density (BMD) measurements need to be precise enough to be capable of detecting small changes in bone mass of rats. Using a regular dual-energy X-ray absorptiometry (DXA), we measured many BMD of various skeletal sites in rats to examine precision of DXA in relation to the repositioning on the bones of rats. Materials and Methods: Using DXA and small animal software, scans were performed 4 times in all 12 male rats without repositioning (Group 1a). Another four scans for 6 of 12 rats were done with repositioning between scans (Group 2). Customized regions of interest (ROIs), encapsulate the right hind limb, L1-4, skull and pelvic bones were drawn at each measurement. The precision of the measurements was evaluated by measuring the coefficient of variation (CV) of four measurements of BMD at each skeletal site of all rats with or without repositioning. Significance of differences between group 1b (six rats out of group 1a, which were come under group 2) and group2 were evaluated with Wilcoxon Signed Rank Sum Test. Results: CVs obtained at different skeletal sites of all measurements in Group 1b and 2. It was $3.51{\pm}1.20$, $ 2.62{\pm}1.20$ for the hindlimb (p=0.173), $3.83{\pm}2.02$, $4.59{\pm}2.02$ for L1-4 (p=0.600), $3.73{\pm}1.87$, $1.53{\pm}0.89$ for skull (p=0.046), and $2.92{\pm}0.60$, $1.45{\pm}0.60$ for pelvic bones (p=0.075). Conclusion: Our study demonstrates that the DXA technique has the precision necessary when used to assess BMD for various skeletal sites in rats regardless of repositioning.

쥐에서 이중에너지 방사선 흡수법을 이용한 골밀도의 측정: 다양한 골부위에서 재위치 여부에 따른 생체내 측정의 정밀도

목적: 살아있는 쥐를 실험대상으로 DXA를 이용하여 검사사이마다 자세변화가 있는 경우와 자세변화 없는 경우에 다양한 부위의 골밀도를 반복적으로 측정하여 각 개체의 자세 변화와 측정부위에 따른 정밀도에 차이가 있는지를 평가하고자 하였다. 대상 및 방법: 실험은 총 12마리의 수컷 쥐를 대상으로 하였다. 아이소후루란(isoflurane)을 이용한 흡입 마취하에 DXA 기기와 기기에 내장되어 있는 소동 물 프로그램(software)를 이용하여 쥐들을 스캔하였다. 스캔 후 얻어진 영상에서 오른쪽 뒷다리(hind limb), 요추(lumbar spine), 두개골(skull) 그리고 골반골(pelvic bones)에 각각 관심영역(ROI)을 그려서 골밀도($g/cm^2$) 값을 구하였다. 실험에 포함된 12마리 쥐 모두에 대해서는 처음 스캔 테이블에 올린 자세를 유지한 상태 그대로 반복해서 4번씩의 스캔을 시행하였다(그룹 1a). 그리고 일주일 후에는 12마리 중 6마리에 대해서만 검사를 시행하였고 한번의 스캔 후 쥐를 테이블에서 완전히 내렸다가 다시 스캔 테이블로 올려서 자세를 잡고 스캔을 반복하는 방식으로 스캔 사이사이마다 새롭게 자세를 잡고 검사를 시행하였다(그룹 2). 자세변화유무와 상관없이 각각의 그룹 내에서의 부위별 정밀도의 차이는 Kruskal-Wallis one-way analysis of variance(ANOVA) test로 비교하였으며 자세변화에 따른 그룹간에 부위별 정밀도의 차이는 그룹 1의 12마리 중 그룹 2에 해당하는 6마리(그룹 1b)와 그룹 2를 Wilcoxon Signed Rank Sum Test로 비교하였으며 얼마나 일관성이 있는지 Bland Altman 도표분석을 하였다. 결과: 각각의 그룹 내에서 측정 부위에 따라 정밀도의 차이는 그룹 1a는 유의한 차이가 없었으나(p=0.657) 그룹 2의 경우 정밀도에 유의한 차이가 있었다(p=0.003). 그룹간에 부위별 정밀도는 차이는 오른쪽 뒷다리가 p=0.173, 제1-4 요추가 p=0.600 두개골이 p=0.046 그리고 골반골이 p=0.075로 두개골을 제외한 모든 부위에서 검사간 자세변화 따른 정밀도의 차이가 통계적으로 유의하지 않았다. 또한 Bland Altman도표에서 자세변화에 따른 두 그룹의 부위별 측정값의 차이에 치우침은 두개골을 제외한 모든 부위에서 없었으며 차이의 2표준편차는 오른쪽 뒷다리가 2.3%, 제1-4요추가 5.9%, 두개골이 4.4% 그리고 골반골이 3.0%이었다. 결론: 본 연구에서 재위치를 시행한 그룹 내에서 부위에 따른 정밀도의 차이는 나타났지만 재위치 유무에 따른 각 부위의 정밀도는 두개골을 제외한 나머지 부위들에서는 유의한 차이를 없었다. 결론적으로 본 연구의 결과는 DXA는 쥐와 같은 살아있는 소동물에서 다양한 부위에 대해 반복적으로 골밀도 값을 측정하고 추적관찰 할 때 자세의 재위치에 상관없이 충분한 정밀도를 가지고 있으며 골밀도를 평가하는데 있어서 매우 믿을만한 검사라는 것을 시사한다.