[发明专利]骨骼健康的个性化评估

说明书

一种用于对对象的骨骼健康进行个性化评估的计算机实现方法，该方法包括从非侵入式对象数据、对象的医学图像以及对象特定的骨转换标志物值提取多个感兴趣的特征。使用代理模型和多个感兴趣的特征来预测与骨骼健康有关的一个或多个对象特定的感兴趣的度量。然后，生成与骨骼健康有关的一个或多个对象特定的感兴趣的度量的可视化。

技术领域

本发明一般涉及用于对骨骼健康进行个性化评估的方法、系统和装置。所公开的技术可以被应用于例如预测与骨质疏松症——诸如骨质疏松症/骨量减少的存在/严重程度、骨折风险和感兴趣的生物力学特性——有关的感兴趣的度量（measure）。

背景技术

骨质疏松症是一种骨骼疾病，其导致骨骼质量损失并且降低骨骼强度（以密度和质量为特征），并且因此导致增加的骨折风险。骨骼损失通常由于绝经后的女性缺乏雌性激素或者由于其他年龄相关的机制（例如，继发性甲状腺旁腺机能亢进、机械负荷减少等）而出现。由于有效的药物治疗是可获得的，因此至关重要的是正确地诊断骨质疏松症的发生以使得将未来骨折的风险最小化。

大于50岁的大约22.1%的女性人口和6.6%的男性人口受骨质疏松症的影响，并且该百分比随年龄上升。在由骨质疏松症引起的骨折中，髋部骨折通常对于患者和社会而言都是最具破坏性的骨折：绝大多数患者需要住院和手术。文献报道已经展示出，在髋部骨折的情况下，第一年的死亡率增加了8-36%。特别地，20%的患者在一年内死亡，而另外20%的患者需要终身的疗养院护理。

在2000年，估计有总共370万骨质疏松性骨折，而大约24%表现为髋部骨折。至关重要地，医疗成本估计在362亿欧元的水平，而髋部骨折引起该开支的三分之二。此外，到2050年，骨质疏松症相关的医疗成本预计为大于两倍至760亿欧元左右，因为到2050年，仅髋部骨折的估计数量就预计要增加到630万。通常，椎骨骨折导致更少并发症，但是它们也更频繁，并且先前的临床数据表明，椎骨骨折中仅有30%左右被诊断出来。重要地，一旦患者遭受椎骨骨折，后续骨折的风险成十倍地增加。除了髋部骨折和椎骨骨折，腕部骨折是最常见的骨质疏松性骨折，但是由于骨质疏松症是一种影响整体骨骼的状态，因此对于人体中的几乎任何骨都存在增加的骨折风险。

此外，已经展示出的是，患有骨质疏松症的女性遭受骨骼强度每年4%的下降。因此，如上文所提到的，骨折风险随着年龄增加，这是一个通过年龄相关的增加在跌倒风险上被放大的方面。基于体积定量计算机断层扫描和有限元分析来执行纵向研究，以确定骨骼强度的变化。考虑了正常负荷状况和与跌倒相关的负荷状况两者。在五年的平均时间间隔上，取决于性别和负荷状况，aBMD下降了4%，并且骨骼强度下降了4%到12%（对于女性和对于与跌倒相关的负荷状况具有更显著的下降）。

骨骼是可以再生的活的材料，并且其结构和密度由于作用于其上的机械力而适应。特别地，骨架被优化以便利用可能的最小材料量来抵抗力。

当描述处于负荷状况下的骨骼的力学时，两个重要的特征是应变（描述与骨骼的初始状态相比骨骼的变形）和应力（描述骨骼的内力）。根据这两个量的值，骨骼处于屈服前状态、屈服后状态或最终状态中。在屈服前状态中，变形是纯弹性的；也就是说，任何变形都是临时的，并且一旦移除负荷就达到骨骼的初始状态。对于该状态最重要的材料属性是杨氏模量（刚度或弹性模量）。它是应力-应变曲线的斜率，并且表示作用于骨骼以获得一定变形所需要的压力。一旦超过屈服点，弹性变形就变为塑性变形，并且结果是永久变形。该屈服点以屈服应变、屈服应力和屈服强度为特征。有时也使用骨骼韧性，并且所述骨骼韧性表示骨骼通过屈服点之前可以吸收的总能量。最终状态由最终应变、最终应力和最终强度来描述。

骨骼材料在人体中要么作为皮质骨/致密骨要么作为网状骨/松质骨被遇到。平均而言，骨骼质量的80%是皮质的，并且骨骼的这些区域确保其稳定性。网状骨通常处于由皮质骨形成的框架内部并且具有海绵状外观。网状骨的密度比皮质骨的密度小得多。