Osteoporosis is characterized by low bone mass and the microarchitectural deterioration of bone tissue with a consequent increase in bone fragility and susceptibility to fracture. It has been suggested that speed of sound (SOS) and broadband ultrasound attenuation (BUA) of quantitative ultrasound sonography (QUS) may provide information about not only bone density but also the microarchitecture and elastic properties of bone. Physical inactivity reduced mechanical usage and it made process to the bone changes. This study aimed to association between the physical activity and the QUS parameters in 1305 (593 men, 712 women) aged 20 years over in a rural population. Two QUS parameters, BUA (p=.23) and SOS(p=.73) were measured at the right calcaneus of postmenopausal women, no significant associations were observed between sports index and SOS and BUA. These results suggest that work, non-sports leisure physical activity (p<.01) have a significant influence on QUS parameters in a rural population. Physical activity are meaningful predictor of QUS parameters of the calcaneus in a rural population.
As a result of the medium coupling, propagation characteristics of ultrasonic waves guided by a multi-phase medium can be different from those in a homogeneous system. This phenomenon becomes prominent for a medium consisting of phases with considerably distinct material and physical properties (e.g., submerged structures or human bones covered with soft tissues). In this study, the coupling effect arising from both fluid and soft tissues on wave propagation in engineering structures and human bone phantoms, respectively, was explored and calibrated quantitatively, with a purpose of enhancing the precision of ultrasonic-wave-based non-destructive evaluation (NDE) and clinical quantitative ultrasound (QUS). Calibration results were used to rectify conventional NDE during evaluation of corrosion in a submerged aluminium plate, and QUS during prediction of simulated healing status of a mimicked bone fracture. The results demonstrated that with the coupling effect being appropriately taken into account, the precision of NDE and QUS could be improved.
Osteoporosis is a skeletal disease characterized by two factors: reduced bone mass and microstructure disruption of bone tissue. These symptoms increase bone fragility and can contribute to eventual fracture. In recent years, quantitative ultrasound (QUS) technologies have played a growing role in the diagnosis of osteoporosis. Most of the commercial bone sonometers measure speed of sound and/or broadband ultrasound attenuation at peripheral skeletal sites. However, QUS parameters are purely empirical measures that have not yet been firmly linked to physical parameters, such as bone strength or porosity, and the underlying physics for their variations in cancellous bone is not well understood yet. This paper reviews the QUS technologies for the diagnosis of osteoporosis and also addresses several theoretical models, such as the Biot model, the scattering model, the stratified model, and the modified Biot-Attenborough model, for ultrasonic wave propagation in bone.
Apart from thinning of cortical layers, the local bone curvature, varying along bone periphery, modulates ultrasound waves as well, which is however often underestimated or overlooked in clinical quantitative ultrasound (QUS). A dedicated three-dimensional finite element modelling technique for cortical bones was established, for quantitatively exploring and calibrating the effect of local curvature of cortical bone on ultrasound. Using a correlation-based mode extraction technique, high-velocity group (HVG) and low-velocity group (LVG) wave modes in a human radius were examined. Experimental verification using acrylic cylinders and in vitro testing using a porcine femur were accomplished. Results coherently unravelled the cortical curvature exerts evident influence on bone-guided ultrasound when RoC/${\lambda}$ <1 for HVG mode and RoC/${\lambda}$ <2 for LVG mode (RoC/${\lambda}$: the ratio of local bone curvature radius to wavelength); the sensitivity of LVG mode to bone curvature is higher than HVG mode. It has also been demonstrated the local group velocity of an HVG or LVG mode at a particular skeletal site is equivalent to the velocity when propagating in a uniform cylinder having an outer radius identical to the radius of curvature at that site. This study provides a rule of thumb to compensate for the effect of bone curvature in QUS.
This study was investigated quantitative ultrasound (QUS) usage in Korea for the QUS quality control guidelines. A total of 344 questionnaires collected from July 24th to August 25th 2017 were analyzed. Questionnaires were created through user interviews, expert group advice, literature review and field observation. As a result of the general characteristics of quantitative ultrasound holding amounted to 81.98% of clinic and 6.69% of hospitals. The main user was radio-logical technologists as 31.39%. The contact methods of the gel pad (balloon) were the most used at 56.68% and the scan region was 91.9% of calcaneus. The quantitative ultrasound quality control cycle was 67.37% when the abnormality was found in the equipment, and 63.66% when the accuracy control was implemented according to the manual. The phantoms of QUS were 34.30% of the manufacturer's own phantoms. User of QUS had never received education for quality control of quantitative ultrasound as 62.20%. This study was expected to be useful when creating detailed quality control guidelines in the future, as well as guidelines for the quality control of Korea's standard quantitative ultrasound.
In recent years, quantitative ultrasound (QUS) technologies have played a growing role in the diagnosis of osteoporosis. Most of the commercial bone somometers measure speed of sound (SOS) and/or broadband ultrasonic attenuation (EUA) at peripheral skeletal sites. However, the QUS parameters are purely empirical measures that have not yet been firmly linked to physical parameters such as bone strength or porosity. In the present study, the theoretical models for wave propagation in cancellous bone, such as the Biot model, the stratified model, and the modified Biot-Attenborough (MBA) model, were applied to predict the dependence of phase velocity on porosity in cancellous bone. The optimum values for the input parameters of the three models in cancellous bone were determined by comparing the predictions with the previously published measurements in human cancellous bone in vitro. This modeling effort is relevant to the use of QUS in the diagnosis of osteoporosis because SOS is negatively correlated to the fracture risk of bone, and also advances our understanding of the relationship between phase velocity and porosity in cancellous bone.
