統計的な形状と密度のモデリングを用いた肩の形態と密度に対する人口統計学の影響の調査

Investigating the Effects of Demographics on Shoulder Morphology and Density Using Statistical Shape and Density Modeling.

• Pendar Soltanmohammadi
• Josie Elwell
• Vishnu Veeraraghavan
• George S Athwal
• Ryan Willing

抄録

肩の形状と密度が集団のメンバー間でどのように異なるかをよりよく理解することは、より効果的な集団ベースの整形外科インプラントの設計に役立つ。本研究の主な目的は、母集団内の肩骨の形状と密度分布における主な変動モードを主成分（PC）の用語で記述するために、肩の統計的形状モデル（SSM）と統計的密度モデル（SDM）を開発することであった。これらのPCスコアを解析したところ、肩の形状と密度分布と、性別や年齢などの人口統計との間に有意な相関が観察された。私たちの結果は、男性と女性のドナーの全体的な体のサイズを一致させた場合、男性は依然として、平均的に、より大きな肩甲骨と厚い上腕骨皮質骨を持っていたことを実証した。さらに、我々は年齢が肩全体内の密度に弱いが有意な逆効果を持っていると結論付けた。弱いと中程度の、しかし有意な、相関関係はまた、肩の形状と密度の変化の多くのモードの間に見出された。私たちの結果は、より大きな鼻骨を持つドナーはより大きな肩甲骨を持ち、鼻骨のより高い骨密度は肩甲骨のより高い骨密度に対応していることを示唆した。最後に、非対称性は、ある程度、肩の対側の骨の形状と密度分布に注目された。これらの結果は、人口ベースのプロテーゼコンポーネントの設計や術前の手術計画の指針となる。

A better understanding of how the shape and density of the shoulder vary among members of a population can help design more effective population-based orthopedic implants. The main objective of this study was to develop statistical shape models (SSMs) and statistical density models (SDMs) of the shoulder to describe the main modes of variability in the shape and density distributions of shoulder bones within a population in term of principal components (PCs). These PC scores were analyzed, and significant correlations were observed between the shape and density distributions of the shoulder and demographics of the population, such as sex and age. Our results demonstrated that when the overall body sizes of male and female donors were matched, males still had, on average, larger scapulae and thicker humeral cortical bones. Moreover, we concluded that age has a weak but significant inverse effect on the density within the entire shoulder. Weak and moderate, but significant, correlations were also found between many modes of shape and density variations in the shoulder. Our results suggested that donors with bigger humeri have bigger scapulae and higher bone density of humeri corresponds with higher bone density in the scapulae. Finally, asymmetry, to some extent, was noted in the shape and density distributions of the contralateral bones of the shoulder. These results can be used to help guide the designs of population-based prosthesis components and preoperative surgical planning.

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