Purpose : To investigate the relationship between three-dimensional (3D) bone imaging parameters and trabecular strength in the mandible. Materials and Methods : Bone specimens were obtained from the mandibles of five male pigs weighing around 110 kg each. Of those, 43 samples were selected for 3D analysis and measured by micro-computed tomography. The five morphometric parameters were trabecular thickness (Tb.Th), bone specific surface (BS/BV), percent bone volume (BV/TV), structure model index (SMI) and degree of anisotropy (DA). Through destructive mechanical testing, strength parameters were obtained. Results : BV/TV, SMI, BS/BV, and Tb.Th showed significant correlations with strength parameters. DA did not show any correlation with the other parameters. In multiple linear regression analysis, BV/TV alone explained $43\%$ of the variance in Young's modulus. By stepwise inclusion of SMI, the variance in the Young's modulus was better explained up to $52\%$. Conclusions : Predicting trabecular strength in the mandible through architectural analysis would be possible. Further study is needed to establish the tendency and variety of trabecular architecture and strength according to the locations within the mandible.
Purpose: The aim of this study was to assess the accuracy of cone-beam computed tomographic (CBCT) images obtained using different voxel sizes in measuring trabecular bone microstructure in comparison to micro-CT. Materials and Methods: Twelve human skull bones containing posterior-mandibular alveolar bone regions were analyzed. CBCT images were obtained at voxel sizes of 0.075mm(high: HI) and 0.2mm(standard: Std), while microCT imaging used voxel sizes of 0.06 mm (HI) and 0.12 mm (Std). Analyses were performed using CTAn software with the standardized automatic global threshold method. Intraclass correlation coefficients were used to evaluate the consistency and agreement of paired measurements for bone volume (BV), percent bone volume (BV/TV), bone surface (BS), trabecular thickness (TbTh), trabecular separation (TbSp), trabecular number (TbN), trabecular pattern factor(TbPf), and structure model index (SMI). Results: When compared to micro-CT, CBCT images had higher BV, BV/TV, and TbTh values, while micro-CT images had lower BS, TbSp, TbN, TbPf, and SMI values (P<0.05). The BV, BV/BT, TbTh, and TbSp variables were higher with Std voxels, whereas the BS, TbPf, and SMI variables were higher with HI voxels for both imaging methods. For each imaging modality and voxel size evaluated, BV, BS, and TbTh were significantly different(P<0.05). TbN, TbPf, and SMI showed statistically significant differences between imaging methods(P<0.05). The consistency and absolute agreement between micro-CT and CBCT were excellent for all variables. Conclusion: This study demonstrated the potential of high-resolution CBCT imaging for quantitative bone morphometry assessment.
Several workers reported the relationship between osteoporosis and age-related reductions in the BV/TV (bone volume fraction) of vertebral trabecular bones. However, there were few micro finite element (micro-FE) models to account for the treatments of the osteoporotic trabecular bone. In the present study, micro-FE models of osteoporotic and hormone-treated bone models were constructed to analyze the effect of specimen location and boundary condition on mechanical characteristics of hormone treatment model for osteoporotic trabecular bone. Top and bottom sections of specimens were also investigated individually to study the effect of specimen location. Hormone-treated models were allowed to have the same relative BV/TV (13.4%) as that used in models of previous researchers. The present study reported the elastic and plastic characteristics of the osteoporosis and hormone-treated bone models. In the present study, in-situ boundary condition was applied to the simulated compression tests for in-vivo condition of vertebral trabecular bone. The present study indicated that the hormone therapy was likely to improve the mechanical characteristics of osteoporotic bones and the mechanical characteristics of vertebral trabecular bone specimen were dependent on the captured location and boundary condition.
하악 과두의 발달과 증식은 측두하악관절 부위의 생역학적 환경의 변화에 따라 변경될 수 있다. 이 부위에 전달되는 생역학적 하중은 섭취하는 음식물의 경도를 다르게 함으로써 변화시킬 수 있다. 이번 연구의 목적은 성장 중인 쥐에서 부드러운 음식물의 섭취에 의해 저작력을 변화시키는 것이 하악 과두의 해면골의 형태를 변화시킬 수 있는지 미세전산화 단층촬영을 이용하여 분석하는 것이었다. 생후 21일 된 C57BL/6 쥐 36마리를 무작위로 두 그룹으로 나누었다. 8주 동안 대조군의 쥐들은 일반적인 딱딱한 덩어리의 사료를, 실험군의 쥐들은 덩어리의 사료를 잘게 갈은 후 물과 섞어 부드럽게 만들어 먹였다. 또한 실험군의 쥐들의 하악 절치를 일주일에 두 번씩 잘라서 짧게 만들었다. 8주 후 모든 쥐들을 희생하여 우측 하악 과두를 준비하였다. 미세전산화 단층촬영과 삼차원 영상 분석프로그램을 이용하여 하악 과두 해면골의 bone volume(BV), bone surface(BS), total volume(TV) bone volume fraction(BV/TV), surface to volume ratio(BS/BV), trabecular thickness(Tb. Th.), structure model index(SMI)와 degree of anisotropy(DA)를 측정하고 이들 값으로부터 trabecular number(Tb. N.)와 trabecular separation (Tb. Sp.)을 계산하였다 미세전산화 단층영상을 얻은 후 하악 과두의 조직 표본을 만들었다. 연구 결과는 다음과 같았다. 1. Bone volume fraction(BV/TV), trabecular thickness(Tb. Th.)와 trabecular number(Tb. N.)가 대조군에 비해 부드러운 음식을 먹인 실험군에서 유의하게 감소되었다(p<0.05). 2. Trabecular separation(Tb. Sp.)은 부드러운 음식을 먹인 실험군에서 유의하게 증가하였다(p<0.05). 3. Surface to volume ratio(BS/BV), structure model index(SMI), degree of anisotropy (DA)는 두 군 사이에 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 4. 조직 절편을 관찰한 결과, 부드러운 사료를 먹인 실험군에서 하악 과두의 연골층의 증식 층과 전체 두께가 상당히 감소하였다.