This paper intends to introduce the applicability of HydroQus to a problem of a tanker collision against a semi-submersible type floating offshore wind turbine (FOWT). HydroQus is a plug-in based on potential flow theory that generates interactive hydroforces in a commercial Finite element analysis (FEA) code Abaqus/Explicit. Frequency response analyses were conducted for a 10MW capacity FOWT to obtain hydrostatic and hydrodynamic constants. The tanker was modeled with rigid elements, while elastic-plastic elements were used for the FOWT. Mooring chains were modeled to implement station keeping ability of the FOWT. Two types of fracture models were considered: constant failure strain model and combined failure strain model HC-LN model composed of Hosford-Coulomb (HC) model & localized necking (LN) model. The damage extents were evaluated by hydroforces and failure strain models. The largest equivalent plastic strain observed in the cases where both restoring force and radiation force were considered. Stress triaxiality and damage indicator analysis showed that the application of HC-LN model was suitable. It could be stated that applications of suitable failure strain model and hydrodynamics into the collision simulations were of importance.
본 연구의 목적은 생애전환기 건강진단 골밀도 검사시 측정도구(DEXA, QUS, RA)에 따른 진단범위의 유효성을 평가하는 것이다. DEXA를 이용한 골밀도 검사 결과 T-score -2.5를 기준으로 할 때 QUS의 cutoff 값은 -1.733이며, 이때 민감도는 70.4%, 특이도는 59.5%이었고 T-score -3.0을 기준으로 할 때 cutoff 값은 -2.323으로 이때 민감도는 70.4%, 특이도는 56.8%이었다. DEXA를 이용한 골밀도 검사 결과 T-score -2.5를 기준으로 할 때 RA의 cutoff 값은 -1.675이며, 이때 민감도는 70.0%, 특이도는 63.7%이었고 T-score -3.0을 기준으로 할 때 cutoff 값은 -2.325로 이때 민감도는 70.0%, 특이도는 42.9%로 QUS와 RA의 측정도구 간에 큰 차이를 보이지 않았다. 골밀도 측정도구의 상관관계와 재현성에 대한 평가에서는 일부 차이를 제외하고는 측정도구 간 및 측정도구의 반복 측정값 간에 유의한 차이를 보이지 않았다. ROC 분석에서 측정도구별 평균골밀도 측정결과는 DEXA를 기준으로 할 때 RA와 QUS는 모두 유효한 것으로 판단된다. 다만, 생애전환기 골다공증 진단에 보다 정확한 결과를 얻기 위해서는 성별이나 연령층, 다양한 측정부위별 정량화된 결과를 진단기준의 보정지표로 고려하는 것이 필요하다.
24~69세의 일반검진대상자 106명을 대상으로 골밀도 검사시 최근 사용이 많이 증가하고 있는 QCT와 QUS에 따른 BMD의 차이를 알아본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. QCT와 QUS에 의한 골밀도의 측정값은 전체적으로 유의한 상관관계를 나타냈다(p>0.05). 성별에 따른 측정방법간의 차이에서 여성에서는 QUS에 의한 검사방법에서 T-score가 유의하게 낮았고(p<0.05). 나이에 따라서는 40세 이상에서는 유의한 범위(p<0.05)에서 T-score의 차이가 있었다. 키 및 몸무게에 따른 차이에서는 특징적인 차이가 없었으며, BMI값이 22.9이하 그룹에서는 QCT로 검사시 T-score가 유의하게(p<0.05) 낮게 측정되었고 나머지 그룹에서는 검사방법에 따라 영향을 미치지 않았다. 이와 같이 골밀도의 측정에 있어서는 환자의 성별, 나이, 키 및 BMI에 따라서 측정방법에 따른 차이가 있을 수 있으므로 특별한 경우에는 여러 검사방법 등을 통하여 정확한 자료를 얻을 필요가 있을 것으로 사료된다.
Objectives : To evaluate the diagnostic value of quantitative ultrasound (QUS) in the prediction of osteoporosis as defined by dual energy x-ray absorptiometry (DEXA) in postmenopausal women. Methods : Questionnaires and height and weight measurements were used in the investigation of 176 postmenopausal women. QUS measurements were taken on the right calcaneus while bone mineral density (BMD) measurements of the lumbar spine and femoral neck were made with DEXA. The areas under the curves (AUC) of the speed of sound (SOS) for osteoporosis in the lumbar spine and femoral neck were obtained through receiver operating characteristic (ROC) analysis and evaluated. A comparison was made, for osteoporosis in the lumbar spine and femoral neck, between the AUCs of the logistic model with clinical risk factors and SOS. Results : Pearson's correlation coefficients of SOS and lumbar spine BMD, and of SOS and femoral neck BMD were 0.26 and 0.37. The AUC for the logistic model in its discrimination for lumbar spine osteoporosis was 0.764, and for SOS 0.605. The AUCs for the logistic model in its discrimination for femoral neck osteoporosis and for SOS were 0.890 and 0.892, respectively. Conclusions : These results suggest that the diagnostic value of QUS as a screening tool for osteoporosis is moderate for the femoral neck, but merely low for the lumbar spine and that the predictability provided by SOS is no better than that by the sole use of clinical risk factors in postmenopausal women.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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