Robert Ndou;Vaughan Perry;Gcwalisile Frances Dlamini
Anatomy and Cell Biology
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제57권2호
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pp.294-304
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2024
Type 2 diabetes mellitus is increasingly becoming more prevalent worldwide together with hospital care costs from secondary complications such as bone fractures. Femoral fracture risk is higher in diabetes. Therefore, this study aimed to assess the osteometric and microarchitecture of the femur of Zucker Diabetic Sprague-Dawley (ZDSD) femur. Ten-week-old male rats (n=38) consisting of 16 control Sprague-Dawley (SD) and 22 ZDSD rats were used. The rats were terminated at 20 weeks and others at 28 weeks of age to assess age, diabetes duration effects and its severity. Bilateral femora were taken for osteometry, bone mass measurements and micro-focus X-ray computed tomography scanning to assess the trabecular number (TbN), thickness (TbTh), spaces (TbSp), bone tissue volume to total volume (BV/TV) and volume (BV). Diabetic rats had shorter (except for 20-weeks-old), lighter, narrower, and less robust bones than SD controls that wered more robust. Although cortical area was similar in all diabatic and control rats, medullary canal area was the largest in ZDSD rats. This means that the diabetic rats bones were short, light and hollow. Diabetic rats aged 20 weeks had reduced BV, BV/TV, TbN with more spacing (TbSp). In contrast, the 28 weeks old diabetic rats only showed reduced BV and TbN. Discriminant function analysis revealed, for the first time, that osteometric parameters and TbTh, TbN, and TbSp were affected by diabetes. This knowledge is valuable in the management of diabetic complications.
Le, My Huy Thuc;Hayaty, Abu Kasim Noor;Zaini, Zuraiza Mohamad;Dom, Sulaiman Md;Ibrahim, Norliza;Radzi, Zamri Bin
대한치과교정학회지
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제49권4호
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pp.235-245
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2019
Objective: This study examined bone microstructure restoration after rapid maxillary expansion (RME) with and without corticotomy over multiple retention periods. Methods: Eighteen male Dorper sheep were randomly distributed into three groups (n = 6 each group): group 1, RME with corticotomy on the buccal and palatal sides; group 2, conventional RME treatment; and group 3, no treatment. Post-RME, trabecular bone microstructure and new bone formation were evaluated by using microcomputed tomography (microCT) and histomorphometry after a 4- or 12-week retention period. Intergroup differences in bone quality and bone remodeling were analyzed by using two-way analysis of variance with Bonferroni post-hoc test. Results: The bone volume fraction (bone volume [BV]/total volume [TV]) values relative to the control in groups 1 and 2 were 54.40% to 69.88% after the 4-week retention period and returned to approximately 80% after the 12-week retention period. The pooled BV/TV values of the banded teeth in groups 1 and 2 were significantly lower than those of the control after the 4-week retention period (p < 0.05). However, after the 12-week retention period, the pooled BV/TV values in group 2 were significantly lower than those in groups 1 and 3 (p < 0.05). Histomorphological analysis showed that the new bone formation area in group 1 was approximately two to three times of those in group 2 and control. Conclusions: Corticotomy significantly enhanced the restoration of bone quality after the retention periods for banded teeth. This benefit might result from the increased new bone formation after corticotomy.
Purpose : Bone mineral density (BMD) and bone microarchitecture are important determinants for bone strength. Recently micro-CT have provided possibilities for measuring a variety of structural indices to characterize bone microarchitecture. The objective of this study was to compare the BMD and micro-CT parameters with Young's modulus calculated by finite element analysis (FEA) for the evaluation of bone strength. Materials and Methods Bone specimens were obtained from the 18 female rabbits aged 16 weeks. Of those, 36 samples (right and left femur) were selected for 3D micro-CT analysis $(ANT^{TM},\;SKYSCAN,\;Belgium)$ and BMD by PIXlmus 2 (GE Lunar Co. USA). Five microstructural parameters of micro-CT, such as trabecular thickness (Tb.Th), bone specific surface (BS/BV), percent bone volume (BV/TV), structure model index (SMI) and degree of anisotropy (DOA) were studied. Young's modulus was obtained by software program (ANSYS 9.0, ANSYS Inc, Canonsburg, PA) based on micro-CT three dimensional images. Results : Young's modulus assessed by FEA correlated significantly with Tb.Th, BV/TV, BS/BV and SMI respectively. Young's modulus showed higher correlation with these rnicrostructural parameters of micro-CT than BMD. Microstructural parameters except DOA showed significant correlations within the examined group. Conclusion The microarchitectural parameters o( micro-CT and BMD represented some informations in the evaluation of bone strength assessed by FEA.
본 논문에서는 마이크로 CT 영상에서 해면뼈의 형태학적 분석을 위하여 해면뼈를 자동 분할하는 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 임계값을 이용하여 뼈 영역을 추출하고 뼈의 바깥쪽 경계선을 검출한다. 뼈 영역의 각 복셀에 대하여 구 정합을 적용하여 해당 복셀을 중심으로 하는 최대 크기의 구를 구한다. 이 구에 뼈의 바깥쪽 경계선이 포함되면 이 구에 포함된 복셀들은 치밀뼈로 분류되고 그렇지 않으면 해면뼈로 분류된다. 제안된 방법을 쥐의 15개 대퇴골 원위부 영상에 적용하였으며 사람이 수작업으로 분할한 결과와 비교 실험을 수행하였다. 분할된 해면뼈에 대하여 BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, Tb.N의 네 가지 형태학적 지표자를 측정하였다. 회귀분석과 Bland-Altman 방법으로 비교해본 결과 BV/TV, Tb.Th, Tb.Sp, Tb.N 모두 신뢰할 만한 수준의 범위 안에 있었다. 또한 구 정합 방법은 단순하게 구현할 수 있으면서도 3차원 정보를 이용함으로써 해면뼈를 정확하게 분할할 수 있음을 알 수 있었다.
본 연구는 미니 임플란트 식립 후 교정력 부하시기와 관련하여 임플란트 주위골의 치유과정을 조사하였다. 성견 8마리의 하악 협측골에 교정용 미니 임플란트(ORLUS, Ortholution CO, Korea) 48개를 식립한 후 교정력을 주지 않은 대조군과 식립 후 즉시 교정력을 준 즉시 부하군, 그리고 식립 후 3주간의 치유기간을 두고 교정력을 준 지연 부하군으로 나누어 각각의 군에 대해 3주, 6주, 12주가 경과된 시점에 임플란트 주위골의 변화를 조직 계측학적으로 관찰하였다. 골 접촉률은 즉시 부하군에서 시기에 따른 유의한 변화가 없었으며 지연 부하군은 3주에 비해 12주에서 유의하게 증가하였다(p<0.05). 각 시점에서 군간의 골 접촉률을 비교했을 때 12주째 지연 부하군이 즉시 부하군 보다 유의하게 높았다(p<0.05). 골 면적비율은 즉시 부하군의 경우, 시기에 따른 유의한 변화가 없었으며, 지연 부하군과 대조군은 6주에 비해 12주째 유의한 증가를 보였으며 (p<0.05), 12주째 실험군 간에 유의한 차이는 관찰되지 않았다(p>0.05). 동요도는 12주째 즉시 부하군과 지연 부하군 간에 유의한 차이는 없었다(p>0.05). 위의 결과에서 즉시 부하가 self drilling형 미니 임플란트 주위골의 안정성에 부정적인 영향을 주지 않았으므로 식립 즉시 교정력을 부여하여 사용하는 데 임상적으로 문제가 없을 것으로 판단된다.
Kim, Jae-Young;Kim, Dae-Hoon;Jang, Hyo-Won;Park, Kwang-Ho;Huh, Jong-Ki
Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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제41권
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pp.11.1-11.6
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2019
Background: Botulinum toxin injection on the masticatory muscle induces the osteopenic condition on the ipsilateral condyle. Bisphosphonate suppresses bone resorption and is used to treat osteopenic or osteoporotic condition. This study aimed to evaluate the effect of bisphosphonate administration on prevention of condylar resorption and botulinum toxin A-induced disuse osteopenia in rats. Results: The volume of the condyle and bone volume/tissue volume (BV/TV, %) showed a strong tendency towards statistical significance (p = 0.052 and 0.058). Trabecular thickness (Tb.Th, mm) and trabecular number (Tb.N, 1/mm) were significantly smaller in the Botox group than in the other groups (p < 0.05). The volume of the condyle and BV/TV in the bisphosphonate 100 and bisphosphonate 200 groups showed similar values when compared with the control group. Conclusion: Bisphosphonate administration after botulinum toxin A injection in the masticatory muscles appears to prevent condyle resorption and botulinum toxin-induced disuse osteopenia in rats.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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